WO2022019386A1 - 파킨슨 환자의 재활을 위한 스마트 걸음 보조 장치 및 방법 - Google Patents

파킨슨 환자의 재활을 위한 스마트 걸음 보조 장치 및 방법 Download PDF

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WO2022019386A1
WO2022019386A1 PCT/KR2020/015905 KR2020015905W WO2022019386A1 WO 2022019386 A1 WO2022019386 A1 WO 2022019386A1 KR 2020015905 W KR2020015905 W KR 2020015905W WO 2022019386 A1 WO2022019386 A1 WO 2022019386A1
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acceleration
sensor
unit
user
hand shake
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PCT/KR2020/015905
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고정혁
김현종
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한국해양대학교 산학협력단
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    • A61B2562/0219—Inertial sensors, e.g. accelerometers, gyroscopes, tilt switches

Definitions

  • the following embodiments relate to a smart gait assistance device and method for rehabilitation of a Parkinson's patient.
  • Parkinson's disease is a representative geriatric disease that must be prepared.
  • Parkinson's disease is a neurodegenerative disease with early clinical features as a result of damage to dopaminergic neurons in the substantia nigra pars compacta (SNc) of the midbrain. It is estimated that 6 million people worldwide have Parkinson's disease (PD), and many patients suffer from various symptoms. The importance of treatment is emphasized in that such discomfort can affect not only the patient himself but also those around him.
  • Non-motor may include depression, hallucinations, sleep disturbance, and the like
  • motor symptoms may include tremor, postural instability, and tremor.
  • drug therapy is used for the treatment of non-motor symptoms
  • rehabilitation treatment using exercise therapy is often used for the treatment of motor symptoms.
  • One of them is cueing training.
  • Cue training is one of the research methods of regenerative training for Parkinson's disease (PD). It refers to a treatment method that allows the patient to continue the intentional motion by creating and repeating artificial cues under specific conditions.
  • PD Parkinson's disease
  • the prior art can intentionally perform a specific motion, since there is no standard for normal gait, the size or strength of the action decreases over time, so that the effectiveness of rehabilitation training decreases, as well as in daily life because the size is large. There is a disadvantage that it cannot be used and cannot be rehabilitated on its own.
  • Non-Patent Document 1 Suteerawattananon M, Morris GS, Etnyre BR, Jankovic J, Protas EJ, "Effects of visual and auditory cues on gait in individuals with Parkinson's disease", J of the Neurological Sciences 219: p63-69, 2004.
  • the embodiments describe a smart gait assistance device and method for rehabilitation of a Parkinson's patient, and more specifically, an accelerometer and a gyro sensor are attached to a general ankle support to recognize an accurate gait pattern regardless of the condition of the road surface or the slope of the ground. , provides a technology for automatically transmitting to a display unit and a terminal using short-range wireless communication.
  • the embodiments calculate the data of the accelerometer and the gyro sensor transmitted through wireless communication based on an algorithm developed by themselves and store it in the main microchip controller (MCU) in real time, and compare and analyze it with the walking of a normal person to watch the wrist watch
  • MCU main microchip controller
  • the embodiments describe a method and apparatus for detecting hand shaking for rehabilitation of hand shaking in a Parkinson's patient, and more specifically, using an acceleration sensor and/or a gyro sensor to distinguish between normal hand movement and hand shaking in a Parkinson's patient provide technology.
  • embodiments can adjust the intensity of the vibration motor by applying a different algorithm according to the degree of tremor, and perform hand tremor rehabilitation of a Parkinson's patient so that the vibration of the vibration motor does not affect the acceleration sensor and/or the gyro sensor.
  • An object of the present invention is to provide a method and apparatus for detecting hand shake for
  • embodiments are to provide a method and apparatus for detecting hand tremor for rehabilitation of hand tremor in a Parkinson's patient, which is composed of a wrist watch-type portable wearable device and is small in size and light in weight.
  • a smart step assist method using a smart step assist device for rehabilitation of a Parkinson's patient includes: collecting acceleration data generated during walking using an acceleration sensor of a sensor unit worn on both ankles of a user; counting the number of gaits recognized as gait by calculating and processing the collected acceleration data; transmitting the counted number of steps to a display unit worn on the user's wrist using a wireless communication module; and displaying the counted number of walking through the display unit of the display unit.
  • the method may further include the step of being connected to a terminal through wireless communication through the wireless communication module of the sensor unit, and transmitting the number of steps counted by the sensor unit to the terminal to display or analyze walking information.
  • the step of collecting acceleration data generated during walking by using the acceleration sensor of the sensor unit worn on both ankles of the user may include: storing only the maximum acceleration occurring during walking in real time; and storing the new maximum acceleration again when the maximum acceleration is updated, wherein calculating and processing the acceleration data to count the number of gaits recognized as gait is that the maximum acceleration is higher than the reference acceleration for gait detection. If large, it may include the step of counting the number of walking.
  • the collected acceleration data or maximum acceleration does not continue to exceed the reference acceleration for gait detection, determining that the difficulty is high for the user and lowering the reference acceleration to adjust the difficulty level.
  • Counting the number of steps recognized as walking by calculating and processing the acceleration data may include: calculating an acceleration distance using accelerations in the X, Y, and Z axes obtained from the acceleration sensor of the sensor unit; calculating an acceleration value using the calculated acceleration distance; calculating an acceleration average using the calculated acceleration values; and counting the number of gaits when the calculated average acceleration is greater than a reference acceleration for gait detection.
  • the acceleration sensors of the sensor unit measure the accelerations of the X, Y, and Z axes in real time
  • the gyro A sensor measures the gyro sensor value
  • the step of calculating and processing the acceleration data to count the number of gaits recognized as gait includes calculating the measured acceleration and the gyro sensor value based on a preset algorithm to recognize gait. You can count the number of walks.
  • Counting the number of gaits recognized as gait by calculating and processing the acceleration data includes calculating and processing the acceleration data to count the number of gaits recognized as gait, obtained from the gyro sensor of the sensor unit during walking collecting an acceleration sensor value when the value of the gyro sensor rotating around the Z-axis rises or falls above or below a preset value; and when the gyro sensor value falls below a preset value while walking, calculating an acceleration average using the collected acceleration sensor values, and increasing the number of gaits by 1 when the acceleration average is greater than or equal to a preset value_ may include
  • a Bluetooth module of the sensor unit and a Bluetooth module of the display unit are connected to each other through wireless communication, and the The number of steps counted by the sensor unit may be transmitted to the display unit.
  • a smart gait assistance device for rehabilitation of a Parkinson's patient is worn on both ankles of a user and collects acceleration data generated during walking using an acceleration sensor, calculates and processes the collected acceleration data to walk a sensor unit that counts the number of steps recognized as , and transmits the counted number of steps to the outside using a wireless communication module; and a display unit that is worn on the user's wrist and is connected to the wireless communication module of the sensor unit through a wireless communication module to receive the counted number of steps and displays the counted number of steps through a display unit.
  • the sensor unit may be connected to a terminal through wireless communication through a wireless communication module, and may display or analyze walking information by transmitting the number of steps counted by the sensor unit to the terminal.
  • the sensor unit may store only the maximum acceleration that occurs during walking in real time, store the new maximum acceleration again when the maximum acceleration is updated, and count the number of steps when the maximum acceleration is greater than the reference acceleration for gait detection .
  • the sensor unit may determine that the difficulty is high for the user and adjust the difficulty by lowering the reference acceleration.
  • the sensor unit wherein the acceleration sensor measures the acceleration of the X, Y, and Z axes in real time, the gyro sensor measures the gyro sensor value, and the measured acceleration and the gyro sensor value are based on a preset algorithm It is possible to count the number of gaits recognized as gait by calculation.
  • the sensor unit collects an acceleration sensor value when the value of the gyro sensor rotating around the Z-axis obtained from the gyro sensor of the sensor unit during walking rises or falls above or below a preset value, and collects the value of the gyro sensor while walking When the value falls below the preset value, an acceleration average is calculated using the collected acceleration sensor values, and when the acceleration average is greater than or equal to a preset value_, the number of walking may be increased by one.
  • the sensor unit includes a power jack, a power control toggle switch, a central processing unit, a battery, a wireless communication module and an acceleration sensor
  • the display unit includes a display unit, a power jack, a power control toggle switch, a central processing unit, a battery and a wireless It may include a communication module.
  • an apparatus for detecting hand tremor for rehabilitating hand tremor in a Parkinson's patient includes: a sensor unit configured to detect a user's hand tremor; a control unit for counting the discrimination frequency by determining the vibration mode through the hand tremor sensed by the sensor unit; and a vibration motor unit operated according to the number of times of the discrimination frequency preset by the control unit to alarm the user through vibration, wherein the hand shake detection device is worn on the user's wrist to sense the hand shake and vibrate may notify the user of hand tremor through
  • a power jack for a charging terminal for charging the battery; And it may further include a power switch unit for controlling the power on (ON) or off (OFF) through the operation of the switch.
  • the sensor unit, the control unit, and the vibration motor unit may be accommodated therein, and may further include a housing connected or coupled to the band unit to be worn on the user's wrist.
  • a lower housing in which a bottom part is in close contact with the user's wrist, the sensor part, the control part, the vibration motor part, the battery, the power jack for the charging terminal, and the power switch part are accommodated therein; a middle housing coupled to the upper side of the lower housing and configured to have an open interior; and an upper housing coupled to an upper side of the middle housing to seal the inside.
  • a first through hole is formed at one side where the lower housing and the middle housing are coupled, so that the power jack for the charging terminal is connected to the outside through the first through hole, and the middle housing and the upper housing are connected to each other.
  • a second through-hole is formed at one side of the coupling, so that a user can operate the power switch unit through the second through-hole.
  • the sensor unit may include a gyro sensor, and collect sensor values according to roll rotation to detect the shaking of the user's hand.
  • the control unit receives the sensor value according to the roll rotation, obtains a differential value of the sensor value through differentiation, determines the vibration mode using the differential value, and then counts the discrimination frequency, for a predetermined time If the discriminated frequency is counted more than a preset number of times during the period, the vibration motor may be operated.
  • the control unit operates the vibration motor unit when the discriminated frequency is accumulated more than a preset number of times for a certain time, and when the discriminated frequency is accumulated less than a preset number of times, initializes the discriminated frequency and then determines the discrimination for a preset time The re-measurement of the frequency can be repeated.
  • the vibration motor unit vibrates by adjusting the intensity of the vibration motor according to the sensed degree of hand shaking, and the vibration does not affect the sensor unit's hand shaking detection.
  • a method for detecting hand shake performed by a hand shake detecting apparatus for rehabilitation of hand shake in a Parkinson's patient includes: detecting a user's hand shake through a sensor unit; counting the discriminated frequency by determining the vibration mode through the hand tremor sensed by the sensor unit in the control unit; and the vibration motor is operated according to the number of times of the discrimination frequency set by the control unit to notify the user through vibration, wherein the hand shake detection device is worn on the user's wrist to detect the hand shake, The user may be notified of hand shaking through vibration.
  • the step of detecting the user's hand shake through the sensor unit may include collecting sensor values according to roll rotation through the gyro sensor to detect the user's hand shaking.
  • the counting of the discriminant frequency may include: receiving the sensor value according to a roll rotation from the control unit; obtaining a differential value of the sensor value through differentiation; determining a vibration mode using the differential value; counting the discriminated frequency according to the discriminated vibration mode; and operating the vibration motor unit when the discrimination frequency is counted more than a preset number for a predetermined time.
  • the counting of the discriminant frequency includes operating the vibration motor unit when the discriminant frequency is accumulated more than a preset number of times for a predetermined time, and initializing the discriminated frequency when the discriminative frequency is accumulated less than a preset number of times
  • the re-measurement of the discriminant frequency may be repeated for a predetermined period of time.
  • the vibration motor unit vibrates by adjusting the intensity of the vibration motor according to the sensed degree of hand shaking, and the vibration does not affect the sensor unit's hand shaking detection.
  • the sensor unit, the control unit, and the vibration motor unit may be accommodated in a housing, and the hand shake detecting device may be connected or coupled to a band unit to be worn on the user's wrist.
  • an acceleration sensor and a gyro sensor are attached to a general ankle support to recognize an accurate gait pattern regardless of road surface conditions or ground inclination, and to automatically transmit to the display unit and terminal using short-distance wireless communication. It is possible to provide a smart gait assistance device and method for rehabilitation.
  • the embodiments calculate the data of the accelerometer and the gyro sensor transmitted through wireless communication based on an algorithm developed by themselves and store it in the main microchip controller (MCU) in real time, and compare and analyze it with the walking of a normal person to watch the wrist watch It is possible to provide a smart gait assisting device and method for rehabilitation of a Parkinson's patient that monitors in real time on a type display device.
  • MCU main microchip controller
  • a method and apparatus for detecting hand tremor for rehabilitation of hand tremor in a Parkinson's patient capable of distinguishing a hand tremor of a Parkinson's patient from a normal hand movement using an acceleration sensor and/or a gyro sensor may be provided. .
  • a method and apparatus for detecting hand tremor for rehabilitation of a hand tremor of a Parkinson's patient which is configured as a wrist watch type portable wearable device and has a small size and light weight.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a smart step assisting device for rehabilitation of a Parkinson's patient according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of a smart step assisting device for rehabilitation of a Parkinson's patient according to an embodiment.
  • 3A to 3F are diagrams illustrating a sensor unit according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an internal schematic diagram of a sensor unit according to an embodiment.
  • 5A to 5F are diagrams illustrating a display unit according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an internal schematic diagram of a display unit according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 7 is a view for explaining a principle of detecting a gait according to an embodiment.
  • FIG. 8 is a graph for explaining an increase in the number of walking according to an acceleration according to an exemplary embodiment.
  • 9A is a diagram illustrating a gait detection algorithm according to an exemplary embodiment.
  • 9B is a diagram illustrating a gait detection algorithm according to another exemplary embodiment.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a smart step assistance method for rehabilitation of a Parkinson's patient according to an embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram schematically illustrating an internal schematic diagram of an apparatus for detecting hand shake for rehabilitation of hand shake in a Parkinson's patient according to an embodiment.
  • FIG. 12 is a view illustrating a lower housing of a hand shake detecting device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an internal configuration of a hand shake detecting device coupled to a lower housing according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 14 is a view illustrating a coupling of an intermediate housing and a power switch unit according to an exemplary embodiment.
  • 15 is a view illustrating coupling of an upper housing according to an exemplary embodiment.
  • 16A is a diagram illustrating a prototype of an apparatus for detecting hand shake according to an exemplary embodiment.
  • 16B is a diagram illustrating a state of wearing a hand shake detecting device according to an exemplary embodiment.
  • 17 is a view for explaining an example of wearing a hand shake detecting device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 18 is a diagram for describing acquisition of a sensor value of an apparatus for detecting hand shake according to an exemplary embodiment.
  • 19A is a diagram illustrating a sensor value according to an exemplary embodiment.
  • 19B is a diagram for explaining differentiation of sensor values according to an exemplary embodiment.
  • 20 is a diagram for explaining the determination of a vibration mode according to an embodiment.
  • 21 is a diagram for explaining an increasing section of a discriminant frequency according to an exemplary embodiment.
  • 22A to 22D are diagrams for explaining an operating principle of an apparatus for detecting hand shake according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 23 is a flowchart illustrating a method for detecting hand shake for rehabilitation of hand shake in a Parkinson's patient according to an exemplary embodiment.
  • Parkinson's disease one of the geriatric diseases, causes symptoms such as Freezing of Gait (FOG) and step/shortness shortening, resulting in restriction of activity and further lowering the quality of life. cause
  • FOG Freezing of Gait
  • auxiliary device having the following characteristics for inducing a gait similar to that of a normal person.
  • an acceleration sensor and/or a gyro sensor are attached to a general ankle support to recognize an accurate gait pattern regardless of road surface conditions or ground inclination, and a display unit using wireless communication such as Bluetooth And it is possible to provide a system that is automatically transmitted to the terminal.
  • the data of the accelerometer and/or gyro sensor transmitted through wireless communication such as Bluetooth is stored in real-time data in the main microchip controller (MCU), and it compares and analyzes it with the gait of a normal person to display a wristwatch type It is possible to provide a system that can monitor the device in real time.
  • MCU main microchip controller
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a smart step assisting device for rehabilitation of a Parkinson's patient according to an embodiment.
  • a smart step assistance apparatus for rehabilitation of a Parkinson's patient may include a sensor unit 100 and a display unit 200 .
  • the sensor unit 100 is configured in plurality, and may be fixed to both ankles of the user through a protector, and the display unit 200 is connected to the sensor unit 100 through wireless communication such as Bluetooth and the user's body, For example, it may be worn in the form of a band on a wrist or the like.
  • the display unit 200 may be wirelessly connected to the sensor unit 100 to receive and display information about the user's steps.
  • the sensor unit 100 may measure the value of the acceleration sensor using the acceleration sensor, calculate and process it based on a self-developed gait detection algorithm, and detect the number of gaits. It can be transmitted to the display unit 200 worn on the user's wrist using communication and displayed.
  • the sensor unit 100 may measure the acceleration and gyro sensor values by using the acceleration sensor and the gyro sensor. At this time, data can be collected using a total of four axes: three X, Y, and Z axes of the accelerometer and one rotation axis (YAW) of the Z axis of the gyro sensor.
  • the sensor unit 100 calculates and processes the collected acceleration and gyro sensor values based on a gait detection algorithm to detect the number of gaits, and displays the detected number of gaits on the user's wrist using short-distance wireless communication. It can be displayed by passing it to ( 200 ).
