KR20230101518A - 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존의 의료기관에서 수행하던 시간과 비용이 많이 소요되는 심폐 검사 방법이 아닌, 휴대 가능한 아이오티(IoT) 웨어러블 기기 및 라이다 센서를 이용하여 간단한 방법으로 산소포화도 및 심박수를 실시간으로 모니터링하여 검사자의 운동부하검사가 가능하고 보행 패턴까지 분석할 수 있도록 하는 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 시스템 및 그 방법을 제공한다.

Description

라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 시스템 및 그 방법{SYSTEM FOR EVALUATING OF CARDIOPULMONARY RESPIRATORY REHABILITATION USING RADAR SENSOR AND WEARABLE DEVICE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존의 의료기관에서 수행하던 시간과 비용이 많이 소요되는 심폐 검사 방법이 아닌, 휴대 가능한 아이오티(IoT) 웨어러블 기기 및 라이다 센서를 이용하여 간단한 방법으로 산소포화도 및 심박수를 실시간으로 모니터링하여 검사자의 운동부하검사가 가능하고 보행 패턴까지 분석할 수 있도록 하는 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

순환 및 호흡계통의 질환자의 경우 기능회복을 위하여 심폐기능의 평가 및 훈련을 통한 재활을 권장하고 있다. 심폐기능 재활에 있어 대상자의 정확한 상태를 파악하고 최적의 중재를 적용하기 위해 대상자의 심폐기능을 측정하는 것은 중요하다.

기존에 일반적인 순환 및 호흡계통 질환자의 심폐기능을 측정하는 방법으로는 사이클 또는 트레드밀 및 심전도계, 가스분석기를 이용한 최대운동부하검사(Maximal exercise stress test)를 이용한 방법이 일반적이나, 이러한 평가방법은 평가 과정에서 기기 및 평가에 대해 교육 및 훈련받은 전문 인력이 필요하며 검사에 필요한 시공간적인 요소 및 비용이 많이 소요되어 대상자에게 적용하기 위한 접근성이 낮다.

이러한 점을 개선하기 위하여 최대하운동부하검사(Submaximal exercise stress test)가 고안되었으며, 이에 해당하는 대표적인 검사방법으로는 6분 보행검사, 셔틀보행검사 등이 있다.

셔틀보행검사는 점증부하셔틀보행검사(ISWT: Incremental Shuttle Walking Test) 와 일정부하셔틀보행검사(ESWT: Endurance Shuttle Walking Test) 가 있다.

상기 점증부하셔틀보행검사는 10m 코스를 1분마다 보행속도를 증가시키면서 걷는 검사로, 검사 프로토콜은 1단계가 0.5 m/s, 2단계가 0.67 m/s의 속도이고, 최대 12 단계 2.37 m/s 까지 보행속도를 증가시키면서 검사한다.

상기 일정부하셔틀보행검사는 일정한 속도로 얼마만큼 오래 걸을 수 있는지를 평가하는 검사이다. 약 100초 정도 느린 속도로 몸풀기 보행을 한 다음 기설정된 신호음에 맞추어 10m 코스를 일정 속도로 보행하여 검사한다.

상기 점증부하셔틀보행검사는 심폐기능이 저하되어 있는 자를 대상으로 진행하였을 때 최대운동부하검사와 일치도가 높은 검사결과를 산출해낼 수 있으며, 검사과정이 기존의 최대운동부하검사에 비해 간소화되었으나, 여전히 측정에 대한 전문적인 지식이 있는 전문가가 상주하여야 하며, 운동과정을 모니터링하기 어렵고, 평가를 위한 도구가 많아 휴대가 어려워 공간적 제한이 있다.

종래의 심폐능력을 측정하기 위한 검진 장비는 병원에 방문하여야 사용 가능하며, 접근성이 낮은 문제가 있다.

한국등록특허 [10-0953371]에서는 최대하 운동 검사에서의 심박수 계측을 통한 운동 기구의운동부하 조절 방법 및 이를 이용한 운동기구의 운동부하조절 시스템이 개시되어 있다.

한국공개특허 [10-2017-0092301]에서는 IoT기반 운동부하 평가용 심폐 및 심박수 측정시스템이 개시되어 있다.

한국공개특허 [10-2019-0086102]에서는 심폐 및 심박수 측정을 위한 운동부하 감시시스템이 개시되어 있다.

한국등록특허 [10-0953371](등록일자: 2010, 04, 09) 한국공개특허 [10-2017-0092301](공개일자: 2017. 08. 11) 한국공개특허 [10-2019-0086102](공개일자: 2019. 07. 22)

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 기존의 의료기관에서 수행하던 시간과 비용이 많이 소요되는 심폐 검사 방법이 아닌, 휴대 가능한 아이오티(IoT) 웨어러블 기기 및 라이다 센서를 이용하여 간단한 방법으로 산소포화도 및 심박수를 실시간으로 모니터링하여 검사자의 운동부하검사가 가능하고 보행 패턴까지 분석할 수 있도록 하는 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 실 시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 시스템은, 사용자의 신체에 착용되어 상기 사용자의 생체 신호를 측정하기 위한 웨어러블 기기(200); 검사 장소의 일측에 고정되며 적어도 하나 이상의 라이다 센서를 구비하는 거리 측정부(300); 상기 웨어러블 기기로부터 전달받은 신호 및 상기 거리 측정부로부터 전달받은 신호를 실시간으로 모니터링, 분석 및 학습하여 상기 사용자의 보행 패턴을 분석하기 위한 분석서버(100); 및 심폐호흡재활 평가를 위한 어플리케이션이 설치되며, 상기 웨어러블 기기로부터 전달받은 신호를 처리하여 상기 사용자의 생체 신호 변화를 감지하고, 상기 분석서버로부터 보행 패턴에 관련한 분석 결과를 수신하기 위한 사용자 단말기(400)를 포함한다.

