KR20230030681A - Real time exercise rehabilitation system for the infirm - Google Patents

Abstract

The present invention relates to a real-time rehabilitation exercise and exercise rehabilitation health management system for the elderly and infirm, which allows efficient rehabilitation exercise by providing exercise prescriptions by measuring muscle usage, a heart rate, or brain activity in real time during exercise of the elderly and infirm. According to the present invention, the system comprises: a user module including a user terminal installed with an exercise management application capable of transmitting, to a management server, bio-signals measured in a sensor and a video of the elderly and infirm exercising; the management server including a prescription unit which analyzes the bio-signal of the sensor and the exercise video received from the user module and transmits information including a personalized exercise prescription suitable for the elderly and infirm to the user module; and a big data utilization module including an artificial intelligence unit which updates a database of the management server by deep learning information including muscle activity, muscle fatigue, heart rate changes, brain activity, and the exercise prescriptions transmitted from the prescription unit of the elderly and infirm stored in the management server.

Description

Translated fromKorean

노약자의 실시간 재활운동 및 운동재활 건강관리 시스템{Real time exercise rehabilitation system for the infirm}Real-time rehabilitation exercise and exercise rehabilitation health management system for the elderly {Real time exercise rehabilitation system for the infirm}

본 발명은 노약자의 실시간 재활운동 및 운동재활 건강관리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 노약자들의 운동시 근육사용량, 심박수 또는 뇌활성도를 실시간으로 측정하여 운동처방을 제공하므로 효율적인 재활운동을 할 수 있도록 된 노약자의 실시간 재활운동 및 운동재활 건강관리 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a real-time rehabilitation exercise and exercise rehabilitation health management system for the elderly, and more particularly, to provide an exercise prescription by measuring muscle usage, heart rate, or brain activity of the elderly in real time during exercise, so that the elderly can perform efficient rehabilitation exercises. It relates to a real-time rehabilitation exercise and exercise rehabilitation health management system for the aged and weak.

신체는 질량(mass) 높이 2/3 가량이 땅으로부터 밀집되어있기 때문에 균형감각 조절시스템이 작동이 될 때까지 본래부터 불안정한 구조이다. 신체는 외부로 부터의 갑작스러운 부하에 대한 근육의 반응에 있어서 근육은 자세 안정과 균형 유지를 위해 빠른 속도로 몸을 안정시키기 위해 반응한다. 인체의 움직임에 있어서 관절을 유지하는 항상성에 있어서 감각(Sensory) 정보는 피부의 외부 수용기, 관절과 근육에서 감지된 동작과 위치를 중추 신경계(CNS)에 전달하고, 전정기관과 시각을 통해 중추신경계(CNS)에 영향을 준다. 감각(Sensory) 정보는 피질하(subcortical) 중추에서 체제를 갖추고 재형성되며 실제로 움직임이 필요로 하는 말초에 영향을 주기 시작한다.Since about 2/3 of the mass of the body is concentrated from the ground, it is an inherently unstable structure until the balance control system is activated. In the response of the muscles to the sudden load from the outside, the muscles react to stabilize the body at a high speed to stabilize the posture and maintain balance. In the homeostasis of maintaining joints in the movement of the human body, sensory information transmits motions and positions sensed by external receptors in the skin, joints and muscles to the central nervous system (CNS), and the central nervous system through the vestibule and vision. (CNS). Sensory information is organized and reformed in the subcortical center and actually starts to affect the periphery required for movement.

그러므로 감각 신경-운동 근육(신경) 훈련(Sensory-Motor Training)이란 기능적 관절의 안정성을 위해 감각 신경과 운동 근육(신경)을 포함하여 모든 구성요소들을 중추신경계에 통합하는 진행과정이다.Therefore, sensory-motor muscle (nerve) training is a process of integrating all components, including sensory and motor muscles (nerves), into the central nervous system for functional joint stability.

한편, 스마트 피트니스는 4차 산업혁명의 핵심 ICT 기술인 IoT(Internet of Things, 사물인터넷), 클라우드 컴퓨팅, 빅데이터 및 인공지능(AI)을 헬스케어와 접목한 분야다. 기본적인 산업구조를 살펴보면, 소비자가 일상생활이나 의료기관 등 전문기관에서 생성해 낸 데이터를 데이터 전문 기업이 수집 및 분석하여, 이를 의료 및 건강관리 기업이 다시 활용하여 소비자에게 자문 및 치료해주는 구조이다.On the other hand, smart fitness is a field that combines the core ICT technologies of the 4th industrial revolution, IoT (Internet of Things), cloud computing, big data and artificial intelligence (AI) with healthcare. Looking at the basic industrial structure, a data specialist company collects and analyzes data generated by consumers in their daily lives or professional institutions such as medical institutions, and medical and health management companies reuse them to provide advice and treatment to consumers.