  • the sensor unit 100 for detecting step information counts the number of steps by using a step detection algorithm, and then, after counting the number of steps as the minimum data, the counted number of steps. may be transmitted to and displayed on the display unit 200 and/or the terminal 300 .
  • the smart step assist device has the advantage of reducing battery life and data loss by minimizing data wireless transmission. That is, while receiving the data of the acceleration sensor and the gyro sensor in the sensor unit 100 in real time, when both the vector value and the gyro value are above the reference value, the number of steps data is set with an algorithm for counting the number of steps, and the display unit 200 can be transmitted wirelessly.
  • the smart step assist device for rehabilitation of a Parkinson's patient may be displayed through the display unit 200 in the form of a simple wrist watch rather than the terminal 300 which is difficult to use because it is mostly used by elderly users.
  • only data of the number of steps recognized as walking is wirelessly transmitted for display, and there are two methods. It is a method of transmitting to a terminal 300 such as a smart phone using short-range wireless communication for real-time monitoring by medical personnel, and a method of monitoring the current state in real time by transmitting it to the display unit 200 in the form of a wrist watch worn by the user. .
  • the conventional gait analysis device is expensive equipment, and it is difficult for the user to perform self-diagnosis and rehabilitation training, and it cannot be used as a portable device.
  • the display unit 200 may induce rehabilitation exercise by providing a sound according to a step or continuously providing a sound and vibration according to a preset BPM. At this time, the display unit 200 may set the type, size, BPM, etc. of the sound and vibration to induce the rehabilitation exercise, and may set the type, size, BPM, etc. of the sound and vibration through the terminal 300 .
  • Terminals described herein include mobile phones, smart phones, laptop computers, digital broadcasting terminals, personal digital assistants (PDA), portable multimedia player (PMP), navigation, and slate PC. ), a tablet PC, an ultrabook, a digital TV, a desktop PC, and the like.
  • PDA personal digital assistants
  • PMP portable multimedia player
  • slate PC slate PC
  • wireless communication is for wireless Internet access, and may be built-in or external to the sensor unit 100 and the display unit 200 .
  • a short-range communication module for short-range communication may be used, and as short-range communication technology, Bluetooth (Bluetooth), RFID (Radio Frequency Identification), infrared communication (Infrared Data Association; IrDA), UWB (Ultra Wideband), ZigBee, NFC (Near Field Communication), Wi-Fi Direct, etc. may be used.
  • WLAN Wireless LAN
  • WiFi Wireless Fidelity
  • DLNA Digital Living Network Alliance
  • Wibro Wireless broadband
  • Wimax Worldwide Interoperability for Microwave Access
  • HSDPA High Speed Downlink Packet Access
  • the following examples are the development of a device that performs gait rehabilitation training so that the gait of a Parkinson's disease (PD) patient becomes a normal person's gait using a visual cue, one of the cue training training systems, and vibration related to the patient's own gait recognition.
  • gait training can be performed according to the standard, but in the case of severe Parkinson's disease (PD), gait training can be adjusted in stages.
  • Most Parkinson's disease (PD) patients are elderly people with reduced muscle strength, and since the size and weight of the device have a significant effect on gait training, miniaturization and weight reduction can be achieved using a 3D printer.
  • a rehabilitation device that can be freely attached and detached using the Bluetooth function, and that the walking speed and gait pattern can be monitored in real time with a cell phone or wrist watch type display device, so that not only the patient himself but also the medical staff can monitor it at the same time.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of a smart step assisting device for rehabilitation of a Parkinson's patient according to an embodiment.
  • a smart step assist device for rehabilitation of a Parkinson's patient may include a sensor unit 100 and a display unit 200 , and a plurality of sensor units 100 are configured for a user It can be fixed to the ankles of both sides through a protector, etc.
  • the sensor unit 100 may include the first sensor unit 110 and the second sensor unit 120 , and may be worn and fixed to the user's left and right ankles, respectively.
  • the sensor unit 100 is worn on both ankles of the user, collects acceleration data generated during walking using an acceleration sensor, and transmits the collected acceleration data to the outside through a wireless communication module.
  • the first sensor unit 110 and the second sensor unit 120 are ankle-mounted sensors, each of which is fixed to the user's both ankles through a protector, etc., and includes an acceleration sensor, so measured acceleration sensors The number of steps can be detected through the value.
  • the first sensor unit 110 and the second sensor unit 120 may be connected to the display unit 200 through wireless communication to provide information about the user's steps.
  • a Bluetooth module of the sensor unit 100 and a Bluetooth module of the display unit 200 are connected to each other through wireless communication, and the number of steps counted by the sensor unit 100 may be transmitted to the display unit 200. .
  • a Bluetooth module of the sensor unit 100 and a Bluetooth module of the display unit 200 are connected to each other through wireless communication, and the number of steps counted by the sensor unit 100 may be transmitted to the display unit 200.
  • restrictions on the user's body movement can be reduced.
  • the first sensor unit 110 and the second sensor unit 120 may count the number of steps by using the collected acceleration data.
  • the first sensor unit 110 and the second sensor unit 120 include an acceleration sensor as well as a gyro sensor to measure the values of the acceleration and gyro sensors, and calculate and process them based on the gait detection algorithm. The number of steps can be detected.
  • the sensor unit 100 stores only the maximum acceleration occurring during walking in real time, and when the maximum acceleration is updated, the new maximum acceleration is stored again, and when the maximum acceleration is greater than the reference acceleration for gait detection, the number of steps is counted. can count
  • the acceleration sensor may measure the acceleration of the X, Y, and Z axes in real time.
  • the sensor unit 100 calculates an acceleration distance using the accelerations in the X, Y, and Z axes obtained from the acceleration sensor, calculates an acceleration value using the calculated acceleration distance, and calculates an acceleration average using the calculated acceleration value. , and when the calculated average acceleration is greater than the reference acceleration for gait detection, the number of gaits may be counted.
  • an acceleration sensor measures accelerations in X, Y, and Z axes in real time
  • a gyro sensor measures a gyro sensor value
  • a preset algorithm It is possible to count the number of gaits recognized as gait by calculating based on the .
  • the sensor unit 100 collects the acceleration sensor value and counts the number of collections.
  • the sensor unit 100 calculates an acceleration average when the gyro sensor value falls below a preset value or rises exceeding a preset value during walking, and when the acceleration average is greater than or equal to a preset value, the number of walking is 1 can increase
  • the sensor unit 100 may determine that the difficulty is high for the user and adjust the difficulty by lowering the reference acceleration.
  • the sensor unit 100 may be connected to the terminal through wireless communication through a wireless communication module, and may display or analyze walking information by transmitting the number of steps counted by the sensor unit 100 to the terminal.
  • the sensor unit 100 is connected to the terminal through wireless communication such as Bluetooth and provides information on the steps, so that the user can analyze the information about the steps more accurately, and a third party, such as a medical staff, can use the steps of the user. information can be identified and analyzed.
  • the display unit 200 is worn on the user's wrist and is connected to the wireless communication module of the sensor unit 100 through the wireless communication module to receive the counted number of steps and display it through the display unit 210 .
  • the display unit 200 is fixed to the user's wrist in the form of a band, and may be configured as a wrist watch type display including the display unit 210, such as a watch.
  • the display unit 200 is connected to the first sensor unit 110 and the second sensor unit 120 by wireless communication to receive information about the user's steps, such as the number of steps, and display the information through the display unit 210 to provide the user with information. Information about steps can be provided visually.
  • the sensor unit 100 includes a power jack, a power control toggle switch, a central processing unit, a battery, a wireless communication module and an acceleration sensor
  • the display unit 200 includes a display unit 210, a power jack, a power control toggle switch, and a center It may include a processing unit, a battery, and a wireless communication module.
  • the sensor unit 100 and the display unit 200 can be implemented small and light through 3D printing, so portability and wearing comfort are good. This will be described in more detail below.
  • FIGS. 3A to 3F are diagrams illustrating a sensor unit according to an exemplary embodiment.
  • Figure 4 is a view showing an internal schematic diagram of the sensor unit according to an embodiment. More specifically, Figure 3a shows the state before coupling of the internal configuration of the sensor unit on one side, Figure 3b shows the state before the coupling of the internal configuration of the sensor unit on the other side, Figure 3c shows the coupling of the wireless communication module , FIG. 3D shows a state in which the internal configuration is coupled to the inner housing, FIG. 3E shows a state in which the internal configuration of the sensor unit is coupled to the housing, and FIG. 3F shows the rear surface of the housing of the sensor part.
  • the sensor unit is a power jack 420, a power control toggle switch 430, a central processing unit 440, a battery 450, a wireless communication module ( 460) and an acceleration sensor 470 may be included.
  • the sensor unit is configured with a hook, so that it can be easily installed without a separate ankle protector.
  • the power jack 420 is a connection terminal for charging the battery 450 , for example, a 1.8mm DC power jack (female) for a charging terminal for charging a lithium polymer battery may be used.
  • the power control toggle switch 430 is a switch serving to select ON/OFF of power.
  • the central processing unit (MCU, 440) is responsible for the operation of internal signals, for example, chicken pro mini (Arduino pro mini) atmega328 3.3V can be used.
  • the central processing unit 440 may perform an operation and processing of counting the number of steps by using the data collected by the acceleration sensor 470 .
  • the battery 450 serves to supply power to the sensor unit, and for example, a lithium polymer (Li-Po) battery 3.7V 500mAh may be used.
  • a lithium polymer (Li-Po) battery 3.7V 500mAh may be used.
  • the wireless communication module 460 may use a Digimesh standard wireless communication module used for 1:2 and 1:n communication, and may communicate with the wireless communication module of the display unit through the wireless communication module 460 . Also, it may communicate with an external terminal (eg, a user terminal, a computer, etc.) through the wireless communication module 460 .
  • the wireless communication module 460 may be an XbeeS2C wireless communication module.
  • the Xbee when connected to a central processing unit (MCU), it may further include a protection module for stably supplying voltage and sending and receiving signals, for example, a regulated board may be used.
  • the acceleration sensor 470 may collect acceleration and rotation levels generated during walking.
  • a 6-axis sensor including 3 axes of acceleration and 3 axes of a gyro may be used, for example, an MPU 6050 acceleration sensor may be used.
  • FIG. 5A to 5F are diagrams illustrating a display unit according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an internal schematic diagram of a display unit according to an exemplary embodiment. More specifically, FIG. 5A shows a state before coupling of the internal configuration of the display unit on one side, FIG. 5B shows a state before coupling of the internal configuration of the display unit on the other side, and FIG. 5C is a central processing unit in the housing of the display unit and a coupled state of the toggle switch, FIG. 5D shows a state in which the wireless communication module is coupled within the housing of the display unit, FIG. 5E shows a state in which the display unit is disposed on the upper side of the housing, and FIG. 5F shows a band unit is coupled to the display unit Indicates the state composed of a wrist watch type.
  • the display unit includes a display unit 610 , a power jack 620 , a power control toggle switch 630 , a central processing unit 640 , and a battery 650 .
  • a wireless communication module 660 may be included.
  • the display unit may be configured in a wrist watch type to facilitate attachment and detachment by the user.
  • the display unit 610 may receive and display the gait signal collected by the sensor unit and calculated and processed through the central processing unit of the sensor unit, for example, an OLED display may be used.
  • the power jack 620 is a connection terminal for charging the battery 650, for example, a 1.8mm DC power jack (female) for a charging terminal for charging a lithium polymer battery may be used.
  • the power control toggle switch 630 is a switch serving to select ON/OFF of the power of the display unit.
  • the central processing unit (MCU, 640) is responsible for the operation of internal signals, for example, chicken pro mini (Arduino pro mini) atmega328 3.3V can be used.
  • the battery 650 serves to supply power to the display unit, and for example, a Li-Po battery 3.7V 500mAh may be used.
  • the wireless communication module 660 may be a Digimesh standard wireless communication module used for 1:2 and 1:n communication. It may communicate with the wireless communication module of the sensor unit through the wireless communication module 660 and communicate with an external terminal (eg, a user terminal, a computer, etc.).
  • the wireless communication module 660 may be an XbeeS2C wireless communication module.
  • the Xbee when connected to a central processing unit (MCU), it may further include a protection module for stably supplying voltage and sending and receiving signals, for example, a regulated board may be used.
  • FIG. 7 is a view for explaining a principle of detecting a gait according to an embodiment.
  • gait data may be detected using the smart step assistance device according to an embodiment.
  • the sensor unit attached to both ankles of the user uses acceleration sensors to measure the acceleration of the X, Y, and Z axes in real time, and counts the number of gaits recognized as gait using a gait detection algorithm for all data on each axis.
  • the display unit may transmit through short-range wireless communication such as Bluetooth.
  • the display unit may display and/or store data in real time by receiving data from the sensor unit of both ankles, that is, the number of gaits recognized as gait.
  • the display unit may monitor data received from the sensor unit.
  • the sensor unit of the smart step assistance device may obtain an acceleration distance by using the accelerations in the X, Y, and Z axes obtained from the acceleration sensor, and may calculate the acceleration distance by the following equation.
  • Acc_[ ] represents the acceleration in the [ ] axis direction.
  • Acc_X may represent acceleration in the X-axis direction
  • Acc_Y may represent acceleration in the Y-axis direction
  • Acc_Z may represent acceleration in the Z-axis direction.
  • the sensor unit of the smart step assist device may calculate the acceleration value using the acceleration distance, and the following equation may be used.
  • n may represent the number of data collection times.
  • the sensor unit of the smart step assistance device may calculate an acceleration average using the calculated acceleration value, that is, may calculate the acceleration average as shown in the following equation.
  • the number of walks may be increased by 1 to count the number of walks. For example, if the average acceleration (Acc Avg ) is greater than the reference acceleration of 8000, the number of steps may be increased by 1.
  • the display unit of the smart step assisting device may acquire a value of the gyro sensor rotating around the Z-axis obtained from the gyro sensor of the sensor unit. For example, when the gyro sensor value rises to a preset value (eg, 15000) or more during one walking, the acceleration average (Acc Avg ) is collected and the number of collections is recorded, and the gyro sensor value is a preset value during walking (eg, 15000), if the acceleration average (Acc Avg ) is calculated and the acceleration average (Acc Avg ) is greater than or equal to a preset value (eg, 8000)_, the number of walking may be increased by 1.
  • a preset value eg, 15000
  • FIG. 8 is a graph for explaining an increase in the number of walking according to an acceleration according to an exemplary embodiment.
  • the average acceleration is calculated in real time through the sensor unit of the smart step assistance device, and when the calculated average acceleration is equal to or greater than the reference acceleration, the number of steps may be increased by increasing the number of steps. That is, the number of steps is not simply counted for each step of the user, such as a pedometer, but only when the average acceleration calculated as a result of walking is greater than or equal to the reference acceleration, counting the number of steps as if walking.
  • FIG. 9A is a diagram illustrating a gait detection algorithm according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 9B is a diagram illustrating a gait detection algorithm according to another exemplary embodiment.
  • the smart step assisting device acquires a gyro sensor value and an acceleration sensor value from a gyro sensor and an acceleration sensor of the sensor unit worn on the user's left and right feet to count the number of steps.
  • the gait detection algorithm may be operated by distinguishing the gyro sensor values of the left foot and the right foot.
  • the acceleration sensor value may be collected (902).
  • the average acceleration (Acc Avg ) is calculated (904) and the average acceleration (Acc Avg ) is set to a preset value (eg, 7000) If _ or more (905), the number of walking can be increased (906) by one.
  • the acceleration sensor value may be collected (912).
  • the acceleration average (Acc Avg ) is calculated (914) so that the acceleration average (Acc Avg ) is set to a preset value (eg, 7000) )_ If more than 915, the number of walking can be increased by 1 (916).
  • a gait detection algorithm in the case of the right foot and the left foot is described as an example, but the gait detection algorithm can be operated by changing the right foot and the left foot, and it is also possible to operate the same gait detection algorithm for the right foot and the left foot.
  • the smart walking assistance device may obtain an acceleration sensor value from an acceleration sensor of a sensor worn on the user's left and right feet and count the number of steps taken.
  • Only the maximum acceleration that occurs while walking can be stored in real time. In this case, when the maximum acceleration is updated, the new maximum acceleration may be stored again. In addition, when the maximum acceleration exceeds the reference acceleration for gait detection, the number of gaits may be counted.
  • the counted number of steps may be displayed on the wrist display, and the information may be displayed by transmitting it to a smart phone using wireless communication such as Bluetooth so that a medical practitioner or a third party can monitor the patient's condition.
  • the user may determine that the difficulty is too high and lower the reference acceleration for gait detection to continue performing.
  • PD severe Parkinson's
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a smart step assistance method for rehabilitation of a Parkinson's patient according to an embodiment.
  • the smart gait assistance method for rehabilitation of a Parkinson's patient collects acceleration data generated during walking by using the acceleration sensors of the sensor units worn on both ankles of the user (S110) , counting the number of gaits recognized as gait by calculating and processing the collected acceleration data (S120), and transmitting the counted number of gaits to a display unit worn on the user's wrist using a wireless communication module (S130) , and displaying the counted number of steps through the display unit of the display unit (S140).
  • the method may further include a step (S150) of being connected to the terminal through wireless communication through the wireless communication module of the sensor unit, and displaying or analyzing the walking information by transmitting the number of steps counted by the sensor unit to the terminal.
