KR20210045555A - Method and system for evaluating elderly health status using characteristics of walk-in-place - Google Patents

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Abstract

Provided are a method for evaluating a health status of the elderly using gait characteristics and a system thereof. According to an embodiment of the present invention, the method for evaluating a health status of the elderly using gait characteristics comprises: a gait data collecting unit configured to collect gait data from a target person; a gait characteristic analyzing unit configured to extract gait characteristics by analyzing the gait data; a health status learning unit configured to machine-learn the health status of the target person about the gait characteristics to build a health status evaluation model based on the gait characteristics; and a health status evaluating unit configured to evaluate a health status of a new target person by inputting gate characteristics, obtained from the new target person, to the health status evaluation model.

Description

제자리 걸음 특성을 이용한 노인 건강 상태 평가 방법 및 시스템{Method and system for evaluating elderly health status using characteristics of walk-in-place}Method and system for evaluating elderly health status using characteristics of walk-in-place}

본 발명은 제자리 걸음 특성을 이용한 노인 건강 상태 평가 방법 및 시스템에 관한 것으로, 제한된 공간에서 간단한 장비를 이용하여 측정한 제자리 걸음 특성에 기초하여 노인의 건강 상태를 평가할 수 있는 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system for evaluating the elderly's health status using in-place walking characteristics, and to a method and system capable of evaluating the elderly’s health status based on the in-place walking characteristics measured using simple equipment in a limited space.

급속도로 인구 고령화가 진행되면서 노인 의료비 지출로 인한 개인적, 사회적 부담이 증가하고 있다. 노인의 건강 상태는 보행 특성에 영향을 미친다고 알려져 있다. 보행은 하지의 여러 관절에서 잘 조화된 역학 운동이 동시에 일어나는 복합적인 과정으로, 운동 능력과 감각 능력뿐만 아니라 기억력, 집중력, 실행능력 등 고위 수준의 인지기능이 관여한다. 즉, 보행 특성은 하지(발목, 무릎, 고관절)의 골관절염(osteoarthritis), 신경근병(neuromuscular diseases, 예를 들어, 퇴행성 척추질환), 뇌기능 장애(brain dysfunction, 예를 들어, 치매), 뇌혈관 질환(cerebrovascular disease, 예를 들어, 뇌졸중), 심폐질환(cardiorespiratory diseases), 대사장애(metabolic disturbances) 등과 같은 건강 상태를 반영할 수 있다. 따라서, 보행 특성을 이용하여 노인의 건강 상태를 평가한다면, 관련 질병의 조기 진단과 증상 관리, 적절한 치료 등에 주요하게 활용될 수 있다. As the population is rapidly aging, personal and social burdens are increasing due to medical expenses for the elderly. It is known that the health status of the elderly affects gait characteristics. Walking is a complex process in which well-balanced dynamic movements occur at the same time in several joints of the lower extremities, and high-level cognitive functions such as memory, concentration, and executive ability are involved, as well as motor and sensory skills. That is, gait characteristics are osteoarthritis of the lower extremities (ankles, knees, hips), neuromuscular diseases (eg, degenerative spinal diseases), brain dysfunction (eg, dementia), cerebrovascular It may reflect health conditions such as cerebrovascular disease (eg, stroke), cardiorespiratory diseases, metabolic disturbances, and the like. Therefore, if the health status of the elderly is evaluated using gait characteristics, it can be mainly used for early diagnosis of related diseases, symptom management, and appropriate treatment.

다만, 이러한, 보행 능력을 분석하고 정량화 하기 위해, 미국 특허 공개 공보 US 2009-0141933은 카메라를 이용하여 보행 시 이미지를 획득하고, 다리의 움직임을 분석하여 동작을 예측하고 보행 사이클을 예측하는 기술을 제안하였다. 다만, 이러한 종래 기술은 고가의 모션 캡쳐 시스템(motion capture system), 근전도계(electromyograph), 힘 플레이트(force plate) 등과 같은 장비, 최대 16 미터 길이의 직선 구조 공간과 같은 여유 공간과 경험이 풍부한 실험자가 필요하다. 즉, 상술한 장비를 활용한 보행 능력 평가 방법은 특수 기기 및 인력이 투입됨에 따라 높은 비용이 발생했을 뿐만 아니라, 거동이 불편한 노인이 상술한 실험을 온전히 수행하는 것은 어려움이 있어 정확한 결과 데이터를 취하기 어려운 단점이 있었다.However, in order to analyze and quantify such walking ability, U.S. Patent Publication US 2009-0141933 uses a camera to obtain an image while walking, analyzes the movement of the leg to predict the motion, and predicts the walking cycle. Suggested. However, such a conventional technology is an expensive motion capture system (motion capture system), electromyograph (electromyograph), equipment such as force plate (force plate), free space such as a linear structure space of up to 16 meters long, and experienced experiments I need a ruler. That is, the method of evaluating walking ability using the above-described equipment not only incurs high cost due to the input of special equipment and manpower, but it is difficult for the elderly with disabilities to fully perform the above experiment, so that accurate result data can be obtained. There was a difficult drawback.

따라서, 제한된 공간에서 간단한 장비를 이용하여 보행을 측정하고 이로부터 노인의 건강 상태를 평가할 수 있는 방법 및 시스템이 요구되고 있는 실정이다.Therefore, there is a demand for a method and system capable of measuring gait in a limited space using simple equipment and evaluating the health status of the elderly.

미국 특허 공개 공보 US 2009-0141933 A1 (2009년 06월 04일)US Patent Publication No. US 2009-0141933 A1 (June 04, 2009)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 구체적으로, 제한된 공간에서 간단한 장비를 이용하여 대상자의 제자리 걸음 특성을 측정하고 이에 기초하여 대상자의 건강 상태를 평가할 수 있는 방법 및 시스템을 제공한다.The present invention has been conceived to solve the above-described problems, and specifically, provides a method and system capable of measuring a subject's in-place walking characteristics using a simple device in a limited space and evaluating the subject's health status based thereon. .

본 발명의 일 실시예에 따른 노인 건강 상태 평가 시스템은 대상자로부터 제자리 걸음 데이터를 수집하는 제자리 걸음 데이터 수집부; 상기 제자리 걸음 데이터를 분석하여 제자리 걸음 특성을 추출하는 제자리 걸음 특성 분석부; 상기 제자리 걸음 특성에 대한 상기 대상자의 건강 상태를 기계학습하여 상기 제자리 걸음 특성에 기초한 건강 상태 평가 모델을 구축하는 건강 상태 학습부; 및 새로운 대상자로부터 획득한 제자리 걸음 특성을 상기 건강 상태 평가 모델에 입력시켜 상기 새로운 대상자의 건강 상태를 평가하는 건강 상태 평가부를 포함한다. The elderly health condition evaluation system according to an embodiment of the present invention comprises: a step in place data collection unit for collecting step data in place from a subject; An in-place walking characteristic analysis unit that analyzes the in-place walking data to extract in-place walking characteristics; A health state learning unit for constructing a health state evaluation model based on the in-place walking characteristic by machine learning the health state of the subject with respect to the in-place walking characteristic; And a health state evaluation unit that evaluates the health state of the new subject by inputting the in-place walking characteristic acquired from the new subject into the health state evaluation model.

본 발명의 일 실시예에 따른 노인 건강 상태 평가 방법은 다수의 대상자로부터 제자리 걸음에 따른 제자리 걸음 데이터를 취득하고, 상기 제자리 걸음 데이터를 분석하여 제자리 걸음 특성을 추출하며, 상기 제자리 걸음 특성에 기초한 건강 상태 평가 모델을 구축하는 단계; 평가 대상자로부터 제자리 걸음 데이터를 수집하고, 제자리 걸음 특성을 추출하는 단계; 및 상기 평가 대상자의 제자리 걸음 특성을 상기 구축된 건강 상태 평가 모델에 입력시켜 상기 평가 대상자의 건강 상태를 평가하는 단계를 포함한다.The method for evaluating the health status of the elderly according to an embodiment of the present invention acquires in-place walking data according to in-place walking from a plurality of subjects, extracts in-place walking characteristics by analyzing the in-place walking data, and extracts in-place walking characteristics, and health based on the in-place walking characteristics. Building a state evaluation model; Collecting in-place walking data from the evaluation subject and extracting in-place walking characteristics; And evaluating the health status of the evaluation subject by inputting the in-place walking characteristics of the evaluation subject into the constructed health condition evaluation model.