전 세계적으로 고령화 심화에 따라 의료비가 크게 증가하는 상황 하에서 '비용 대비 효과가 높은 헬스케어'에 대한 수요가 증가하고 있다. 4차 산업혁명을 주도하는 ICT 기술과 헬스케어의 융합, 즉 '스마트 피트니스'가 그 대안으로 등장하고 있으며 이러한 추세 하에서 향후 의료서비스 패러다임은 예측 예방 개인맞춤 중심으로 변화되고 의료 서비스의 효율성도 높아질 것으로 전망된다. 이에 따라 전 세계적으로 의무기록의 디지털화 추세가 가속화되고 있으며, 활용성이 더욱 제고될 것으로 보인다.Demand for 'cost-effective health care' is increasing in a situation where medical expenses increase significantly due to the deepening population aging worldwide. The convergence of ICT technology and healthcare leading the 4th industrial revolution, that is, 'smart fitness', is emerging as an alternative. expected Accordingly, the trend of digitization of medical records is accelerating worldwide, and it is expected that the usability will be further enhanced.

각국에서 정부에서는 경쟁력을 확보하여 시장을 선점하기 위해 스마트 헬스케어 산업에 대한 정책적 지원과 규제 정비를 적극적으로 추진하고 있다. 우리나라도 스마트 헬스케어 산업을 신성장 동력으로 육성하기 위해서는 다른 나라의 사례를 참고하여 새로운 산업에 적합한 규제 인프라를 갖춰야 할 것이다. 또한, 개별기업에서 단독으로 접근하기 어려우나, 공공적 가치가 높은 기술과 서비스를 개발하기 위하여 공공 빅데이터와 이를 활용한 AI 솔루션 구축에 대한 정부 지원책이 요구된다.Governments in each country are actively promoting policy support and regulatory overhaul for the smart healthcare industry in order to secure competitiveness and preoccupy the market. In order to foster the smart healthcare industry as a new growth engine, Korea will also need to refer to the cases of other countries and prepare a regulatory infrastructure suitable for the new industry. In addition, it is difficult for individual companies to access independently, but government support measures for building AI solutions using public big data and it are required in order to develop technologies and services with high public value.

특히 최근 코로나 19와 같은 전염병이 창궐함에 따라 노인이나, 교통사고 환자 등 재활운동이 필요한 환자들이 병원에 집합하지 못하고 간호사 또는 요양보호사를 통하여 치료나 보호를 받는 노약자가 급증하고 있다.In particular, with the recent outbreak of infectious diseases such as COVID-19, the elderly or patients in need of rehabilitation, such as traffic accident patients, cannot gather in hospitals, and the elderly who receive treatment or protection through nurses or caregivers are rapidly increasing.

1. 국내특허공개 제2021-00445551호(2021. 4. 27 공개)1. Domestic Patent Publication No. 2021-00445551 (published on April 27, 2021)

따라서 본 발명은 노약자들의 운동시 근육사용량, 심박수 또는 뇌활성도를 실시간으로 측정하여 운동처방을 제공하므로 효율적인 재활운동을 할 수 있도록 된 노약자의 실시간 재활운동 및 운동재활 건강관리 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.Therefore, the purpose of the present invention is to provide a real-time rehabilitation exercise and exercise rehabilitation health management system for the elderly and infirm, which enables efficient rehabilitation by providing exercise prescriptions by measuring muscle usage, heart rate, or brain activity of the elderly in real time during exercise. there is.

아울러 본 발명은 근육피로도를 측정하여 소정수치 이상이면 운동을 중단하도록 알람을 전송함에 따라 과도한 운동으로 인한 부상이나 운동능력 저하 등의 부작용이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있도록 된 노약자의 실시간 재활운동 및 운동재활 건강관리 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.In addition, the present invention measures muscle fatigue and sends an alarm to stop exercise if it exceeds a predetermined value, thereby preventing side effects such as injury or reduced exercise capacity due to excessive exercise in advance. And it aims to provide an exercise rehabilitation health management system.

더불어 본 발명은 노약자의 본 발명은 해당 노약자들의 운동시 근육사용량, 심박수 또는 뇌활성도를 실시간으로 측정하여 운동처방을 제공하고 운동처방에 대한 데이터를 딥러닝하여 데이터베이스를 업데이트함에 따라 빅데이터를 제공할 수 있도록 된 노약자의 실시간 재활운동 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.In addition, the present invention provides big data by measuring muscle usage, heart rate or brain activity of the elderly and infirm during exercise in real time to provide exercise prescriptions and deep learning data on exercise prescriptions to update the database. The purpose is to provide a real-time rehabilitation exercise system for the elderly and weak.