  • a step (S150) of being connected to the terminal through wireless communication through the wireless communication module of the sensor unit and displaying or analyzing the walking information by transmitting the number of steps counted by the sensor unit to the terminal.
  • an assistive device for inducing a patient to walk further using their own strength may be provided.
  • each step of the smart step assistance method for rehabilitation of a Parkinson's patient according to an embodiment will be described.
  • the smart gait assistance method for rehabilitation of a Parkinson's patient according to an embodiment may be described in more detail using the smart gait assistance apparatus for rehabilitation of a Parkinson's patient according to the embodiment described with reference to FIG. 2 .
  • the smart step assistance device for rehabilitation of a Parkinson's patient according to an embodiment may include a sensor unit and a display unit.
  • the sensor unit may collect acceleration data generated during walking by using acceleration sensors worn on both ankles of the user.
  • the sensor unit may calculate and process the collected acceleration data to count the number of gaits recognized as gaits.
  • the sensor unit may store only the maximum acceleration occurring during walking in real time, and may store a new maximum acceleration again when the maximum acceleration is updated. Accordingly, when the maximum acceleration is greater than the reference acceleration for detecting the gait, the sensor unit may count the number of gaits.
  • the sensor unit may determine that the difficulty is high for the user and adjust the difficulty by lowering the reference acceleration.
  • the sensor unit may measure the acceleration along the X, Y, and Z axes in real time by the acceleration sensor. And, the sensor unit calculates an acceleration distance using the accelerations in the X, Y, and Z axes obtained from the acceleration sensor, calculates an acceleration value using the calculated acceleration distance, and calculates an acceleration average using the calculated acceleration value, When the calculated average acceleration is greater than the reference acceleration for gait detection, the number of gaits may be counted.
  • the acceleration sensor measures the acceleration of the X, Y, and Z axes in real time
  • the gyro sensor measures the gyro sensor value
  • the measured acceleration and the gyro sensor value are calculated based on a preset algorithm.
  • the sensor unit may collect an average acceleration and record the number of collections.
  • the sensor unit may calculate an acceleration average when the gyro sensor value falls below a preset value while walking, and increase the number of walking by 1 when the acceleration average is greater than or equal to a preset value_.
  • the sensor unit may transmit the counted number of steps to the display unit worn on the user's wrist using the wireless communication module.
  • the sensor unit may transmit to the display unit worn on the user's wrist through the wireless communication module.
  • the Bluetooth module of the sensor unit and the Bluetooth module of the display unit are connected to each other through wireless communication, and the counted number of steps obtained by the sensor unit may be transmitted to the display unit.
  • step S140 the display unit may display the counted number of steps through the display unit.
  • the sensor unit may be connected to the terminal through wireless communication through a wireless communication module, and may display or analyze walking information by transmitting the number of steps counted by the sensor unit to the terminal.
  • the sensor unit worn on both ankles and the display unit worn on the wrist it is possible to reduce restrictions in moving the user's body and free from problems of disconnection and terminal damage.
  • the sensor unit and the display unit are small and light through 3D printing, so portability is good.
  • Parkinson's patients are not actually serious symptoms, they appear to be visually serious, resulting in psychological atrophy of Parkinson's patients, and consequently, restrictions in social activities.
  • embodiments provide a method and apparatus for detecting hand tremor for hand tremor rehabilitation that provides a constant vibration whenever there is a symptom of hand tremor. More specifically, the embodiments collect hand tremor data by attaching an acceleration/gyro sensor near the wrist and analyze the data with an iOS Promini to show a Parkinson patient's hand tremor pattern, and the built-in vibration motor operates for 3 seconds. To provide a method and apparatus that can serve as a notification to recognize hand tremor in Parkinson's patients.
  • the following embodiments may provide an algorithm for classifying a hand shake of a Parkinson's patient from a normal hand movement using an acceleration sensor and/or a gyro sensor.
  • the intensity of the vibration motor may be adjusted by applying a different algorithm according to the degree of vibration, and the vibration of the vibration motor may not affect the acceleration sensor and/or the gyro sensor.
  • the embodiments are portable wearable devices (Portable Wearable Device), small and light, and can be manufactured in the form of a wrist watch having the above functions to provide a device.
  • the hand tremor detection method and apparatus for rehabilitating tremor in a Parkinson's patient can be designed with low power for sufficiently real-time monitoring during active daytime, and through immediate vibration feedback whenever there is a symptom of hand tremor It can be designed to be a rehabilitation device that can alleviate symptoms of hand tremor.
  • FIG. 11 is a diagram schematically illustrating an internal schematic diagram of an apparatus for detecting hand shake for rehabilitation of hand shake in a Parkinson's patient according to an embodiment.
  • an apparatus for detecting hand shake for rehabilitation of hand shake in a Parkinson's patient may be designed so that a sensor, a control, a vibration, etc. can fit into one space.
  • a hand tremor sensing device for rehabilitating hand tremor in a Parkinson's patient may be simply referred to as a hand tremor sensing device.
  • the hand shake detecting device may include a power jack 1110 , a battery 1120 , a vibration motor unit 1130 , a power switch unit 1140 , a control unit 1150 , and a sensor unit 1160 .
  • the hand shake detection device includes a 1.8mm DC power jack, 300mAh Li-Po battery, a coin-operated vibration motor, a power control toggle switch, an chicken pro mini atmega328 3.3V and an MPU 6050 accelerometer/gyro sensor. can be composed of
  • the hand shake detecting device may be accommodated in a housing, and the housing may be connected or coupled to a band and worn on a user's wrist.
  • FIG. 12 is a view illustrating a lower housing of a hand shake detecting device according to an exemplary embodiment.
  • 13 is a diagram illustrating an internal configuration of a hand shake detecting device coupled to a lower housing according to an exemplary embodiment.
  • 14 is a view illustrating a coupling of an intermediate housing and a power switch unit according to an exemplary embodiment.
  • Figure 15 is a view showing the coupling of the upper housing according to an embodiment.
  • an apparatus 1000 for detecting hand tremor for rehabilitation of hand tremor in a Parkinson's patient includes a sensor unit 1160 , a control unit 1150 , and a vibration motor unit 1130 .
  • the hand shake detecting apparatus 1000 may further include a battery 1120 , a power jack 1110 for a charging terminal, and a power switch unit 1140 .
  • the hand shake detecting apparatus 1000 may further include housings 1210 , 1220 , and 1230 . The hand shake detecting apparatus 1000 may be worn on the user's wrist to detect the hand shake and notify the user of the hand shake through vibration.
  • the sensor unit 1160 may detect the user's hand shaking.
  • the sensor unit 1160 may include an acceleration sensor and/or a gyro sensor.
  • the sensor unit 1160 may include a gyro sensor, and may detect a user's hand shake by collecting sensor values according to roll rotation.
  • the controller 1150 may determine the vibration mode through the hand tremor sensed by the sensor unit 1160 and count the number of discriminated frequencies.
  • control unit 1150 receives the sensor value according to the roll rotation, obtains a differential value of the sensor value through differentiation, determines the vibration mode using the differential value, and then counts the discrimination frequency, When the number of discriminated frequencies greater than or equal to a predetermined number of times is counted for a certain period of time, the vibration motor unit 1130 may be operated.
  • the controller 1150 operates the vibration motor unit 1130 when the discrimination frequency is accumulated more than a preset number of times for a predetermined time, and initializes the discrimination frequency when the discrimination frequency is accumulated less than a preset number of times It is possible to repeat the re-measurement of the discriminant frequency over time.
  • the vibration motor unit 1130 may be operated according to the number of times of a predetermined frequency determined by the control unit 1150 to alert the user through vibration.
  • the vibration motor unit 1130 may vibrate by adjusting the intensity of the vibration motor according to the sensed degree of hand shake, and may prevent the vibration from affecting the sensor unit 1160's detection of hand shake.
  • the battery 1120 may supply power to the internal components of the hand shake detecting apparatus 1000 .
  • the power jack 1110 for the charging terminal may provide a charging terminal for charging the battery 1120 .
  • the power switch unit 1140 may control the power to be turned ON or OFF through the operation of the switch.
  • the hand shake detecting apparatus 1000 may further include housings 1210 , 1220 , and 1230 .
  • the housings 1210 , 1220 , and 1230 may accommodate the sensor unit 1160 , the control unit 1150 , and the vibration motor unit 1130 therein, and may be connected or combined with the band unit to be worn on the user's wrist.
  • the housings 1210 , 1220 , and 1230 may include a lower housing 1210 , a middle housing 1220 , and an upper housing 1230 . More specifically, the bottom part is in close contact with the user's wrist, and the sensor unit 1160 , the control unit 1150 , the vibration motor unit 1130 , the battery 1120 , the power jack 1110 for the charging terminal and the power switch unit 1140 . ) is coupled to the upper side of the lower housing 1210 accommodated therein, the lower housing 1210, the middle housing 1220 having an open interior, and coupled to the upper side of the middle housing 1220 An upper housing 1230 sealing the inside may be included.
  • the power jack 1110 , the battery 1120 , the vibration motor unit 1130 , the control unit 1150 , and the sensor unit 1160 are respectively seated in grooves, partitions, etc. 1211 and 1212 . , 1213, 1215, 1216) may be configured. Accordingly, it is possible not only to induce the internal configuration to be easily seated in the housing, but also to fix the internal configuration by a groove portion, a partition wall, or the like.
  • a first through hole is formed at one side to which the lower housing 1210 and the middle housing 1220 are coupled, so that the power jack 1110 for the charging terminal is connected to the outside through the first through hole.
  • the first through-hole may be formed by a groove portion 1217 configured on one side of the lower housing 1210 and a groove portion 1221 configured on one side of the middle housing 1220 .
  • a second through hole is formed at one side to which the middle housing 1220 and the upper housing 1230 are coupled, so that a user can operate the power switch unit 1140 through the second through hole.
  • the second through-hole may be formed by a groove portion 1222 configured on one side of the middle housing 1220 and a groove portion 1231 configured on one side of the upper housing 1230 .
  • FIG. 16A is a diagram illustrating a prototype of an apparatus for detecting hand shake according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 16B is a view showing a state of wearing the hand shake detecting device according to an exemplary embodiment.
  • a prototype of the device for detecting hand shake may be configured, and as shown in FIG. 16B , a band may be connected or combined to the prototype and worn on the user's wrist.
  • the device for detecting hand shake may be made of a lightweight device (about 13g excluding the wrist band) or a small device (16*43*20.5 mm).
  • the device for detecting hand tremor may reduce the exposure time of a user (patient) to tremor with a short data sampling time (0.5 s), thereby increasing self-confidence during outdoor activities.
  • 17 is a view for explaining an example of wearing a hand shake detecting device according to an exemplary embodiment.
  • the user may wear the hand shake detecting device on the wrist using a band or the like.
  • the vibration motor of the hand shake detection device operates to notify the user of hand shake, the user can recognize this and control the hand shake to stop it. That is, through the vibration motor of the hand shake detection device, the user can recognize his/her hand shake state and control it by himself/herself.
  • FIG. 18 is a diagram for describing acquisition of a sensor value of an apparatus for detecting hand shake according to an exemplary embodiment.
  • the hand shake detecting device may be worn on the user's wrist to collect sensor values according to the roll rotation of the gyro sensor according to the hand shake.
  • FIG. 19A is a diagram illustrating a sensor value according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 19B is a diagram for explaining the differentiation of sensor values according to an exemplary embodiment.
  • the differential value may be obtained by differentiating the sensor value of the gyro sensor. This can be expressed as Equation 1 below.
  • 20 is a diagram for explaining the determination of a vibration mode according to an embodiment.
  • the vibration mode may be determined using the differential value of the gyro sensor.
  • the number of times the digital value is changed may be the generated discriminant frequency.
  • vibration mode -100
  • vibration mode 100
  • 21 is a diagram for explaining an increasing section of a discriminant frequency according to an exemplary embodiment.
  • the vibration motor After determining the vibration mode, as shown in FIG. 21B , it is possible to check an increasing section of the discrimination frequency.
  • the vibration mode when the vibration mode is a value different from the previous value, the discrimination frequency is counted by +1, and when the discrimination frequency is counted more than a predetermined number of times for a predetermined time, the vibration motor may be operated. That is, it is possible to determine whether to operate the vibration motor according to the generated frequency.
  • the vibration mode is a different value from the previous value
  • the 'frequency of discrimination' is raised by 1, and when the 'frequency of discrimination' is 8 or more times within 1 second, the vibration motor can be operated.
  • the 'discrimination frequency' is less than 8 times within 1 second, the data can be re-collected after the 'discrimination frequency' is initialized.
  • 22A to 22D are diagrams for explaining an operating principle of an apparatus for detecting hand shake according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 22A data values (sensor values) of the gyro sensor of the hand shake detecting device are shown.
  • FIG. 22B the hand shaking detecting device differentiating the sensor values of the gyro sensor, as shown in FIG. 22C , is shown in FIG.
  • the slope of the analog value of the real-time gyro sensor may be calculated, and as shown in FIG. 22D , the analog value may be digitized as in Equation 2 below.
  • f (t) may be a sensor value of the gyro sensor
  • f' (t) may be a differential value thereof.
  • the number of times the digital value is changed may be the generated discriminant frequency.
  • the vibration motor operates, and when the frequency is accumulated to less than 8 times, the frequency is initialized and counting the frequency for 1 second from the beginning again can be repeated.
  • FIG. 23 is a flowchart illustrating a method for detecting hand shake for rehabilitation of hand shake in a Parkinson's patient according to an exemplary embodiment.
  • the method for detecting hand shake performed through a hand shake detecting device for rehabilitation of hand shake in a Parkinson's patient includes the step of detecting the user's hand shake through a sensor unit (S210), in the control unit Step (S220) of counting the discrimination frequency by determining the vibration mode through the hand tremor detected by the sensor unit, and the vibration motor unit is operated according to the number of times of the discrimination frequency preset by the control unit to alert the user through vibration ( S230), and the hand shake detecting device may be worn on the user's wrist to detect hand shake and notify the user of the hand shake through vibration.
  • the method for detecting hand shake according to an embodiment may be described using the device for detecting hand shake according to the embodiment described with reference to FIGS. 12 to 15 as an example.
  • the device for detecting hand shake according to an embodiment may include a sensor unit, a control unit, and a vibration motor unit, and may further include a battery, a power jack for a charging terminal, and a power switch unit according to an embodiment.
  • the hand shake detection device may further include a housing.
  • the user's hand shake may be detected through the sensor unit.
  • the sensor unit may detect the shaking of the user's hand by collecting sensor values according to roll rotation through the gyro sensor.
  • control unit may count the discriminated frequency by determining the vibration mode through the hand tremor sensed by the sensor unit.
  • control unit receives the sensor value according to the roll rotation, obtains a differential value of the sensor value through differentiation, determines the vibration mode using the differential value, and then determines according to the determined vibration mode You can count the frequency.
  • control unit may operate the vibration motor unit when the number of discriminated frequencies greater than or equal to a preset number is counted for a predetermined time.
  • control unit operates the vibration motor unit when the discrimination frequency is accumulated for a predetermined time or more for a predetermined time, and when the discrimination frequency is accumulated less than a preset number of times, initializes the discrimination frequency and then re-measures the discrimination frequency for a predetermined time Can be repeated.
  • the vibration motor may be operated according to the number of the number of discriminated frequencies preset by the control unit to notify the user through vibration.
  • the vibration motor unit vibrates by adjusting the intensity of the vibration motor according to the sensed degree of hand shaking, and the vibration may not affect the sensor unit's hand shaking detection.
  • the hand shake detecting device may accommodate a sensor unit, a control unit, and a vibration motor unit in a housing, and may be connected or combined with a band unit to be worn on a user's wrist. Accordingly, the hand shake detecting device may be worn on the user's wrist to detect the hand shake and notify the user of the hand shake through vibration.
  • the vibration motor it is possible to distinguish a hand shake of a Parkinson's patient from a normal hand movement using an acceleration sensor and/or a gyro sensor.
  • the hand shake detecting device may be configured as a wrist watch type portable wearable device having a small size and light weight.
  • a component When it is mentioned that a component is “connected” or “connected” to another component in the above, it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. It should be understood that there is On the other hand, when it is said that a certain element is “directly connected” or “directly connected” to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle.

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Abstract

파킨슨 환자의 재활을 위한 스마트 걸음 보조 장치 및 방법이 제시된다. 일 실시예에 따른 파킨슨 환자의 재활을 위한 스마트 걸음 보조 장치를 이용한 스마트 걸음 보조 방법은, 사용자의 양측 발목에 착용된 센서부의 가속도 센서를 이용하여 보행 시 발생하는 가속도 데이터를 수집하는 단계; 수집된 상기 가속도 데이터를 연산 및 처리하여 보행으로 인정되는 보행 횟수를 카운트하는 단계; 카운트된 상기 보행 횟수를 무선 통신 모듈을 이용하여 상기 사용자의 손목에 착용된 표시부로 전달하는 단계; 및 상기 표시부의 디스플레이부를 통해 카운트된 상기 보행 횟수를 표시하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

Description

파킨슨 환자의 재활을 위한 스마트 걸음 보조 장치 및 방법
아래의 실시예들은 파킨슨 환자의 재활을 위한 스마트 걸음 보조 장치 및 방법에 관한 것이다.
