KR20220072041A - 고조파의 표준편차값을 이용한 보행 안정성 분석방법 - Google Patents
고조파의 표준편차값을 이용한 보행 안정성 분석방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명에 따른 고조파의 표준편차값을 이용한 보행 안정성 분석방법은, 측정 대상자의 신체에 가속도센서를 장착하여 보행을 수행하도록 함에 따라 측정 대상자의 보행 안정성을 분석하는 방법에 있어서, 측정 대상자에 대해 보행을 수행하도록 하고, 복수 회의 걸음걸이 각각에 대한 가속도센서의 센서값을 추출하는 (a)단계, 추출된 센서값을 주파수 영역으로 변환 및 분해하는 (b)단계, 주파수 영역으로 변환 및 분해된 센서값에 대해, 주기적인 반복 파형을 원천주파수와, 원천주파수의 정수 배 주파수를 가지는 n개의 고조파로 분해하는 (c)단계 및 복수 회의 걸음걸이마다 도출된 상기 n개의 고조파에 대한 표준편차 값을 산출하여 측정 대상자의 보행 안정성을 분석하는 (d)단계를 포함한다.
Description
본 발명은 보행 안정성 분석방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고조파의 표준편차값을 이용하여 보행 안정성을 분석함에 따라 측정 결과에 대한 신뢰도를 크게 향상시킬 수 있는 보행 안정성 분석방법에 관한 것이다.
초고령화 사회의 진입이 예측됨에 따라 고령자에 대한 관심이 증대되고 있으며, 따라서 최근에는 고령자 중 신체부자유자 및 치매환자 등과 같은 비정상적 보행능력을 갖는 고령자뿐 아니라, 정상적인 고령보행자의 보행 성에 관한 연구에 대한 필요성이 대두되고 있다.
종래의 경우, 측정 대상자의 보행 평가를 위하여 다양한 방법이 사용되고 있다. 대표적으로 예를 들면, 육안에 의한 관찰 분석법, 사진 촬영에 의한 모션 캡쳐 분석법 및 환자의 움직임을 광학식 카메라로 촬영하고 컴퓨터로 분석하는 영상 동작분석법 등이 있다.
하지만, 육안에 의한 관찰 분석법은 측정자에 따라 분석 결과가 달라지는 문제가 있을 뿐 아니라, 보행을 정확하게 기록하기 위해 다른 방법에 비해 측정 대상자의 보행 거리가 길어짐에 따라 측정 대상자의 신체에 부담이 가게 된다.
사진 촬영 및 영상 촬영에 의한 분석법의 경우, 분석을 위해서는 사진 촬영 후 이미지를 처리하는 시간이 더 소요되어 신속한 진단이 어려우며, 이미지 확인 후 재촬영을 해야 하는 문제도 자주 발생하는 문제가 있었다. 뿐만 아니라 장비를 구축하는 데 비용이 많이 소요되는 것은 물론, 측정 대상자의 보행을 평가하기 위한 알고리즘이 매우 복잡하다는 문제도 있다.
따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 가속도센서를 통해 보행 안정성을 분석함에 따라 측정 결과에 대한 신뢰도를 크게 향상시킬 수 있도록 보행 안정성 분석방법을 제공하기 위한 목적을 가진다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고조파의 표준편차값을 이용한 보행 안정성 분석방법은, 측정 대상자의 신체에 가속도센서를 장착하여 보행을 수행하도록 함에 따라 측정 대상자의 보행 안정성을 분석하는 방법에 있어서, 측정 대상자에 대해 보행을 수행하도록 하고, 복수 회의 걸음걸이 각각에 대한 가속도센서의 센서값을 추출하는 (a)단계, 추출된 센서값을 주파수 영역으로 변환 및 분해하는 (b)단계, 주파수 영역으로 변환 및 분해된 센서값에 대해, 주기적인 반복 파형을 원천주파수와, 원천주파수의 정수 배 주파수를 가지는 n개의 고조파로 분해하는 (c)단계 및 복수 회의 걸음걸이마다 도출된 상기 n개의 고조파에 대한 표준편차 값을 산출하여 측정 대상자의 보행 안정성을 분석하는 (d)단계를 포함한다.
이때 상기 (a)단계는, 20회 이상의 걸음걸이에 대한 가속도센서의 센서값을 추출하도록 할 수 있다.
그리고 상기 (d)단계는, 상기 n개의 고조파를 짝수고조파와 홀수고조파로 분류하는 (d-1)단계, 상기 짝수고조파 및 상기 홀수고조파 각각에 대한 표준편차 값을 도출하는 (d-2)단계 및 상기 (d-2)단계에 의해 도출된 상기 짝수고조파 및 상기 홀수고조파의 표준편차 값을 통해 보행 안정성을 분석하는 (d-3)단계를 포함할 수 있다.