상기 웨어러블 기기(200)는, 상기 웨어러블 기기에 전원을 제공하기 위한 웨어러블 기기 전원부(201); 상기 웨어러블 기기의 동작을 제어하기 위한 웨어러블 기기 제어 모듈(202); 상기 사용자의 심박수 및 산소포화도를 감지하여 측정하기 위한 감지 모듈(203); 및 상기 웨어러블 기기에서 측정한 신호를 상기 사용자 단말기 및 상기 분석서버로 전달하기 위한 웨어러블 기기 통신 모듈(204)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 거리 측정부(300)는, 상기 거리 측정부에 전원을 제공하기 위한 거리측정 전원부(301); 상기 거리 측정부의 동작을 제어하기 위한 거리측정 제어 모듈(302); 상기 거리 측정부가 고정된 위치에서 상기 사용자와의 거리를 측정하여 보행 거리를 감지하고, 상기 사용자의 형상 이미지를 획득하기 위한 라이다 센서(303); 및 상기 측정된 거리를 상기 사용자 단말기로 전달하고, 상기 획득한 형상 이미지를 상기 분석서버로 전달하기 위한 통신 모듈(304)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 사용자 단말기는, 상기 거리 측정부로부터 전달받은 거리 데이터와 상기 웨어러블 기기로부터 전달받은 심박수 및 산소포화도를 이용하여 보행 속도 및 최대산소섭취량을 계산하고 운동부하검사를 분석하여 결과를 표시해주는 것을 특징으로 한다.

상기 분석서버는, 상기 라이다 센서로부터 전달받은 상기 사용자의 형상 이미지를 전처리하여 보행 이미지를 획득하고, 획득한 보행 이미지를 학습 및 분류하여 보행패턴을 분석하고, 낙상 위험도를 예측하기 위한 분석부(105)를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 분석부(105)는, 상기 전처리된 보행 이미지에 대하여 차이 기반 회귀 모형을 이용한 이상치를 탐지하여 이를 제거하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 방법은, 사용자에게 웨어러블 기기가 착용되고 심폐호흡재활 평가를 위한 사용자 정보를 입력받는 셋업단계(S810); 검사 전 상기 사용자의 심박수 및 산소포화도를 측정하는 사전측정단계(S820); 운동부하검사를 진행하는 검사진행단계(S830); 상기 검사진행단계가 수행되는 동안, 상기 웨어러블 기기에 의해 생체 신호가 측정되고, 거리 측정부에 의해 상기 사용자의 이동 거리가 측정되는 측정단계(S840); 사용자 단말기가 상기 웨어러블 기기로부터 전달받은 생체 신호와 상기 거리 측정부로부터 전달받은 이동거리를 이용하여 사용자의 보행속도를 계산하고, 실시간 모니터링하여 분석하는 운동분석단계(S850); 상기 운동부하검사가 종료됨에 따라 상기 사용자 단말기를 통해 운동분석 결과를 출력하는 운동검사결과출력단계(S860); 상기 검사진행단계가 수행되는 동안, 상기 거리 측정부가 상기 사용자의 형상 이미지를 획득하여 분석서버로 전달하는 이미지전달단계(S870); 및 상기 분석서버가 상기 형상 이미지를 전달받아 상기 사용자의 보행 패턴을 분석하는 보행패턴분석단계(S880)를 포함한다.