고령화가 영양위생 개선과 첨단 보건의료기술로 계속되면서 선진국들 사이에서는 노인성 질환이 건강한 사회를 만들기 위해 극복해야 할 중요한 과제로 떠오르고 있다. 노인성 질환은 다양하지만, 그 중에서 파킨슨병(Parkinson’s Disease, PD)은 꼭 대비해야 할 대표적인 노인성 질환이다. 파킨슨병(PD)은 중뇌의 Substantia Nigra pars compacta(SNc)의 도파민성 뉴런이 손상된 결과로 초기 임상적 특징이 나타나는 신경 퇴행성 질환이다. 세계 600만 명이 파킨슨병(PD)을 갖고 있으며 많은 환자들이 각종 증상에 시달리고 있는 것으로 추정된다. 이러한 불편함이 환자 자신뿐만 아니라 주변 사람에게도 영향을 미칠 수 있다는 점에서 치료의 중요성이 강조된다.
파킨슨병(PD)의 증상은 두 가지 유형으로 비운동성과 운동성 증상이 있다. 비운동성에는 우울증, 환각증, 수면장애 등이 포함되고, 운동성 증상에는 떨림, 자세 불안정, 서동 등을 포함할 수 있다. 대부분의 파킨슨병(PD)의 치료는 비운동성 증상의 치료를 위해 약물치료를 많이 하고, 운동성 증상의 치료를 위해서는 운동요법을 이용한 재활치료 많이 한다. 그 중 대표적인 것이 큐 트레이닝(Cueing Training)이다.
큐 트레이닝은 파킨슨병(PD) 회생훈련의 연구 방법 중 하나로 환자가 특정 조건에서 인위적인 큐를 만들고 반복하여 의도적인 동작을 계속 진행할 수 있게 하는 치료법을 말한다. 종래 기술은 의도적으로 특정 동작을 수행할 수는 있지만, 정상보행 기준이 없기 때문에 시간이 지남에 따라 행동의 크기나 힘이 감소하게 되어 재활훈련의 효과가 떨어질 뿐만 아니라, 사이즈가 크기 때문에 일상생활에서 사용 할 수 없어 스스로 재활훈련을 할 수 없는 단점이 있다.
(비특허문헌 1) Suteerawattananon M, Morris GS, Etnyre BR, Jankovic J, Protas EJ, "Effects of visual and auditory cues on gait in individuals with Parkinson's disease", J of the Neurological Sciences 219: p63-69, 2004.
실시예들은 파킨슨 환자의 재활을 위한 스마트 걸음 보조 장치 및 방법에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 일반 발목 지지대에 가속도 센서와 자이로 센서를 부착하여 노면의 상태나 지면 경사와 상관없이 정확한 보행패턴을 인식하고, 근거리 무선 통신을 이용하여 디스플레이부 및 단말에 자동 전송되는 기술을 제공한다.
또한, 실시예들은 무선 통신을 통해 전송된 가속도 센서와 자이로 센서의 데이터를 자체 개발한 알고리즘 기반으로 연산하여 메인 마이크로칩 컨트롤러(MCU)에 실시간으로 저장하며, 이를 정상인의 보행과 비교 분석하여 손목 시계형 디스플레이 장치에 실시간으로 모니터링하는 파킨슨 환자의 재활을 위한 스마트 걸음 보조 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
또한, 실시예들은 파킨슨 환자의 손 떨림 재활을 위한 손 떨림 감지 방법 및 장치에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 가속도 센서 및/또는 자이로 센서를 이용하여 일상적인 손 움직임과 파킨슨 환자의 손 떨림을 구분하는 기술을 제공한다.
또한, 실시예들은 떨림의 정도에 따라 다른 알고리즘을 적용하여 진동 모터의 세기를 조절이 가능하고, 진동 모터의 진동이 가속도 센서 및/또는 자이로 센서에 영향을 주지 않도록 하는 파킨슨 환자의 손 떨림 재활을 위한 손 떨림 감지 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
또한, 실시예들은 손목 시계형 휴대용 웨어러블 장치(Portable Wearable Device)로 구성되어 크기가 작고 무게가 가벼운 파킨슨 환자의 손 떨림 재활을 위한 손 떨림 감지 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
일 실시예에 따른 파킨슨 환자의 재활을 위한 스마트 걸음 보조 장치를 이용한 스마트 걸음 보조 방법은, 사용자의 양측 발목에 착용된 센서부의 가속도 센서를 이용하여 보행 시 발생하는 가속도 데이터를 수집하는 단계; 수집된 상기 가속도 데이터를 연산 및 처리하여 보행으로 인정되는 보행 횟수를 카운트하는 단계; 카운트된 상기 보행 횟수를 무선 통신 모듈을 이용하여 상기 사용자의 손목에 착용된 표시부로 전달하는 단계; 및 상기 표시부의 디스플레이부를 통해 카운트된 상기 보행 횟수를 표시하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 센서부의 무선 통신 모듈을 통해 단말과 무선 통신으로 연결되어, 상기 센서부에서 카운트된 상기 보행 횟수를 상기 단말에 전달하여 보행 정보를 표시하거나 분석하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 사용자의 양측 발목에 착용된 센서부의 가속도 센서를 이용하여 보행 시 발생하는 가속도 데이터를 수집하는 단계는, 보행 중에 발생하는 최대 가속도만을 실시간으로 저장하는 단계; 및 최대 가속도가 갱신되었을 경우 새로운 최대 가속도를 다시 저장하는 단계를 포함하고, 상기 가속도 데이터를 연산 및 처리하여 보행으로 인정되는 보행 횟수를 카운트하는 단계는, 상기 최대 가속도가 보행 검출을 위한 기준 가속도보다 큰 경우 보행 횟수를 카운트하는 단계를 포함할 수 있다.
수집된 상기 가속도 데이터 또는 최대 가속도가 보행 검출을 위한 기준 가속도를 계속 넘지 못할 경우, 사용자에게 난이도가 높은 것으로 판단하여 상기 기준 가속도를 낮추어 난이도를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 가속도 데이터를 연산 및 처리하여 보행으로 인정되는 보행 횟수를 카운트하는 단계는, 상기 센서부의 가속도 센서로부터 획득한 X, Y, Z축의 가속도를 이용하여 가속도 거리를 산출하는 단계; 산출된 상기 가속도 거리를 이용하여 가속도 값을 산출하는 단계; 산출된 가속도 값을 이용하여 가속도 평균을 산출하는 단계; 및 산출된 상기 가속도 평균이 보행 검출을 위한 기준 가속도보다 큰 경우 보행 횟수를 카운트하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 사용자의 양측 발목에 착용된 센서부의 가속도 센서를 이용하여 보행 시 발생하는 가속도 데이터를 수집하는 단계는, 상기 센서부의 가속도 센서가 X, Y, Z축의 가속도를 실시간으로 측정하고, 자이로(Gyro) 센서가 자이로 센서 값을 측정하며, 상기 가속도 데이터를 연산 및 처리하여 보행으로 인정되는 보행 횟수를 카운트하는 단계는, 측정된 상기 가속도 및 상기 자이로 센서 값을 기설정된 알고리즘을 기반으로 연산하여 보행으로 인정되는 보행 횟수를 카운트할 수 있다.
상기 가속도 데이터를 연산 및 처리하여 보행으로 인정되는 보행 횟수를 카운트하는 단계는, 상기 가속도 데이터를 연산 및 처리하여 보행으로 인정되는 보행 횟수를 카운트하는 단계는, 보행 중 상기 센서부의 자이로 센서로부터 획득한 Z축 중심으로 회전하는 상기 자이로 센서 값이 기설정된 값 이상 또는 이하로 상승 또는 하강하는 경우, 가속도 센서 값을 수집하는 단계; 및 보행 중 상기 자이로 센서 값이 기설정된 값 미만으로 하강하는 경우, 수집된 상기 가속도 센서 값을 이용하여 가속도 평균을 연산하여, 상기 가속도 평균이 기설정된 값_이상인 경우 보행 횟수를 1 증가시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 보행 횟수를 무선 통신 모듈을 이용하여 상기 사용자의 손목에 착용된 표시부로 전달하는 단계는, 상기 센서부의 블루투스(Bluetooth) 모듈과 상기 표시부의 블루투스(Bluetooth) 모듈이 서로 무선 통신으로 연결되어, 상기 센서부에서 카운트된 상기 보행 횟수를 상기 표시부로 전달할 수 있다.
다른 실시예에 따른 파킨슨 환자의 재활을 위한 스마트 걸음 보조 장치는, 사용자의 양측 발목에 착용되며 가속도 센서를 이용하여 보행 시 발생하는 가속도 데이터를 수집하고, 수집된 상기 가속도 데이터를 연산 및 처리하여 보행으로 인정되는 보행 횟수를 카운트한 후, 카운트된 상기 보행 횟수를 무선 통신 모듈을 이용하여 외부로 전송하는 센서부; 및 상기 사용자의 손목에 착용되며 무선 통신 모듈을 통해 상기 센서부의 무선 통신 모듈과 연결되어 카운트된 상기 보행 횟수를 전달 받아, 디스플레이부를 통해 카운트된 상기 보행 횟수를 표시하는 표시부를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 센서부는, 무선 통신 모듈을 통해 단말과 무선 통신으로 연결되어, 상기 센서부에서 카운트된 상기 보행 횟수를 상기 단말에 전달하여 보행 정보를 표시하거나 분석할 수 있다.
상기 센서부는, 보행 중에 발생하는 최대 가속도만을 실시간으로 저장하고, 최대 가속도가 갱신되었을 경우 새로운 최대 가속도를 다시 저장하며, 상기 최대 가속도가 보행 검출을 위한 기준 가속도보다 큰 경우 보행 횟수를 카운트할 수 있다.
상기 센서부는, 수집된 상기 가속도 데이터 또는 최대 가속도가 보행 검출을 위한 기준 가속도를 계속 넘지 못할 경우, 사용자에게 난이도가 높은 것으로 판단하여 상기 기준 가속도를 낮추어 난이도를 조절할 수 있다.
상기 센서부는, 상기 가속도 센서가 X, Y, Z축의 가속도를 실시간으로 측정하고, 자이로(Gyro) 센서가 자이로 센서 값을 측정하며, 측정된 상기 가속도 및 상기 자이로 센서 값을 기설정된 알고리즘을 기반으로 연산하여 보행으로 인정되는 보행 횟수를 카운트할 수 있다.
상기 센서부는, 보행 중 상기 센서부의 자이로 센서로부터 획득한 Z축 중심으로 회전하는 상기 자이로 센서 값이 기설정된 값 이상 또는 이하로 상승 또는 하강하는 경우, 가속도 센서 값을 수집하고, 보행 중 상기 자이로 센서 값이 기설정된 값 미만으로 하강하는 경우, 수집된 상기 가속도 센서 값을 이용하여 가속도 평균을 연산하여, 상기 가속도 평균이 기설정된 값_이상인 경우 보행 횟수를 1 증가시킬 수 있다.
상기 센서부는, 파워잭, 전원제어 토글 스위치, 중앙처리장치, 배터리, 무선 통신 모듈 및 가속도 센서를 포함하고, 상기 표시부는, 디스플레이부, 파워잭, 전원제어 토글 스위치, 중앙처리장치, 배터리 및 무선 통신 모듈을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 파킨슨 환자의 손 떨림 재활을 위한 손 떨림 감지 장치는, 사용자의 손 떨림을 감지하는 센서부; 상기 센서부로부터 감지된 손 떨림을 통해 진동모드를 판별하여 판별 진동수를 카운팅하는 제어부; 및 상기 제어부에 의해 기설정된 상기 판별 진동수의 횟수에 따라 작동되어 상기 사용자에게 진동을 통해 알람하는 진동 모터부를 포함하고, 상기 손 떨림 감지 장치는 상기 사용자의 손목에 착용되어 상기 손 떨림을 감지하고 진동을 통해 손 떨림을 상기 사용자에게 알릴 수 있다.
전원을 공급하는 배터리; 상기 배터리의 충전을 위한 충전 단자용 파워잭; 및 스위치의 작동을 통해 상기 전원을 온(ON) 또는 오프(OFF) 제어하는 전원 스위치부를 더 포함할 수 있다.
상기 센서부, 상기 제어부 및 상기 진동 모터부가 내부에 수용되며, 밴드부와 연결 또는 결합되어 상기 사용자의 손목에 착용되도록 하는 하우징을 더 포함할 수 있다.
바닥부가 상기 사용자의 손목에 밀착되며, 상기 센서부, 상기 제어부, 상기 진동 모터부, 상기 배터리, 상기 충전 단자용 파워잭 및 상기 전원 스위치부가 내부에 수용되는 하부 하우징; 상기 하부 하우징의 상측에 결합되며, 내부가 개방된 형태로 구성되는 중간부 하우징; 및 상기 중간부 하우징의 상측에 결합되어 내부를 밀폐시키는 상부 하우징을 더 포함할 수 있다.
상기 하부 하우징 및 상기 중간부 하우징이 결합된 일측에는 제1 관통홀이 형성되어, 상기 제1 관통홀을 통해 상기 충전 단자용 파워잭이 외부와 연결되도록 하며, 상기 중간부 하우징 및 상기 상부 하우징이 결합된 일측에는 제2 관통홀이 형성되어, 상기 제2 관통홀을 통해 상기 전원 스위치부를 사용자가 동작시킬 수 있다.
상기 센서부는, 자이로 센서로 이루어지며, 롤(roll) 회전에 따른 센서 값을 수집하여 상기 사용자의 손 떨림을 감지할 수 있다.
상기 제어부는, 롤(roll) 회전에 따른 상기 센서 값을 전달 받아 미분을 통해 센서 값의 미분 값을 획득하고, 상기 미분 값을 이용하여 진동모드를 판별한 후 상기 판별 진동수를 카운트하며, 일정 시간 동안 기설정된 횟수 이상의 상기 판별 진동수가 카운트되면 상기 진동 모터부를 동작시킬 수 있다.
상기 제어부는, 일정 시간 동안 상기 판별 진동수가 기설정된 횟수 이상 누적되는 경우 상기 진동 모터부를 동작시키고, 상기 판별 진동수가 기설정된 횟수 미만 누적되는 경우 상기 판별 진동수를 초기화한 후 기설정된 일정 시간 동안 상기 판별 진동수의 재측정을 반복할 수 있다.
상기 진동 모터부는, 감지된 상기 손 떨림의 정도에 따라 진동 모터의 세기를 조절하여 진동하고, 상기 진동이 상기 센서부의 손 떨림 감지에 영향을 주지 않도록 할 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 파킨슨 환자의 손 떨림 재활을 위한 손 떨림 감지 장치를 통해 수행되는 손 떨림 감지 방법은, 센서부를 통해 사용자의 손 떨림을 감지하는 단계; 제어부에서 상기 센서부로부터 감지된 손 떨림을 통해 진동모드를 판별하여 판별 진동수를 카운팅하는 단계; 및 상기 제어부에 의해 기설정된 상기 판별 진동수의 횟수에 따라 진동 모터부가 작동되어 상기 사용자에게 진동을 통해 알람하는 단계를 포함하고, 상기 손 떨림 감지 장치는 사용자의 손목에 착용되어 상기 손 떨림을 감지하고 진동을 통해 손 떨림을 상기 사용자에게 알릴 수 있다.
상기 센서부를 통해 사용자의 손 떨림을 감지하는 단계는, 자이로 센서를 통해 롤(roll) 회전에 따른 센서 값을 수집하여 상기 사용자의 손 떨림을 감지할 수 있다.
상기 판별 진동수를 카운팅하는 단계는, 상기 제어부에서 롤(roll) 회전에 따른 상기 센서 값을 전달 받는 단계; 미분을 통해 센서 값의 미분 값을 획득하는 단계; 상기 미분 값을 이용하여 진동모드를 판별하는 단계; 판별된 진동모드에 따라 상기 판별 진동수를 카운트하는 단계; 및 일정 시간 동안 기설정된 횟수 이상의 상기 판별 진동수가 카운트되면 상기 진동 모터부를 동작시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 판별 진동수를 카운팅하는 단계는, 일정 시간 동안 상기 판별 진동수가 기설정된 횟수 이상 누적되는 경우 상기 진동 모터부를 동작시키고, 상기 판별 진동수가 기설정된 횟수 미만 누적되는 경우 상기 판별 진동수를 초기화한 후 기설정된 일정 시간 동안 상기 판별 진동수의 재측정을 반복할 수 있다.
상기 진동 모터부는, 감지된 상기 손 떨림의 정도에 따라 진동 모터의 세기를 조절하여 진동하고, 상기 진동이 상기 센서부의 손 떨림 감지에 영향을 주지 않도록 할 수 있다.
상기 손 떨림 감지 장치는 하우징 내부에 상기 센서부, 상기 제어부 및 상기 진동 모터부가 수용되며, 밴드부와 연결 또는 결합되어 상기 사용자의 손목에 착용되도록 할 수 있다.
