KR20230159043A - Method and apparatus for evaluating muscle function - Google Patents

Method and apparatus for evaluating muscle function Download PDF

Info

Publication number
KR20230159043A
KR20230159043A KR1020220058916A KR20220058916A KR20230159043A KR 20230159043 A KR20230159043 A KR 20230159043A KR 1020220058916 A KR1020220058916 A KR 1020220058916A KR 20220058916 A KR20220058916 A KR 20220058916A KR 20230159043 A KR20230159043 A KR 20230159043A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
muscle function
function evaluation
inertial information
rehabilitation
emg
Prior art date
Application number
KR1020220058916A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김현숙
김우진
이승준
조현우
윤대섭
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR1020220058916A priority Critical patent/KR20230159043A/en
Publication of KR20230159043A publication Critical patent/KR20230159043A/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/45For evaluating or diagnosing the musculoskeletal system or teeth
    • A61B5/4519Muscles
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1121Determining geometric values, e.g. centre of rotation or angular range of movement
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1124Determining motor skills
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/22Ergometry; Measuring muscular strength or the force of a muscular blow
    • A61B5/224Measuring muscular strength
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/316Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/389Electromyography [EMG]
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2505/00Evaluating, monitoring or diagnosing in the context of a particular type of medical care
    • A61B2505/09Rehabilitation or training
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0219Inertial sensors, e.g. accelerometers, gyroscopes, tilt switches

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Rheumatology (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

근기능 평가 장치에서 재활기기를 착용하고 재활훈련을 실시하는 사용자의 근기능을 평가하는 방법이 제공된다. 근기능 평가 방법은 재활훈련 동안 상기 재활기기에 포함된 관성 정보 센서와 근전도 센서로부터 각각 관성 정보 센서 신호와 근전도 신호를 수집하는 단계, 상기 관성 정보 센서 신호로부터 관성 정보 특징을 분석하는 단계, 상기 근전도 신호로부터 근전도 특징을 분석하는 단계, 그리고 상기 재활훈련 동안 분석된 상기 관성 정보 특징과 상기 근전도 특징을 이용하여 근기능 평가를 수행하는 단계를 포함한다. A method for evaluating the muscle function of a user who wears a rehabilitation device and performs rehabilitation training in a muscle function evaluation device is provided. The muscle function evaluation method includes collecting inertial information sensor signals and EMG signals from an inertial information sensor and an EMG sensor included in the rehabilitation device during rehabilitation training, analyzing inertial information characteristics from the inertial information sensor signals, and EMG signals. It includes analyzing electromyographic features from and performing muscle function evaluation using the inertial information features and the electromyographic features analyzed during the rehabilitation training.

Description

근기능 평가 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR EVALUATING MUSCLE FUNCTION}Method and device for evaluating muscle function {METHOD AND APPARATUS FOR EVALUATING MUSCLE FUNCTION}

본 개시는 근기능 평가 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 근전도와 관성 정보 분석을 이용하여 재활 환자의 근기능 회복 수준을 평가하는 근기능 평가 방법 및 장치에 관한 것이다. The present disclosure relates to a muscle function evaluation method and device, and more specifically, to a muscle function evaluation method and device for evaluating the level of muscle function recovery of a rehabilitation patient using electromyography and inertial information analysis.

뇌졸중 환자는 몸을 움직일 수 없기 때문에 장기간 재활운동을 하거나 전문의와 물리치료사의 도움을 받아 재활운동을 해야 하는데, 코로나19의 세계적 대유행 이후 비접촉 의료 서비스가 가능해지면서 가정에서의 원격 재활 치료에 대한 요구사항이 증가하고 있다. 원격재활은 물리치료 시간의 부족, 진찰의 어려움, 자가재활의 효율성 부족 등 의료서비스의 문제점을 해결하기 위한 방법으로 더욱 주목 받고 있다. Because stroke patients are unable to move their bodies, they must do rehabilitation exercises for a long period of time or with the help of specialists and physical therapists. As non-contact medical services become possible after the global pandemic of COVID-19, there is a demand for remote rehabilitation treatment at home. This is increasing. Telerehabilitation is attracting more attention as a way to solve problems in medical services, such as lack of physical therapy time, difficulty in examination, and lack of efficiency of self-rehabilitation.

또한 뇌졸중, 외상 등의 원인으로 근기능을 상실한 환자들의 회복을 돕기 위해 외골격 로봇이나 전기자극을 활용한 재활 기기와 관련한 기술과 솔루션이 개발 중에 있다. Additionally, technologies and solutions related to rehabilitation devices using exoskeleton robots or electrical stimulation are being developed to help patients who have lost muscle function due to stroke, trauma, etc. recover.

원격 재활치료가 활성화되기 위해서는 ICT와 바이오 센서를 사용하여 환자의 생체 신호를 측정하고 분석할 수 있어야 한다. 특히, 뇌졸중 등으로 상지와 하지 근육이 마비된 재활환자에게는 재활 효과를 객관적으로 평가할 수 있도록 재활기기 및 시스템에서 근기능을 평가할 수 있는 방법이 필요하다. 이러한 기술은 의료진뿐만 아니라 환자에게도 환경의 현재 상태를 객관적으로 이해하고 보다 적절한 운동 요법과 재활 치료를 시도할 수 있도록 도와줄 수 있다. In order for remote rehabilitation treatment to be activated, it is necessary to measure and analyze the patient's vital signs using ICT and biosensors. In particular, rehabilitation patients whose upper and lower limb muscles are paralyzed due to stroke, etc. need a method to evaluate muscle function in rehabilitation devices and systems so that the rehabilitation effect can be objectively evaluated. These technologies can help not only medical staff but also patients objectively understand the current state of the environment and attempt more appropriate exercise therapy and rehabilitation treatment.