또한 상기 (d-3)단계는, 상기 짝수고조파 및 상기 홀수고조파의 표준편차 값을 기 저장된 데이터 테이블과 대비하여 유사도를 측정함에 따라 보행 안정성을 분석할 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 고조파의 표준편차값을 이용한 보행 안정성 분석방법은, 가속도센서를 통해 보행 안정성을 정밀하게 분석함에 따라 측정 결과에 대한 신뢰도를 크게 향상시킬 수 있으며, 측정 과정이 간편하고 소요비용을 최소화할 수 있는 장점을 가진다.
또한 본 발명은 각 걸음걸이에 대해 도출된 고조파의 표준편차값을 이용하여 보행 안정성 분석을 수행할 수 있도록 하므로, 다양한 보행패턴에 대한 데이터를 확립하여 활용이 가능하다는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 안정성 분석방법의 각 과정을 나타낸 도면; 및
도 2는 측정 대상자의 걸음걸이 각 단계를 분석하여 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 안정성 분석방법을 통해 측정 대상자의 복수 걸음걸이에 대해 분석된 데이터 테이블의 예시를 나타낸 도면; 및
도 4 및 도 5는 도 3의 데이터 테이블을 기반으로 도출된 걸음걸이 패턴 그래프를 나타낸 도면이다.
도 2는 측정 대상자의 걸음걸이 각 단계를 분석하여 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 안정성 분석방법을 통해 측정 대상자의 복수 걸음걸이에 대해 분석된 데이터 테이블의 예시를 나타낸 도면; 및
도 4 및 도 5는 도 3의 데이터 테이블을 기반으로 도출된 걸음걸이 패턴 그래프를 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 측정 대상자의 신체에 가속도센서를 장착하여 보행을 수행하도록 함에 따라 측정 대상자의 보행 안정성을 분석하도록 한다.
그리고 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 안정성 분석방법의 각 과정을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 안정성 분석방법은, 측정 대상자에 대해 보행을 수행하도록 하고, 복수 회의 걸음걸이 각각에 대한 가속도센서의 센서값을 추출하는 (a)단계와, 추출된 센서값을 주파수 영역으로 변환 및 분해하는 (b)단계와, 주파수 영역으로 변환 및 분해된 센서값에 대해, 주기적인 반복 파형을 원천주파수와, 원천주파수의 정수 배 주파수를 가지는 n개의 고조파로 분해하는 (c)단계와, 복수 회의 걸음걸이마다 도출된 n개의 고조파에 대한 표준편차 값을 산출하여 측정 대상자의 보행 안정성을 분석하는 (d)단계를 포함한다.
(a)단계에서는, 측정 대상자가 준비된 공간에서 보행을 수행하는 과정에서, 측정 대상자가 착용한 가속도센서에서 생성된 센서값을 추출하여 시간의 흐름에 따라 표시하게 된다.
이때 측정 대상자의 복수 회의 걸음걸이 각각에 대해 센서값을 추출할 수 있으며, 걸음걸이의 횟수는 제한이 없으나 본 실시예의 경우 20회 이상에 대한 걸음걸이 각각에 대해 센서값을 추출하는 것으로 하였다.
그리고 (b)단계는, (a)단계에서 추출된 센서값을 주파수 영역으로 변환한다.
본 실시예에서 (b)단계는 푸리에 변환(Fourier Transform) 알고리즘을 통해 센서값을 주파수 영역으로 변환하는 방법을 사용하였다. 다만, 본 단계에서 이와 같은 알고리즘 외에 다른 방식의 알고리즘이 적용될 수도 있음은 물론이다.
그리고 (c)단계는 (b)단계에 의해 주파수 영역으로 변환된 센서값에 대해, 주기적인 반복 파형을 원천주파수와, 원천주파수의 정수 배 주파수를 가지는 n개의 고조파로 분해하는 (b-2)단계를 포함할 수 있다.
즉 (c)단계에서는, (b)단계에서 추출된 센서값 그래프에서 나타나는 주기적인 반복 파형에 대해, 원천주파수 및 원천주파수의 정수 배 주파수를 가지는 n개의 고조파로 분해하게 된다.
다음으로 (d)단계에서는, 복수 회의 걸음걸이마다 도출된 n개의 고조파에 대한 표준편차 값을 산출하여 측정 대상자의 보행 안정성을 분석하는 과정이다.
즉 본 단계에서는 측정 대상자의 복수 회에 걸친 걸음걸이 각각에 대해 획득한 센서값을 통해 도출된 n개의 고조파들의 평균 및 표준편차 값을 산출하고, 이 중에서 표준편차 값을 통해 측정 대상자의 보행 안정성을 분석하게 된다.
도 2는 측정 대상자의 걸음걸이 각 단계를 분석하여 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 스텝으로 이루어지는 하나의 걸음걸이(Stride)는, 세부적으로 Right Stance Phase 및 Right Swing Phase를 포함하는 우측 걸음과, Left Swing Phase 및 Left Stance Phase를 포함하는 좌측 걸음으로 구분될 수 있다.
본 발명은 이와 같은 걸음걸이를 측정 대상자가 복수 회 수행하도록 한 뒤, 각각의 걸음걸이에 대해 센서값을 측정하게 된다. 그리고 측정된 각 센서값으로부터 분해된 n개의 고조파들의 평균 및 표준편차 값을 산출하고, 이를 통해 측정 대상자의 보행 안정성을 분석할 수 있다.