본 발명은 노약자의 근육사용량, 심박수 또는 뇌활성도를 측정할 수 있는 센서와 상기 센서에서 측정된 생체신호와 해당 노약자가 운동하는 동영상을 관리서버에 전송할 수 있는 운동관리 어플리케이션이 설치되어 있는 사용자 단말기로 이루어진 사용자 모듈;The present invention is a user terminal equipped with a sensor capable of measuring muscle usage, heart rate, or brain activity of an elderly person and an exercise management application capable of transmitting a bio signal measured by the sensor and a video of the elderly person exercising to a management server. User module consisting of;

상기 사용자 모듈로부터 전달받은 센서의 생체신호와 운동하는 동영상을 분석하여 근육활성도, 근육피로도, 심박수변화, 뇌활성도 중 적어도 하나를 계산하는 연산부와 상기 연산부에서 계산된 근육활성도, 근육피로도, 심박수변화, 뇌활성도를 해당 노약자에게 적합한 운동에 대한 정보를 포함한 데이터베이스와 비교하여 해당 노약자에게 적합한 개인 맞춤형 운동처방을 포함한 정보를 상기 사용자 모듈로 전송하는 처방부를 포함하는 관리서버;An arithmetic unit for calculating at least one of muscle activity, muscle fatigue, heart rate change, and brain activity by analyzing the biosignal of the sensor and the moving video transmitted from the user module, and the muscle activity, muscle fatigue, heart rate variability, A management server including a prescription unit that compares brain activity with a database including information on exercise suitable for the elderly and infirm and transmits information including a personalized exercise prescription suitable for the elderly and infirm to the user module;

상기 관리서버에 저장된 해당 노약자의 근육활성도 및 근육피로도, 심박수변화, 뇌활성도 및 처방부에서 전송한 운동처방을 포함한 정보를 지속적으로 수집하는 데이터 수집부와, 상기 데이터 수집부에서 수집된 정보를 딥러링하여 상기 관리서버의 데이터베이스를 업데이트하는 인공지능부를 포함하는 빅데이터 활용모듈;을 포함하는 노약자의 실시간 재활운동 및 운동재활 건강관리 시스템을 제공한다.A data collection unit that continuously collects information including muscle activity, muscle fatigue, heart rate variability, brain activity, and exercise prescription transmitted from the prescribing unit of the aged and infirm stored in the management server; It provides a real-time rehabilitation exercise and exercise rehabilitation health management system for the elderly and weak including; big data utilization module including an artificial intelligence unit that updates the database of the management server by running.

여기서 상기 관리서버의 처방부는 상기 연산부에서 계산된 근육피로도 또는 심박수의 변화가 소정 수준 이상일 경우 상기 사용자 모듈로 운동중지 신호를 실시간으로 전송하는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the prescription unit of the management server transmits an exercise stop signal to the user module in real time when the change in muscle fatigue or heart rate calculated by the calculation unit is greater than or equal to a predetermined level.

상기와 같은 본 발명에 따른 노약자의 실시간 재활운동 및 운동재활 건강관리 시스템은 노약자들이 운동시 근육활성도, 근육피로도, 심박수변화, 뇌활성도를 실시간으로 측정하여 해당 노약자에게 적합한 운동처방을 제공하므로 보다 효율적인 운동을 할 수 있다.The real-time rehabilitation exercise and exercise rehabilitation health management system for the elderly according to the present invention as described above measures muscle activity, muscle fatigue, heart rate change, and brain activity in real time during exercise by the elderly and infirm, and provides exercise prescriptions suitable for the elderly and infirm. You can exercise.

아울러 본 발명에 따른 노약자의 실시간 재활운동 및 운동재활 건강관리 시스템은 해당 노약아의 운동시 근육활성도, 근육피로도, 심박수변화, 뇌활성도를 실시간으로 측정하여 해당 노약자에게 적합한 운동처방을 제공하므로 개인 맞춤형 운동처방을 제공할 수 있다.In addition, the real-time rehabilitation exercise and exercise rehabilitation health management system for the elderly according to the present invention measures muscle activity, muscle fatigue, heart rate change, and brain activity in real time during exercise of the elderly and infirm, and provides exercise prescriptions suitable for the elderly and infirm. Exercise prescriptions can be provided.