본 실시예에 따른 노인 건강 상태 평가 방법 및 시스템은 제자리 걸음 데이터를 기반으로 함으로써 기존에 사용되던 고가의 보행 분석 시스템을 사용하지 않으며 전문 인력과 물리적 공간에 대한 요구가 적은 방법으로 대상자의 건강 상태 평가에 활용 가능한 보행 데이터를 수집할 수 있다. The health status evaluation method and system for the elderly according to the present embodiment is based on the in-place walking data, so it does not use the expensive gait analysis system used in the past, and evaluates the health status of the subject in a method that requires less professional manpower and physical space. You can collect gait data that can be used for

간단하며 자동화된 방법으로 제자리 걸음 특성을 분석하여 인공신경망 모델의 입력으로 사용함에 따라, 입력 데이터의 가공 및 특징 생성(feature engineering)에 요구되는 시간 소모적이며 노동 집약적인 과정을 최소화할 수 있다.By analyzing the in-place walking characteristics in a simple and automated method and using it as an input of an artificial neural network model, the time-consuming and labor-intensive process required for processing input data and feature engineering can be minimized.

일상생활 중에 쉽게 측정 가능한 제자리 걸음 특성을 이용하여 노인의 노쇠, 근감소(낙상 위험), 인지기능장애 등과 관련된 건강 상태를 모니터링함으로써 관련 질병의 조기 진단, 증상 관리, 적절한 치료의 기회를 제공할 수 있다. By monitoring the health conditions related to senility, muscle loss (risk of falls), and cognitive dysfunction in the elderly by using the easy-to-measurable in-place walking characteristics during daily life, it is possible to provide opportunities for early diagnosis of related diseases, symptom management, and appropriate treatment. have.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제자리 걸음 특성을 이용한 노인 건강 상태 평가 시스템의 블록도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 노인 건강 상태 평가 시스템에 참여하는 대상자 및 대상자에 부착된 센서를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제자리 걸음 데이터 수집부의 개략적인 구성을 도시한 예시도이다.
도 3은 제자리 걸음 시 발에 3축 가속도계를 부착하여 측정한 신호의 예시적인 그래프이다.
도 4a 및 도 4b는 제자리 걸음 특성 분석을 위해 도 3의 신호를 스펙트로그램(spectrogram)으로 변환한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 노인 건강 상태 평가 시스템의 건강 상태 학습부의 예시적인 기계학습 모델을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제자리 걸음 특성을 이용한 노인 건강 상태 평가 방법의 순서도이다.
1 is a block diagram of a system for evaluating an elderly health condition using an in-place walking characteristic according to an embodiment of the present invention.
2A is a diagram exemplarily showing a subject participating in the system for evaluating a health condition for the elderly and a sensor attached to the subject according to an embodiment of the present invention.
2B is an exemplary view showing a schematic configuration of a step data collection unit in place according to an embodiment of the present invention.
3 is an exemplary graph of a signal measured by attaching a 3-axis accelerometer to a foot when walking in place.
4A and 4B are exemplary diagrams in which the signal of FIG. 3 is converted into a spectrogram for analyzing the characteristics of walking in place.
5 illustrates an exemplary machine learning model of a health state learning unit of an elderly health state evaluation system according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart of a method for evaluating a health condition for the elderly using an in-place walking characteristic according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 인지할 수 있다. 이하의 설명에서 사용되는 특정 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The detailed description to be disclosed below together with the accompanying drawings is intended to describe exemplary embodiments of the present invention, and is not intended to represent the only embodiments in which the present invention may be practiced. The following detailed description includes specific details to provide a thorough understanding of the present invention. However, one of ordinary skill in the art can appreciate that the invention may be practiced without these specific details. Specific terms used in the following description are provided to aid understanding of the present invention, and the use of these specific terms may be changed in other forms without departing from the technical spirit of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제자리 걸음 특성을 이용한 노인 건강 상태 평가 시스템의 블록도이다. 도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 노인 건강 상태 평가 시스템에 참여하는 대상자 및 대상자에 부착된 센서를 예시적으로 도시한 도면이다. 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제자리 걸음 데이터 수집부의 개략적인 구성을 도시한 예시도이다. 도 3은 제자리 걸음 시 발에 3축 가속도계를 부착하여 측정한 신호의 예시적인 그래프이다. 도 4a 및 도 4b는 제자리 걸음 특성 분석을 위해 도 3의 신호를 스펙트로그램으로 변환한 예시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 노인 건강 상태 평가 시스템의 건강 상태 학습부의 예시적인 기계학습 모델을 도시한 것이다.1 is a block diagram of a system for evaluating an elderly health condition using an in-place walking characteristic according to an embodiment of the present invention. 2A is a diagram exemplarily illustrating a subject participating in the system for evaluating a health condition for the elderly and a sensor attached to the subject according to an embodiment of the present invention. 2B is an exemplary view showing a schematic configuration of a step data collection unit in place according to an embodiment of the present invention. 3 is an exemplary graph of a signal measured by attaching a 3-axis accelerometer to a foot when walking in place. 4A and 4B are exemplary diagrams in which the signal of FIG. 3 is converted into a spectrogram for analyzing the characteristics of walking in place. 5 illustrates an exemplary machine learning model of a health state learning unit of an elderly health state evaluation system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 노인 건강 상태 평가 시스템(10)은 제자리 걸음 데이터 수집부(100), 제자리 걸음 특성 분석부(110), 건강 상태 학습부(120), 건강 상태 평가부(130) 및 데이터 베이스부(140)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the elderly health condition evaluation system 10 includes a step in place data collection unit 100, a step in place characteristic analysis unit 110, a health state learning unit 120, a health state evaluation unit 130, and data. Includes a base portion 140.

실시예들에 따른 노인 건강 상태 평가 시스템은, 전적으로 하드웨어이거나, 또는 부분적으로 하드웨어이고 부분적으로 소프트웨어인 측면을 가질 수 있다. 예컨대, 본 명세서의 노인 건강 상태 평가 시스템 및 이에 포함된 각 부(unit)는, 특정 형식 및 내용의 데이터를 전자통신 방식으로 주고받기 위한 장치 및 이에 관련된 소프트웨어를 통칭할 수 있다. 본 명세서에서 "부", "모듈(module)", "서버(server)", "시스템", "장치" 또는 "단말" 등의 용어는 하드웨어 및 해당 하드웨어에 의해 구동되는 소프트웨어의 조합을 지칭하는 것으로 의도된다. 예를 들어, 여기서 하드웨어는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU) 또는 다른 프로세서(processor)를 포함하는 데이터 처리 기기일 수 있다. 또한, 하드웨어에 의해 구동되는 소프트웨어는 실행중인 프로세스, 객체(object), 실행파일(executable), 실행 스레드(thread of execution), 프로그램(program) 등을 지칭할 수 있다.The elderly health condition evaluation system according to the embodiments may have an aspect that is entirely hardware, or partially hardware and partially software. For example, the elderly health condition evaluation system of the present specification and each unit included therein may collectively refer to a device for sending and receiving data of a specific format and content through an electronic communication method and software related thereto. In this specification, terms such as "unit", "module", "server", "system", "device" or "terminal" refer to a combination of hardware and software driven by the hardware. Is intended to be. For example, the hardware here may be a data processing device including a central processing unit (CPU) or another processor. In addition, software driven by hardware may refer to an executing process, an object, an executable file, a thread of execution, a program, and the like.