이때 본 실시예에서 (d)단계는, 세부적으로 n개의 고조파를 짝수고조파와 홀수고조파로 분류하는 (d-1)단계와, 짝수고조파 및 홀수고조파 각각에 대한 표준편차 값을 도출하는 (d-2)단계와, (d-2)단계에 의해 도출된 짝수고조파 및 홀수고조파의 표준편차 값을 통해 보행 안정성을 분석하는 (d-3)단계를 포함할 수 있다.
즉 (d)단계는 짝수고조파와 홀수고조파를 서로 분류하여 그룹을 형성하고, 이들 각각의 평균 및 표준편차 값을 도출함에 따라, 짝수고조파 및 홀수고조파의 각 데이터값에 따라 보행 안정성을 보다 정밀하게 분석할 수 있도록 한다.
특히 상기 (d-3)단계는, 짝수고조파 및 홀수고조파의 표준편차 값을 기 저장된 데이터 테이블과 대비하여 유사도를 측정함에 따라 보행 안정성을 분석할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 안정성 분석방법을 통해 측정 대상자의 복수 걸음걸이에 대해 분석된 데이터 테이블의 예시를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 각 데이터 테이블은 모두 20회의 걸음걸이에 대해 센서값을 측정하여 얻은 짝수고조파 및 홀수고조파의 데이터값을 포함하며, 추가적으로 짝수고조파에 대한 홀수고조파의 비율, 그리고 20회의 걸음걸이에 대한 평균 및 표준편차 값을 포함하고 있다.
즉 각 데이터 테이블은 정상 보행을 수행하는 측정 대상자/우측하지마비 보행을 수행하는 측정 대상자, 보행장애를 가지는 측정 대상자 각각에 대해 도출된 결과로서, 이와 같이 최종적으로 도출된 짝수고조파와 홀수고조파의 표준편차 값을 통해 정상 보행 패턴/우측하지마비 보행 패턴/보행장애 패턴 등과 같은 데이터 테이블을 데이터베이스에 저장하여 이후 측정 대상자에 대해 도출된 데이터 테이블과의 유사도 대비자료로서 활용할 수 있다.
그리고 도 4 및 도 5는 도 3의 데이터 테이블을 기반으로 도출된 걸음걸이 패턴 그래프를 나타낸 도면으로서, 도 4는 정상 보행 패턴 그래프, 도 5는 우측하지마비 보행 패턴 그래프를 나타낸다.
즉 본 발명은 데이터 테이블을 통해 보행 패턴 그래프를 작성하고, 그 패턴의 유사도를 통해 임의의 측정 대상자가 어느 패턴의 보행 형태에 가까운지를 용이하게 파악할 수 있도록 할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
Claims (4)
- 측정 대상자의 신체에 가속도센서를 장착하여 보행을 수행하도록 함에 따라 측정 대상자의 보행 안정성을 분석하는 방법에 있어서,
측정 대상자에 대해 보행을 수행하도록 하고, 복수 회의 걸음걸이 각각에 대한 가속도센서의 센서값을 추출하는 (a)단계;
추출된 센서값을 주파수 영역으로 변환 및 분해하는 (b)단계;
주파수 영역으로 변환 및 분해된 센서값에 대해, 주기적인 반복 파형을 원천주파수와, 원천주파수의 정수 배 주파수를 가지는 n개의 고조파로 분해하는 (c)단계; 및
복수 회의 걸음걸이마다 도출된 상기 n개의 고조파에 대한 표준편차 값을 산출하여 측정 대상자의 보행 안정성을 분석하는 (d)단계;
를 포함하는,
보행 안정성 분석방법. - 제1항에 있어서,
상기 (a)단계는,
20회 이상의 걸음걸이에 대한 가속도센서의 센서값을 추출하도록 하는,
보행 안정성 분석방법. - 제1항에 있어서,
상기 (d)단계는,
상기 n개의 고조파를 짝수고조파와 홀수고조파로 분류하는 (d-1)단계;
상기 짝수고조파 및 상기 홀수고조파 각각에 대한 표준편차 값을 도출하는 (d-2)단계; 및
상기 (d-2)단계에 의해 도출된 상기 짝수고조파 및 상기 홀수고조파의 표준편차 값을 통해 보행 안정성을 분석하는 (d-3)단계;
를 포함하는,
보행 안정성 분석방법. - 제3항에 있어서,
상기 (d-3)단계는,
상기 짝수고조파 및 상기 홀수고조파의 표준편차 값을 기 저장된 데이터 테이블과 대비하여 유사도를 측정함에 따라 보행 안정성을 분석하는,
보행 안정성 분석방법.
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| KR102672715B1 (ko) * | 2023-01-12 | 2024-06-05 | (주)투핸즈인터랙티브 | 증강현실 인터랙티브 스포츠 장치를 이용한 보행 분석 방법 및 장치 |
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