실시예들에 따르면 일반 발목 지지대에 가속도 센서와 자이로 센서를 부착하여 노면의 상태나 지면 경사와 상관없이 정확한 보행패턴을 인식하고, 근거리 무선 통신을 이용하여 디스플레이부 및 단말에 자동 전송되는 파킨슨 환자의 재활을 위한 스마트 걸음 보조 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 실시예들은 무선 통신을 통해 전송된 가속도 센서와 자이로 센서의 데이터를 자체 개발한 알고리즘 기반으로 연산하여 메인 마이크로칩 컨트롤러(MCU)에 실시간으로 저장하며, 이를 정상인의 보행과 비교 분석하여 손목 시계형 디스플레이 장치에 실시간으로 모니터링하는 파킨슨 환자의 재활을 위한 스마트 걸음 보조 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 실시예들에 따르면 가속도 센서 및/또는 자이로 센서를 이용하여 일상적인 손 움직임과 파킨슨 환자의 손 떨림을 구분할 수 있는 파킨슨 환자의 손 떨림 재활을 위한 손 떨림 감지 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
또한, 실시예들에 따르면 떨림의 정도에 따라 다른 알고리즘을 적용하여 진동 모터의 세기를 조절이 가능하고, 진동 모터의 진동이 가속도 센서 및/또는 자이로 센서에 영향을 주지 않도록 하는 파킨슨 환자의 손 떨림 재활을 위한 손 떨림 감지 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
또한, 실시예들에 따르면 손목 시계형 휴대용 웨어러블 장치로 구성되어 크기가 작고 무게가 가벼운 파킨슨 환자의 손 떨림 재활을 위한 손 떨림 감지 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 파킨슨 환자의 재활을 위한 스마트 걸음 보조 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 파킨슨 환자의 재활을 위한 스마트 걸음 보조 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3f는 일 실시예에 따른 센서부를 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 센서부의 내부 모식도를 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 도 5f는 일 실시예에 따른 표시부를 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 표시부의 내부 모식도를 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 보행 검출 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 가속도에 따른 보행 횟수 증가를 설명하기 위한 그래프이다.
도 9a는 일 실시예에 따른 보행 검출 알고리즘을 나타내는 도면이다.
도 9b는 다른 실시예에 따른 보행 검출 알고리즘을 나타내는 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 파킨슨 환자의 재활을 위한 스마트 걸음 보조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 파킨슨 환자의 손 떨림 재활을 위한 손 떨림 감지 장치의 내부 모식도를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 손 떨림 감지 장치의 하부 하우징을 나타내는 도면이다.
도 13은 일 실시예에 따른 하부 하우징에 결합된 손 떨림 감지 장치의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 14는 일 실시예에 따른 중간부 하우징 및 전원 스위치부의 결합을 나타내는 도면이다.
도 15는 일 실시예에 따른 상부 하우징의 결합을 나타내는 도면이다.
도 16a은 일 실시예에 따른 손 떨림 감지 장치의 시제품을 나타내는 도면이다.
도 16b은 일 실시예에 따른 손 떨림 감지 장치의 착용 모습을 나타내는 도면이다.
도 17은 일 실시예에 따른 손 떨림 감지 장치의 착용 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 일 실시예에 따른 손 떨림 감지 장치의 센서 값 획득을 설명하기 위한 도면이다.
도 19a는 일 실시예에 따른 센서 값을 나타내는 도면이다.
도 19b는 일 실시예에 따른 센서 값의 미분을 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 일 실시예에 따른 진동모드의 판별을 설명하기 위한 도면이다.
도 21은 일 실시예에 따른 판별 진동수의 증가 구간을 설명하기 위한 도면이다.
도 22a 내지 도 22d는 일 실시예에 따른 손 떨림 감지 장치의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 23은 일 실시예에 따른 파킨슨 환자의 손 떨림 재활을 위한 손 떨림 감지 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
노인병 중 하나인 파킨슨 병(Parkinson’s Disease, PD)은 보행 경직(Freezing of Gait: FOG), 단차/보단 단축 등과 같은 증상을 유발하여, 활동의 제약을 초래하고 더 나아가 삶의 질을 저하시키는 결과를 초래한다. 이를 개선시키고자 정상인의 보행과 유사하게 보행을 유도하기 위한 다음과 같은 특징을 갖는 보조 장치를 제공할 수 있다.
아래의 실시예들에 따르면 일반 발목 지지대에 가속도 센서 및/또는 자이로 센서를 부착하여 노면의 상태나 지면 경사와 상관없이 정확한 보행패턴을 인식하고, 블루투스(Bluetooth) 등의 무선 통신을 이용하여 디스플레이부 및 단말에 자동 전송되는 시스템을 제공할 수 있다. 또한, 블루투스(Bluetooth) 등의 무선 통신을 통해 전송된 가속도 센서 및/또는 자이로 센서의 데이터는 메인 마이크로칩 컨트롤러(MCU)에 실시간 데이터가 저장되며, 이를 정상인의 보행과 비교 분석하여 손목 시계형 디스플레이 장치에 실시간으로 모니터링 할 수 있는 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 파킨슨 환자의 재활을 위한 스마트 걸음 보조 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 파킨슨 환자의 재활을 위한 스마트 걸음 보조 장치는 센서부(100) 및 표시부(200)를 포함하여 이루어질 수 있다.
센서부(100)는 복수 개 구성되어, 사용자의 양측 발목에 보호대를 통해 고정될 수 있고, 표시부(200)는 센서부(100)와 블루투스(Bluetooth) 등의 무선 통신으로 연결되며 사용자의 신체, 예컨대 손목 등에 밴드 형태로 착용될 수 있다.
표시부(200)는 센서부(100)와 무선으로 연결되어 사용자의 걸음에 대한 정보를 제공받아 디스플레이할 수 있다.
예를 들어, 센서부(100)는 가속도 센서를 이용하여 가속도 센서 값을 측정하고 이를 자체 개발한 보행 검출 알고리즘을 기반으로 연산 및 처리하여 보행 횟수를 검출할 수 있고, 검출된 보행 횟수를 근거리 무선 통신을 이용하여 사용자의 손목에 착용된 표시부(200)에 전달하여 디스플레이할 수 있다.
다른 예로, 센서부(100)는 가속도 센서 및 자이로 센서를 이용하여 가속도 및 자이로 센서 값을 측정할 수 있다. 이 때 가속도 센서의 X, Y, Z축 3개와 자이로 센서의 Z축의 회전축(YAW) 1개, 총 4개의 축을 사용하여 데이터를 수집할 수 있다. 센서부(100)는 수집한 가속도 및 자이로 센서 값을 보행 검출 알고리즘을 기반으로 연산 및 처리하여 보행 횟수를 검출할 수 있고, 검출된 보행 횟수를 근거리 무선 통신을 이용하여 사용자의 손목에 착용된 표시부(200)에 전달하여 디스플레이할 수 있다.
한편, 일 실시예에 따른 파킨슨 환자의 재활을 위한 스마트 걸음 보조 장치는 걸음 정보를 감지하는 센서부(100)에서 보행 검출 알고리즘을 이용하여 보행 횟수를 카운트한 후, 최소한의 데이터인 카운트된 보행 횟수를 표시부(200) 및/또는 단말(300)에 전송하여 디스플레이할 수 있다. 이에 따라, 스마트 걸음 보조 장치는 데이터 무선 전송을 최소한으로 함으로써 배터리 수명도 적고, 데이터 손실도 적은 장점이 있다. 즉, 센서부(100) 내에서 가속도 센서와 자이로 센서의 데이터를 실시간으로 받으면서 벡터 값과 자이로 값이 둘 다 기준 이상이 되면 보행 횟수를 카운트하는 알고리즘으로 보행횟수 데이터를 설정하고, 표시부(200)로 무선 전송할 수 있다.　　　　특히, 파킨슨 환자의 재활을 위한 스마트 걸음 보조 장치는 대부분 고령의 사용자가 이용하기 때문에 사용이 어려운 단말(300)이 아니라 간편한 손목시계 형태의 표시부(200)를 통해 디스플레이할 수 있다.
이와 같이, 실시예들은 보행으로 인정되는 보행 횟수의 데이터만 디스플레이를 위해 무선으로 전송되며, 두 가지 방법이 있다. 근거리 무선 통신을 이용하여 스마트 폰 등의 단말(300)로 전송시켜 의료인이 실시간 모니터링하는 방법과 사용자가 직접 착용하고 있는 손목시계 형태의 표시부(200)에 전송되어 현재 상태를 실시간으로 모니터링하는 방법이다. 한편, 기존에 일반적으로 사용하는 보행 분석 장치는 고가의 장비로 사용자 본인이 자가진단 및 재활훈련을 하기 어려우며, 휴대용으로 사용할 수가 없다.
실시예에 따라 표시부(200)는 걸음에 따라 소리를 제공하거나 기설정된 BPM에 따라 연속적으로 소리 및 진동을 제공하여 재활운동을 유도할 수도 있다. 이 때, 표시부(200)는 재활운동을 유도하는 소리 및 진동의 종류, 크기 및 BPM 등을 설정할 수 있으며, 단말(300)을 통해 소리 및 진동의 종류, 크기 및 BPM 등을 설정할 수도 있다.
여기에서 설명되는 단말은 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 내비게이션(navigation), 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook), 디지털 TV, 데스크탑 PC 등이 포함될 수 있다.
또한, 무선 통신은 무선 인터넷 접속을 위한 것으로, 센서부(100) 및 표시부(200)에 내장되거나 외장될 수 있다. 무선 통신 기술로는 근거리 통신을 위한 근거리 통신 모듈이 사용될 수 있으며, 근거리 통신(short range communication) 기술로 블루투스(Bluetooth쪠), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication), 와이-파이 다이렉트 등이 이용될 수 있다. 또한 WLAN(Wireless LAN), WiFi(Wireless Fidelity) Direct, DLNA(Digital Living Network Alliance), Wibro(Wireless broadband), Wimax(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 등이 이용될 수 있다. 아래에서는 빠르고 간편하게 이용할 수 있는 블루투스 근거리 통신을 일례로 설명하기로 한다.
아래의 실시예들은 큐 트레이닝 훈련 시스템 중 하나인 시각 큐와 환자 자신의 보행인식과 관련되는 진동을 사용하여 파킨슨병(PD) 환자 보행이 정상인의 보행이 되게 보행 재활 훈련을 해주는 장치 개발로써 정상 보행 기준에 맞춰 보행 훈련을 할 수 있을 뿐만 아니라, 중증 파킨슨병(PD)의 경우에는 단계별로 보행 훈련이 가능하게 조절이 가능하다. 대부분의 파킨슨병(PD) 환자는 근력 저하인 노인으로써 장치의 사이즈와 무게가 보행 훈련에 상당한 영향을 주기 때문에 3D 프린터를 이용하여 소형화 및 경량화를 달성할 수 있다. 또한 블루투스 기능을 사용하여 탈부착이 자유롭고, 보행 속도 및 보행 패턴을 핸드폰 또는 손목 시계형 디스플레이 장치로 실시간 모니터링이 가능하여 환자 본인은 물론 의료인까지 동시에 모니터링이 가능한 재활 장치를 제공할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 파킨슨 환자의 재활을 위한 스마트 걸음 보조 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 파킨슨 환자의 재활을 위한 스마트 걸음 보조 장치는 센서부(100) 및 표시부(200)를 포함하여 이루어질 수 있으며, 센서부(100)는 복수 개 구성되어 사용자의 양측 발목에 보호대 등을 통해 고정될 수 있다. 여기서, 센서부(100)는 제1 센서부(110) 및 제2 센서부(120)로 이루어질 수 있으며, 사용자의 왼쪽 및 오른쪽 발목에 각각 착용되어 고정될 수 있다.
센서부(100)는 사용자의 양측 발목에 착용되며 가속도 센서를 이용하여 보행 시 발생하는 가속도 데이터를 수집하고, 수집된 가속도 데이터를 무선 통신 모듈을 통해 외부로 전송할 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 센서부(110) 및 제2 센서부(120)는 발목 부착형 센서로, 사용자의 양측 발목에 각각 보호대 등을 통해 고정되고, 각각 가속도 센서를 포함하고 있어 측정된 가속도 센서 값을 통해 보행 횟수를 검출할 수 있다. 이러한 제1 센서부(110) 및 제2 센서부(120)는 표시부(200)와 무선 통신으로 연결되어 사용자의 걸음에 대한 정보를 제공할 수 있다. 예컨대, 센서부(100)의 블루투스(Bluetooth) 모듈과 표시부(200)의 블루투스(Bluetooth) 모듈이 서로 무선 통신으로 연결되어 센서부(100)에서 카운트된 보행 횟수를 표시부(200)로 전달할 수 있다. 이와 같이 양측 발목에 착용되는 센서부(100)와 손목에 착용되는 표시부(200)를 무선으로 연결함으로써 사용자가 몸을 움직이는데 제약을 줄일 수 있다.
특히, 제1 센서부(110) 및 제2 센서부(120)는 수집된 가속도 데이터를 이용하여 보행 횟수를 카운트할 수 있다. 이 때, 제1 센서부(110) 및 제2 센서부(120)는 가속도 센서뿐 아니라 자이로(Gyro) 센서를 포함하여, 가속도 및 자이로 센서 값을 측정하고 보행 검출 알고리즘을 기반으로 연산 및 처리하여 보행 횟수를 검출할 수 있다.
일 예로, 센서부(100)는 보행 중에 발생하는 최대 가속도만을 실시간으로 저장하고, 최대 가속도가 갱신되었을 경우 새로운 최대 가속도를 다시 저장하며, 최대 가속도가 보행 검출을 위한 기준 가속도보다 큰 경우 보행 횟수를 카운트할 수 있다.
다른 예로, 센서부(100)는 가속도 센서가 X, Y, Z축의 가속도를 실시간 측정할 수 있다. 센서부(100)는 가속도 센서로부터 획득한 X, Y, Z축의 가속도를 이용하여 가속도 거리를 산출하고, 산출된 가속도 거리를 이용하여 가속도 값을 산출하며, 산출된 가속도 값을 이용하여 가속도 평균을 산출하고, 산출된 가속도 평균이 보행 검출을 위한 기준 가속도보다 큰 경우 보행 횟수를 카운트할 수 있다.
또 다른 예로, 센서부(100)는 가속도 센서가 X, Y, Z축의 가속도를 실시간으로 측정하고, 자이로(Gyro) 센서가 자이로 센서 값을 측정하며, 측정된 가속도 및 자이로 센서 값을 기설정된 알고리즘을 기반으로 연산하여 보행으로 인정되는 보행 횟수를 카운트할 수 있다. 그리고, 센서부(100)는 보행 중 자이로 센서로부터 획득한 Z축 중심으로 회전하는 자이로 센서 값이 기설정된 값 이상으로 상승하거나 기설정된 값 이하로 하강하는 경우, 가속도 센서 값을 수집하고 수집 횟수를 기록할 수 있다. 계속해서, 센서부(100)는 보행 중 자이로 센서 값이 기설정된 값 미만으로 하강하거나 기설정된 값을 초과하여 상승하는 경우, 가속도 평균을 연산하여, 가속도 평균이 기설정된 값 이상인 경우 보행 횟수를 1 증가시킬 수 있다.
이 때, 센서부(100)는 수집된 가속도 데이터 또는 최대 가속도가 보행 검출을 위한 기준 가속도를 계속 넘지 못할 경우, 사용자에게 난이도가 높은 것으로 판단하여 기준 가속도를 낮추어 난이도를 조절할 수 있다.
더욱이, 센서부(100)는 무선 통신 모듈을 통해 단말과 무선 통신으로 연결되어, 센서부(100)에서 카운트된 보행 횟수를 단말에 전달하여 보행 정보를 표시하거나 분석할 수 있다. 이와 같이 센서부(100)는 블루투스 등의 무선 통신을 통해 단말과 연결되어 걸음에 대한 정보를 제공함으로써 사용자가 보다 정확한 걸음에 대한 정보를 분석할 수 있을 뿐 아니라, 의료진 등 제3자가 사용자의 걸음에 대한 정보를 파악 및 분석하도록 할 수 있다.
표시부(200)는 사용자의 손목에 착용되며 무선 통신 모듈을 통해 센서부(100)의 무선 통신 모듈과 연결되어 카운트된 보행 횟수를 전달 받아 디스플레이부(210)를 통해 표시할 수 있다.
보다 구체적으로, 표시부(200)는 사용자의 손목에 밴드 형태로 고정되며, 시계 등과 같이 디스플레이부(210)를 포함하는 손목 시계형 디스플레이로 구성될 수 있다. 표시부(200)는 제1 센서부(110) 및 제2 센서부(120)와 무선 통신으로 연결되어 보행 횟수 등 사용자의 걸음에 대한 정보를 제공받아 디스플레이부(210)를 통해 표시함으로써, 사용자에게 걸음에 대한 정보를 시각적으로 제공할 수 있다.
센서부(100)는 파워잭, 전원제어 토글 스위치, 중앙처리장치, 배터리, 무선 통신 모듈 및 가속도 센서를 포함하고, 표시부(200)는 디스플레이부(210), 파워잭, 전원제어 토글 스위치, 중앙처리장치, 배터리 및 무선 통신 모듈을 포함할 수 있다. 한편, 센서부(100) 및 표시부(200)는 3D 프린팅을 통해 작고 가볍게 구현될 수 있어 휴대성 및 착용감이 좋다. 이는 아래에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 3a 내지 도 3f는 일 실시예에 따른 센서부를 나타내는 도면이다. 그리고 도 4는 일 실시예에 따른 센서부의 내부 모식도를 나타내는 도면이다. 보다 구체적으로, 도 3a는 일 측면에서의 센서부의 내부 구성의 결합전 상태를 나타내고, 도 3b는 다른 측면에서의 센서부의 내부 구성의 결합전 상태를 나타내고, 도 3c는 무선 통신 모듈의 결합을 나타내고, 도 3d는 내부 하우징에 내부 구성이 결합된 상태를 나타내고, 도 3e는 하우징 내에 센서부의 내부 구성이 결합된 상태를 나타내고, 도 3f는 센서부의 하우징 배면을 나타낸다.