또한, 노인 건강 상태 평가 시스템을 구성하는 각각의 부는 반드시 물리적으로 구분되는 별개의 구성요소를 지칭하는 것으로 의도되지 않는다. 도 1에서 제자리 걸음 데이터 수집부(100), 제자리 걸음 특성 분석부(110), 건강 상태 학습부(120), 건강 상태 평가부(130) 및 데이터 베이스부(140)는 서로 구분되는 별개의 블록으로 도시되나, 이는 노인 건강 상태 평가 시스템을 구성하는 장치를 해당 장치에 의해 실행되는 동작에 의해 단지 기능적으로 구분한 것이다. 따라서, 실시예에 따라서는 제자리 걸음 데이터 수집부(100), 제자리 걸음 특성 분석부(110), 건강 상태 학습부(120), 건강 상태 평가부(130) 및 데이터 베이스부(140)는 일부 또는 전부가 동일한 하나의 장치 내에 집적화될 수 있고, 하나 이상이 다른 부와 물리적으로 구분되는 별개의 장치로 구현될 수도 있으며, 분산 컴퓨팅 환경 하에서 서로 통신 가능하게 연결된 컴포넌트들일 수도 있다.In addition, each unit constituting the elderly health condition evaluation system is not necessarily intended to refer to separate components that are physically separated. In FIG. 1, the in-place step data collection unit 100, the in-place step characteristic analysis unit 110, the health state learning unit 120, the health state evaluation unit 130, and the database unit 140 are separate blocks separated from each other. Although shown as, this is merely functionally dividing the apparatus constituting the elderly health condition evaluation system by the operation executed by the apparatus. Therefore, depending on the embodiment, the in-place step data collection unit 100, the in-place step characteristic analysis unit 110, the health state learning unit 120, the health state evaluation unit 130, and the database unit 140 are partially or All of them may be integrated into the same device, one or more may be implemented as separate devices that are physically separated from other units, and may be components that are communicatively connected to each other in a distributed computing environment.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 노인 건강 상태 평가 시스템(10)의 대상자는 노인일 수 있다. 여기서, 노인은 일정 연령 이상으로 나이 들어 늙은 사람을 의미하며, 노인복지법 상 만 65세 이상인 자로 정의될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 대상자는 상기 연령 이하의 대상자로 구성될 수도 있고, 상기 연령 이상의 대상자들로 구성될 수도 있다.In addition, the target of the elderly health condition evaluation system 10 according to an embodiment of the present invention may be the elderly. Here, the elderly refers to a person who is older than a certain age, and may be defined as a person who is 65 years or older according to the Elderly Welfare Act, but is not limited thereto. The subject of the present invention may be composed of subjects under the above age, or may be composed of subjects above the above age.

제자리 걸음 데이터 수집부(100)는 대상자로부터 제자리 걸음 데이터를 수집할 수 있다. 노인 건강 상태 평가 시스템(10)은 상기 제자리 걸음 데이터를 측정하기 위한 하나 이상의 센서(101)를 포함할 수 있다. The in-place walking data collection unit 100 may collect in-place walking data from the subject. The elderly health condition evaluation system 10 may include one or more sensors 101 for measuring the in-place step data.

여기서, 센서(101)는 대상자(H)의 신체에 탈, 부착이 용이하며 휴대가 가능한 소형 사이즈의 가속도계 또는 자이로스코프(gyroscope)를 포함할 수 있다. Here, the sensor 101 may include an accelerometer or a gyroscope of a small size that is easily detachable and attached to the body of the subject H and is portable.

가속도계 또는 자이로스코프를 이용하여 제자리 걸음 동작의 운동학적 데이터를 수집하는 경우, 도 2a에 도시된 바와 같이 노인 건강 상태 평가 시스템(10)에 참여하는 대상자(H)는 신체에 센서(101)를 장착하게 된다. 센서(101)가 장착되는 대상자(H)의 신체 부위는 대상자(H)의 제자리 걸음 동작과 직접적으로 연관된 신체 부위일 수 있다. 예시적으로, 센서(101)가 장착되는 대상자(H)의 신체 부위는 대상자(H)의 골반(pelvis), 허벅지(thigh), 정강이(shank) 및 발(foot) 중 적어도 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. When collecting kinematic data of an in-place walking motion using an accelerometer or a gyroscope, the subject H participating in the elderly health condition evaluation system 10 as shown in FIG. 2A is equipped with a sensor 101 on the body. It is done. The body part of the subject H on which the sensor 101 is mounted may be a body part directly related to the in-place walking motion of the subject H. Exemplarily, the body part of the subject H to which the sensor 101 is mounted may be at least one of a pelvis, a thigh, a shank, and a foot of the subject H, It is not limited thereto.

상기 가속도계는 이동하는 물체의 가속도나 충격의 세기 등을 측정할 수 있으며 자이로스코프는 회전하는 물체의 회전각과 기울기 등을 측정할 수 있다. 즉, 대상자(H)의 신체 분절에 부착된 가속도계 및 자이로스코프는 제자리 걸음 동작 시 신체 관절에서 발생하는 운동에 대한 정량적 데이터를 제자리 걸음 데이터 수집부(100)에 제공할 수 있다. The accelerometer may measure acceleration or impact strength of a moving object, and a gyroscope may measure a rotation angle and inclination of a rotating object. That is, the accelerometer and gyroscope attached to the body segment of the subject H may provide quantitative data on the motion occurring in the body joint during the in-place walking motion to the in-place walking data collection unit 100.

즉, 센서(101)는 제자리 걸음 특성을 이용하여 대상자(H)의 건강 상태를 평가하는데 있어서 도구적인 역할을 수행한다. 제자리 걸음 데이터 수집부(100)는 대상자(H)의 제자리 걸음 데이터를 각 센서(101)로부터 수신할 수 있다. 제자리 걸음 데이터 수집부(100)와 센서(101)는 무선으로 신호의 송신 및 수신이 가능하도록 구성될 수 있다.That is, the sensor 101 plays an instrumental role in evaluating the health state of the subject H by using the in-place walking characteristic. The in-place walking data collection unit 100 may receive in-place walking data of the subject H from each sensor 101. The in-place walking data collection unit 100 and the sensor 101 may be configured to transmit and receive signals wirelessly.

몇몇 실시예에서, 노인 건강 상태 평가 시스템(10)은 도 2b에 도시된 바와 같은, 카메라(102) 및 압력 매트(103)를 더 포함할 수 있다. 카메라(102)는 사용자의 신체 관절 위치와 각도 등을 측정할 수 있다. 압력 매트(103)는 대상자의 제자리 걸음이 수행되는 제한된 공간에 해당한다. 또한, 압력 매트(103)는 사용자의 족저압을 측정할 수 있다. 카메라(102)를 통해 수집된 사용자의 제자리 걸음 데이터(사용자의 신체 관절 위치와 각도) 및 압력 매트(103)를 통해 수집된 제자리 걸음 데이터(사용자의 족저압)는 제자리 걸음 데이터 수집부(100)에 제공될 수 있다. 즉, 상기 제자리 걸음 데이터는 상기 측정된 운동학적 데이터, 상기 측정된 대상자의 신체 관절 위치와 각도 및 상기 측정된 대상자의 족저압 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. In some embodiments, the elderly health condition assessment system 10 may further include a camera 102 and a pressure mat 103, as shown in FIG. 2B. The camera 102 may measure the position and angle of the user's body joints. The pressure mat 103 corresponds to a limited space in which the subject's walking in place is performed. In addition, the pressure mat 103 may measure the user's plantar pressure. The user's in-place walking data (position and angle of the user's body joint) collected through the camera 102 and the in-place walking data (user's plantar pressure) collected through the pressure mat 103 are the in-place walking data collection unit 100 Can be provided on. That is, the in-place step data may include at least one of the measured kinematic data, the measured body joint position and angle of the subject, and the measured plantar pressure of the subject.

제자리 걸음 특성 분석부(110)는 제자리 걸음 데이터 수집부(100)에서 수신된 제자리 걸음 데이터를 분석하여 제자리 걸음 특성을 추출한다. 구체적으로, 제자리 걸음 특성 분석부(110)는 시공간적 보행 요소, 관절 각도 및 족저압 변화와 관련된 파라미터들을 추출한다. 또한, 제자리 걸음 특성 분석부(110)는 시공간적 보행 요소, 관절 각도 및 족저압 변화와 관련된 이미지를 획득할 수 있다. 즉, 상기 제자리 걸음 특성은 시공간적 보행 요소, 관절 각도 및 족저압 변화와 관련된 파라미터 및 시공간적 보행 요소, 관절 각도 및 족저압 변화와 관련된 이미지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 이미지는 시간에 따른 신호의 주파수 및 에너지 변화를 보여주는 스펙트로그램일 수 있다. 제자리 걸음 특성 분석부(110)는 푸리에 변환(Fourier transform) 또는 웨이브릿 변환(wavelet transform)을 통해 시간 영역 신호를 스펙트로그램으로 변환할 수 있다. The in-place step characteristic analysis unit 110 analyzes the in-place step data received from the in-place step data collection unit 100 to extract the in-place step characteristic. Specifically, the in-place walking characteristic analysis unit 110 extracts parameters related to spatiotemporal walking elements, joint angles, and plantar pressure changes. In addition, the in-place walking characteristic analysis unit 110 may acquire images related to changes in spatiotemporal walking elements, joint angles, and plantar pressure. That is, the in-place walking characteristic may include at least one of a spatiotemporal gait factor, a parameter related to a joint angle and plantar pressure change, and an image related to a spatiotemporal gait factor, joint angle, and plantar pressure change. Here, the image may be a spectrogram showing a change in frequency and energy of a signal over time. The in-place walking characteristic analysis unit 110 may convert a time domain signal into a spectrogram through Fourier transform or wavelet transform.