또한 본 발명에 따른 노약자의 실시간 재활운동 및 운동재활 건강관리 시스템은 근육피로도 및 심박수변화를 실시간으로 측정하여 소정 수준 이상이면 운동을 중단하도록 알람을 전송함에 따라 과도한 운동으로 인한 부상이나 운동능력 저하 등의 부작용을 미연에 방지할 수 있다.In addition, the real-time rehabilitation exercise and exercise rehabilitation health management system for the elderly according to the present invention measures muscle fatigue and heart rate change in real time and sends an alarm to stop exercise when it exceeds a predetermined level, such as injury due to excessive exercise or deterioration of exercise ability, etc. side effects can be prevented.

더불어 본 발명에 따른 노약자의 실시간 재활운동 및 운동재활 건강관리 시스템노약자의 근육활성도, 근육피로도, 심박수변화, 뇌활성도에 따른 운동처방를 저장하고 이를 딥러닝하여 데이터베이스를 업데이트함에 따라 통계적으로 유효한 빅데이터를 정보를 제공할 수 있다.In addition, the real-time rehabilitation exercise and exercise rehabilitation health management system for the elderly according to the present invention stores exercise prescriptions according to muscle activity, muscle fatigue, heart rate change, and brain activity of the elderly and infirm, and deep-learning them to update the database, thereby generating statistically valid big data. can provide information.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 노약자의 실시간 재활운동 및 운동재활 건강관리 시스템을 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram showing a real-time rehabilitation exercise and exercise rehabilitation health management system for the elderly and weak according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 따른 노약자의 실시간 재활운동 및 운동재활 건강관리 시스템의 일실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of a real-time rehabilitation exercise and exercise rehabilitation health management system for the elderly and weak according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 노약자의 실시간 재활운동 및 운동재활 건강관리 시스템을 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram showing a real-time rehabilitation exercise and exercise rehabilitation health management system for the elderly and weak according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일실시예에 따른 노약자의 실시간 재활운동 및 운동재활 건강관리 시스템은 운동관리 어플리케이션이 설치되어 있는 사용자 단말기(114)로 이루어진 사용자 모듈(110)과, 사용자 모듈(110)로부터 전송된 정보를 기초로 하여 처방을 전송하는 관리서버(120) 및 데이터를 딥러닝하여 분석하여 업데이트하는 빅데이터 활용모듈(130)을 포함한다.The real-time rehabilitation exercise and exercise rehabilitation health management system for the elderly and weak according to an embodiment of the present invention includes auser module 110 composed of auser terminal 114 in which an exercise management application is installed, and information transmitted from theuser module 110. It includes amanagement server 120 that transmits a prescription based on and a bigdata utilization module 130 that analyzes and updates data by deep learning.

상기 사용자 모듈(110)은 노약자의 생체신호를 측정할 수 있는 근전도센서(112)와 상기 근전도센서(112)에서 측정된 생체신호와 해당 노약자가 운동하는 동영상을 관리서버(120)에 전송할 수 있는 운동관리 어플리케이션이 설치되어 있는 사용자 단말기(114)로 이루어진다.Theuser module 110 includes anelectromyography sensor 112 capable of measuring the biosignals of the elderly and weak, and the biosignals measured by theelectromyography sensor 112 and a video in which the elderly and the weak exercise are transmitted to themanagement server 120 It consists of auser terminal 114 in which an exercise management application is installed.

본 실시예에서는 근육사용량, 심박수 또는 뇌활성도를 측정하는 센서중 하나로 근육사용량을 알기 위하여 근전도를 측정하는 근전도센서(112)를 이용하였지만 필요에 따라 심박수 또는 뇌활성도를 측정하기 위한 다양한 센서를 사용할 수 있음은 물론이다.In this embodiment, as one of the sensors for measuring muscle usage, heart rate, or brain activity, theEMG sensor 112 for measuring EMG was used to determine muscle usage, but various sensors for measuring heart rate or brain activity can be used as needed. Of course there is.

여기서 근전도센서(112)는 노약자의 운동시 움직임에 따른 근전도를 감지한다. 상기 근전도센서(112)는 노약자의 다양한 신체 부위에 부착할 수 있도록 복수개가 구비되는 것이 바람직하다. 이러한 근전도센서(112)는 사용자의 팔, 다리, 가슴 및 엉덩이 등에 자유롭게 부착할 수 있으며, 사용자가 운동 시에 타겟으로 하는 근육 위치에 부착하여 타겟 근육에 대한 운동 효과를 감지할 수 있다.Here, theelectromyogram sensor 112 detects the electromyogram according to the movement of the elderly or weak during exercise. It is preferable that a plurality of theEMG sensors 112 be provided so that they can be attached to various body parts of the elderly and weak. TheEMG sensor 112 can be freely attached to a user's arm, leg, chest, or buttocks, and can be attached to a target muscle position during exercise to detect an exercise effect on the target muscle.