상기 운동부하검사가 점증부하셔틀검사인 경우, 상기 검사진행단계(S830)는, 셔틀보행이 실시되는 셔틀보행단계(S910); 금기증상이 발생했는지 판단하는 제1판단단계(S920); 상기 제1판단단계(S920)의 판단 결과, 금기증상이 함에 따라 검사를 종료하는 검사종료단계(S930); 상기 제1판단단계(S920)의 판단 결과, 금기증상이 발생하지 않았으면, 목표를 도달하였는지 판단하는 제2판단단계(S940); 상기 제2판단단계(S940)의 판단 결과, 목표를 도달함에 따라 횟수를 도달하였는지 판단하는 제3판단단계(S950); 상기 제3판단단계(S950)의 판단 결과, 횟수를 도달함에 따라 난이도를 증가시키는 난이도증가단계(S960); 상기 제3판단단계(S950)의 판단 결과, 횟수를 도달하지 않았으면 상기 셔틀보행단계(S910)로 진행하는 단계; 상기 제2판단단계(S940)의 판단 결과, 목표를 도달하지 못함에 따라 탈락기준 허용치를 초과했는지 판단하는 제4판단단계(S970); 상기 제4판단단계(S970)의 판단 결과, 탈락기준 허용치를 초과함에 따라 상기 검사종료단계(S930)로 진행하는 단계; 상기 제4판단단계(S970)의 판단 결과, 탈락기준 허용치를 초과하지 않음에 따라 격려신호를 출력(S980)하고 상기 제2판단단계(S950)로 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 보행패턴분석단계(S880)는, 전처리된 보행 이미지에 대하여 다수의 분류 알고리즘을 사용하여 보행 패턴을 학습하는 앙상블학습단계(S1010); 상기 학습에 따라 상기 사용자의 보행 패턴을 분석하여 정상 보행 패턴인지 비정상 보행 패턴인지 판단하는 보행패턴판단단계(S1020); 및 상기 사용자의 낙상 위험도를 예측하는 낙상위험도예측단계(S1030)를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 보행패턴분석단계(S880)는, 상기 전처리된 보행 이미지에 대하여 차이 기반 회귀 모형을 이용한 이상치를 탐지하여 이를 제거하는 이상데이터탐지단계(S1040)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 앙상블학습단계(S1010)에서는, 나이브 베이즈, 서포트 벡터 머신(SVM: Support vector machine), K-최근접 이웃(KNN : K-Nearest Neighbor), 랜덤 포레스트, 및 장단기메모리(LSTM :Long-Short Term Memory)를 분류 알고리즘으로 사용하는 것을 특징으로 하고, 상기 보행패턴판단단계(S1020)에서는, 다수결투표방식(Majority voting)을 사용하여 해당 사용자의 보행 패턴이 정상 보행 패턴인지 또는 비정상 보행 패턴인지 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 방법은, 상기 사용자의 보행 패턴에서 낙상 위험도를 예측하여, 위험도가 기설정 범위를 초과함에 따라 알림 신호를 출력하는 낙상경고단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 방법을 구현하기 위한 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체가 제공되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 방법을 구현하기 위해, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 프로그램이 제공되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 시스템 및 그 방법에 의하면, 휴대 가능한 아이오티(IoT) 웨어러블 기기 및 라이다 센서를 이용하여 간단한 방법으로 산소포화도 및 심박수를 실시간으로 모니터링하여 검사자의 운동부하검사가 가능함으로써, 검사를 위한 방법 및 구성에서의 접근성을 개선하여 누구나 쉽고 간편하게 검사를 시행할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 시스템 및 그 방법에 의하면, 라이다 센서를 이용하여 사용자의 보행 패턴까지 분석할 수 있어 사용자의 낙상 위험도를 판단하여 알려줄 수 있는 효과가 있다.

또, 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 시스템 및 그 방법에 의하면, 심폐질환자 및 재활환자들의 심폐재활 및 재활훈련을 위한 훈련장비로 활용이 가능한 효과가 있다.

또, 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 시스템 및 그 방법에 의하면, 운동 분석 결과를 서버에 전송하여 관리 및 저장이 가능하며, 사용자 단말기에 설치된 어플리케이션을 통해 쉽게 모니터링할 수 있고, 기누적된 데이터를 활용한 예측 내용을 확인할 수 있어, 심폐기능에 대한 관리 및 재활이 더욱 용이하게 되는 효과를 얻을 수 있다.

아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 시스템 및 그 방법에 의하면, 서버에 저장된 사용자 평가 데이터를 해당 데이터가 필요한 연구소 또는 기관에서 활용하여 순환 및 호흡기능 질환 및 보행 패턴에 대한 연구개발의 기초자료로 사용할 수 있어 국민의 건강 증진에 기여할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 시스템의 구성도.
도 3은 도 2의 웨어러블 기기의 상세 구성도.
도 4는 도 2의 거리 측정부의 상세 구성도.
도 5는 도 2의 사용자 단말기의 구성도.
도 6은 도 2의 분석부의 상세 구성도.
도 7a 및 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 방법을 설명하기 위한 도면들.
도 8은 본 발명에 따른 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 방법의 일실시예 흐름도.
도 9는 도 8의 검사진행단계(S830)의 상세 흐름도.
도 10은 도 8의 보행패턴분석단계(S880)의 상세 흐름도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 시스템의 구성도이다.

도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 시스템은, 웨어러블 기기(200), 거리 측정부(300), 및 분석서버(100) 및 사용자 단말기(400)를 포함한다.

상기 웨어러블 기기(200)는 사용자의 신체에 착용되어 상기 사용자의 생체 신호를 측정한다.

상기 거리 측정부(300)는 검사 장소의 일측에 고정되며 적어도 하나 이상의 라이다 센서를 구비한다.

상기 분석서버(100)는 상기 웨어러블 기기(200)로부터 전달받은 신호 및 상기 거리 측정부(300)로부터 전달받은 신호를 실시간으로 모니터링, 분석 및 학습하여 상기 사용자의 보행 패턴을 분석한다.

상기 사용자 단말기(400)는 심폐호흡재활 평가를 위한 어플리케이션이 설치되며, 상기 웨어러블 기기(200)로부터 전달받은 신호를 처리하여 상기 사용자의 생체 신호 변화를 감지하고, 상기 분석서버(100)로부터 보행 패턴에 관련한 분석 결과를 수신한다.

상기 사용자 단말기(400)는 운동부하검사를 위한 안내를 출력하며, 상기 분석서버로부터 보행 패턴에 관련한 알람을 더 수신할 수 있다.

상기 분석서버(100)는, 송수신부(101), 처리부(103), 데이터베이스관리부(104), 분석부(105) 및 제어부(102) 등을 포함한다.

상기 송수신부(101)는 상기 거리 측정부(300)로부터 전달받은 보행 이미지 데이터를 수신하고, 앙상블 러닝 분석에 따른 알람 또는 결과를 상기 사용자 단말기(400)로 전달하고, 심폐호흡재활 평가 서비스를 제공하기 위해 필요한 데이터를 송수신한다.

상기 처리부(103)는 수신한 데이터의 전처리 및 전송할 데이터를 처리한다.