도 4a는 도 3의 신호에 국소 푸리에 변환(short-time Fourier transform, STFT)을 적용해 생성한 스펙트로그램을 예시적으로 도시한 것이며, 도 4b는 연속 웨이브릿 변환(continuous wavelet transform, CWT)을 적용해 생성한 스펙트로그램을 예시적으로 도시한 것이다. 제자리 걸음 특성 분석부(110)에서 제자리 걸음 동작의 운동학적 데이터를 표현하는 이미지는 스펙트로그램일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 건강 상태 학습부(120)는 상기 제자리 걸음 특성에 대한 대상자의 건강 상태를 기계학습하여 제자리 걸음 특성에 기초한 건강 상태 평가 모델을 구축한다. 여기서, 제자리 걸음 특성은 제자리 걸음 특성 분석부(110)에서 분석된 시공간적 보행 요소, 관절 각도 및 족저압 변화와 관련된 파라미터 및 시공간적 보행 요소, 관절 각도 및 족저압 변화와 관련된 이미지를 포함할 수 있다.4A is an exemplary diagram illustrating a spectrogram generated by applying a local Fourier transform (STFT) to the signal of FIG. 3, and FIG. 4B illustrates a continuous wavelet transform (CWT). The spectrogram generated by applying is illustrated as an example. The image representing the kinematic data of the in-place walking motion in the in-place walking characteristic analysis unit 110 may be a spectrogram, but is not limited thereto. The health state learning unit 120 constructs a health state evaluation model based on the in-place walking characteristic by machine learning the health state of the subject with respect to the in-place walking characteristic. Here, the in-place walking characteristic may include a spatiotemporal walking element analyzed by the in-place walking characteristic analysis unit 110, a parameter related to a joint angle and plantar pressure change, a spatiotemporal walking element, a joint angle, and an image related to a change in plantar pressure.

건강 상태 학습부(120)는 여러 비선형 변환기법의 조합을 통해 높은 수준의 추상화(abstraction, 다량의 데이터나 복잡한 자료들 속에서 핵심적인 내용 또는 기능을 요약하는 작업)를 시도하는 기계학습 알고리즘의 집합인 심층학습(deep learning)을 이용해서 도 5에 도시된 것과 같은 구조의 건강 상태 평가 모델을 구축할 수 있다. 상기 심층학습 모델은 동물의 시각 피질의 구조와 유사하게 뉴런 사이의 연결 패턴을 형성하는 컨볼루셔널(convolutional) 신경망, 시간에 따라 매순간 신경망을 쌓아올리는 재귀(recurrent) 신경망, 입력 집합에 대한 확률 분포를 학습할 수 있는 제한 볼츠만 머신(restricted Boltzmann machine) 등을 기반으로 할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. The health state learning unit 120 is a set of machine learning algorithms that attempt a high level of abstraction (a task of summarizing key contents or functions in a large amount of data or complex data) through a combination of several nonlinear transformation methods. Using deep learning, a health condition evaluation model having a structure as shown in FIG. 5 can be constructed. The deep learning model is a convolutional neural network that forms a connection pattern between neurons, similar to the structure of an animal's visual cortex, a recurrent neural network that builds up a neural network every moment over time, and a probability distribution for an input set. It may be based on a restricted Boltzmann machine that can learn, but is not limited thereto.

건강 상태 학습부(120)에서 학습을 위해 사용되는 입력은 복수의 대상자 각자의 제자리 걸음 특성이고 출력은 상기 복수 대상자 각자의 건강 상태이다.An input used for learning in the health state learning unit 120 is a characteristic of a step in place of each of a plurality of subjects, and an output is a state of health of each of the plurality of subjects.

여기서, 대상자의 건강 상태는 대상자의 노쇠 정도, 대상자의 근감소 정도 및/또는 상기 대상자의 인지 기능 장애 정도를 포함한다. 상기 대상자의 노쇠 정도는 비노쇠(non-frailty) 또는 노쇠(frailty)로 이분화되거나 비노쇠(non-frailty), 전노쇠(pre-frailty) 또는 노쇠(frailty)로 삼분화될 수 있다. 건강 상태 학습부(120)는 제자리 걸음 특성 분석부(110)에서 생성된 제자리 걸음 특성(파라미터 및/또는 이미지)을 입력 값으로 사용하고, 대상자의 노쇠 정도를 출력 값으로 사용하여 제1 건강 상태 평가 모델을 구축할 수 있다.Here, the health state of the subject includes the degree of senility of the subject, the degree of muscle reduction of the subject, and/or the degree of cognitive dysfunction of the subject. The degree of senility of the subject may be divided into non-frailty or frailty, or may be divided into non-frailty, pre-frailty, or frailty. The health state learning unit 120 uses the in-place walking characteristic (parameter and/or image) generated by the in-place walking characteristic analysis unit 110 as an input value, and uses the degree of senility of the subject as an output value to obtain a first health state. Build an evaluation model.

또한, 상기 대상자의 근감소 정도는 비근감소증(non-sarcopenia) 또는 근감소증(sarcopenia)으로 이분화될 수 있다. 건강 상태 학습부(120)는 제자리 걸음 특성 분석부(110)에서 생성된 제자리 걸음 특성을 입력 값으로 사용하고, 대상자의 근감소 정도를 출력 값으로 사용하여 제2 건강 상태 평가 모델을 구축할 수 있다.In addition, the degree of muscle reduction of the subject may be divided into non-sarcopenia or sarcopenia. The health state learning unit 120 may construct a second health state evaluation model by using the in-place walking characteristic generated by the in-place walking characteristic analysis unit 110 as an input value and using the degree of muscle reduction of the subject as an output value. have.

또한, 상기 대상자의 인지 기능 장애 정도는 비인지장애(non-cognitive impairment, non-CI) 또는 인지장애(CI)로 이분화되거나 비인지장애, 경도인지장애(mild CI) 또는 중등도 이상의 인지장애(moderate-to-severe CI)로 삼분화될 수 있다. 건강 상태 학습부(120)는 제자리 걸음 특성 분석부(110)에서 생성된 제자리 걸음 특성을 입력 값으로 사용하고, 인지 기능 장애 정도를 출력 값으로 사용하여 제3 건강 상태 평가 모델을 구축할 수 있다. In addition, the degree of cognitive impairment of the subject is divided into non-cognitive impairment (non-CI) or cognitive impairment (CI), or non-cognitive impairment, mild cognitive impairment (mild CI), or moderate or higher cognitive impairment ( moderate-to-severe CI). The health state learning unit 120 may build a third health state evaluation model by using the in-place walking characteristic generated by the in-place walking characteristic analysis unit 110 as an input value and using the degree of cognitive dysfunction as an output value. .

건강 상태 학습부(120)에서 구축되는 건강 상태 평가 모델은 상기 대상자의 노쇠 정도를 판단하는 제1 건강 상태 평가 모델, 상기 대상자의 근감소 정도를 판단하는 제2 건강 상태 평가 모델 및 상기 대상자의 인지 기능 장애 정도를 판단하는 제3 건강 상태 평가 모델 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The health state evaluation model constructed by the health state learning unit 120 includes a first health state evaluation model that determines the degree of senility of the subject, a second health state evaluation model that determines the degree of muscle reduction of the subject, and the subject's perception. It may include at least one of the third health condition evaluation models for determining the degree of dysfunction.