기존에는 의사나 치료사가 뇌졸중 환자의 근육 기능을 평가할 때, 도수근력검사(Manual Muscle Testing, MMT), FMA(Fugl-Meyer Assessment) 방법을 주로 사용한다. 레벨 스케일로 인해 스케일 사이의 섹션을 수량화하기 어렵고, 기존 근육 기능 평가 방법에는 체계적이고 지속적인 표준이 없어 평가 결과를 정량화하기 어렵다. 따라서 평가는 미세한 변화도 감지할 수 있도록 정성적이기보다는 정량적이어야 하며, 평가를 실시간으로 평가할 수 있는 기술이 필요하다. Previously, when doctors or therapists evaluated the muscle function of stroke patients, manual muscle testing (MMT) and FMA (Fugl-Meyer Assessment) methods were mainly used. Level scales make it difficult to quantify sections between scales, and existing muscle function assessment methods lack systematic and continuous standards, making it difficult to quantify assessment results. Therefore, evaluation should be quantitative rather than qualitative so that even subtle changes can be detected, and technology that can evaluate the evaluation in real time is needed.

본 개시가 해결하려는 과제는 의료진의 도움 없이 환자 중심으로 재활기기를 사용하여 재활훈련을 수행할 때, 환자의 근기능 상태를 객관적으로 평가할 수 있는 근기능 평가 방법 및 장치를 제공하는 것이다. The problem that the present disclosure aims to solve is to provide a muscle function evaluation method and device that can objectively evaluate the patient's muscle function status when performing rehabilitation training using a patient-centered rehabilitation device without the help of medical staff.

일 실시 예에 따르면, 근기능 평가 장치에서 재활기기를 착용하고 재활훈련을 실시하는 사용자의 근기능을 평가하는 방법이 제공된다. 근기능 평가 방법은 재활훈련 동안 상기 재활기기에 포함된 관성 정보 센서와 근전도 센서로부터 각각 관성 정보 센서 신호와 근전도 신호를 수집하는 단계, 상기 관성 정보 센서 신호로부터 관성 정보 특징을 분석하는 단계, 상기 근전도 신호로부터 근전도 특징을 분석하는 단계, 그리고 상기 재활훈련 동안 분석된 상기 관성 정보 특징과 상기 근전도 특징을 이용하여 근기능 평가를 수행하는 단계를 포함한다. According to one embodiment, a method of evaluating the muscle function of a user who wears a rehabilitation device and performs rehabilitation training using a muscle function evaluation device is provided. The muscle function evaluation method includes collecting inertial information sensor signals and EMG signals from an inertial information sensor and an EMG sensor included in the rehabilitation device during rehabilitation training, analyzing inertial information characteristics from the inertial information sensor signals, and EMG signals. It includes analyzing electromyographic features from and performing muscle function evaluation using the inertial information features and the electromyographic features analyzed during the rehabilitation training.

실시 예에 의하면, 의료진 및 물리치료사의 도움 없이 환자나 사용자 스스로 근육 기능의 객관적인 평가를 통해 환자의 근육 기능 상태와 재활운동의 치료 결과를 확인할 수 있으며, 이런 결과는 원격 의료 서비스로 이어질 수 있다. According to an embodiment, the patient's muscle function status and the treatment results of rehabilitation exercises can be confirmed through an objective evaluation of muscle function by the patient or user without the help of medical staff or physical therapists, and these results can lead to remote medical services.

또한 실시간으로 근육 기능을 평가하고 분석 결과를 제공하는 시스템이 구축되면, 의료진은 이러한 실시간 데이터와 누적된 데이터를 활용해 원격으로 재활운동을 관리할 수 있다. 이러한 가능성은 의료진이 환자의 뇌에서 근육에 어떤 명령이 전달되었는지 실시간으로 파악하고 환자 개개인에 맞는 맞춤형 재활 서비스를 제공할 수 있는 스마트 재활 장치를 구현하고 개인용 재활기기 시장 확산에 기여할 수 있다. Additionally, once a system is established that evaluates muscle function in real time and provides analysis results, medical staff can manage rehabilitation exercises remotely using this real-time and accumulated data. This possibility could implement a smart rehabilitation device that allows medical staff to understand in real time what commands were sent from the patient's brain to the muscles and provide customized rehabilitation services tailored to each patient, and contribute to the spread of the personal rehabilitation device market.