상기 데이터베이스 관리부(104)는 생체신호 정보, 기록 정보, 운동결과, 학습 모델, 이미지 분석을 위한 알고리즘, 및 훈련 데이터 등을 저장하고 있다.

상기 분석부(105)는 상기 전달받은 보행 이미지 데이터로부터 해당 사용자의 보행 패턴을 분석하고 낙상 위험도를 예측한다.

상기 제어부(102)는 상기 송수신부(101), 상기 처리부(103), 상기 데이터베이스 관리부(104), 및 상기 분석부(105) 간의 데이터의 흐름을 제어하고, 심폐호흡재활 평가 서비스를 제공하기 위해 필요한 제어 신호를 생성한다.

어플리케이션 지원부(106)는 상기 사용자 단말기(400)에 설치되어 심폐호흡재활 평가 관련 정보를 전달받을 수 있는 어플리케이션을 지원한다.

상기 송수신부(101), 상기 제어부(102), 상기 처리부(103), 상기 데이터베이스 관리부(104), 및 상기 분석부(105)는 그 중 적어도 일부가 심폐호흡재활 평가 시스템과 통신하는 프로그램 모듈들일 수 있다. 이러한 프로그램 모듈들은 운영 시스템, 응용 프로그램 모듈 및 기타 프로그램 모듈의 형태로 심폐호흡재활 평가 시스템에 포함될 수 있으며, 물리적으로는 여러 가지 공지의 기억 장치 상에 저장될 수 있다. 또한, 이러한 프로그램 모듈들은 심폐호흡재활 평가 시스템과 통신 가능한 원격 기억 장치에 저장될 수도 있다. 한편, 이러한 프로그램 모듈들은 본 발명에 따라 후술할 특정 업무를 수행하거나 특정 추상 데이터 유형을 실행하는 루틴, 서브루틴, 프로그램, 오브젝트, 컴포넌트, 데이터 구조 등을 포괄하지만, 이에 제한되지는 않는다.

여기서, 통신 네트워크는 유선 및 무선 등과 같은 그 통신 양태를 가리지 않고 구성될 수 있으며, 근거리 통신망(LAN; Local Area Network), 도시권 통신망(MAN; Metropolitan Area Network), 광역 통신망(WAN; Wide Area Network) 등 다양한 통신망으로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 본 발명에서 말하는 통신 네트워크는 공지의 월드와이드웹(WWW; World Wide Web)일 수 있다.

또한, 근거리에 위치한 구성요소들 간에는 와이파이, 블루투스, 지그비 등을 포함하는 근거리 무선 통신망(Wireless LAN: Wireless Local Area Network)으로 통신할 수도 있다.

상기 심폐호흡재활 평가 시스템은 통신 네트워크를 통하여 상기 사용자 단말기(400)로/로부터 심폐호흡재활 평가 서비스에 필요한 데이터를 전송/수신한다. 상기 사용자 단말기(400)에는 상기 심폐호흡재활 평가 서비스를 위한 어플리케이션이 설치되어 있을 수 있다.

상기 사용자 단말기(400)는 통신 네트워크를 통하여 상기 심폐호흡재활 평가 시스템에 접속한 후 통신할 수 있도록 하는 기능을 포함하는 디지털 기기로서, 개인용 컴퓨터(예를 들어, 데스크탑 컴퓨터, 노트북 컴퓨터 등), 워크스테이션, PDA, 웹 패드, 이동 전화기 등과 같이 메모리 수단을 구비하고 마이크로 프로세서를 탑재하여 연산 능력을 갖춘 디지털 기기라면 얼마든지 본 발명에 따른 사용자 단말기(400)로서 채택될 수 있다.

상기 데이터베이스 관리부(104)는, 생체 신호를 저장하고 있는 생체신호 데이터베이스(104a), 평가자의 심폐호흡재활 평가에 대한 기록을 저장하고 있는 기록 데이터베이스(104b), 운동분석 결과를 저장하고 있는 운동결과 데이터 데이터베이스(104c), 보행 패턴 분석을 위해 라이다 센서(거리 측정부)(300)로부터 전달받은 이미지 데이터의 딥러닝(앙상블 러닝)을 위해 필요한 학습모델을 저장하고 있는 학습모델 데이터 데이터베이스(104d), 인공지능 분석 알고리즘을 저장하고 있는 분석 알고리즘 데이터베이스(104e), 및 훈련 데이터를 저장하고 있는 훈련 데이터 데이터베이스(104f) 등을 포함할 수 있다.

상기 실시예에서는, 본 발명의 구현을 위한 정보를 저장하는 데이터베이스를생체신호 데이터베이스(104a), 기록 데이터 데이터베이스(104b), 운동결과 데이터 데이터베이스(104c), 학습모델 데이터 데이터베이스(104d), 분석 알고리즘 데이터베이스(104e) 및 훈련 데이터 데이터베이스(104f)의 여섯 가지 데이터베이스로 분류하였지만, 이러한 분류를 포함한 데이터베이스의 구성은 당업자의 필요에 따라 변경될 수 있다.

한편, 본 발명에 있어서, 데이터베이스란, 협의의 데이터베이스뿐만 아니라, 컴퓨터 파일 시스템에 기반을 둔 데이터 기록 등을 포함하는 넓은 의미의 데이터베이스까지 포함하는 개념으로서, 단순한 연산 처리 로그의 집합이라도 이를 검색하여 소정의 데이터를 추출할 수 있다면 본 발명에서 말하는 데이터베이스에 포함될 수 있음이 이해되어야 한다.