건강 상태 학습부(120)에서 구축된 건강 상태 평가 모델은 데이터 베이스부(140)에 저장될 수 있다. 데이터 베이스부(140)는 건강 상태 평가 모델 및 이에 기초가 되는 제자리 걸음 데이터 및/또는 제자리 걸음 특성 등과 같은 정보를 임시적으로 저장하거나 보관하도록 구성될 수 있다. The health state evaluation model constructed by the health state learning unit 120 may be stored in the database unit 140. The database unit 140 may be configured to temporarily store or store information such as a health condition evaluation model and in-place walking data and/or in-place walking characteristics based thereon.

건강 상태 평가부(130)는 건강 상태 학습부(120)에서 구축된 건강 상태 평가모델을 활용하여 새로운 대상자의 건강 상태를 평가할 수 있다. 여기서, 새로운 대상자는 상기 모델의 구축에 사용되지 않은 다른 대상자를 의미할 수 있다. The health condition evaluation unit 130 may evaluate the health condition of a new subject by using the health condition evaluation model constructed by the health condition learning unit 120. Here, the new subject may mean another subject who has not been used to construct the model.

상기 제자리 걸음 데이터 수집과 제자리 걸음 특성 분석 과정을 거쳐 취득된 새로운 대상자의 제자리 걸음 특성은 건강 상태 평가부(130)로 제공되어 상기 건강 상태 평가 모델에 입력되고, 새로운 대상자의 건강 상태가 출력될 수 있다. 구체적으로, 건강 상태 평가부(130)는 제1 건강 상태 평가 모델을 이용하여 새로운 대상자의 노쇠 정도, 제2 건강 상태 평가 모델을 이용하여 새로운 대상자의 근감소 정도 또는 제3 건강 상태 평가 모델을 이용하여 새로운 대상자의 인지 기능 장애 정도를 평가할 수 있다. The in-place walking characteristic of a new subject acquired through the in-place walking data collection and in-place walking characteristic analysis process is provided to the health status evaluation unit 130 and input to the health status evaluation model, and the new subject’s health status can be output. have. Specifically, the health condition evaluation unit 130 uses the degree of senility of the new subject using the first health condition evaluation model, the degree of muscle reduction of the new subject using the second health condition evaluation model, or the third health condition evaluation model. Thus, the degree of cognitive impairment of the new subject can be evaluated.

건강 상태 평가부(130)는 제1 건강 상태 평가 모델을 이용하여 새로운 대상자의 노쇠 정도를 비노쇠 또는 노쇠로 이분화하여 판단하거나, 제1 건강 상태 평가 모델을 이용하여 새로운 대상자의 노쇠 정도를 비노쇠, 전노쇠 또는 노쇠로 삼분화하여 판단할 수 있다. 건강 상태 평가부(130)는 제2 건강 상태 평가 모델을 이용하여 새로운 대상자의 근감소 정도를 비근감소증 또는 근감소증으로 이분화하여 판단할 수 있다. 또한, 건강 상태 평가부(130)는 제3 건강 상태 평가 모델을 이용하여 새로운 대상자의 인지 기능 장애 정도를 비인지장애 또는 인지장애로 이분화하여 판단하거나, 제3 건강 상태 평가 모델을 이용하여 새로운 대상자의 인지 기능 장애 정도를 비인지장애, 경도인지장애 또는 중등도 이상의 인지장애로 삼분화하여 판단할 수 있다.The health state evaluation unit 130 determines the degree of senility of the new subject by dividing it into nonsenile or senility using the first health state evaluation model, or compares the degree of senility of the new subject using the first health state evaluation model. It can be judged by dividing into three categories: old age, full age or old age. The health condition evaluation unit 130 may determine the degree of muscle reduction of the new subject by dividing it into non-myelopathy or sarcopenia using the second health condition evaluation model. In addition, the health state evaluation unit 130 determines the degree of cognitive impairment of the new subject by dividing it into non-cognitive or cognitive impairment using the third health state evaluation model, or by using the third health state evaluation model. The degree of cognitive impairment of the subject can be determined by dividing it into non-cognitive impairment, mild cognitive impairment, or moderate or higher cognitive impairment.

건강 상태 평가부(130)는 각 건강 상태 평가 모델에서 출력된 결과를 해당 대상자에게 제공할 수 있으며, 제자리 걸음 특성을 기반으로 노인의 노쇠, 근감소(낙상 위험), 인지 기능 장애 등과 관련된 건강 상태의 모니터링을 제공할 수 있다. 이에 따라, 관련 질병의 조기 진단, 증상 관리, 적절한 치료의 기회를 대상자에게 제공할 수 있다.The health condition evaluation unit 130 may provide the result output from each health condition evaluation model to a corresponding subject, and a health condition related to senility, muscle reduction (fall risk), cognitive dysfunction, etc. of the elderly based on the walking characteristics in place. Can provide monitoring of. Accordingly, an opportunity for early diagnosis of related diseases, symptom management, and appropriate treatment can be provided to the subject.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 건강 상태 평가 방법에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a method for evaluating a health condition according to an embodiment of the present invention will be described.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 건강 상태 평가 방법의 순서도이다. 상기 방법은 상술한 도 1 내지 도 5의 시스템에서 수행될 수 있고, 본 실시예에 설명을 위해 도 1 내지 도 5가 참조될 수 있다.6 is a flow chart of a method for evaluating a health condition according to an embodiment of the present invention. The method may be performed in the system of FIGS. 1 to 5 described above, and FIGS. 1 to 5 may be referred to for explanation of this embodiment.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제자리 걸음 특성을 이용한 노인 건강 상태 평가 방법은 제자리 걸음 특성에 기초한 건강 상태 평가 모델을 구축하는 단계(S100), 평가 대상자로부터 제자리 걸음 데이터를 수집하고, 제자리 걸음 특성을 추출하는 단계(S110) 및 평가 대상자의 제자리 걸음 특성을 상기 건강 상태 평가 모델에 입력시켜 상기 평가 대상자의 건강 상태를 평가하는 단계(S120)를 포함한다.Referring to FIG. 6, the method for evaluating the elderly's health using in-place walking characteristics according to an embodiment of the present invention includes the step of constructing a health state evaluation model based on the in-place walking characteristics (S100), and collecting in-place walking data from the evaluation subject. And extracting the in-place walking characteristic (S110) and inputting the in-place walking characteristic of the evaluation subject into the health state evaluation model to evaluate the health state of the evaluation subject (S120).

제자리 걸음 특성에 기초한 건강 상태 평가 모델을 구축한다(S100).A health condition evaluation model based on the in-place walking characteristic is constructed (S100).

먼저, 다수의 대상자(H)는 센서(101)를 신체 부위에 장착한 상태로 정해진 시간동안 제자리 걸음 동작을 하게 되며, 센서(101)는 제자리 걸음 데이터를 제자리 걸음 데이터 수집부(100)에 제공할 수 있다. 즉, 센서(101)는 제자리 걸음에 따른 대상자(H)의 신체 상태를 평가하는데 있어서 도구적인 역할을 수행한다. 제자리 걸음 데이터 수집부(100)는 제자리 걸음 데이터를 각 센서(101)로부터 수신할 수 있다. 센서(101)는 대상자(H)의 신체에 탈, 부착이 용이하며 휴대가 가능한 소형 사이즈의 가속도계 또는 자이로스코프를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 노인 건강 상태 평가 시스템(10)은 도 2b에 도시된 바와 같은, 카메라(102) 및 압력 매트(103)를 더 포함할 수 있다. 카메라(102)는 사용자의 신체 관절 위치와 각도 등을 측정할 수 있다. 압력 매트(103)는 대상자의 제자리 걸음이 수행되는 제한된 공간에 해당한다. 또한, 압력 매트(103)는 사용자의 족저압을 측정할 수 있다. 카메라(102)를 통해 수집된 사용자의 제자리 걸음 데이터(사용자의 신체 관절 위치와 각도) 및 압력 매트(103)를 통해 수집된 제자리 걸음 데이터(사용자의 족저압)는 제자리 걸음 데이터 수집부(100)에 제공될 수 있다. 즉, 상기 제자리 걸음 데이터는 상기 측정된 운동학적 데이터, 상기 측정된 대상자의 신체 관절 위치와 각도 및 상기 측정된 대상자의 족저압 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.First, a plurality of subjects (H) performs a step in place for a predetermined period of time with the sensor 101 mounted on the body part, and the sensor 101 provides step-in-place data to the in-place step data collection unit 100 can do. That is, the sensor 101 plays an instrumental role in evaluating the physical condition of the subject H according to the step in place. The in-place step data collection unit 100 may receive in-place step data from each sensor 101. The sensor 101 may include an accelerometer or gyroscope of a compact size that is easily detachable and attached to the body of the subject H and is portable. In some embodiments, the elderly health condition assessment system 10 may further include a camera 102 and a pressure mat 103, as shown in FIG. 2B. The camera 102 may measure the position and angle of the user's body joints. The pressure mat 103 corresponds to a limited space in which the subject's walking in place is performed. In addition, the pressure mat 103 may measure the user's plantar pressure. The user's in-place walking data (position and angle of the user's body joint) collected through the camera 102 and the in-place walking data (user's plantar pressure) collected through the pressure mat 103 are the in-place walking data collection unit 100 Can be provided on. That is, the in-place step data may include at least one of the measured kinematic data, the measured body joint position and angle of the subject, and the measured plantar pressure of the subject.