여기서 각각의 근전도센서(112)는 고유의 일련번호를 가지며, 이러한 일련번호는 생성된 노약자의 생체신호와 함께 사용자 단말기(114)에 전송되므로 각각의 근전도센서의 위치를 식별할 수 있다.Here, eachEMG sensor 112 has a unique serial number, and since this serial number is transmitted to theuser terminal 114 together with the biosignal of the elderly and weak, the location of each EMG sensor can be identified.

여기서 상기 근전도센서(112)는 센서부, A/D 컨버터, 통신부 및 배터리를 포함할 수 있다.Here, theEMG sensor 112 may include a sensor unit, an A/D converter, a communication unit, and a battery.

상기 센서부는 근육 주위에 부착된 전극을 통해 검출된 근육의 활동에 동반된 생체신호를 감지하여 표면 근전도를 측정한다. 센서부는 기준 전극과 측정 전극의 두 개의 전극을 인체에 부착하여 근육 주변에 흐르는 전압과 전류의 양, 그리고 주파수를 측정하게 된다. 이때 두 전극 사이에 형성되는 전위차가 센서의 증폭기를 통해 증폭되고, 필터에 의해 60Hz의 전원 잡음을 제거할 수 있다. 또한 저주파통과필터에 의해 고주파 성분의 잡음을 제거하여 근전도 신호를 감지한다.The sensor unit measures the surface EMG by detecting biosignals accompanying the activity of the muscle detected through electrodes attached around the muscle. The sensor unit attaches two electrodes, a reference electrode and a measurement electrode, to the human body to measure the amount of voltage and current flowing around the muscle and its frequency. At this time, the potential difference formed between the two electrodes is amplified through the amplifier of the sensor, and 60Hz power supply noise can be removed by the filter. In addition, the EMG signal is sensed by removing the noise of the high-frequency component by a low-pass filter.

상기 A/D 컨버터는 센서부의 근전도 신호를 디지털화하여 출력하고, 출력된 디지털 신호를 사용자 단말기에 각각의 근전도센서 일련번호와 함께 송신한다.The A/D converter digitizes and outputs the EMG signal of the sensor unit, and transmits the outputted digital signal to the user terminal together with each EMG sensor serial number.

상기 배터리는 건전지를 사용할 수 있고 필요시 케이블과 연결하여 충전하는 충전식 배터리도 사용할 수 있다.As the battery, a dry battery may be used, and a rechargeable battery that is charged by connecting to a cable when necessary may be used.

상기 사용자 단말기(114)는 노약자 또는 요양보호사가 관리서버(120)에 접속하여 운동관리 어플리케이션을 다운로드 받아 설치할 수 있는 단말기로서, 디스플레이 창을 포함하는 스마트폰, 노트북 또는 태블릿 피씨 등을 포함한다. 이러한 사용자 단말기(112)는 유선 또는 무선 인터넷을 통해 관리서버(120)와 연동하며, 이때 무선 인터넷은 wifi, 블루투스, 5G, 지그비 등 다양한 수단일 수 있다. 이러한 사용자 단말기(112)는 관리서버(120)로부터 운동관리 어플리케이션을 다운로드 받아 설치하고, 상기 운동관리 어플리케이션을 구동하여 관리서버(120)로 다양한 정보를 전송하고, 관리서버(120)로부터 다양한 정보를 수신할 수 있다.Theuser terminal 114 is a terminal on which the elderly or caregivers can connect to themanagement server 120 to download and install an exercise management application, and includes a smartphone, laptop, or tablet PC including a display window. Thisuser terminal 112 interworks with themanagement server 120 through wired or wireless Internet, and at this time, wireless Internet may be various means such as wifi, Bluetooth, 5G, ZigBee. Theuser terminal 112 downloads and installs an exercise management application from themanagement server 120, drives the exercise management application, transmits various information to themanagement server 120, and transmits various information from themanagement server 120. can receive

상기 관리서버(120)는 사용자 모듈(110)로부터 전달받은 근전도센서의 생체신호와 운동하는 동영상을 분석하여 근육활성도, 근육피로도, 심박수변화, 뇌활성도 중 적어도 하나를 계산하는 연산부(122)와 상기 연산부(122)에서 계산된 근육활성도, 근육피로도, 심박수변화, 뇌활성도를 해당 노약자에게 적합한 운동에 대한 정보를 포함한 데이터베이스(124)와 비교하여 해당 노약자에게 적합한 운동처방을 포함한 정보를 상기 사용자 모듈(110)로 전송하는 처방부(126)를 포함한다.Themanagement server 120 analyzes the bio-signal of the EMG sensor transmitted from theuser module 110 and an exercise video to calculate at least one of muscle activity, muscle fatigue, heart rate change, and brain activity. The user module ( 110) and aprescription unit 126 for transmission.