도 3a 내지 도 3f, 그리고 도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 센서부는 파워잭(420), 전원제어 토글 스위치(430), 중앙처리장치(440), 배터리(450), 무선 통신 모듈(460) 및 가속도 센서(470)를 포함하여 이루어질 수 있다. 한편, 센서부는 도 3F에 도시된 바와 같이 걸이부가 구성되어 별도의 발목 보호대 없이 장착이 용이하도록 할 수 있다.
파워잭(420)은 배터리(450)의 충전을 위한 연결단자로, 예컨대 리튬 폴리머 배터리의 충전을 위한 충전 단자용 1.8mm DC 파워잭(암)이 사용될 수 있다.
전원제어 토글 스위치(430)는 전원의 ON/OFF를 선택하는 역할을 하는 스위치이다.
중앙처리장치(MCU, 440)는 내부 신호의 연산 작업을 담당하며, 예컨대 아두이노 프로미니(Arduino pro mini) atmega328 3.3V가 사용될 수 있다. 여기서 중앙처리장치(440)는 가속도 센서(470)에서 수집된 데이터를 이용하여 보행 횟수를 카운트하는 연산 및 처리를 수행할 수 있다.
배터리(450)는 센서부에 전원을 공급하는 역할을 하며, 예컨대 리튬 폴리머(Li-Po) 배터리 3.7V 500mAh가 사용될 수 있다. 이와 같이 리튬 폴리머 배터리를 사용하는 경우 무게가 가볍고, 재충전 및 재방전이 가능하며 추가 비용이 거의 들지 않는다.
무선 통신 모듈(460)은 1:2 및 1:n 통신을 위해 사용되는 Digimesh 규격의 무선 통신 모듈이 사용될 수 있으며, 이러한 무선 통신 모듈(460)을 통해 표시부의 무선 통신 모듈과 통신할 수 있다. 또한 무선 통신 모듈(460)을 통해 외부의 단말(예컨대, 사용자 단말, 컴퓨터 등)과 통신할 수 있다. 예컨대 무선 통신 모듈(460)은 XbeeS2C 무선 통신 모듈이 사용될 수 있다. 또한, Xbee를 중앙처리장치(MCU)와 연결할 때 안정적으로 전압을 공급하고 신호를 주고받게 하기 위한 보호 모듈을 더 포함할 수 있으며, 예컨대 Regulated board가 사용될 수 있다.
가속도 센서(470)는 보행 시 발생하는 가속도 및 회전 정도를 수집할 수 있다. 가속도 센서(470)는 가속도 3축과 자이로 3축을 포함한 6축 센서가 사용될 수 있으며, 예컨대 MPU 6050 가속도 센서가 사용될 수 있다.
도 5a 내지 도 5f는 일 실시예에 따른 표시부를 나타내는 도면이다. 그리고 도 6은 일 실시예에 따른 표시부의 내부 모식도를 나타내는 도면이다. 보다 구체적으로, 도 5a는 일 측면에서의 표시부의 내부 구성의 결합전 상태를 나타내고, 도 5b는 다른 측면에서의 표시부의 내부 구성의 결합전 상태를 나타내고, 도 5c는 표시부의 하우징 내에 중앙처리장치 및 토글 스위치의 결합된 상태를 나타내고, 도 5d는 표시부의 하우징 내에 무선 통신 모듈이 결합된 상태를 나타내고, 도 5e는 하우징 상측에 디스플레이부가 배치된 상태를 나타내고, 도 5f는 표시부에 밴드부가 결합되어 손목 시계형으로 구성된 상태를 나타낸다.
도 5a 내지 도 5f, 그리고 도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 표시부는 디스플레이부(610), 파워잭(620), 전원제어 토글 스위치(630), 중앙처리장치(640), 배터리(650) 및 무선 통신 모듈(660)을 포함하여 이루어질 수 있다. 한편, 표시부는 도 5f에 도시된 바와 같이 손목 시계형으로 구성되어 사용자가 탈부착을 용이하게 하도록 할 수 있다.
디스플레이부(610)는 센서부에서 수집되고 센서부의 중앙처리장치를 통해 연산 및 처리된 보행 신호를 전달 받아 표시할 수 있으며, 예컨대 OLED 디스플레이가 사용될 수 있다.
파워잭(620)은 배터리(650)의 충전을 위한 연결단자로, 예컨대 리튬폴리머 배터리의 충전을 위한 충전 단자용 1.8mm DC 파워잭(암)이 사용될 수 있다.
전원제어 토글 스위치(630)는 표시부의 전원의 ON/OFF를 선택하는 역할을 하는 스위치이다.
중앙처리장치(MCU, 640)는 내부 신호의 연산 작업을 담당하며, 예컨대 아두이노 프로미니(Arduino pro mini) atmega328 3.3V가 사용될 수 있다.
배터리(650)는 표시부에 전원을 공급하는 역할을 하며, 예컨대 Li-Po 배터리 3.7V 500mAh가 사용될 수 있다.
무선 통신 모듈(660)은 1:2 및 1:n 통신을 위해 사용되는 Digimesh 규격의 무선 통신 모듈이 사용될 수 있다. 이러한 무선 통신 모듈(660)을 통해 센서부의 무선 통신 모듈과 통신하고, 외부의 단말(예컨대, 사용자 단말, 컴퓨터 등)과 통신할 수 있다. 예컨대 무선 통신 모듈(660)은 XbeeS2C 무선 통신 모듈이 사용될 수 있다. 또한, Xbee를 중앙처리장치(MCU)와 연결할 때 안정적으로 전압을 공급하고 신호를 주고받게 하기 위한 보호 모듈을 더 포함할 수 있으며, 예컨대 Regulated board가 사용될 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 보행 검출 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 스마트 걸음 보조 장치를 이용하여 보행 데이터를 검출할 수 있다. 보다 구체적으로, 사용자의 양측 발목에 부착된 센서부는 가속도 센서를 이용하여 X, Y, Z축의 가속도를 실시간 측정하고, 각축의 모든 데이터를 보행 검출 알고리즘을 이용하여 보행으로 인정되는 보행 횟수를 카운트한 후, 표시부에 블루투스 등 근거리 무선 통신을 통해 전송할 수 있다. 표시부는 양측 발목의 센서부의 데이터, 즉 보행으로 인정되는 보행 횟수를 전달받아 실시간으로 데이터를 표시 및/또는 저장할 수 있다. 표시부는 센서부로부터 전달받은 데이터를 모니터링할 수 있다.
일 실시예에 따른 스마트 걸음 보조 장치의 센서부는 가속도 센서로부터 획득한 X, Y, Z축의 가속도를 이용하여 가속도 거리를 획득할 수 있으며, 다음 식에 의해 가속도 거리를 산출할 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2020015905-appb-img-000001
여기서, Acc_[ ]는 [ ]축 방향의 가속도를 나타낸다. 예를 들어 Acc_X는 X축 방향의 가속도를 나타내고, Acc_Y는 Y축 방향의 가속도를 나타내며, Acc_Z는 Z축 방향의 가속도를 나타낼 수 있다.
또한, 스마트 걸음 보조 장치의 센서부는 가속도 거리를 이용하여 가속도 값을 산출할 수 있으며, 다음 식을 이용할 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2020015905-appb-img-000002
여기서, n은 데이터 수집 횟수를 나타낼 수 있다.
그리고, 스마트 걸음 보조 장치의 센서부는 산출된 가속도 값을 이용하여 가속도 평균을 산출할 수 있으며, 즉 다음 식과 같이 가속도 평균을 계산할 수 있다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2020015905-appb-img-000003
여기서, 1회 보행의 결과로 가속도 평균(Acc Avg)이 기설정된 특정 값(즉, 기준 가속도)보다 큰 경우 보행 횟수를 1 증가시켜 보행 횟수를 셀 수 있다. 예를 들어 가속도 평균(Acc Avg)이 기준 가속도인 8000보다 크다면 보행 횟수를 1 증가시킬 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 스마트 걸음 보조 장치의 표시부는 센서부의 자이로 센서로부터 획득한 Z축 중심으로 회전하는 자이로 센서 값을 획득할 수 있다. 예를 들어, 1회 보행 중 자이로 센서 값이 기설정된 값(예컨대, 15000) 이상으로 상승하는 경우, 가속도 평균(Acc Avg)을 수집 및 수집 횟수를 기록하고, 보행 중 자이로 센서 값이 기설정된 값(예컨대, 15000) 이하로 하강하는 경우, 가속도 평균(Acc Avg)을 연산하여 가속도 평균(Acc Avg)이 기설정된 값(예컨대, 8000)_이상이라면 보행 횟수를 1 증가시킬 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 가속도에 따른 보행 횟수 증가를 설명하기 위한 그래프이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 스마트 걸음 보조 장치의 센서부를 통해 실시간으로 평균 가속도를 산정하고, 산정된 평균 가속도가 기준 가속도 이상인 경우 보행 횟수를 증가시킴으로써 보행 횟수를 셀 수 있다. 즉, 만보기 등과 같이 단순히 사용자의 보행 걸음마다 보행 횟수를 세는 것이 아니라, 보행 결과 산정된 평균 가속도가 기준 가속도 이상인 경우에만 보행한 것으로 간주하고 보행 횟수를 세는 것이다.
도 9a는 일 실시예에 따른 보행 검출 알고리즘을 나타내는 도면이다. 그리고 도 9b는 다른 실시예에 따른 보행 검출 알고리즘을 나타내는 도면이다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 일 실시예에 따른 스마트 걸음 보조 장치는 사용자의 왼발 및 오른발에 착용된 센서부의 자이로 센서 및 가속도 센서로부터 자이로 센서 값 및 가속도 센서 값을 획득하여 보행 횟수를 카운트할 수 있다. 여기에서는 예를 들어 왼발 및 오른발의 자이로 센서 값을 구분하여 보행 검출 알고리즘을 동작시킬 수 있다.
도 9a를 참조하면, 오른발의 경우, 1회 보행 중 자이로 센서 값이 기설정된 값(예컨대, 15000) 이상으로 상승하는 경우(901), 가속도 센서 값을 수집할 수 있다(902). 보행 중 자이로 센서 값이 기설정된 값(예컨대, 15000) 이하로 하강하는 경우(903), 가속도 평균(Acc Avg)을 연산(904)하여 가속도 평균(Acc Avg)이 기설정된 값(예컨대, 7000)_이상(905)이라면 보행 횟수를 1 증가(906)시킬 수 있다.
도 9b를 참조하면, 왼발의 경우, 1회 보행 중 자이로 센서 값이 기설정된 값(예컨대, -15000) 이하로 하강하는 경우(911), 가속도 센서 값을 수집할 수 있다(912). 보행 중 자이로 센서 값이 기설정된 값(예컨대, -15000) 이상으로 상승하는 경우(913), 가속도 평균(Acc Avg)을 연산(914)하여 가속도 평균(Acc Avg)이 기설정된 값(예컨대, 7000)_이상(915)이라면 보행 횟수를 1 증가(916)시킬 수 있다. 여기에서는 오른발과 왼발의 경우의 보행 검출 알고리즘을 예를 들어 설명하고 있으나, 오른발과 왼발을 바꾸어 보행 검출 알고리즘을 동작시킬 수 있으며, 오른발과 왼발 동일한 보행 검출 알고리즘을 동작시키는 것도 가능하다.
다른 예로, 스마트 걸음 보조 장치는 사용자의 왼발 및 오른발에 착용된 센서부의 가속도 센서로부터 가속도 센서 값을 획득하여 보행 횟수를 카운트할 수 있다.
보행 중에 발생하는 최대 가속도만을 실시간으로 저장할 수 있다. 이 때, 최대 가속도가 갱신되었을 경우 새로운 최대 가속도를 다시 저장할 수 있다. 그리고, 최대 가속도가 보행 검출을 위한 기준 가속도를 넘었을 경우, 보행 횟수를 카운트할 수 있다.
이후, 카운트된 보행 횟수를 손목형 디스플레이에 표시하고, 의료인 또는 제3자가 환자 상태를 모니터링 할 수 있게 블루투스 등의 무선 통신을 이용하여 스마트폰으로 전달하여 정보를 표시할 수 있다.
최대 가속도가 보행 검출을 위한 기준 가속도를 계속 넘지 못할 경우, 사용자에게 난이도가 너무 높은 것으로 판단하여 보행 검출을 위한 기준 가속도를 낮추어 계속 수행하게 할 수 있다. 중증 파킨슨(PD) 환자의 경우 처음부터 정상인의 보행을 요구하는 것은 무리가 될 수 있고, 성취도를 떨어뜨려 자신감 결여로 이어질 수 있으므로 보행 검출을 위한 기준 가속도의 난이도 조절을 용이하게 하여 자신감 및 성취도를 높여 줄 수 있다. 그러므로 실시예들에 따른 파킨슨 환자의 재활을 위한 스마트 걸음 보조 장치를 통해 정상인의 보행을 하도록 유도하는데 크게 도움을 줄 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 파킨슨 환자의 재활을 위한 스마트 걸음 보조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 일 실시예에 따른 파킨슨 환자의 재활을 위한 스마트 걸음 보조 방법은, 사용자의 양측 발목에 착용된 센서부의 가속도 센서를 이용하여 보행 시 발생하는 가속도 데이터를 수집하는 단계(S110), 수집된 가속도 데이터를 연산 및 처리하여 보행으로 인정되는 보행 횟수를 카운트하는 단계(S120), 카운트된 상기 보행 횟수를 무선 통신 모듈을 이용하여 사용자의 손목에 착용된 표시부에 전달하는 단계(S130), 및 표시부의 디스플레이부를 통해 카운트된 보행 횟수를 표시하는 단계(S140)를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 센서부의 무선 통신 모듈을 통해 단말과 무선 통신으로 연결되어, 센서부에서 카운트된 보행 횟수를 단말에 전달하여 보행 정보를 표시하거나 분석하는 단계(S150)를 더 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면 환자 본인의 힘을 이용하여 더 멀리 걷게 만들도록 유도하는 보조 기기를 제공할 수 있다. 아래에서 일 실시예에 따른 파킨슨 환자의 재활을 위한 스마트 걸음 보조 방법의 각 단계를 설명한다.
일 실시예에 따른 파킨슨 환자의 재활을 위한 스마트 걸음 보조 방법은 도 2에서 설명한 일 실시예에 따른 파킨슨 환자의 재활을 위한 스마트 걸음 보조 장치를 이용하여 보다 구체적으로 설명할 수 있다. 앞에서 설명한 바와 같이, 일 실시예에 따른 파킨슨 환자의 재활을 위한 스마트 걸음 보조 장치는 센서부 및 표시부를 포함하여 이루어질 수 있다.
단계(S110)에서, 센서부는 사용자의 양측 발목에 착용된 가속도 센서를 이용하여 보행 시 발생하는 가속도 데이터를 수집할 수 있다.
단계(S120), 센서부는 수집된 가속도 데이터를 연산 및 처리하여 보행으로 인정되는 보행 횟수를 카운트할 수 있다.
일 예로, 센서부는 보행 중에 발생하는 최대 가속도만을 실시간으로 저장하고, 최대 가속도가 갱신되었을 경우 새로운 최대 가속도를 다시 저장할 수 있다. 이에 따라, 센서부는 최대 가속도가 보행 검출을 위한 기준 가속도보다 큰 경우 보행 횟수를 카운트할 수 있다.
이 때, 센서부는 수집된 가속도 데이터 또는 최대 가속도가 보행 검출을 위한 기준 가속도를 계속 넘지 못할 경우, 사용자에게 난이도가 높은 것으로 판단하여 기준 가속도를 낮추어 난이도를 조절할 수 있다.
다른 예로, 센서부는 가속도 센서가 X, Y, Z축의 가속도를 실시간 측정할 수 있다. 그리고 센서부는 가속도 센서로부터 획득한 X, Y, Z축의 가속도를 이용하여 가속도 거리를 산출하고, 산출된 가속도 거리를 이용하여 가속도 값을 산출하며, 산출된 가속도 값을 이용하여 가속도 평균을 산출하고, 산출된 가속도 평균이 보행 검출을 위한 기준 가속도보다 큰 경우 보행 횟수를 카운트할 수 있다.
또 다른 예로, 센서부는 가속도 센서가 X, Y, Z축의 가속도를 실시간으로 측정하고, 자이로(Gyro) 센서가 자이로 센서 값을 측정하며, 측정된 가속도 및 자이로 센서 값을 기설정된 알고리즘을 기반으로 연산하여 보행으로 인정되는 보행 횟수를 카운트할 수 있다. 센서부는 보행 중 자이로 센서로부터 획득한 Z축 중심으로 회전하는 자이로 센서 값이 기설정된 값 이상으로 상승하는 경우, 가속도 평균을 수집하고 수집 횟수를 기록할 수 있다. 또한 센서부는 보행 중 자이로 센서 값이 기설정된 값 미만으로 하강하는 경우, 가속도 평균을 연산하여, 가속도 평균이 기설정된 값_이상인 경우 보행 횟수를 1 증가시킬 수 있다.
단계(S130)에서, 센서부는 카운트된 보행 횟수를 무선 통신 모듈을 이용하여 사용자의 손목에 착용된 표시부에 전달할 수 있다.
센서부는 무선 통신 모듈을 통해 사용자의 손목에 착용된 표시부에 전달할 수 있다. 여기서, 센서부의 블루투스(Bluetooth) 모듈과 표시부의 블루투스(Bluetooth) 모듈이 서로 무선 통신으로 연결되어, 센서부에서 획득한 카운트된 보행 횟수를 표시부로 전달할 수 있다.