다음으로, 상기 제자리 걸음 데이터를 분석하여 제자리 걸음 특성을 추출한다. Next, the in-place walking data is analyzed to extract in-place walking characteristics.

제자리 걸음 특성 분석부(110)는 제자리 걸음 데이터 수집부(100)에서 수신된 제자리 걸음 데이터를 분석하여 제자리 걸음 특성을 추출한다. 구체적으로, 제자리 걸음 특성 분석부(110)는 시공간적 보행 요소, 관절 각도 및 족저압 변화와 관련된 파라미터들을 추출한다. 또한, 제자리 걸음 특성 분석부(110)는 시공간적 보행 요소, 관절 각도 및 족저압 변화와 관련된 이미지를 획득할 수 있다. 즉, 상기 제자리 걸음 특성은 시공간적 보행 요소, 관절 각도 및 족저압 변화와 관련된 파라미터 및 시공간적 보행 요소, 관절 각도 및 족저압 변화와 관련된 이미지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 이미지는 시간에 따른 신호의 주파수 및 에너지 변화를 보여주는 스펙트로그램일 수 있다. 제자리 걸음 특성 분석부(110)는 푸리에 변환 또는 웨이브릿 변환을 통해 시간 영역 신호를 스펙트로그램으로 변환할 수 있다.The in-place step characteristic analysis unit 110 analyzes the in-place step data received from the in-place step data collection unit 100 to extract the in-place step characteristic. Specifically, the in-place walking characteristic analysis unit 110 extracts parameters related to spatiotemporal walking elements, joint angles, and plantar pressure changes. In addition, the in-place walking characteristic analysis unit 110 may acquire images related to changes in spatiotemporal walking elements, joint angles, and plantar pressure. That is, the in-place walking characteristic may include at least one of a spatiotemporal gait factor, a parameter related to a joint angle and plantar pressure change, and an image related to a spatiotemporal gait factor, joint angle, and plantar pressure change. Here, the image may be a spectrogram showing a change in frequency and energy of a signal over time. The in-place walking characteristic analysis unit 110 may convert a time domain signal into a spectrogram through Fourier transform or wavelet transform.

상기 제자리 걸음 특성에 대한 상기 대상자의 건강 상태를 기계학습하여 상기 제자리 걸음 특성에 기초한 건강 상태 평가 모델을 구축한다. A health state evaluation model based on the in-place walking characteristic is constructed by machine learning the health state of the subject with respect to the in-place walking characteristic.

건강 상태 학습부(120)는 상기 제자리 걸음 특성에 대한 대상자의 건강 상태를 기계학습하여 제자리 걸음 특성에 기초한 건강 상태 평가 모델을 구축한다. 여기서, 제자리 걸음 특성은 제자리 걸음 특성 분석부(110)에서 분석된 시공간적 보행 요소, 관절 각도 및 족저압 변화와 관련된 파라미터 및 시공간적 보행 요소, 관절 각도 및 족저압 변화와 관련된 이미지를 포함할 수 있다.The health state learning unit 120 constructs a health state evaluation model based on the in-place walking characteristic by machine learning the health state of the subject with respect to the in-place walking characteristic. Here, the in-place walking characteristic may include a spatiotemporal walking element analyzed by the in-place walking characteristic analysis unit 110, a parameter related to a joint angle and plantar pressure change, a spatiotemporal walking element, a joint angle, and an image related to a change in plantar pressure.

건강 상태 학습부(120)는 여러 비선형 변환기법의 조합을 통해 높은 수준의 추상화를 시도하는 기계학습 알고리즘의 집합인 심층학습을 이용해서 도 5에 도시된 것과 같은 구조의 건강 상태 평가 모델을 구축할 수 있다. 상기 심층학습 모델은 동물의 시각 피질의 구조와 유사하게 뉴런 사이의 연결 패턴을 형성하는 컨볼루셔널 신경망, 시간에 따라 매순간 신경망을 쌓아올리는 재귀 신경망, 입력 집합에 대한 확률 분포를 학습할 수 있는 제한 볼츠만 머신 등을 기반으로 할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. The health state learning unit 120 constructs a health state evaluation model having a structure as shown in FIG. 5 by using deep learning, which is a set of machine learning algorithms that attempt a high level of abstraction through a combination of several nonlinear converters. I can. The deep learning model is a convolutional neural network that forms a connection pattern between neurons similar to the structure of an animal's visual cortex, a recursive neural network that builds up a neural network every moment over time, and a restriction on learning a probability distribution for an input set. It may be based on a Boltzmann machine, but is not limited thereto.

건강 상태 학습부(120)에서 학습을 위해 사용되는 입력은 복수의 대상자 각자의 제자리 걸음 특성이고 출력은 상기 복수 대상자 각자의 건강 상태이다.An input used for learning in the health state learning unit 120 is a characteristic of a step in place of each of a plurality of subjects, and an output is a state of health of each of the plurality of subjects.

여기서, 대상자의 건강 상태는 대상자의 노쇠 정도, 대상자의 근감소 정도 및/또는 상기 대상자의 인지 기능 장애 정도를 포함한다. 건강 상태 학습부(120)에서 구축되는 건강 상태 평가 모델은 상기 대상자의 노쇠 정도를 판단하는 제1 건강 상태 평가 모델, 상기 대상자의 근감소 정도를 판단하는 제2 건강 상태 평가 모델 및 상기 대상자의 인지 기능 장애 정도를 판단하는 제3 건강 상태 평가 모델 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Here, the health state of the subject includes the degree of senility of the subject, the degree of muscle reduction of the subject, and/or the degree of cognitive dysfunction of the subject. The health state evaluation model constructed by the health state learning unit 120 includes a first health state evaluation model that determines the degree of senility of the subject, a second health state evaluation model that determines the degree of muscle reduction of the subject, and the subject's perception. It may include at least one of the third health condition evaluation models for determining the degree of dysfunction.

다음으로, 평가 대상자로부터 제자리 걸음 데이터를 수집하고, 제자리 걸음 특성을 추출한다(S110).Next, the in-place walking data is collected from the evaluation target, and in-place walking characteristics are extracted (S110).

센서(101), 카메라(102), 압력 매트(103) 중 적어도 하나를 이용해 평가 대상자의 제자리 걸음 데이터를 취득할 수 있다. 제자리 걸음 데이터 수집부(100)는 센서(101), 카메라(102), 압력 매트(103) 중 적어도 하나로부터 평가 대상자의 제자리 걸음 데이터를 수신하고, 제자리 걸음 특성 분석부(110)는 상기 제자리 걸음 데이터를 분석하여 제자리 걸음 특성을 추출할 수 있다.At least one of the sensor 101, the camera 102, and the pressure mat 103 may be used to acquire data about the subject's in-place walking. The in-place walking data collection unit 100 receives the in-place walking data of the evaluation subject from at least one of the sensor 101, the camera 102, and the pressure mat 103, and the in-place walking characteristic analysis unit 110 performs the in-place walking By analyzing the data, it is possible to extract the characteristics of walking in place.

평가 대상자의 건강 상태를 평가한다(S120).The health status of the evaluation target is evaluated (S120).