도 1은 일 실시 예에 따른 근기능 평가 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 관성 정보 센서 신호를 분석하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 근전도 신호를 분석하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 관성 정보 특징과 근전도 특징을 이용하여 근기능을 평가하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 사용자의 재활훈련 전후로 근기능 평가 및 회복 상태 분석 방법의 일 예를 나타낸 흐름도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 근기능 평가 장치를 나타낸 도면이다.
도 7은 다른 실시 예에 따른 근기능 평가 장치를 나타낸 도면이다.
Figure 1 is a flowchart showing a method for evaluating muscle function according to an embodiment.
Figure 2 is a flowchart showing a method of analyzing an inertial information sensor signal according to an embodiment.
Figure 3 is a flowchart showing a method of analyzing an electromyogram signal according to an embodiment.
Figure 4 is a flowchart showing a method of evaluating muscle function using inertial information features and electromyography features according to an embodiment.
Figure 5 is a flowchart showing an example of a method for evaluating muscle function and analyzing recovery status before and after rehabilitation training of a user according to an embodiment.
Figure 6 is a diagram showing a muscle function evaluation device according to an embodiment.
Figure 7 is a diagram showing a muscle function evaluation device according to another embodiment.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 개시의 실시 예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 개시를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present disclosure will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice them. However, the present disclosure may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present disclosure in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.

명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification and claims, when a part is said to “include” a certain component, this means that it may further include other components rather than excluding other components, unless specifically stated to the contrary.

이제 본 개시의 실시 예에 따른 근기능 평가 방법 및 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다. Now, the muscle function evaluation method and device according to an embodiment of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 일 실시 예에 따른 근기능 평가 방법을 나타낸 흐름도이다. Figure 1 is a flowchart showing a method for evaluating muscle function according to an embodiment.

도 1을 참고하면, 사용자는 관성 정보 센서(IMU, Inertial Measurement Unit)와 근전도(EMG, Electromyogram) 센서가 포함된 재활기기를 착용하고, 재활훈련을 실시한다(S110). Referring to Figure 1, the user wears a rehabilitation device that includes an inertial measurement unit (IMU) and an electromyogram (EMG) sensor and performs rehabilitation training (S110).

병원에서 의료진이 재활을 위해 바이오피드백(Biofeedback) 치료에 사용되는 표면 근전도 기기는 전문가가 아니면 사용하기 힘들며, 제품들의 가격이 비싸기 때문에 환자들이 구매하여 직접 사용하기 힘든 상황이다. 환자의 근기능은 근전도뿐 아니라, 관성 정보 센서를 통해서도 가능하다. 따라서, 실시 예에 따른 근기능 평가 장치는 재활기기에 포함된 관성 정보 센서와 근전도 센서에서 센싱된 신호를 분석하여 사용자의 상지 또는/및 하지 근육의 근기능을 평가한다. Surface electromyography devices, which are used by medical staff in hospitals for biofeedback treatment for rehabilitation, are difficult to use unless you are an expert, and the products are expensive, making it difficult for patients to purchase and use them directly. The patient's muscle function can be monitored not only through electromyography but also through inertial information sensors. Therefore, the muscle function evaluation device according to the embodiment analyzes the signals sensed by the inertial information sensor and the electromyography sensor included in the rehabilitation device to evaluate the muscle function of the user's upper and/or lower limb muscles.

근기능 평가 장치는 재활훈련 동작에 따라 관성 정보 센서로부터 실시간으로 관성 정보 센서 신호를 수집하고(S120), 수신된 관성 정보 센서 신호를 분석한다(S130). The muscle function evaluation device collects inertial information sensor signals in real time from the inertial information sensor according to rehabilitation training movements (S120) and analyzes the received inertial information sensor signals (S130).

근기능 평가 장치는 재활훈련 동작에 따라 사용자의 재활훈련 부위의 근전도 데이터를 근전도 센서로부터 수집하고(S140), 수집된 근전도 데이터를 분석한다(S150). The muscle function evaluation device collects electromyographic data from the electromyographic sensor of the user's rehabilitation training area according to the rehabilitation training movements (S140) and analyzes the collected electromyographic data (S150).

근기능 평가 장치는 재활훈련 동안 관성 정보 센서로부터 수집한 관성 정보 센서 신호의 분석 정보와 근전도 센서로부터 수집한 근전도 신호의 분석 정보를 기반으로, 근기능 평가를 수행하고, 근기능 평가 정보를 저장한다(S160). 근기능 평가 정보는 재활기기 또는 별도의 서버에 저장될 수 있다. The muscle function evaluation device performs muscle function evaluation and stores the muscle function evaluation information based on the analysis information of the inertial information sensor signal collected from the inertial information sensor and the analysis information of the electromyogram signal collected from the electromyogram sensor during rehabilitation training (S160) . Muscle function evaluation information may be stored in a rehabilitation device or a separate server.

근기능 평가 장치는 사용자 또는 의료진이 근기능 평가 정보를 조회할 수 있도록 근기능 평가 정보를 시각화할 수 있다(S170). The muscle function evaluation device can visualize the muscle function evaluation information so that the user or medical staff can query the muscle function evaluation information (S170).

상기와 같은 방법으로 주기적으로 근기능 평가를 수행하여 사용자의 근기능 평가 정보를 추적 관찰하면, 사용자의 재활 상태와 회복 정도를 객관적으로 파악할 수 있으며, 또한 사용자의 근기능 평가 정보를 재활기기 또는 서버에 저장하면, 다음 병원 방문 시 의료진이 데이터를 확인하고 회복 정도를 정확하게 판단하여 그 단계에 맞는 재활 및 운동을 진행할 수 있다. By periodically performing muscle function evaluation in the manner described above and tracking and observing the user's muscle function evaluation information, the user's rehabilitation status and degree of recovery can be objectively determined. Additionally, by storing the user's muscle function evaluation information in a rehabilitation device or server, , During the next hospital visit, the medical staff can check the data, accurately determine the level of recovery, and proceed with rehabilitation and exercise appropriate for that stage.