상기 연산부(122)는 유선 또는 무선 통신망을 통해 근전도센서(112)로부터 수신된 신호를 처리하고 판독하여 유효한 특징값인 근육 활성도 및 근육 피로도를 계산하며 동기화 및 필터링부, 신호분석부 및 특징 추출부를 포함한다.Thecalculation unit 122 processes and reads the signal received from theEMG sensor 112 through a wired or wireless communication network, calculates muscle activity and muscle fatigue, which are effective feature values, and includes a synchronization and filtering unit, a signal analysis unit, and a feature extraction unit. include

본 실시예에서 연산부(122)는 근전도센서를 통해 근육활성도 및 근육피로도를 계산하였지만 필요에 따라 심박수의 변화 및 뇌활성도를 연산하여 추출할 수 있음은 물론이다.In this embodiment, although thecalculation unit 122 calculates the muscle activity and muscle fatigue through the EMG sensor, it is of course possible to calculate and extract the change in heart rate and brain activity as needed.

여기서 동기화 및 필터링부는 상기 사용자 단말기로부터 수신되는 복수의 감지 신호를 각 채널 별로 동기화하고 노이즈 필터링을 수행한다. 신호분석부는 상기 감지 신호로부터 유효한 특징값을 얻어내는 제1 분석부 및 제2 분석부를 포함한다. 상기 제1 분석부는 EMD(empirical mode decomposition)을 이용하여 필터링된 감지 신호를 여러 개의 IMF(intrinsic mode function)로 분해하고, 각 IMF별 스펙트럼 값을 구하여 배음 특성과 파워비로부터 임계값 이상의 IMFs값을 구할 수 있다. 제2 분석부는 DWT(discrete wavelet transform)을 이용하여 필터링된 감지 신호를 복수의 부대역으로 분해하고, 각 대역의 평균, 분산, 왜도, 첨도를 구하여 프레임 별 각 부대역에서 구한 값의 변화율 중 가장 큰 변화율을 가지는 최대 변화율 부대역을 선택할 수 있다. 이와 같이, IMFs값 및 최대 변화율 부대역이 유효한 특징값으로 정의된다. 또한 특징 추출부는 선택된 유효한 특징값으로부터 근육의 활성도를 계산한다. 상세하게는, 선택된 IMFs와 선택된 부대역으로부터 RMS를 구하여 근수축 근긴장정도를 계산하고, 메디안 주파수(median frequency)로부터 근육의 피로도를 계산한다. 또한, 특징 추출부는 채널간 상호상관함수(cross-correlation)를 이용하여 근수축 타이밍을 분석한다. 이와 같이, 특징 추출부는 근수축 근긴장정도, 피로도, 근수축 타이밍을 추출하여 근육의 활성도로 전송할 수 있다. 상기 특징추출부에서 근육활성도는 측정하는 과정에서 근육피로도가 산정될 수있다.Here, the synchronization and filtering unit synchronizes a plurality of detection signals received from the user terminal for each channel and performs noise filtering. The signal analysis unit includes a first analysis unit and a second analysis unit for obtaining effective feature values from the detection signal. The first analyzer decomposes the filtered detection signal into several intrinsic mode functions (IMFs) using empirical mode decomposition (EMD), obtains a spectrum value for each IMF, and calculates IMFs values greater than or equal to a threshold value from harmonic characteristics and power ratios. can be saved The second analysis unit decomposes the filtered detection signal into a plurality of subbands using discrete wavelet transform (DWT), and obtains the average, variance, skewness, and kurtosis of each band, and among the rate of change of values obtained in each subband for each frame The maximum rate of change subband having the largest rate of change can be selected. Thus, the IMFs value and the maximum rate of change subband are defined as valid feature values. Also, the feature extractor calculates the activity of the muscle from the selected effective feature value. In detail, the RMS is obtained from the selected IMFs and the selected sub-bands to calculate the degree of muscle contraction and muscle tone, and the degree of muscle fatigue is calculated from the median frequency. In addition, the feature extractor analyzes muscle contraction timing using a cross-correlation function between channels. In this way, the feature extractor may extract muscle contraction tension, fatigue, and muscle contraction timing and transmit the extracted muscle activity. In the process of measuring muscle activity in the feature extraction unit, muscle fatigue may be calculated.

여기서 상기 근육피로도가 소정 수치 이상인 경우 즉시 사용자 단말기(114)에 운동의 중단을 요청하는 신호를 전송하게 된다.Here, when the muscle fatigue is greater than or equal to a predetermined value, a signal requesting to stop the exercise is immediately transmitted to theuser terminal 114 .