새로운 대상자로부터 획득한 제자리 걸음 특성은 건강 상태 평가부(130)로 제공되어 구축된 건강 상태 평가 모델의 입력 값으로 제공될 수 있으며, 건강 상태 평가 모델은 새로운 대상자의 건강 상태를 출력 값으로 제공할 수 있다. 즉, 건강 상태 평가부(130)는 새로운 대상자의 제자리 걸음 특성에 기초하여 새로운 대상자의 건강 상태를 평가할 수 있다. 구체적으로, 건강 상태 평가부(130)는 제1 건강 상태 평가 모델을 이용하여 새로운 대상자의 노쇠 정도, 제2 건강 상태 평가 모델을 이용하여 새로운 대상자의 근감소 정도 또는 제3 건강 상태 평가 모델을 이용하여 새로운 대상자의 인지 기능 장애 정도를 평가할 수 있다. 건강 상태 평가부(130)는 각 건강 상태 평가 모델에 따른 결과를 해당 대상자에게 제공할 수 있으며, 제자리 걸음 특성을 기반으로 노인의 노쇠, 근감소(낙상 위험), 인지기능장애 등과 관련된 건강 상태의 모니터링을 제공할 수 있다. 이에 따라, 관련 질병의 조기 진단, 증상 관리, 적절한 치료의 기회를 대상자에게 제공할 수 있다.The in-place walking characteristic acquired from the new subject may be provided to the health condition evaluation unit 130 and provided as an input value of the constructed health condition evaluation model, and the health condition evaluation model may provide the health condition of the new subject as an output value. I can. That is, the health state evaluation unit 130 may evaluate the health state of the new subject based on the characteristics of the new subject's walking in place. Specifically, the health condition evaluation unit 130 uses the degree of senility of the new subject using the first health condition evaluation model, the degree of muscle reduction of the new subject using the second health condition evaluation model, or the third health condition evaluation model. Thus, the degree of cognitive impairment of the new subject can be evaluated. The health condition evaluation unit 130 may provide the results according to each health condition evaluation model to the subject, and based on the in-situ walking characteristics, the health condition related to senility, muscle reduction (fall risk), cognitive dysfunction, etc. Can provide monitoring. Accordingly, an opportunity for early diagnosis of related diseases, symptom management, and appropriate treatment can be provided to the subject.

이와 같이, 본 실시예에 따른 노인 건강 상태 평가 방법은 기존에 사용되던 고가의 보행 분석 시스템을 사용하지 않고 대상자의 제자리 걸음 특성을 전문 인력과 물리적 공간에 대한 요구가 적은 방법으로 획득할 수 있다. As described above, the method for evaluating the health status of the elderly according to the present exemplary embodiment can obtain the characteristics of the subject's in-place walking without using the existing expensive gait analysis system in a manner that requires less demand for professional personnel and physical space.

간단하며 자동화된 방법으로 제자리 걸음 특성을 분석하여 인공신경망 모델의 입력으로 사용함에 따라, 입력 데이터의 가공 및 특징 생성에 요구되는 시간 소모적이며 노동 집약적인 과정을 최소화할 수 있다.By analyzing the in-place walking characteristics in a simple and automated method and using it as an input of an artificial neural network model, it is possible to minimize the time-consuming and labor-intensive process required for processing input data and generating characteristics.

일상생활 중에 쉽게 측정 가능한 제자리 걸음 특성을 이용하여 노인의 노쇠, 근감소(낙상 위험), 인지기능장애 등과 관련된 건강 상태를 모니터링함으로써 관련 질병의 조기 진단, 증상 관리, 적절한 치료의 기회를 제공할 수 있다.By monitoring the health conditions related to senility, muscle loss (risk of falls), and cognitive dysfunction in the elderly by using the easy-to-measurable in-place walking characteristics during daily life, it is possible to provide opportunities for early diagnosis of related diseases, symptom management, and appropriate treatment. have.

이상에서 설명한 실시예들에 따른 제자리 걸음 특성을 이용한 노인 건강 상태 평가 방법에 의한 동작은, 적어도 부분적으로 컴퓨터 프로그램으로 구현되고 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다. 실시예들에 따른 제자리 걸음 특성을 이용한 노인 건강 상태 평가 방법에 의한 동작을 구현하기 위한 프로그램이 기록되고 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 또한, 본 실시예를 구현하기 위한 기능적인 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트(segment)들은 본 실시예가 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 용이하게 이해될 수 있을 것이다.The operation by the method for evaluating the health condition of the elderly using the walking characteristics in place according to the embodiments described above may be implemented at least partially as a computer program and recorded on a computer-readable recording medium. A program for implementing an operation according to the method for evaluating the health condition of the elderly using the walking characteristics in place according to the embodiments is recorded, and the computer-readable recording medium includes all types of recording devices that store data that can be read by a computer. Includes. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tapes, floppy disks, and optical data storage devices. In addition, the computer-readable recording medium may be distributed over a computer system connected through a network, and computer-readable codes may be stored and executed in a distributed manner. In addition, functional programs, codes, and code segments for implementing this embodiment may be easily understood by those of ordinary skill in the art to which this embodiment belongs.

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만 본 발명은 이러한 실시예들 또는 도면에 의해 한정되는 것으로 해석되어서는 안 되며, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to examples, the present invention should not be construed as being limited by these examples or drawings, and those skilled in the art will be able to understand the spirit and scope of the present invention described in the following claims. It will be appreciated that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from.

10: 노인 건강 상태 평가 시스템
100: 제자리 걸음 데이터 수집부
110: 제자리 걸음 특성 분석부
120: 건강 상태 학습부
130: 건강 상태 평가부
140: 데이터 베이스부
10: Elderly health condition evaluation system
100: in-place step data collection unit
110: in-situ walking characteristic analysis unit
120: Department of Health Status Learning
130: health condition evaluation unit
140: database unit

Claims (15)