도 3은 도 2의 웨어러블 기기의 상세 구성도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 웨어러블 기기(200)는, 웨어러블 기기 전원부(201), 웨어러블 기기 제어 모듈(202), 감지 모듈(203), 및 웨어러블 기기 통신 모듈(204)를 포함한다.

상기 웨어러블 기기 전원부(201)는 상기 웨어러블 기기(200)에 전원을 제공한다.

상기 웨어러블 기기 제어 모듈(202)은 상기 웨어러블 기기(200)의 동작을 제어한다.

상기 감지 모듈(203)은 상기 사용자의 심박수 및 산소포화도를 감지하여 측정한다.

상기 웨어러블 기기 통신 모듈(204)은 상기 웨어러블 기기(200)에서 측정한 신호를 상기 사용자 단말기(400) 및 상기 분석서버(100)로 전달한다.

한편, 상기 웨어러블 기기(200)는, 상기 측정된 심박수 및 산소포화도가 표시되는 웨어러블 기기 표시부(205) 및 상기 사용자 단말기(400) 또는 상기 분석서버(100)로부터 전달받은 알림 신호를 출력하기 위한 알림부(206)를 더 포함할 수 있다.

도 4는 도 2의 거리 측정부의 상세 구성도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 거리 측정부(300)는 거리측정 전원부(301), 거리측정 제어 모듈(302), 라이다 센서(303), 및 통신 모듈(304)를 포함한다.

상기 거리측정 전원부(301)는 상기 거리 측정부(300)에 전원을 제공한다.

상기 거리측정 제어 모듈(302)은 상기 거리 측정부(300)의 동작을 제어한다.

상기 라이다 센서(303)는 상기 거리 측정부(300)가 고정된 위치에서 상기 사용자와의 거리를 측정하여 보행 거리를 감지하고, 상기 사용자의 형상 이미지를 획득한다.

상기 통신 모듈(304)은 상기 측정된 거리를 상기 사용자 단말기(400)로 전달하고, 상기 획득한 형상 이미지를 상기 분석서버(100)로 전달한다.

도 5는 도 2의 사용자 단말기의 구성도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 사용자 단말기(400)는 통신부(401), 단말기 제어부(402), 저장부(403), 생체 신호 분석부(404), 운동 검사 분석부(405) 및 표시부(406)을 포함한다.

상기 통신부(401)는 상기 사용자 단말기의 근거리 무선통신 또는 유무선 통신이 가능하도록 한다.

상기 단말기 제어부(402)는 상기 사용자 단말기(400)의 전체 동작을 제어하고, 심폐호흡재활 평가 서비스를 제공하는데 필요한 각 구성요소를 동작을 제어한다.

상기 저장부(403)는 상기 심폐호흡재활 평가에 필요한 데이터를 저장한다.

상기 생체 신호 분석부(404)는 상기 웨어러블 기기(200)에서 전달받은 생체 신호를 분석한다.

상기 운동 검사 분석부(405)는 상기 생체 신호 분석부(400)에서 분석한 생체신호와 거리 측정부(300)로부터 전달받은 이동 거리로부터 해당 사용자의 운동능력을 분석한다.

상기 표시부(406)는 상기 사용자의 운동검사 결과를 표시한다.

상기 사용자 단말기(400)는, 상기 거리 측정부(300)로부터 전달받은 거리 데이터와 상기 웨어러블 기기(200)로부터 전달받은 심박수 및 산소포화도를 이용하여 보행 속도 및 최대산소섭취량을 계산하고 운동부하검사를 분석하여 결과를 표시해준다.

상기 사용자 단말기(400)는, 심폐기능 정보를 전달받아 저장하고, 사용자의 평가결과를 기반으로 사용자의 향후 예측 심폐기능, 향후 재활을 위한 최적의 훈련강도, 심장 및 폐기능 중증도 등을 화면에 표시해 줄 수 있다.

도 6은 도 2의 분석부의 상세 구성도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 분석부(105)는 전처리된 보행 이미지 수신부(601), 앙상블 학습부(602), 보행 패턴 분석부(603), 및 낙상 위험도 예측부(604)를 포함한다.

상기 전처리된 보행 이미지 수신부(601)는 상기 처리부에서 전처리된 보행 이미지를 전달받는다.

상기 앙상블 학습부(602)는 전처리된 보행 이미지에 대하여 다수의 분류 알고리즘을 사용하여 보행 패턴을 학습한다.

상기 다수의 분류 알고리즘은, 나이브 베이즈, 서포트 벡터 머신(SVM: Support vector machine), K-최근접 이웃(KNN : K-Nearest Neighbor), 랜덤 포레스트, 및 장단기메모리(LSTM :Long-Short Term Memory)를 포함한다.

상기 보행 패턴 분석부(603)는 상기 앙상블 학습부(602)에서의 학습에 따라 다수결투표방식(Majority voting)을 사용하여 해당 사용자의 보행 패턴이 정상 보행 패턴인지 또는 비정상 보행 패턴인지 판단한다.

상기 낙상 위험도 예측부(604)는 상기 사용자의 낙상 위험도를 예측한다.

즉, 상기 라이다 센서(303)로부터 전달받은 상기 사용자의 형상 이미지를 전처리하여 보행 이미지를 획득하고, 획득한 보행 이미지를 학습 및 분류하여 보행패턴을 분석하고, 낙상 위험도를 예측한다.

또한, 상기 분석부(105)는, 상기 전처리된 보행 이미지에 대하여 차이 기반 회귀 모형을 이용한 이상치를 탐지하여 이를 제거하는 이상 데이터 탐지부(605)를 더 포함할 수 있다.