도 2는 일 실시 예에 따른 관성 정보 센서 신호를 분석하는 방법을 나타낸 흐름도이다. Figure 2 is a flowchart showing a method of analyzing an inertial information sensor signal according to an embodiment.

도 2를 참고하면, 근기능 평가 장치는 관성 정보 센서로부터 사용자의 재활훈련 동작에 따른 관성 정보 센서 신호를 수집하고, 수집된 관성 정보 센서 신호의 분석을 시작한다(S210). Referring to FIG. 2, the muscle function evaluation device collects inertial information sensor signals according to the user's rehabilitation training movements from the inertial information sensor and begins analysis of the collected inertial information sensor signals (S210).

근기능 평가 장치는 관성 정보 센서 신호에 대해 정해진 시간 윈도우(time window)를 설정한다(S220). The muscle function evaluation device sets a predetermined time window for the inertial information sensor signal (S220).

근기능 평가 장치는 시간 윈도우 내 관성 정보 센서 신호에 대한 노이즈 처리 및 센서 퓨전을 통한 오일러 각도(움직임 정보) 추출 등 관성 정보 센서 신호 처리를 수행한다(S230). The muscle function evaluation device performs inertial information sensor signal processing, such as noise processing for the inertial information sensor signal within the time window and extraction of Euler angles (motion information) through sensor fusion (S230).

근기능 평가 장치는 추출된 오일러 각도에 대해 자기회귀(autoregressive) 분석을 수행한다(S240). The muscle function evaluation device performs autoregressive analysis on the extracted Euler angles (S240).

근기능 평가 장치는 자기회귀 분석 결과를 토대로, 움직임 속도에 해당하는 오일러 각도 변화량, 움직임 편차에 해당하는 오일러 각도 잔차 분석, 움직임 정도에 해당하는 오일러 각도 평균값 등 관성 정보 특징을 분석한다(S250). 근기능 평가 장치는 시간 윈도우를 이동하여(S260), 시간 윈도우 내 관성 정보 센서 신호에 대해 상기에서 설명한 과정(S230~S250)를 통해 관성 정보 특징을 분석한다(S250). Based on the autoregressive analysis results, the muscle function evaluation device analyzes inertial information features such as Euler angle change corresponding to movement speed, Euler angle residual analysis corresponding to movement deviation, and Euler angle average value corresponding to movement degree (S250). The muscle function evaluation device moves the time window (S260) and analyzes the inertial information characteristics of the inertial information sensor signal within the time window through the process described above (S230 to S250) (S250).

근기능 평가 장치는 사용자가 재활훈련을 수행하는 동안 수집되는 관성 정보 센서 신호로부터 시간 윈도우를 이동(shift)시키면서 상기에서 설명한 과정(S230~S250)를 반복하여 관성 정보 특징을 분석한다. The muscle function evaluation device analyzes inertial information characteristics by repeating the process (S230 to S250) described above while shifting the time window from the inertial information sensor signal collected while the user performs rehabilitation training.

사용자가 재활훈련을 종료하면, 관성 정보 센서 신호 기반 특징 분석도 종료된다. When the user completes rehabilitation training, feature analysis based on inertial information sensor signals also ends.

도 3은 일 실시 예에 따른 근전도 신호를 분석하는 방법을 나타낸 흐름도이다. Figure 3 is a flowchart showing a method of analyzing an electromyogram signal according to an embodiment.

도 3을 참고하면, 근기능 평가 장치는 근전도 센서로부터 근전도 신호를 수신하면, 근전도 분석을 시작한다(S300). Referring to FIG. 3, when the muscle function evaluation device receives an EMG signal from the EMG sensor, it starts EMG analysis (S300).

근기능 평가 장치는 근전도 신호에 대해 정해진 시간 윈도우를 설정하고(S310), 시간 윈도우 내 근전도 신호의 특징 분석을 진행한다. The muscle function evaluation device sets a designated time window for the EMG signal (S310) and performs feature analysis of the EMG signal within the time window.

근기능 평가 장치는 시간 윈도우 내 근전도 신호에 대해 노이즈 및 분석대상 이외의 신호를 제거하기 위해 전처리를 수행한다(S320). The muscle function evaluation device performs preprocessing on the EMG signal within the time window to remove noise and signals other than those to be analyzed (S320).

근기능 평가 장치는 시간 윈도우 내 근전도 신호에 대한 시간 도메인 분석을 실시한다(S330). 근기능 평가 장치는 근전도 신호에 대한 시간 도메인 분석을 위해 근전도 신호의 진폭에 대한 절대값 처리를 수행한다(S340). The muscle function evaluation device performs time domain analysis on the EMG signal within the time window (S330). The muscle function evaluation device performs absolute value processing on the amplitude of the EMG signal for time domain analysis of the EMG signal (S340).

근기능 평가 장치는 시간 윈도우 내 근전도 신호를 세부 구간으로 분할하고 세부 구간별 진폭의 평균값, 세부 구간별 진폭 합계, 세부 구간별 피크값, 세부 구간별 제곱평균제곱근(root mean square) 등 시간 도메인에서의 근전도 특징을 분석한다(S350). The muscle function evaluation device divides the electromyography signal within the time window into detailed sections and provides information in the time domain such as the average value of the amplitude for each detailed section, the sum of the amplitude for each detailed section, the peak value for each detailed section, and the root mean square for each detailed section. Analyze electromyography characteristics (S350).