상기 데이터베이스(124)는 상기 연산부(122)에서 계산된 근육활성도, 근육피로도, 심박수변화, 뇌활성도를 해당 노약자에게 적합한 운동에 대한 정보를 포함하는 정보가 저장되어 있다. 이러한 근육활성도 및 근육피로도에 따른 적합한 운동에 대한 정보는 국내외 다양한 기관에서 누적된 정보이고 본 출원인은 이러한 정보를 보유하고 있다.Thedatabase 124 stores muscle activity, muscle fatigue, heart rate change, and brain activity calculated by thecalculation unit 122 including information about exercise suitable for the elderly and infirm. Information on suitable exercise according to muscle activity and muscle fatigue is accumulated information from various domestic and foreign institutions, and the present applicant possesses such information.

상기 처방부(126)는 상기 데이터베이스(124)에 저장된 근육활성도 및 근육피로도에 따른 적합한 운동에 대한 정보를 포함하는 정보와 상기 연산부(122)를 통해 제공된 해당 노약자의 근육활성도, 근육피로도, 심박수변화, 뇌활성도에 대한 정보를 비교하여 해당 노약자에게 적합한 운동처방을 포함하는 정보를 전송한다.Theprescribing unit 126 calculates information including information about suitable exercise according to muscle activity and muscle fatigue stored in thedatabase 124 and muscle activity, muscle fatigue, and heart rate change of the elderly and infirm provided through thecalculation unit 122. , information on brain activity is compared, and information including an exercise prescription suitable for the elderly is transmitted.

또한 상기 처방부(126)는 상기 연산부(122)에서 계산된 근육피로도가 소정 수준 이상일 경우 상기 사용자 모듈(110)의 사용자 단말기(114)로 운동중지 신호를 실시간으로 전송하여 노약자의 부상을 방지한다.In addition, theprescription unit 126 transmits an exercise stop signal to theuser terminal 114 of theuser module 110 in real time when the muscle fatigue calculated by thecalculation unit 122 is above a predetermined level to prevent injury to the elderly and weak. .

상기 빅데이터 활용모듈(130)은 상기 관리서버(120)에 저장된 해당 노약자의 근육활성도 및 근육피로도와 처방부(126)에서 전송한 운동처방을 포함한 정보를 지속적으로 수집하는 데이터 수집부(132)와, 상기 데이터 수집부(132)에서 수집된 정보를 딥러링하여 상기 관리서버(120)의 데이터베이스(124)를 업데이트하는 인공지능부(134)를 포함한다.The bigdata utilization module 130 is adata collection unit 132 that continuously collects information including muscle activity and muscle fatigue of the elderly and weak stored in themanagement server 120 and the exercise prescription transmitted from theprescription unit 126 And, it includes anartificial intelligence unit 134 for updating thedatabase 124 of themanagement server 120 by deep-learning the information collected by thedata collection unit 132.

상기 데이터 수집부(132)는 상기 연산부(122)로부터 전달받은 노약자의 근육활성도, 근육피로도, 심박수변화, 뇌활성도에 대한 정보와 상기 처방부(126)로부터 전달받은 처방에 대한 정보를 수집하여 저장한다. 이 때 상기 데이터 수집부(132)는 상기 노약자에 대한 신상정보와 함께 저장하여 해당 노약자에 대한 맞춤형 정보를 제공할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 아울러 다수의 노약자에 대한 데이터를 통계화하여 빅데이터로 제공할 수 있으며, 이 빅데이터를 이용하여 보건환경 정책 수립이나, 건강보험 수가 산정 등 다양한 용도에 사용할 수 있음은 물론이다.Thedata collection unit 132 collects and stores information on muscle activity, muscle fatigue, heart rate change, and brain activity of the elderly and infirm received from thecalculation unit 122 and information on prescriptions received from theprescription unit 126. do. At this time, it is preferable that thedata collection unit 132 stores the personal information of the elderly and infirm to provide customized information for the elderly and infirm. In addition, data on a large number of the elderly and weak can be statistically provided as big data, and this big data can be used for various purposes such as establishing health environment policies or calculating health insurance fees.

상기 인공지능부(134)는 상기 데이터 수집부(132)에서 수집된 상기 연산부(122)와 상기 처방부(126)로부터 받은 정보를 연산하여 상기 처방부(126)로부터 받은 정보와 이에 따른 근육활성도와 근육피로도에 대한 정보를 연산하여 최적의 운동처방을 추출하여 상기 관리서버(120)의 데이터베이스(124)를 업데이트 한다.Theartificial intelligence unit 134 calculates the information received from thecalculation unit 122 and theprescribing unit 126 collected by thedata collection unit 132 and calculates the information received from theprescribing unit 126 and the resultant muscle activity. Thedatabase 124 of themanagement server 120 is updated by extracting the optimal exercise prescription by calculating the information on the muscle fatigue and the muscle fatigue.