단계(S140)에서, 표시부는 디스플레이부를 통해 카운트된 보행 횟수를 표시할 수 있다.
또한, 단계(S150)에서, 센서부는 무선 통신 모듈을 통해 단말과 무선 통신으로 연결되어, 센서부에서 카운트된 보행 횟수를 단말에 전달하여 보행 정보를 표시하거나 분석할 수 있다.
이와 같이, 실시예들에 따르면 양측 발목에 착용되는 센서부와 손목에 착용되는 표시부를 무선으로 연결함으로써 사용자가 몸을 움직이는데 제약을 줄일 수 있고, 단선 및 단자 손상의 문제에서 자유롭다. 또한 센서부 및 표시부를 3D 프린팅을 통해 작고 가볍게 구현하여 휴대성이 좋으며, 센서부는 걸이부를 구성하고 표시부는 시계 형태로 구성하여 탈부착을 용이하게 할 수 있다. 그리고 만보기 형식으로 표시되는 디스플레이부를 통해 직관적으로 보행 데이터를 확인할 수 있다.
또한, 실시예들에 따르면 내부에 충격을 가하는 물체가 존재하지 않아 내부 손상의 위험이 적고 내구성이 좋으며, 충전 사용이 가능한 리튬-폴리머 배터리를 사용하여 추가 비용을 줄이고 편리하게 사용할 수 있다.
또한, 파킨슨 환자의 손 떨림 증상은 실제적으로 심각한 증상은 아니지만, 시각적으로는 심각하게 보이게 되어 파킨슨 환자의 심리적인 위축을 초래하게 되어 결과적으로 사회적 활동의 제약을 초래한다.
이를 개선시키고자 실시예들은 손 떨림 증상이 있을 때마다 일정한 진동을 주는 손 떨림 재활을 위한 손 떨림 감지 방법 및 장치를 제공한다. 보다 구체적으로, 실시예들은 손목 부근에 가속도/자이로 센서를 부착하여 손 떨림의 데이터를 수집하고 아두이노 프로미니로 데이터를 분석하여 파킨슨 환자의 손 떨림 패턴을 보일 시 내장되어 있는 진동 모터를 3초간 울려 파킨슨 환자의 손 떨림을 자각할 수 있게 알림 역할을 할 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.
아래의 실시예들은 가속도 센서 및/또는 자이로 센서를 이용하여 일상적인 손 움직임과 파킨슨 환자의 손 떨림을 구분하는 알고리즘을 제공할 수 있다. 또한, 실시예들은 떨림의 정도에 따라 다른 알고리즘을 적용하여 진동 모터의 세기를 조절이 가능하고, 진동 모터의 진동이 가속도 센서 및/또는 자이로 센서에 영향을 주지 않도록 할 수 있다. 마지막으로, 실시예들은 휴대용 웨어러블 장치(Portable Wearable Device)로써 작고 가벼우면서 위와 같은 기능을 갖는 손목 시계형으로 제작하여 장치를 제공할 수 있다.
실시예들에 따른 파킨슨 환자의 손 떨림 재활을 위한 손 떨림 감지 방법 및 장치는 활동하는 낮 시간 동안 충분히 실시간 모니터링 할 수 있게 저전력으로 설계될 수 있고, 손 떨림 증상이 있을 때마다 즉각적인 진동 피드백을 통해 손 떨림 증상을 완화할 수 있는 재활 장치가 될 수 있도록 설계될 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 파킨슨 환자의 손 떨림 재활을 위한 손 떨림 감지 장치의 내부 모식도를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 파킨슨 환자(PD)의 손 떨림 재활을 위한 손 떨림 감지 장치는 센서, 제어, 진동 등이 한 공간 안에 들어갈 수 있도록 설계될 수 있다. 이하에서 파킨슨 환자의 손 떨림 재활을 위한 손 떨림 감지 장치는 간단히 손 떨림 감지 장치로 언급될 수 있다.
손 떨림 감지 장치는 파워잭(1110), 배터리(1120), 진동 모터부(1130), 전원 스위치부(1140), 제어부(1150) 및 센서부(1160)를 포함하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 손 떨림 감지 장치는 1.8mm DC 파워잭, 300mAh Li-Po 배터리, 동전형 진동 모터, 전원제어 토글 스위치, 아두이노 프로미니(Arduino pro mini) atmega328 3.3V 및 MPU 6050 가속도/자이로 센서로 구성될 수 있다. 이러한 손 떨림 감지 장치는 하우징 내에 수용될 수 있으며, 상기 하우징은 밴드와 연결 또는 결합되어 사용자의 손목에 착용될 수 있다.
도 12 내지 도 15는 일 실시예에 따른 파킨슨 환자의 손 떨림 재활을 위한 손 떨림 감지 장치의 모델링을 개략적으로 나타내는 도면이다. 보다 구체적으로, 도 12는 일 실시예에 따른 손 떨림 감지 장치의 하부 하우징을 나타내는 도면이다. 도 13은 일 실시예에 따른 하부 하우징에 결합된 손 떨림 감지 장치의 내부 구성을 나타내는 도면이다. 도 14는 일 실시예에 따른 중간부 하우징 및 전원 스위치부의 결합을 나타내는 도면이다. 그리고 도 15는 일 실시예에 따른 상부 하우징의 결합을 나타내는 도면이다.
도 12 내지 도 15를 참조하면, 일 실시예에 따른 파킨슨 환자의 손 떨림 재활을 위한 손 떨림 감지 장치(1000)는 센서부(1160), 제어부(1150) 및 진동 모터부(1130)를 포함하여 이루어질 수 있다. 실시예에 따라 손 떨림 감지 장치(1000)는 배터리(1120), 충전 단자용 파워잭(1110) 및 전원 스위치부(1140)를 더 포함할 수 있다. 또한 손 떨림 감지 장치(1000)는 하우징(1210, 1220, 1230)을 더 포함할 수 있다. 이러한 손 떨림 감지 장치(1000)는 사용자의 손목에 착용되어 손 떨림을 감지하고 진동을 통해 손 떨림을 사용자에게 알릴 수 있다.
센서부(1160)는 사용자의 손 떨림을 감지할 수 있다. 센서부(1160)는 가속도 센서 및/또는 자이로 센서로 구성될 수 있다. 예컨대 센서부(1160)는 자이로 센서로 이루어지며, 롤(roll) 회전에 따른 센서 값을 수집하여 사용자의 손 떨림을 감지할 수 있다.
제어부(1150)는 센서부(1160)로부터 감지된 손 떨림을 통해 진동모드를 판별하여 판별 진동수를 카운팅할 수 있다.
예를 들어, 제어부(1150)는 롤(roll) 회전에 따른 센서 값을 전달 받아 미분을 통해 센서 값의 미분 값을 획득하고, 미분 값을 이용하여 진동모드를 판별한 후 판별 진동수를 카운트하며, 일정 시간 동안 기설정된 횟수 이상의 판별 진동수가 카운트되면 진동 모터부(1130)를 동작시킬 수 있다.
이 때, 제어부(1150)는 일정 시간 동안 판별 진동수가 기설정된 횟수 이상 누적되는 경우 진동 모터부(1130)를 동작시키고, 판별 진동수가 기설정된 횟수 미만 누적되는 경우 판별 진동수를 초기화한 후 기설정된 일정 시간 동안 판별 진동수의 재측정을 반복할 수 있다.
진동 모터부(1130)는 제어부(1150)에 의해 기설정된 판별 진동수의 횟수에 따라 작동되어 사용자에게 진동을 통해 알람할 수 있다.
여기서, 진동 모터부(1130)는 감지된 손 떨림의 정도에 따라 진동 모터의 세기를 조절하여 진동하고, 진동이 센서부(1160)의 손 떨림 감지에 영향을 주지 않도록 할 수 있다.
배터리(1120)는 손 떨림 감지 장치(1000)의 내부 구성에 전원을 공급할 수 있다.
그리고, 충전 단자용 파워잭(1110)은 배터리(1120)의 충전을 위한 충전 단자를 제공할 수 있다.
또한, 전원 스위치부(1140)는 스위치의 작동을 통해 전원을 온(ON) 또는 오프(OFF) 제어할 수 있다.
한편, 손 떨림 감지 장치(1000)는 하우징(1210, 1220, 1230)을 더 포함할 수 있다. 하우징(1210, 1220, 1230)은 센서부(1160), 제어부(1150) 및 진동 모터부(1130)가 내부에 수용되며, 밴드부와 연결 또는 결합되어 사용자의 손목에 착용되도록 할 수 있다.
예를 들어 하우징(1210, 1220, 1230)은 하부 하우징(1210), 중간부 하우징(1220) 및 상부 하우징(1230)으로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 바닥부가 사용자의 손목에 밀착되며, 센서부(1160), 제어부(1150), 진동 모터부(1130), 배터리(1120), 충전 단자용 파워잭(1110) 및 전원 스위치부(1140)가 내부에 수용되는 하부 하우징(1210), 하부 하우징(1210)의 상측에 결합되며, 내부가 개방된 형태로 구성되는 중간부 하우징(1220), 및 중간부 하우징(1220)의 상측에 결합되어 내부를 밀폐시키는 상부 하우징(1230)을 포함할 수 있다.
하부 하우징(1210)의 내측 하단에는 파워잭(1110), 배터리(1120), 진동 모터부(1130), 제어부(1150) 및 센서부(1160)를 각각 안착시키기 위한 홈부, 격벽 등(1211, 1212, 1213, 1215, 1216)이 구성될 수 있다. 이에 따라 내부 구성이 하우징에 용이하게 안착하도록 유도할 뿐 아니라, 홈부, 격벽 등에 의해 내부 구성이 고정되도록 할 수 있다.
여기서, 하부 하우징(1210) 및 중간부 하우징(1220)이 결합된 일측에는 제1 관통홀이 형성되어, 제1 관통홀을 통해 충전 단자용 파워잭(1110)이 외부와 연결되도록 할 수 있다. 이 때, 제1 관통홀은 하부 하우징(1210)의 일측에 구성된 홈부(1217) 및 중간부 하우징(1220)의 일측에 구성된 홈부(1221)에 의해 형성될 수 있다.
또한, 중간부 하우징(1220) 및 상부 하우징(1230)이 결합된 일측에는 제2 관통홀이 형성되어, 제2 관통홀을 통해 전원 스위치부(1140)를 사용자가 동작시킬 수 있다. 이 때, 제2 관통홀은 중간부 하우징(1220)의 일측에 구성된 홈부(1222) 및 상부 하우징(1230)의 일측에 구성된 홈부(1231)에 의해 형성될 수 있다.
도 16a은 일 실시예에 따른 손 떨림 감지 장치의 시제품을 나타내는 도면이다. 그리고 도 16b은 일 실시예에 따른 손 떨림 감지 장치의 착용 모습을 나타내는 도면이다.
도 16a에 도시된 바와 같이, 손 떨림 감지 장치의 시제품을 구성할 수 있고, 도 16b에 도시된 바와 같이, 시제품에 밴드를 연결 또는 결합하여 사용자의 손목에 착용할 수 있다. 예컨대, 손 떨림 감지 장치는 경량의 기기(손목 밴드 제외 13g 정도)로 이루어질 수 있고, 소형의 기기(16*43*20.5 mm)로 이루어질 수 있다. 또한, 손 떨림 감지 장치는 짧은 데이터 샘플링 시간(0.5s)으로 사용자(환자)의 손 떨림(tremor) 노출시간을 줄여 야외 활동 시 자신감을 높여주는 역할을 할 수 있다.
도 17은 일 실시예에 따른 손 떨림 감지 장치의 착용 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 17에 도시된 바와 같이, 사용자는 밴드 등을 이용하여 손 떨림 감지 장치를 손목에 착용할 수 있다. 손 떨림 감지 장치의 진동 모터가 작동하여 사용자의 손 떨림을 알려주면 사용자는 이를 인지하고 스스로 손 떨림을 제어하여 멈추도록 할 수 있다. 즉, 손 떨림 감지 장치의 진동 모터를 통해 사용자는 자신의 손 떨림 상태를 인지할 수 있으며 이를 스스로 제어할 수 있다.
아래에서는 일 실시예에 따른 손 떨림 감지 장치의 동작 원리를 설명하기로 한다.
도 18은 일 실시예에 따른 손 떨림 감지 장치의 센서 값 획득을 설명하기 위한 도면이다.
도 18을 참조하면, 손 떨림 감지 장치는 사용자의 손목에 착용되어 손 떨림에 따라 자이로 센서의 롤(roll) 회전에 따른 센서 값을 수집할 수 있다.
도 19a는 일 실시예에 따른 센서 값을 나타내는 도면이다. 그리고 도 19b는 일 실시예에 따른 센서 값의 미분을 설명하기 위한 도면이다.
도 19a에 도시된 바와 같이, 자이로 센서를 통해 롤(roll) 회전에 따른 센서 값을 획득한 후, 도 19b에 도시된 바와 같이, 자이로 센서의 센서 값을 미분하여 미분 값을 획득할 수 있다. 이는, 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
Figure PCTKR2020015905-appb-img-000004
도 20은 일 실시예에 따른 진동모드의 판별을 설명하기 위한 도면이다.
자이로 센서의 미분 값을 이용하여, 도 20에 도시된 바와 같이, 진동모드를 판별할 수 있다. 이 때, 디지털 값의 바뀐 횟수가 발생된 판별 진동수가 될 수 있다.
예컨대, 만약 Gyro_미분 값이 -400보다 작은 경우 진동모드 = -100이고, Gyro_미분 값이 400보다 큰 경우 진동모드 = 100이 될 수 있다.
도 21은 일 실시예에 따른 판별 진동수의 증가 구간을 설명하기 위한 도면이다.
진동모드를 판별한 후, 도 21b에 도시된 바와 같이, 판별 진동수의 증가 구간을 확인할 수 있다. 진동모드를 판별하여, 진동모드가 이전 값과 다른 값인 경우 판별 진동수를 +1 카운트하고, 일정 시간 동안 기설정된 횟수 이상의 판별 진동수가 카운트되면 진동 모터를 동작시킬 수 있다. 즉, 발생된 진동수에 따라 진동 모터의 작동 여부를 결정할 수 있다.
예컨대, 만약 진동모드가 이전 값과 다른 값인 경우 ‘판별 진동수’를 1 올리고, ‘판별 진동수’가 1초내 8회 이상인 경우 진동 모터를 동작시킬 수 있다. 그리고, ‘판별 진동수’가 1초내 8회 미만이라면 ‘판별 진동수’ 초기화한 후 데이터를 재수집할 수 있다.
도 22a 내지 도 22d는 일 실시예에 따른 손 떨림 감지 장치의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 22a를 참조하면, 손 떨림 감지 장치의 자이로 센서의 데이터 값(센서 값)을 나타내고, 도 22b를 참조하면, 손 떨림 감지 장치는 자이로 센서의 센서 값을 미분하여, 도 22c에 도시된 바와 같이 실시간 자이로 센서의 아날로그 값의 기울기를 계산하고, 도 22d에 도시된 바와 같이 다음의 수학식 2과 같이 아날로그 값을 디지털화 할 수 있다.
[수학식 5]
Figure PCTKR2020015905-appb-img-000005
여기서, f(t)는 자이로 센서의 센서 값이고, f'(t)는 그 미분 값이 될 수 있다. 이 때, 디지털 값의 바뀐 횟수가 발생된 판별 진동수가 될 수 있다. 기설정된 일정 시간 손목의 진동수(즉, 판별 진동수)가 기설정된 횟수 이상 누적이 되는 경우 진동 모터가 작동하고, 진동수가 기설정된 횟수 미만으로 누적이 되는 경우 진동수를 초기화한 후, 기설정된 일정 시간 동안 진동수의 재측정을 반복할 수 있다.
예를 들어, 자이로 센서의 센서 값이 f(t)이고, 그 미분 값은 f'(t)일 때, 디지털 값의 바뀐 횟수가 발생된 판별 진동수가 되고, 1초간 손목 진동수가 8회 이상 누적이 되면 진동 모터가 작동하고, 진동수가 8회 미만으로 누적이 되면 진동수를 초기화하여 1초간의 진동수를 다시 처음부터 카운팅하는 것을 반복할 수 있다.
도 23은 일 실시예에 따른 파킨슨 환자의 손 떨림 재활을 위한 손 떨림 감지 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 23을 참조하면, 일 실시예에 따른 파킨슨 환자의 손 떨림 재활을 위한 손 떨림 감지 장치를 통해 수행되는 손 떨림 감지 방법은, 센서부를 통해 사용자의 손 떨림을 감지하는 단계(S210), 제어부에서 센서부로부터 감지된 손 떨림을 통해 진동모드를 판별하여 판별 진동수를 카운팅하는 단계(S220), 및 제어부에 의해 기설정된 판별 진동수의 횟수에 따라 진동 모터부가 작동되어 사용자에게 진동을 통해 알람하는 단계(S230)를 포함하고, 손 떨림 감지 장치는 사용자의 손목에 착용되어 손 떨림을 감지하고 진동을 통해 손 떨림을 사용자에게 알릴 수 있다.
아래에서 일 실시예에 따른 손 떨림 감지 방법의 각 단계를 보다 상세히 설명한다.