근기능 평가 장치는 시간 윈도우 내 근전도 신호에 대한 주파수 도메인 분석을 실시한다(S360). 근기능 평가 장치는 근전도 신호에 대한 주파수 도메인 분석을 위해, 근전도 신호에 대한 주파수 변환 처리를 수행하고(S370), MNF(mean frequency), MDF(median frequency), 평균 파워, 전체 파워 등 주파수 도메인에서의 근전도 특징을 분석한다(S380). The muscle function evaluation device performs frequency domain analysis on the EMG signal within the time window (S360). The muscle function evaluation device performs frequency conversion processing on the EMG signal in order to analyze the EMG signal in the frequency domain (S370), and performs frequency conversion processing on the EMG signal in the frequency domain, such as MNF (mean frequency), MDF (median frequency), average power, and total power. Analyze electromyography characteristics (S380).

근기능 평가 장치는 시간 윈도우를 이동하여(S390), 시간 윈도우 내 근전도 신호에 대해 동일한 과정(S320~S380)을 통해 시간 도메인 및 주파수 도메인에서 근전도 특징 분석을 수행한다. The muscle function evaluation device moves the time window (S390) and performs EMG feature analysis in the time domain and frequency domain through the same process (S320 to S380) on the EMG signal within the time window.

근기능 평가 장치는 사용자가 재활훈련을 수행하는 동안 수집되는 근전도 신호로부터 시간 윈도우를 이동시키면서 상기에서 설명한 과정(S320~S380)를 반복하여 관성 정보 특징을 분석한다. The muscle function evaluation device analyzes inertial information characteristics by repeating the process (S320 to S380) described above while moving the time window from the electromyography signal collected while the user is performing rehabilitation training.

사용자가 재활훈련을 종료하면, 근전도 신호 기반 근전도 특징 분석도 종료된다. When the user completes rehabilitation training, analysis of EMG characteristics based on EMG signals also ends.

도 4는 일 실시 예에 따른 관성 정보 특징과 근전도 특징을 이용하여 근기능을 평가하는 방법을 나타낸 흐름도이다. Figure 4 is a flowchart showing a method of evaluating muscle function using inertial information features and electromyography features according to an embodiment.

도 4를 참고하면, 사용자의 재활훈련이 종료되면, 근기능 평가를 시작한다(S410). Referring to Figure 4, when the user's rehabilitation training is completed, muscle function evaluation begins (S410).

근기능 평가 장치는 사용자의 재활훈련 동안 분석된 관성 정보 특징과 근전도 특성을 획득한다(S420, S430). The muscle function evaluation device acquires inertial information characteristics and electromyographic characteristics analyzed during the user's rehabilitation training (S420, S430).

근기능 평가 장치는 관성 정보 특징과 근전도 특징을 통합하여 평가 알고리즘의 입력 정보를 생성한다(S440). 평가 알고리즘은 해석 가능한 SVM(Interpretable Support Vector Machine)이 이용될 수 있다. The muscle function evaluation device integrates inertial information features and electromyography features to generate input information for the evaluation algorithm (S440). The evaluation algorithm may be an interpretable SVM (Interpretable Support Vector Machine).

근기능 평가 장치는 해석 가능한 SVM을 이용하여 입력 정보에 대한 결과를 추출한다(S450). 해석 가능한 SVM은 양성 클래스(positive class)를 정상, 음성 클래스(negative class)를 환자(비정상)로 분류하고, 음성 클래스로 분류될 경우, 양성 클래스로 가기 위한 가장 근접한 점을 찾기 위한 최적화 문제를 풀어 그 해를 분석하여 양성 클래스에 비해 부족한 부분이 무엇인지 판단할 수 있는 머신러닝 기법이다. 해석 가능한 SVM은 입력 정보를 토대로 근활성도가 충분한지, 또 관절의 움직임이 적절한지 등을 판단하고, 판단 결과에 따라 양성 클래스 또는 음성 클래스를 출력한다. The muscle function evaluation device extracts results from the input information using interpretable SVM (S450). Interpretable SVM classifies the positive class as normal and the negative class as patient (abnormal), and when classified as a negative class, solves an optimization problem to find the closest point to go to the positive class. It is a machine learning technique that analyzes the solution and determines what is lacking compared to the positive class. The interpretable SVM determines whether muscle activity is sufficient and joint movement is appropriate based on the input information, and outputs a positive or negative class depending on the judgment result.

근기능 평가 장치는 해석 가능한 SVM의 결과를 통하여 근기능의 정도를 나타내는 근기능 평가 결과를 출력한다(S460). The muscle function evaluation device outputs a muscle function evaluation result indicating the degree of muscle function through interpretable SVM results (S460).

근기능 평가 장치는 해석 가능한 SVM의 결과를 통하여 근기능이 부족한 경우 근기능이 부족하다고 판단된 원인을 추출할 수 있다(S470). The muscle function evaluation device can extract the cause of the lack of muscle function when muscle function is insufficient through the interpretable results of SVM (S470).

도 5는 일 실시 예에 따른 사용자의 재활훈련 전후로 근기능 평가 및 회복 상태 분석 방법의 일 예를 나타낸 흐름도이다. Figure 5 is a flowchart showing an example of a method for evaluating muscle function and analyzing recovery status before and after rehabilitation training of a user according to an embodiment.