상기 사용자 단말기(400)에 설치된 어플리케이션을 통해 누적되어 저장된 사용자의 평가 결과를 기반으로 추후 사용자의 심폐기능 및 보행 패턴를 예측하여 분석한 결과가 표시될 수 있다.

도 7a 및 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 방법을 설명하기 위한 도면들이다.

도 7a에는 점증셔틀보행검사를 수행하는 경우, 10m 간격으로 놓여진 두 개의 표지 사이를 사용자가 왕복 운동을 하며, 일측에 고정된 거리 측정부가 사용자의 보행 거리(이동 거리)를 측정할 수 있다.

검사는 총 12 level의 속도로 각 level 당 1분씩 진행되며, 도 7b와 같이, 표로 나타낼 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 방법의 일실시예 흐름도이다.

먼저, 사용자에게 웨어러블 기기(200)가 착용되고 심폐호흡재활 평가를 위한 사용자 정보를 입력받는다(S810).

이후, 검사 전 상기 사용자의 심박수 및 산소포화도를 측정한다(S820).

검사 전 심박수, 호흡수, 산소포화도 및 하지피로도가 측정될 수 있다. 또한, 기 입력받은 사용자 정보를 이용하여 연령별 예측 심박수 (210 - 0.65 x 나이)가 계산될 수 있다.

이후, 운동부하검사를 진행한다(S830).

상기 검사진행단계가 수행되는 동안, 상기 웨어러블 기기(200)에 의해 생체 신호가 측정되고, 거리 측정부(300)에 의해 상기 사용자의 이동 거리가 측정된다(S840).

이후, 상기 사용자 단말기(400)가 상기 웨어러블 기기(200)로부터 전달받은 생체 신호와 상기 거리 측정부(300)로부터 전달받은 이동거리를 이용하여 사용자의 보행속도를 계산하고, 실시간 모니터링하여 분석한다(S850).

이후, 상기 운동부하검사가 종료됨에 따라 상기 사용자 단말기(400)를 통해 운동분석 결과를 출력한다(S860).

한편, 상기 검사진행단계가 수행되는 동안, 상기 거리 측정부(300)가 상기 사용자의 형상 이미지를 획득하여 분석서버(100)로 전달한다(S870).

이후, 상기 분석서버(100)가 상기 형상 이미지를 전달받아 상기 사용자의 보행 패턴을 분석한다(S880).

한편, 본 발명에 따른 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 방법에서는, 상기 사용자의 보행 패턴에서 낙상 위험도를 예측하여, 위험도가 기설정 범위를 초과함에 따라 웨어러블 기기(200) 또는 사용자 단말기(400)를 통해 알림 신호를 출력하는 낙상경고단계(미도시)가 더 수행될 수 있다.

도 9는 도 8의 검사진행단계(S830)의 상세 흐름도이다.

검사진행단계(S830)에서는, 운동부하검사가 점증부하셔틀검사인 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.

상기 검사진행단계(S830)는, 먼저, 셔틀보행이 실시된다(S910).

이후, 금기증상이 발생했는지 판단한다(S920).

상기 금기증상은, 속도가 유지되지 않는 경우, 셔틀을 완료하지 못하는 경우, 또는 산소포화도가 80% 이하인 경우를 포함한다.

상기 제1판단단계(S920)의 판단 결과, 금기증상이 함에 따라 검사를 종료한다(S930).

한편, 상기 제1판단단계(S920)의 판단 결과, 금기증상이 발생하지 않았으면, 목표를 도달하였는지 판단한다(S940).

상기 제2판단단계(S940)의 판단 결과, 목표를 도달함에 따라 횟수를 도달하였는지 판단한다(S950).

상기 제3판단단계(S950)의 판단 결과, 횟수를 도달함에 따라 난이도를 증가시킨다(S960).

한편, 상기 제3판단단계(S950)의 판단 결과, 횟수를 도달하지 않았으면 상기 셔틀보행단계(S910)로 진행한다.

한편, 상기 제2판단단계(S940)의 판단 결과, 목표를 도달하지 못함에 따라 탈락기준 허용치를 초과했는지 판단한다(S970).

상기 제4판단단계(S970)의 판단 결과, 탈락기준 허용치를 초과함에 따라 상기 검사종료단계(S930)로 진행한다.

한편, 상기 제4판단단계(S970)의 판단 결과, 탈락기준 허용치를 초과하지 않음에 따라 격려신호를 출력(S980)하고 상기 제2판단단계(S950)로 진행한다.

금기증상이 발생되지 않고 목표 및 회수에 도달 후 난이도를 증가하여 최종적으로 12 레벨까지 모두 진행되면 검사가 종료된다.

한편, 심폐호흡재활 평가시, 목표 심박수는, "(220 ?? 나이 - 안정시 심박수)x 운동강도 + 안정시 심박수"라는 카보넨 공식을 사용하여 결정할 수 있다.

만 40세의 성인의 안정시 심박수가 70이고, 60%~80%의 운동강도가 목표라고 하는 경우,

60% 목표 심박수 = (220-40-70) x 0.6 + 70 = 136

80% 목표 심박수 = (220-40-70) x 0.8 + 70 = 158

상기와 같이 계산되므로, 목표 심박수를 136 내지 158 내에서 유지되도록 한다.

도 10은 도 8의 보행패턴분석단계(S880)의 상세 흐름도이다.