또한 상기 인공지능부(134)는 아카이브 분석을 통해 다양한 가입자의 운동 정보를 누적하여 저장하고, 이를 시간별, 나이별, 성별, 지역별로 분석하여 사용자들이 선호하는 운동기기, 시간대별 운동 습관, 지역별 운동 트랜드, 개인별이 아닌 전체적 운동시의 문제점 및 개선 방안을 도출할 수 있다.In addition, theartificial intelligence unit 134 accumulates and stores various subscribers' exercise information through archive analysis, and analyzes it by time, age, gender, and region to determine the user's preferred exercise device, exercise habit by time zone, and exercise by region. It is possible to derive problems and improvement measures during overall exercise, not trends or individual ones.

110 : 사용자 모듈
112 : 근전도센서
114 : 사용자 단말기
120 : 관리서버
122 : 연산부
124 : 데이터부
126 : 처방부
130 : 빅데이터 활용모듈
132 : 데이터 수집부
134 : 인공지능부110: user module
112: EMG sensor
114: user terminal
120: management server
122: calculation unit
124: data unit
126: prescription
130: big data utilization module
132: data collection unit
134: artificial intelligence department

Claims (2)

Translated fromKorean

노약자의 근육사용량, 심박수 또는 뇌활성도를 측정할 수 있는 센서와 상기 센서에서 측정된 생체신호와 해당 노약자가 운동하는 동영상을 관리서버에 전송할 수 있는 운동관리 어플리케이션이 설치되어 있는 사용자 단말기로 이루어진 사용자 모듈;
상기 사용자 모듈로부터 전달받은 센서의 생체신호와 운동하는 동영상을 분석하여 근육활성도, 근육피로도, 심박수변화, 뇌활성도 중 적어도 하나를 계산하는 연산부와 상기 연산부에서 계산된 근육활성도, 근육피로도, 심박수변화, 뇌활성도를 해당 노약자에게 적합한 운동에 대한 정보를 포함한 데이터베이스와 비교하여 해당 노약자에게 적합한 개인 맞춤형 운동처방을 포함한 정보를 상기 사용자 모듈로 전송하는 처방부를 포함하는 관리서버;
상기 관리서버에 저장된 해당 노약자의 근육활성도 및 근육피로도, 심박수변화, 뇌활성도 및 처방부에서 전송한 운동처방을 포함한 정보를 지속적으로 수집하는 데이터 수집부와, 상기 데이터 수집부에서 수집된 정보를 딥러링하여 상기 관리서버의 데이터베이스를 업데이트하는 인공지능부를 포함하는 빅데이터 활용모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 노약자의 실시간 재활운동 및 운동재활 건강관리 시스템.
A user module consisting of a sensor capable of measuring muscle usage, heart rate, or brain activity of the elderly and infirm, and a user terminal having an exercise management application installed thereon that can transmit the biological signals measured by the sensors and videos of the elderly and infirm exercising to the management server. ;
An arithmetic unit for calculating at least one of muscle activity, muscle fatigue, heart rate change, and brain activity by analyzing the biosignal of the sensor and the moving video transmitted from the user module, and the muscle activity, muscle fatigue, heart rate variability, A management server including a prescription unit that compares brain activity with a database including information on exercise suitable for the elderly and infirm and transmits information including a personalized exercise prescription suitable for the elderly and infirm to the user module;
A data collection unit that continuously collects information including muscle activity, muscle fatigue, heart rate variability, brain activity, and exercise prescription transmitted from the prescribing unit of the aged and infirm stored in the management server; A real-time rehabilitation exercise and exercise rehabilitation health management system for the elderly and infirm, comprising: a big data utilization module including an artificial intelligence unit that updates the database of the management server by running.
청구항 1에 있어서,
상기 관리서버의 처방부는 상기 연산부에서 계산된 근육피로도 또는 심박수의 변화가 소정 수준 이상일 경우 상기 사용자 모듈로 운동중지 신호를 실시간으로 전송하는 것을 특징으로 하는 노약자의 실시간 재활운동 및 운동재활 건강관리 시스템.
The method of claim 1,
The prescribing unit of the management server transmits in real time a signal to stop exercising to the user module when the change in muscle fatigue or heart rate calculated by the calculation unit is greater than or equal to a predetermined level.

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