도 5를 참고하면, 사용자의 재활훈련이 종료되면, 도 4에서 설명한 과정을 통해 근기능 평가 결과를 획득하게 된다. Referring to Figure 5, when the user's rehabilitation training is completed, muscle function evaluation results are obtained through the process described in Figure 4.

근기능 평가 장치는 근기능 평가 및 회복 상태 분석을 시작한다(S510). The muscle function evaluation device starts evaluating muscle function and analyzing recovery status (S510).

근기능 평가 장치는 재활훈련 전후의 관성 정보 센서 신호 분석 결과 즉, 관성 정보 특징을 활용하여 근기능 회복 상태를 분석한다(S520). The muscle function evaluation device analyzes the muscle function recovery state by using the results of inertial information sensor signal analysis before and after rehabilitation training, that is, the inertial information characteristics (S520).

근기능 평가 장치는 재활훈련 전후의 근전도 신호에 대한 시간 도메인 기반의 근전도 특징과 도메인 기반의 근전도 특징을 활용하여 근기능 회복 상태를 분석한다(S530). The muscle function evaluation device analyzes the state of muscle function recovery using time domain-based EMG characteristics and domain-based EMG characteristics of EMG signals before and after rehabilitation training (S530).

근기능 평가 장치는 재활 훈련 전후의 관성 정보 특징과 재활훈련 전후의 근전도 신호에 대한 시간 도메인 기반의 근전도 특징과 도메인 기반의 근전도 특징을 융합하여 근기능 회복 상태를 분석한다(S540). The muscle function evaluation device analyzes the state of muscle function recovery by fusing the time domain-based EMG features and domain-based EMG features of the inertial information features before and after rehabilitation training and the EMG signals before and after rehabilitation training (S540).

근기능 평가 장치는 근기능 평가 및 근기능 회복 상태 분석 결과를 저장한다(S550). The muscle function evaluation device stores the muscle function evaluation and muscle function recovery status analysis results (S550).

근기능 평가 장치는 사용자 또는 의료진이 근기능 평가 결과와 근기능 회복 상태 분석 결과를 조회할 경우, 근기능 평가 결과와 근기능 회복 상태 분석 결과를 시각화하여 제공한다(S560). When a user or medical staff searches for the muscle function evaluation results and muscle function recovery state analysis results, the muscle function evaluation device visualizes and provides the muscle function evaluation results and muscle function recovery state analysis results (S560).

이와 같이, 의료진이 근기능 평가 결과와 근기능 회복 상태 분석 결과를 조회할 수 있으면, 사용자의 회복 정도를 정확하게 판단하고 그 단계에 맞는 재활을 진행할 수 있으며, 더 적절한 운동을 진행할 수 있다. In this way, if the medical staff can check the muscle function evaluation results and muscle function recovery state analysis results, they can accurately determine the user's level of recovery, perform rehabilitation appropriate for that stage, and perform more appropriate exercises.

도 6은 일 실시 예에 따른 근기능 평가 장치를 나타낸 도면이다. Figure 6 is a diagram showing a muscle function evaluation device according to an embodiment.

도 6을 참고하면, 근기능 평가 장치(100)는 관성 정보 수집부(110), 근전도 신호 수집부(120), 관성 정보 분석부(130), 근전도 분석부(140), 평가부(150) 및 저장부(160)를 포함한다. 근기능 평가 장치(100)는 통신부(170)를 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 6, the muscle function evaluation device 100 includes an inertial information collection unit 110, an EMG signal collection unit 120, an inertial information analysis unit 130, an EMG analysis unit 140, an evaluation unit 150, and Includes a storage unit 160. The muscle function evaluation device 100 may further include a communication unit 170.

관성 정보 수집부(110)는 사용자의 재활훈련 동안 관성 정보 센서로부터 관성 정보 센서 신호를 수집한다. The inertial information collection unit 110 collects inertial information sensor signals from the inertial information sensor during the user's rehabilitation training.

근전도 신호 수집부(120)는 사용자의 재활훈련 동안 근전도 센서로부터 근전도 신호를 수집한다. The EMG signal collection unit 120 collects EMG signals from the EMG sensor during the user's rehabilitation training.

관성 정보 분석부(130)는 도 2에서 설명한 방법을 토대로 관성 정보 센서 신호를 분석한다. The inertial information analysis unit 130 analyzes the inertial information sensor signal based on the method described in FIG. 2.

근전도 분석부(140)는 도 3에서 설명한 방법을 토대로 근전도 신호를 분석한다. The EMG analysis unit 140 analyzes the EMG signal based on the method described in FIG. 3.

평가부(150)는 도 4에서 설명한 방법을 토대로 관성 정보 특징과 근전도 특징을 이용하여 근기능을 평가하고, 근기능이 부족한 경우 근기능이 부족하다고 판단된 원인을 추출한다. The evaluation unit 150 evaluates muscle function using inertial information characteristics and electromyography characteristics based on the method described in FIG. 4, and extracts the cause of the lack of muscle function when muscle function is insufficient.

또한 평가부(150)는 도 5에서 설명한 방법을 토대로, 사용자의 근기능 회복 상태를 분석할 수도 있다. Additionally, the evaluation unit 150 may analyze the user's muscle function recovery state based on the method described in FIG. 5.