대상자로부터 제자리 걸음 데이터를 수집하는 제자리 걸음 데이터 수집부;
상기 제자리 걸음 데이터를 분석하여 제자리 걸음 특성을 추출하는 제자리 걸음 특성 분석부;
상기 제자리 걸음 특성에 대한 상기 대상자의 건강 상태를 기계학습하여 상기 제자리 걸음 특성에 기초한 건강 상태 평가 모델을 구축하는 건강 상태 학습부; 및
새로운 대상자로부터 획득한 제자리 걸음 특성을 상기 건강 상태 평가 모델에 입력시켜 상기 새로운 대상자의 건강 상태를 평가하는 건강 상태 평가부를 포함하는 제자리 걸음 특성을 이용한 노인 건강 상태 평가 시스템.
In-place walking data collection unit for collecting in-place walking data from the subject;
An in-place walking characteristic analysis unit that analyzes the in-place walking data to extract in-place walking characteristics;
A health state learning unit for constructing a health state evaluation model based on the in-place walking characteristic by machine learning the health state of the subject with respect to the in-place walking characteristic; And
Elderly health condition evaluation system using the in-place walking characteristic including a health condition evaluation unit that evaluates the health condition of the new subject by inputting the in-place walking characteristic acquired from a new subject into the health condition evaluation model.
제1 항에 있어서,
상기 건강 상태 평가 모델은 상기 대상자의 노쇠 정도를 판단하는 제1 건강 상태 평가 모델, 상기 대상자의 근감소 정도를 판단하는 제2 건강 상태 평가 모델 및 상기 대상자의 인지 기능 장애 정도를 판단하는 제3 건강 상태 평가 모델 중 적어도 하나를 포함하며,
상기 건강 상태 평가부는 상기 제1 건강 상태 평가 모델을 이용하여 새로운 대상자의 노쇠 정도, 상기 제2 건강 상태 평가 모델을 이용하여 새로운 대상자의 근감소 정도 또는 상기 제3 건강 상태 평가 모델을 이용하여 새로운 대상자의 인지 기능 장애 정도를 평가하는 것을 특징으로 하는 제자리 걸음 특성을 이용한 노인 건강 상태 평가 시스템.
The method of claim 1,
The health condition evaluation model includes a first health condition evaluation model for determining the degree of senility of the subject, a second health condition evaluation model for determining the degree of muscle reduction of the subject, and a third health condition for determining the degree of cognitive dysfunction of the subject. Including at least one of the condition evaluation model,
The health condition evaluation unit uses the first health condition evaluation model to determine the degree of senility of the new subject, the muscle reduction degree of the new subject using the second health condition evaluation model, or a new subject using the third health condition evaluation model. Elderly health status evaluation system using the in-situ walking characteristics, characterized in that to evaluate the degree of cognitive dysfunction of the.
제1 항에 있어서,
상기 건강 상태 학습부는, 심층학습을 이용해 상기 건강 상태 평가 모델을 생성하는 제자리 걸음 특성을 이용한 노인 건강 상태 평가 시스템.
The method of claim 1,
The health state learning unit is a health state evaluation system for the elderly using in-place walking characteristics to generate the health state evaluation model using deep learning.
제1 항에 있어서,
상기 대상자의 신체에 부착되어 상기 대상자의 제자리 걸음 동작에 따른 운동학적 데이터를 측정하는 센서;
상기 대상자의 신체 관절 위치와 각도를 측정하는 카메라; 및
상기 대상자의 제자리 걸음이 수행되는 제한된 공간으로서, 상기 대상자의 족저압을 측정하는 압력 매트를 더 포함하고,
상기 제자리 걸음 데이터는 상기 측정된 운동학적 데이터, 상기 측정된 대상자의 신체 관절 위치와 각도 및 상기 측정된 대상자의 족저압 중 적어도 하나를 포함하는 제자리 걸음 특성을 이용한 노인 건강 상태 평가 시스템.
The method of claim 1,
A sensor attached to the subject's body and measuring kinematic data according to the subject's walking motion;
A camera that measures the position and angle of the subject's body joints; And
As a limited space in which the subject's in-place walking is performed, further comprising a pressure mat for measuring the plantar pressure of the subject,
The in-place walking data includes at least one of the measured kinematic data, the measured body joint position and angle of the subject, and the measured plantar pressure of the subject.
제4 항에 있어서,
상기 제자리 걸음 특성은 시공간적 보행 요소, 관절 각도 및 족저압 변화와 관련된 파라미터 및 시공간적 보행 요소, 관절 각도 및 족저압 변화와 관련된 이미지 중 적어도 하나를 포함하는 제자리 걸음 특성을 이용한 노인 건강 상태 평가 시스템.
The method of claim 4,
The in-place walking characteristic is a system for evaluating the elderly health condition using the in-place walking characteristic including at least one of a spatiotemporal walking factor, a parameter related to a joint angle and plantar pressure change, and an image related to a spatiotemporal walking factor, a joint angle, and plantar pressure change.
제5 항에 있어서,
상기 이미지는 국소 푸리에 변환 기반의 스펙트로그램인 제자리 걸음 특성을 이용한 노인 건강 상태 평가 시스템.
The method of claim 5,
The image is a local Fourier transform-based spectrogram, an elderly health condition evaluation system using in-place walking characteristics.
제5 항에 있어서,
상기 이미지는 연속 웨이브릿 변환 기반의 스펙트로그램인 제자리 걸음 특성을 이용한 노인 건강 상태 평가 시스템.
The method of claim 5,
The image is a health condition evaluation system for the elderly using the in-situ walking characteristic, which is a spectrogram based on continuous wavelet transformation.
다수의 대상자로부터 제자리 걸음 데이터를 수집하고, 상기 제자리 걸음 데이터를 분석하여 제자리 걸음 특성을 추출하며, 상기 제자리 걸음 특성에 기초한 건강 상태 평가 모델을 구축하는 단계;
평가 대상자로부터 제자리 걸음 데이터를 수집하고, 제자리 걸음 특성을 추출하는 단계; 및
상기 평가 대상자의 제자리 걸음 특성을 상기 구축된 건강 상태 평가 모델에 입력시켜 상기 평가 대상자의 건강 상태를 평가하는 단계를 포함하는 제자리 걸음 특성을 이용한 노인 건강 상태 평가 방법.
Collecting in-place walking data from a plurality of subjects, analyzing the in-place walking data to extract in-place walking characteristics, and constructing a health condition evaluation model based on the in-place walking characteristics;
Collecting in-place walking data from the evaluation subject and extracting in-place walking characteristics; And
An elderly health condition evaluation method using the in-place walking characteristic comprising the step of evaluating the health condition of the evaluation subject by inputting the in-place walking characteristic of the evaluation subject into the constructed health condition evaluation model.
제8 항에 있어서,
상기 건강 상태 평가 모델은 상기 대상자의 노쇠 정도를 판단하는 제1 건강 상태 평가 모델, 상기 대상자의 근감소 정도를 판단하는 제2 건강 상태 평가 모델 및 상기 대상자의 인지 기능 장애 정도를 판단하는 제3 건강 상태 평가 모델 중 적어도 하나를 포함하며,
상기 평가 대상자의 건강 상태를 평가하는 단계는,
상기 제1 건강 상태 평가 모델을 이용하여 새로운 대상자의 노쇠 정도, 상기 제2 건강 상태 평가 모델을 이용하여 새로운 대상자의 근감소 정도 또는 상기 제3 건강 상태 평가 모델을 이용하여 새로운 대상자의 인지 기능 장애 정도를 평가하는 것을 포함하는 제자리 걸음 특성을 이용한 노인 건강 상태 평가 시스템.
The method of claim 8,
The health condition evaluation model includes a first health condition evaluation model for determining the degree of senility of the subject, a second health condition evaluation model for determining the degree of muscle reduction of the subject, and a third health condition for determining the degree of cognitive dysfunction of the subject. Including at least one of the condition evaluation model,
Evaluating the health status of the evaluation subject,
The degree of senility of the new subject using the first health condition evaluation model, the degree of muscle reduction of the new subject using the second health condition evaluation model, or the degree of cognitive dysfunction of the new subject using the third health condition evaluation model Elderly health condition evaluation system using the in-situ walking characteristics including evaluating.
제8 항에 있어서,
상기 제자리 걸음 특성에 기초한 건강 상태 평가 모델을 구축하는 단계는,
심층학습을 이용해 상기 건강 상태 평가 모델을 구축하는 제자리 걸음 특성을 이용한 노인 건강 상태 평가 방법.
The method of claim 8,
Building a health condition evaluation model based on the in-place walking characteristic,
A method for evaluating the elderly's health using in-place walking characteristics to construct the health state evaluation model using deep learning.
제8 항에 있어서,
상기 제자리 걸음 데이터는 상기 대상자의 신체에 부착된 센서로부터 제공되는 운동학적 데이터, 카메라로부터 제공되는 상기 대상자의 신체 관절 위치와 각도 및 압력 매트로부터 제공되는 상기 대상자의 족저압 중 적어도 하나를 포함하는 제자리 걸음 특성을 이용한 노인 건강 상태 평가 방법.
The method of claim 8,
The in-place walking data includes at least one of kinematic data provided from a sensor attached to the subject's body, a position and angle of the subject's body joint provided from a camera, and a plantar pressure of the subject provided from a pressure mat. A method for evaluating the health status of the elderly using gait characteristics
제11 항에 있어서,
상기 제자리 걸음 특성은 시공간적 보행 요소, 관절 각도 및 족저압 변화와 관련된 파라미터 및 시공간적 보행 요소, 관절 각도 및 족저압 변화와 관련된 이미지 중 적어도 하나를 포함하는 제자리 걸음 특성을 이용한 노인 건강 상태 평가 방법.
The method of claim 11,
The in-place walking characteristic includes at least one of a spatiotemporal gait factor, a parameter related to a joint angle and plantar pressure change, and an image related to a spatio-temporal gait factor, a joint angle, and plantar pressure change.
제12 항에 있어서,
상기 이미지는 국소 푸리에 변환 기반의 스펙트로그램인 제자리 걸음 특성을 이용한 노인 건강 상태 평가 방법.
The method of claim 12,
The image is a local Fourier transform-based spectrogram, a method for evaluating the elderly's health status using in-place walking characteristics.
제12 항에 있어서,
상기 이미지는 연속 웨이브릿 변환 기반의 스펙트로그램인 제자리 걸음 특성을 이용한 노인 건강 상태 평가 방법.
The method of claim 12,
The image is a spectrogram based on continuous wavelet transformation, a method for evaluating the elderly's health status using in-place walking characteristics.
하드웨어와 결합되어 제8항 내지 제14항 중 어느 하나의 제자리 걸음 특성을 이용한 노인 건강 상태 평가 방법을 실행하도록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.A computer program stored in a medium to execute a method for evaluating an elderly health condition using the in-place walking characteristic of any one of claims 8 to 14 in combination with hardware.
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