먼저, 보행패턴분석단계(S880)는, 전처리된 보행 이미지에 대하여 다수의 분류 알고리즘을 사용하여 보행 패턴을 학습한다(S1010). 이를 앙상블학습이라 한다.

상기 앙상블학습단계(S1010)에서는, 나이브 베이즈, 서포트 벡터 머신(SVM: Support vector machine), K-최근접 이웃(KNN : K-Nearest Neighbor), 랜덤 포레스트, 및 장단기메모리(LSTM :Long-Short Term Memory)를 분류 알고리즘으로 사용한다.

상기 앙상블 학습에 따라 상기 사용자의 보행 패턴을 분석하여 정상 보행 패턴인지 비정상 보행 패턴인지 판단한다(S1020).

상기 보행패턴판단단계(S1020)에서는, 다수결투표방식(Majority voting)을 사용하여 해당 사용자의 보행 패턴이 정상 보행 패턴인지 또는 비정상 보행 패턴인지 판단한다.

이후, 상기 사용자의 낙상 위험도를 예측한다(S1030).

한편, 상기 보행패턴분석단계(S880)는, 상기 전처리된 보행 이미지에 대하여 차이 기반 회귀 모형을 이용한 이상치를 탐지하여 이를 제거하는 단계(S1040)를 더 포함한다.

위에서 점증부하셔틀검사(ISWT)를 심폐호흡재활 평가 방법으로 하는 예로 들었으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 형태의 방법을 심폐호흡재활 평가 방법으로 사용하는 것 역시 가능하다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 방법에 대하여 설명하였지만, 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 방법을 구현하기 위한 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체 및 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 방법을 구현하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 프로그램 역시 구현 가능함은 물론이다.

즉, 상술한 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 방법은 이를 구현하기 위한 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현됨으로써, 컴퓨터를 통해 판독될 수 있는 기록매체에 포함되어 제공될 수도 있음을 당업자들이 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 다시 말해, 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리, USB 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

100: 분석서버
101: 송수신부 102: 제어부
103: 처리부 104: 데이터베이스 관리부
105: 분석부 106: 어플리케이션 지원부
200: 웨어러블 기기
201: 웨어러블 기기 전원부 202: 웨어러블 기기 제어 모듈
203: 감지 모듈 204: 웨어러블 기기 통신 모듈
205: 웨어러블 기기 표시부 206: 알림부
300: 거리 측정부
301: 거리측정 전원부 302: 거리측정 제어 모듈
303: 라이다 센서 304: 거리측정 통신 모듈
400: 사용자 단말기
401: 통신부 402: 단말기 제어부
403: 저장부 404: 생체 신호 분석부
405: 운동결과 분석부 406: 표시부
601: 전처리된 보행 이미지 수신부 602: 앙상블 학습부
603: 보행 패턴 분석부 604: 낙상 위험도 예측부
605: 이상 데이터 탐지부
S810: 셋업단계
S820: 사전측정단계
S830: 검사진행단계
S840: 측정단계
S850: 운동분석단계
S860: 운동검사결과출력단계
S870: 이미지전달단계
S880: 보행패턴분석단계

Claims (10)

1. 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 시스템에 있어서,
   사용자의 신체에 착용되어 상기 사용자의 생체 신호를 측정하기 위한 웨어러블 기기(200);
   검사 장소의 일측에 고정되며 적어도 하나 이상의 라이다 센서를 구비하는 거리 측정부(300);
   상기 웨어러블 기기로부터 전달받은 신호 및 상기 거리 측정부로부터 전달받은 신호를 실시간으로 모니터링, 분석 및 학습하여 상기 사용자의 보행 패턴을 분석하기 위한 분석서버(100); 및
   심폐호흡재활 평가를 위한 어플리케이션이 설치되며, 상기 웨어러블 기기로부터 전달받은 신호를 처리하여 상기 사용자의 생체 신호 변화를 감지하고, 상기 분석서버로부터 보행 패턴에 관련한 분석 결과를 수신하기 위한 사용자 단말기(400)
   를 포함하는 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 웨어러블 기기(200)는,
   상기 웨어러블 기기에 전원을 제공하기 위한 웨어러블 기기 전원부(201);
   상기 웨어러블 기기의 동작을 제어하기 위한 웨어러블 기기 제어 모듈(202);
   상기 사용자의 심박수 및 산소포화도를 감지하여 측정하기 위한 감지 모듈(203); 및
   상기 웨어러블 기기에서 측정한 신호를 상기 사용자 단말기 및 상기 분석서버로 전달하기 위한 웨어러블 기기 통신 모듈(204)
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 시스템.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 거리 측정부(300)는,
   상기 거리 측정부에 전원을 제공하기 위한 거리측정 전원부(301);
   상기 거리 측정부의 동작을 제어하기 위한 거리측정 제어 모듈(302);
   상기 거리 측정부가 고정된 위치에서 상기 사용자와의 거리를 측정하여 보행 거리를 감지하고, 상기 사용자의 형상 이미지를 획득하기 위한 라이다 센서(303); 및
   상기 측정된 거리를 상기 사용자 단말기로 전달하고, 상기 획득한 형상 이미지를 상기 분석서버로 전달하기 위한 통신 모듈(304)
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 시스템.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 사용자 단말기는,
   상기 거리 측정부로부터 전달받은 거리 데이터와 상기 웨어러블 기기로부터 전달받은 심박수 및 산소포화도를 이용하여 보행 속도 및 최대산소섭취량을 계산하고 운동부하검사를 분석하여 결과를 표시해주는 것을 특징으로 하는 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 시스템.
   