저장부(160)는 평가부(150)에 의한 근기능 평가 결과 및 근기능 회복 상태 분석 결과를 저장한다. The storage unit 160 stores the muscle function evaluation results and the muscle function recovery state analysis results by the evaluation unit 150.

또한 저장부(160)에 저장된 근기능 평가 결과 및 근기능 회복 상태 분석 결과는 통신부(170)를 통해 별도의 서버로 전송될 수 있다. 또한 통신부(170)는 재활기기 내 관성 정보 센서 및 근전도 센서와 통신할 수 있다. Additionally, the muscle function evaluation results and muscle function recovery state analysis results stored in the storage unit 160 may be transmitted to a separate server through the communication unit 170. Additionally, the communication unit 170 can communicate with an inertial information sensor and an electromyography sensor within the rehabilitation device.

도 7은 다른 실시 예에 따른 근기능 평가 장치를 나타낸 도면이다.Figure 7 is a diagram showing a muscle function evaluation device according to another embodiment.

도 7을 참고하면, 근기능 평가 장치(200)는 앞에서 설명한 근기능 평가 방법이 구현된 컴퓨팅 장치를 나타낼 수 있다. Referring to FIG. 7 , the muscle function evaluation device 200 may represent a computing device in which the muscle function evaluation method described above is implemented.

근기능 평가 장치(200)는 프로세서(210), 메모리(220), 입력 인터페이스 장치(230), 출력 인터페이스 장치(240), 저장 장치(250) 및 네트워크 인터페이스 장치(260) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 각각의 구성 요소들은 공통 버스(bus)(270)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다. 또한, 각각의 구성 요소들은 공통 버스(270)가 아니라, 프로세서(210)를 중심으로 개별 인터페이스 또는 개별 버스를 통하여 연결될 수도 있다. The muscle function evaluation device 200 may include at least one of a processor 210, a memory 220, an input interface device 230, an output interface device 240, a storage device 250, and a network interface device 260. there is. Each component is connected by a common bus 270 and can communicate with each other. Additionally, each component may be connected through an individual interface or individual bus centered on the processor 210, rather than through the common bus 270.

프로세서(210)는 AP(Application Processor), CPU(Central Processing Unit), GPU(Graphics Processing Unit) 등과 같은 다양한 종류들로 구현될 수 있으며, 메모리(220) 또는 저장 장치(250)에 저장된 명령을 실행하는 임의의 반도체 장치일 수 있다. 프로세서(210)는 메모리(220) 및 저장 장치(250) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 이러한 프로세서(210)는 도 6에서 설명한 관성 정보 수집부(110), 근전도 신호 수집부(120), 관성 정보 분석부(130), 근전도 분석부(140) 및 평가부(150)의 적어도 일부 기능을 구현하기 위한 프로그램 명령을 메모리(220)에 저장하여, 도 1 내지 도 6을 토대로 설명한 동작이 수행되도록 제어할 수 있다. The processor 210 may be implemented in various types such as an application processor (AP), central processing unit (CPU), graphics processing unit (GPU), etc., and executes instructions stored in the memory 220 or the storage device 250. It may be any semiconductor device. The processor 210 may execute a program command stored in at least one of the memory 220 and the storage device 250. This processor 210 performs at least some functions of the inertial information collection unit 110, EMG signal collection unit 120, inertial information analysis unit 130, EMG analysis unit 140, and evaluation unit 150 described in FIG. 6. Program instructions for implementing can be stored in the memory 220 and controlled so that the operations described based on FIGS. 1 to 6 are performed.

메모리(220) 및 저장 장치(250)는 다양한 형태의 휘발성 또는 비 휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(220)는 ROM(read-only memory)(221) 및 RAM(random access memory)(222)를 포함할 수 있다. 메모리(220)는 프로세서(210)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있고, 메모리(220)는 이미 알려진 다양한 수단을 통해 프로세서(210)와 연결될 수 있다. 메모리(220)는 도 6에서 설명한 저장부(160)의 기능을 구현할 수 있다. Memory 220 and storage device 250 may include various types of volatile or non-volatile storage media. For example, the memory 220 may include read-only memory (ROM) 221 and random access memory (RAM) 222. The memory 220 may be located inside or outside the processor 210, and the memory 220 may be connected to the processor 210 through various known means. The memory 220 may implement the functions of the storage unit 160 described in FIG. 6.

입력 인터페이스 장치(230)는 데이터를 프로세서(210)로 제공하도록 구성된다. 예를 들면, 입력 인터페이스 장치(230)는 관성 정보 센서 신호 및 근전도 신호를 프로세서(210)로 제공할 수 있다. The input interface device 230 is configured to provide data to the processor 210. For example, the input interface device 230 may provide an inertial information sensor signal and an electromyography signal to the processor 210.

출력 인터페이스 장치(240)는 프로세서(210)로부터의 데이터를 출력하도록 구성된다. 출력 인터페이스 장치(240)는 프로세서(210)로부터 근기능 평가 결과를 출력할 수 있다. The output interface device 240 is configured to output data from the processor 210. The output interface device 240 may output the muscle function evaluation result from the processor 210.