일 실시예에 따른 손 떨림 감지 방법은 도 12 내지 도 15를 참조하여 설명한 일 실시예에 따른 손 떨림 감지 장치를 예를 들어 설명할 수 있다. 앞에서 설명한 바와 같이, 일 실시예에 따른 손 떨림 감지 장치는 센서부, 제어부 및 진동 모터부를 포함하여 이루어질 수 있고, 실시예에 따라 배터리, 충전 단자용 파워잭 및 전원 스위치부를 더 포함할 수 있다. 또한 손 떨림 감지 장치는 하우징을 더 포함할 수 있다.
단계(S210)에서, 센서부를 통해 사용자의 손 떨림을 감지할 수 있다. 예컨대, 센서부는 자이로 센서를 통해 롤(roll) 회전에 따른 센서 값을 수집하여 사용자의 손 떨림을 감지할 수 있다.
단계(S220)에서, 제어부에서 센서부로부터 감지된 손 떨림을 통해 진동모드를 판별하여 판별 진동수를 카운팅할 수 있다.
보다 구체적으로, 제어부는 롤(roll) 회전에 따른 센서 값을 전달 받고, 미분을 통해 센서 값의 미분 값을 획득하며, 미분 값을 이용하여 진동모드를 판별한 후, 판별된 진동모드에 따라 판별 진동수를 카운트할 수 있다. 그리고, 제어부는 일정 시간 동안 기설정된 횟수 이상의 판별 진동수가 카운트되면 진동 모터부를 동작시킬 수 있다.
여기서, 제어부는 일정 시간 동안 판별 진동수가 기설정된 횟수 이상 누적되는 경우 진동 모터부를 동작시키고, 판별 진동수가 기설정된 횟수 미만 누적되는 경우 판별 진동수를 초기화한 후 기설정된 일정 시간 동안 판별 진동수의 재측정을 반복할 수 있다.
단계(S230)에서, 제어부에 의해 기설정된 판별 진동수의 횟수에 따라 진동 모터부가 작동되어 사용자에게 진동을 통해 알람할 수 있다. 이 때, 진동 모터부는 감지된 손 떨림의 정도에 따라 진동 모터의 세기를 조절하여 진동하고, 진동이 센서부의 손 떨림 감지에 영향을 주지 않도록 할 수 있다.
한편, 손 떨림 감지 장치는 하우징 내부에 센서부, 제어부 및 진동 모터부가 수용되며, 밴드부와 연결 또는 결합되어 사용자의 손목에 착용되도록 할 수 있다. 이에 따라 손 떨림 감지 장치는 사용자의 손목에 착용되어 손 떨림을 감지하고 진동을 통해 손 떨림을 사용자에게 알릴 수 있다.
이상과 같이, 실시예들에 따르면 가속도 센서 및/또는 자이로 센서를 이용하여 일상적인 손 움직임과 파킨슨 환자의 손 떨림을 구분할 수 있다. 또한, 실시예들에 따르면 떨림의 정도에 따라 다른 알고리즘을 적용하여 진동 모터의 세기를 조절이 가능하고, 진동 모터의 진동이 가속도 센서 및/또는 자이로 센서에 영향을 주지 않도록 할 수 있다.
이러한 실시예들에 따른 손 떨림 감지 장치는 크기가 작고 무게가 가벼운 손목 시계형 휴대용 웨어러블 장치로 구성될 수 있다.
이상에서 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 사용한 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 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (30)

  1. 파킨슨 환자의 재활을 위한 스마트 걸음 보조 장치를 이용한 스마트 걸음 보조 방법에 있어서,
    사용자의 양측 발목에 착용된 센서부의 가속도 센서를 이용하여 보행 시 발생하는 가속도 데이터를 수집하는 단계;
    수집된 상기 가속도 데이터를 연산 및 처리하여 보행으로 인정되는 보행 횟수를 카운트하는 단계;
    카운트된 상기 보행 횟수를 무선 통신 모듈을 이용하여 상기 사용자의 손목에 착용된 표시부로 전달하는 단계; 및
    상기 표시부의 디스플레이부를 통해 카운트된 상기 보행 횟수를 표시하는 단계
    를 포함하는, 스마트 걸음 보조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서부의 무선 통신 모듈을 통해 단말과 무선 통신으로 연결되어, 상기 센서부에서 카운트된 상기 보행 횟수를 상기 단말에 전달하여 보행 정보를 표시하거나 분석하는 단계
    를 더 포함하는, 스마트 걸음 보조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 사용자의 양측 발목에 착용된 센서부의 가속도 센서를 이용하여 보행 시 발생하는 가속도 데이터를 수집하는 단계는,
    보행 중에 발생하는 최대 가속도만을 실시간으로 저장하는 단계; 및
    최대 가속도가 갱신되었을 경우 새로운 최대 가속도를 다시 저장하는 단계
    를 포함하고,
    상기 가속도 데이터를 연산 및 처리하여 보행으로 인정되는 보행 횟수를 카운트하는 단계는,
    상기 최대 가속도가 보행 검출을 위한 기준 가속도보다 큰 경우 보행 횟수를 카운트하는 단계
    를 포함하는, 스마트 걸음 보조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    수집된 상기 가속도 데이터 또는 최대 가속도가 보행 검출을 위한 기준 가속도를 계속 넘지 못할 경우, 사용자에게 난이도가 높은 것으로 판단하여 상기 기준 가속도를 낮추어 난이도를 조절하는 단계
    를 더 포함하는, 스마트 걸음 보조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가속도 데이터를 연산 및 처리하여 보행으로 인정되는 보행 횟수를 카운트하는 단계는,
    상기 센서부의 가속도 센서로부터 획득한 X, Y, Z축의 가속도를 이용하여 가속도 거리를 산출하는 단계;
    산출된 상기 가속도 거리를 이용하여 가속도 값을 산출하는 단계;
    산출된 가속도 값을 이용하여 가속도 평균을 산출하는 단계; 및
    산출된 상기 가속도 평균이 보행 검출을 위한 기준 가속도보다 큰 경우 보행 횟수를 카운트하는 단계
    를 포함하는, 스마트 걸음 보조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 사용자의 양측 발목에 착용된 센서부의 가속도 센서를 이용하여 보행 시 발생하는 가속도 데이터를 수집하는 단계는,
    상기 센서부의 가속도 센서가 X, Y, Z축의 가속도를 실시간으로 측정하고, 자이로(Gyro) 센서가 자이로 센서 값을 측정하며,
    상기 가속도 데이터를 연산 및 처리하여 보행으로 인정되는 보행 횟수를 카운트하는 단계는,
    측정된 상기 가속도 및 상기 자이로 센서 값을 기설정된 알고리즘을 기반으로 연산하여 보행으로 인정되는 보행 횟수를 카운트하는 것
    을 특징으로 하는, 스마트 걸음 보조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가속도 데이터를 연산 및 처리하여 보행으로 인정되는 보행 횟수를 카운트하는 단계는,
    보행 중 상기 센서부의 자이로 센서로부터 획득한 Z축 중심으로 회전하는 상기 자이로 센서 값이 기설정된 값 이상 또는 이하로 상승 또는 하강하는 경우, 가속도 센서 값을 수집하는 단계; 및
    보행 중 상기 자이로 센서 값이 기설정된 값 미만으로 하강하는 경우, 수집된 상기 가속도 센서 값을 이용하여 가속도 평균을 연산하여, 상기 가속도 평균이 기설정된 값_이상인 경우 보행 횟수를 1 증가시키는 단계
    를 포함하는, 스마트 걸음 보조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 보행 횟수를 무선 통신 모듈을 이용하여 상기 사용자의 손목에 착용된 표시부로 전달하는 단계는,
    상기 센서부의 블루투스(Bluetooth) 모듈과 상기 표시부의 블루투스(Bluetooth) 모듈이 서로 무선 통신으로 연결되어, 상기 센서부에서 카운트된 상기 보행 횟수를 상기 표시부로 전달하는 것
    을 특징으로 하는, 스마트 걸음 보조 방법.
  9. 파킨슨 환자의 재활을 위한 스마트 걸음 보조 장치에 있어서,
    사용자의 양측 발목에 착용되며 가속도 센서를 이용하여 보행 시 발생하는 가속도 데이터를 수집하고, 수집된 상기 가속도 데이터를 연산 및 처리하여 보행으로 인정되는 보행 횟수를 카운트한 후, 카운트된 상기 보행 횟수를 무선 통신 모듈을 이용하여 외부로 전송하는 센서부; 및
    상기 사용자의 손목에 착용되며 무선 통신 모듈을 통해 상기 센서부의 무선 통신 모듈과 연결되어 카운트된 상기 보행 횟수를 전달 받아, 디스플레이부를 통해 카운트된 상기 보행 횟수를 표시하는 표시부
    를 포함하는, 스마트 걸음 보조 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 센서부는,
    무선 통신 모듈을 통해 단말과 무선 통신으로 연결되어, 상기 센서부에서 카운트된 상기 보행 횟수를 상기 단말에 전달하여 보행 정보를 표시하거나 분석하는 것
    을 특징으로 하는, 스마트 걸음 보조 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 센서부는,
    보행 중에 발생하는 최대 가속도만을 실시간으로 저장하고, 최대 가속도가 갱신되었을 경우 새로운 최대 가속도를 다시 저장하며, 상기 최대 가속도가 보행 검출을 위한 기준 가속도보다 큰 경우 보행 횟수를 카운트하는 것
    을 특징으로 하는, 스마트 걸음 보조 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 센서부는,
    수집된 상기 가속도 데이터 또는 최대 가속도가 보행 검출을 위한 기준 가속도를 계속 넘지 못할 경우, 사용자에게 난이도가 높은 것으로 판단하여 상기 기준 가속도를 낮추어 난이도를 조절하는 것
    을 특징으로 하는, 스마트 걸음 보조 장치.
  13. 9항에 있어서,
    상기 센서부는,
    상기 가속도 센서가 X, Y, Z축의 가속도를 실시간으로 측정하고, 자이로(Gyro) 센서가 자이로 센서 값을 측정하며, 측정된 상기 가속도 및 상기 자이로 센서 값을 기설정된 알고리즘을 기반으로 연산하여 보행으로 인정되는 보행 횟수를 카운트하는 것
    을 특징으로 하는, 스마트 걸음 보조 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 센서부는,
    보행 중 상기 센서부의 자이로 센서로부터 획득한 Z축 중심으로 회전하는 상기 자이로 센서 값이 기설정된 값 이상 또는 이하로 상승 또는 하강하는 경우, 가속도 센서 값을 수집하고, 보행 중 상기 자이로 센서 값이 기설정된 값 미만으로 하강하는 경우, 수집된 상기 가속도 센서 값을 이용하여 가속도 평균을 연산하여, 상기 가속도 평균이 기설정된 값_이상인 경우 보행 횟수를 1 증가시키는 것
    을 특징으로 하는, 스마트 걸음 보조 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 센서부는,
    파워잭, 전원제어 토글 스위치, 중앙처리장치, 배터리, 무선 통신 모듈 및 가속도 센서를 포함하고,
    상기 표시부는,
    디스플레이부, 파워잭, 전원제어 토글 스위치, 중앙처리장치, 배터리 및 무선 통신 모듈
    을 포함하는, 스마트 걸음 보조 장치.
  16. 파킨슨 환자의 손 떨림 재활을 위한 손 떨림 감지 장치에 있어서,
    사용자의 손 떨림을 감지하는 센서부;
    상기 센서부로부터 감지된 손 떨림을 통해 진동모드를 판별하여 판별 진동수를 카운팅하는 제어부; 및
    상기 제어부에 의해 기설정된 상기 판별 진동수의 횟수에 따라 작동되어 상기 사용자에게 진동을 통해 알람하는 진동 모터부
    를 포함하고,
    상기 손 떨림 감지 장치는 상기 사용자의 손목에 착용되어 상기 손 떨림을 감지하고 진동을 통해 손 떨림을 상기 사용자에게 알리는, 손 떨림 감지 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    전원을 공급하는 배터리;
    상기 배터리의 충전을 위한 충전 단자용 파워잭; 및
    스위치의 작동을 통해 상기 전원을 온(ON) 또는 오프(OFF) 제어하는 전원 스위치부
    를 더 포함하는, 손 떨림 감지 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 센서부, 상기 제어부 및 상기 진동 모터부가 내부에 수용되며, 밴드부와 연결 또는 결합되어 상기 사용자의 손목에 착용되도록 하는 하우징
    을 더 포함하는, 손 떨림 감지 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    바닥부가 상기 사용자의 손목에 밀착되며, 상기 센서부, 상기 제어부, 상기 진동 모터부, 상기 배터리, 상기 충전 단자용 파워잭 및 상기 전원 스위치부가 내부에 수용되는 하부 하우징;
    상기 하부 하우징의 상측에 결합되며, 내부가 개방된 형태로 구성되는 중간부 하우징; 및
    상기 중간부 하우징의 상측에 결합되어 내부를 밀폐시키는 상부 하우징
    을 더 포함하는, 손 떨림 감지 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 하부 하우징 및 상기 중간부 하우징이 결합된 일측에는 제1 관통홀이 형성되어, 상기 제1 관통홀을 통해 상기 충전 단자용 파워잭이 외부와 연결되도록 하며, 상기 중간부 하우징 및 상기 상부 하우징이 결합된 일측에는 제2 관통홀이 형성되어, 상기 제2 관통홀을 통해 상기 전원 스위치부를 사용자가 동작시키는 것
    을 특징으로 하는, 손 떨림 감지 장치.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 센서부는,
    자이로 센서로 이루어지며, 롤(roll) 회전에 따른 센서 값을 수집하여 상기 사용자의 손 떨림을 감지하는 것
    을 특징으로 하는, 손 떨림 감지 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제어부는,
    롤(roll) 회전에 따른 상기 센서 값을 전달 받아 미분을 통해 센서 값의 미분 값을 획득하고, 상기 미분 값을 이용하여 진동모드를 판별한 후 상기 판별 진동수를 카운트하며, 일정 시간 동안 기설정된 횟수 이상의 상기 판별 진동수가 카운트되면 상기 진동 모터부를 동작시키는 것
    을 특징으로 하는, 손 떨림 감지 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제어부는,
    일정 시간 동안 상기 판별 진동수가 기설정된 횟수 이상 누적되는 경우 상기 진동 모터부를 동작시키고, 상기 판별 진동수가 기설정된 횟수 미만 누적되는 경우 상기 판별 진동수를 초기화한 후 기설정된 일정 시간 동안 상기 판별 진동수의 재측정을 반복하는 것
    을 특징으로 하는, 손 떨림 감지 장치.
  24. 제16항에 있어서,
    상기 진동 모터부는,
    감지된 상기 손 떨림의 정도에 따라 진동 모터의 세기를 조절하여 진동하고, 상기 진동이 상기 센서부의 손 떨림 감지에 영향을 주지 않도록 하는 것
    을 특징으로 하는, 손 떨림 감지 장치.
  25. 파킨슨 환자의 손 떨림 재활을 위한 손 떨림 감지 장치를 통해 수행되는 손 떨림 감지 방법에 있어서,
    센서부를 통해 사용자의 손 떨림을 감지하는 단계;
    제어부에서 상기 센서부로부터 감지된 손 떨림을 통해 진동모드를 판별하여 판별 진동수를 카운팅하는 단계; 및
    상기 제어부에 의해 기설정된 상기 판별 진동수의 횟수에 따라 진동 모터부가 작동되어 상기 사용자에게 진동을 통해 알람하는 단계
    를 포함하고,
    상기 손 떨림 감지 장치는 사용자의 손목에 착용되어 상기 손 떨림을 감지하고 진동을 통해 손 떨림을 상기 사용자에게 알리는, 손 떨림 감지 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 센서부를 통해 사용자의 손 떨림을 감지하는 단계는,
    자이로 센서를 통해 롤(roll) 회전에 따른 센서 값을 수집하여 상기 사용자의 손 떨림을 감지하는 것
    을 특징으로 하는, 손 떨림 감지 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 판별 진동수를 카운팅하는 단계는,
    상기 제어부에서 롤(roll) 회전에 따른 상기 센서 값을 전달 받는 단계;
    미분을 통해 센서 값의 미분 값을 획득하는 단계;
    상기 미분 값을 이용하여 진동모드를 판별하는 단계;
    판별된 진동모드에 따라 상기 판별 진동수를 카운트하는 단계; 및
    일정 시간 동안 기설정된 횟수 이상의 상기 판별 진동수가 카운트되면 상기 진동 모터부를 동작시키는 단계
    를 포함하는, 손 떨림 감지 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 판별 진동수를 카운팅하는 단계는,
    일정 시간 동안 상기 판별 진동수가 기설정된 횟수 이상 누적되는 경우 상기 진동 모터부를 동작시키고, 상기 판별 진동수가 기설정된 횟수 미만 누적되는 경우 상기 판별 진동수를 초기화한 후 기설정된 일정 시간 동안 상기 판별 진동수의 재측정을 반복하는 것
    을 특징으로 하는, 손 떨림 감지 감지 방법.
  29. 제25항에 있어서,
    상기 진동 모터부는,
    감지된 상기 손 떨림의 정도에 따라 진동 모터의 세기를 조절하여 진동하고, 상기 진동이 상기 센서부의 손 떨림 감지에 영향을 주지 않도록 하는 것
    을 특징으로 하는, 손 떨림 감지 감지 방법.
  30. 제25항에 있어서,
    상기 손 떨림 감지 장치는 하우징 내부에 상기 센서부, 상기 제어부 및 상기 진동 모터부가 수용되며, 밴드부와 연결 또는 결합되어 상기 사용자의 손목에 착용되도록 하는 것
    을 특징으로 하는, 손 떨림 감지 감지 방법.
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