5. 제2항에 있어서,
   상기 분석서버는,
   상기 라이다 센서로부터 전달받은 상기 사용자의 형상 이미지를 전처리하여 보행 이미지를 획득하고, 획득한 보행 이미지를 학습 및 분류하여 보행패턴을 분석하고, 낙상 위험도를 예측하기 위한 분석부(105)를 포함하는 것을 특징으로 하고,
   상기 분석부(105)는,
   상기 전처리된 보행 이미지에 대하여 차이 기반 회귀 모형을 이용한 이상치를 탐지하여 이를 제거하는 것을 특징으로 하는 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 시스템.
   
6. 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 방법에 있어서,
   사용자에게 웨어러블 기기가 착용되고 심폐호흡재활 평가를 위한 사용자 정보를 입력받는 셋업단계(S810);
   검사 전 상기 사용자의 심박수 및 산소포화도를 측정하는 사전측정단계(S820);
   운동부하검사를 진행하는 검사진행단계(S830);
   상기 검사진행단계가 수행되는 동안, 상기 웨어러블 기기에 의해 생체 신호가 측정되고, 거리 측정부에 의해 상기 사용자의 이동 거리가 측정되는 측정단계(S840);
   사용자 단말기가 상기 웨어러블 기기로부터 전달받은 생체 신호와 상기 거리 측정부로부터 전달받은 이동거리를 이용하여 사용자의 보행속도를 계산하고, 실시간 모니터링하여 분석하는 운동분석단계(S850);
   상기 운동부하검사가 종료됨에 따라 상기 사용자 단말기를 통해 운동분석 결과를 출력하는 운동검사결과출력단계(S860);
   상기 검사진행단계가 수행되는 동안, 상기 거리 측정부가 상기 사용자의 형상 이미지를 획득하여 분석서버로 전달하는 이미지전달단계(S870); 및
   상기 분석서버가 상기 형상 이미지를 전달받아 상기 사용자의 보행 패턴을 분석하는 보행패턴분석단계(S880)
   를 포함하는 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 방법.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 운동부하검사가 점증부하셔틀검사인 경우,
   상기 검사진행단계(S830)는,
   셔틀보행이 실시되는 셔틀보행단계(S910);
   금기증상이 발생했는지 판단하는 제1판단단계(S920);
   상기 제1판단단계(S920)의 판단 결과, 금기증상이 함에 따라 검사를 종료하는 검사종료단계(S930);
   상기 제1판단단계(S920)의 판단 결과, 금기증상이 발생하지 않았으면, 목표를 도달하였는지 판단하는 제2판단단계(S940);
   상기 제2판단단계(S940)의 판단 결과, 목표를 도달함에 따라 횟수를 도달하였는지 판단하는 제3판단단계(S950);
   상기 제3판단단계(S950)의 판단 결과, 횟수를 도달함에 따라 난이도를 증가시키는 난이도증가단계(S960);
   상기 제3판단단계(S950)의 판단 결과, 횟수를 도달하지 않았으면 상기 셔틀보행단계(S910)로 진행하는 단계;
   상기 제2판단단계(S940)의 판단 결과, 목표를 도달하지 못함에 따라 탈락기준 허용치를 초과했는지 판단하는 제4판단단계(S970);
   상기 제4판단단계(S970)의 판단 결과, 탈락기준 허용치를 초과함에 따라 상기 검사종료단계(S930)로 진행하는 단계;
   상기 제4판단단계(S970)의 판단 결과, 탈락기준 허용치를 초과하지 않음에 따라 격려신호를 출력(S980)하고 상기 제2판단단계(S950)로 진행하는 단계
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 방법.
   
8. 제6항에 있어서,
   상기 보행패턴분석단계(S880)는,
   전처리된 보행 이미지에 대하여 다수의 분류 알고리즘을 사용하여 보행 패턴을 학습하는 앙상블학습단계(S1010);
   상기 학습에 따라 상기 사용자의 보행 패턴을 분석하여 정상 보행 패턴인지 비정상 보행 패턴인지 판단하는 보행패턴판단단계(S1020); 및
   상기 사용자의 낙상 위험도를 예측하는 낙상위험도예측단계(S1030)
   를 포함하는 것을 특징으로 하고,
   상기 보행패턴분석단계(S880)는,
   상기 전처리된 보행 이미지에 대하여 차이 기반 회귀 모형을 이용한 이상치를 탐지하여 이를 제거하는 이상데이터탐지단계(S1040)
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 방법.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 앙상블학습단계(S1010)에서는,
   나이브 베이즈, 서포트 벡터 머신(SVM: Support vector machine), K-최근접 이웃(KNN : K-Nearest Neighbor), 랜덤 포레스트, 및 장단기메모리(LSTM :Long-Short Term Memory)를 분류 알고리즘으로 사용하는 것을 특징으로 하고,
   상기 보행패턴판단단계(S1020)에서는,
   다수결투표방식(Majority voting)을 사용하여 해당 사용자의 보행 패턴이 정상 보행 패턴인지 또는 비정상 보행 패턴인지 판단하는 것을 특징으로 하는 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 방법.
   
10. 제8항에 있어서,
    상기 사용자의 보행 패턴에서 낙상 위험도를 예측하여, 위험도가 기설정 범위를 초과함에 따라 알림 신호를 출력하는 낙상경고단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 센서 및 웨어러블 기기를 이용한 심폐호흡재활 평가 방법.

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