네트워크 인터페이스 장치(260)는 유선 네트워크 또는 무선 네트워크를 통해 다른 장치 예를 들면, 별도의 서버와 통신할 수 있다. 네트워크 인터페이스 장치(260)는 도 6에서 설명한 통신부(170)의 기능을 구현할 수 있다. The network interface device 260 may communicate with another device, such as a separate server, through a wired network or a wireless network. The network interface device 260 may implement the functions of the communication unit 170 described in FIG. 6.

본 개시의 실시 예에 따른 근기능 평가 방법 중 적어도 일부는 컴퓨팅 장치에서 실행되는 프로그램 또는 소프트웨어로 구현될 수 있고, 프로그램 또는 소프트웨어는 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 저장될 수 있다. At least some of the muscle function evaluation methods according to embodiments of the present disclosure may be implemented as programs or software running on a computing device, and the programs or software may be stored in a computer-readable medium.

또한 본 개시의 실시 예에 따른 근기능 평가 방법 중 적어도 일부는 컴퓨팅 장치와 전기적으로 접속될 수 있는 하드웨어로 구현될 수도 있다. Additionally, at least some of the muscle function evaluation methods according to embodiments of the present disclosure may be implemented as hardware that can be electrically connected to a computing device.

이상에서 본 개시의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 개시의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 개시의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 개시의 권리 범위에 속하는 것이다. Although the embodiments of the present disclosure have been described in detail above, the scope of the rights of the present disclosure is not limited thereto, and various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concept of the present disclosure defined in the following claims are also possible. It falls within the scope of rights.

Claims (1)

근기능 평가 장치에서 재활기기를 착용하고 재활훈련을 실시하는 사용자의 근기능을 평가하는 방법에서,
재활훈련 동안 상기 재활기기에 포함된 관성 정보 센서와 근전도 센서로부터 각각 관성 정보 센서 신호와 근전도 신호를 수집하는 단계,
상기 관성 정보 센서 신호로부터 관성 정보 특징을 분석하는 단계,
상기 근전도 신호로부터 근전도 특징을 분석하는 단계, 그리고
상기 재활훈련 동안 분석된 상기 관성 정보 특징과 상기 근전도 특징을 이용하여 근기능 평가를 수행하는 단계
를 포함하는 근기능 평가 방법.
In a method of evaluating the muscle function of a user who wears a rehabilitation device and performs rehabilitation training in a muscle function evaluation device,
During rehabilitation training, collecting inertial information sensor signals and electromyographic signals from the inertial information sensor and electromyographic sensor included in the rehabilitation device, respectively;
Analyzing inertial information features from the inertial information sensor signal,
Analyzing EMG characteristics from the EMG signal, and
Performing muscle function evaluation using the inertial information characteristics and electromyography characteristics analyzed during the rehabilitation training
Muscle function evaluation method including.
KR1020220058916A 2022-05-13 2022-05-13 Method and apparatus for evaluating muscle function KR20230159043A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220058916A KR20230159043A (en) 2022-05-13 2022-05-13 Method and apparatus for evaluating muscle function

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220058916A KR20230159043A (en) 2022-05-13 2022-05-13 Method and apparatus for evaluating muscle function

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230159043A true KR20230159043A (en) 2023-11-21

Family

ID=88982045

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220058916A KR20230159043A (en) 2022-05-13 2022-05-13 Method and apparatus for evaluating muscle function

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20230159043A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Khera et al. Role of machine learning in gait analysis: a review
Javeed et al. Wearable sensors based exertion recognition using statistical features and random forest for physical healthcare monitoring
Boukhennoufa et al. Wearable sensors and machine learning in post-stroke rehabilitation assessment: A systematic review
Op De Beéck et al. Fatigue prediction in outdoor runners via machine learning and sensor fusion
Zhong Internet of things sensors assisted physical activity recognition and health monitoring of college students
Zhang et al. A context-aware mhealth system for online physiological monitoring in remote healthcare
CN108209947B (en) Rehabilitation and health-care assessment method and device
JP2020034849A (en) Work support device, work support method, and work support program
CN104382595A (en) Upper limb rehabilitation system and method based on myoelectric signal and virtual reality interaction technology
Bacciu et al. A learning system for automatic Berg Balance Scale score estimation
Dasgupta et al. Acceleration gait measures as proxies for motor skill of walking: A narrative review
CN116507276A (en) Method and apparatus for machine learning to analyze musculoskeletal rehabilitation from images
US10716517B1 (en) Biomechanics abnormality identification
US20230298760A1 (en) Systems, devices, and methods for determining movement variability, illness and injury prediction and recovery readiness
Dutta et al. Bayesian network aided grasp and grip efficiency estimation using a smart data glove for post-stroke diagnosis
Lee et al. Analysis of gait sub-movements to estimate ataxia severity using ankle inertial data
TWI505228B (en) A self-care system for assisting quantitative assessment of rehabilitation movement
CN113974612A (en) Automatic assessment method and system for upper limb movement function of stroke patient
Paulo et al. Trajectory-based gait pattern shift detection for assistive robotics applications
KR20230159043A (en) Method and apparatus for evaluating muscle function
Gaud et al. Human gait analysis and activity recognition: A review
Terracina et al. Real-time forecasting and classification of trunk muscle fatigue using surface electromyography
KR102511511B1 (en) Apparatus and method for predicting recovery prognosis of motor function using clinical data from stroke patients
Gregory et al. Quantifying human movement across the continuum of care: From lab to clinic to community
Mazumder et al. Posturography stability score generation for stroke patient using Kinect: Fuzzy based approach