KR20160052999A - 어지럼증 진단장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 피측자의 신체에 휴대되거나 부착되어 상기 신체의 가속도를 측정하는 가속도센서부(110); 상기 가속도센서부(110)를 통해 측정된 가속도정보를 입력받아 상기 신체의 질량중심좌표를 산출하고, 산출된 각 질량중심좌표 데이터의 Convex Hull을 추출하여 추출된 Convex Hull의 면적을 산출하며, 신체의 질량중심에 대한 시간에 따른 Convex Hull의 면적변화 그래프를 생성하는 마이크로 컨트롤러(120); 및 생성된 Convex Hull의 면적변화 그래프를 저장하는 메모리(130);를 포함하는 어지럼증 진단장치를 개시한다.

Description

어지럼증 진단장치{Diagnosis Apparatus For Dizziness}
본 발명은 어지럼증 진단장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가속도센서부나 압력판으로부터 획득된 측정정보를 Convex Hull이나 Ellipse Area 분석법에 적용하여 가공함으로써 어지럼증을 진단하는데 필요한 정밀한 모니터링 데이터를 제공할 수 있는 어지럼증 진단장치에 관한 것이다.
인간의 신체 균형은 속귀(Iinner Ear)의 전정 기관 내에 있는 3개의 회전 감지 센서(세반고리관, Semicircular Canal)와 2개의 수평-수직 감지 센서(Maculae)에 의해 조절된다.
구체적으로는 양쪽 속귀의 전정 기관에서 지속적으로 발생되는 신체 균형 신호들은 뇌간을 거쳐 안구 운동(VOR, Vestibulo-Ocular Reflex)과 인체 직립을 위한 근장력(VSR, Vestibular-Spinal Reflex)을 유지하도록 하며, 일련의 전정 안구 반사로(VOR)와 전정 척수 반사로(VSR)에 이상이 발생하게 되면 인간은 어지럼을 느끼며 직립 보행이 어려워진다.
따라서, 일반적으로 사용되는 어지럼 진단 장치는 상기의 두 개의 반사로를 점검하는 것으로서, 전정 안구 반사로 점검을 위해 안진(Nystagmus) 즉, 눈떨림을 관찰하며 이를 관찰하기 위하여 전기 안진기(EOG,Electrooculograph) 또는 영상 안진기(VOG,Videooculograph)가 사용된다. 이외에 유발 안진(Evoked nystagmus)을 관찰하기 위해 수평 회전 감지 센서에 온도 혹은 회전 자극을 이용하기도 한다.
한편, 전정 척수 반사로 점검을 위해서는 근전도나 발바닥에 가해지는 압력의 분포를 이용하는 자세 검사 기기가 있으나 진단적 가치가 작고 흔히 치료 결과를 모니터할 때 주로 사용된다.
이와 같이, 종래의 진단 장치들은 모두 병원에 내원하여 한정된 시간 내에 자발적인 안진이나 유발 안진을 통해 평형 기능을 평가하는 것으로서, 급성(急性)기 질환자이거나 아급성(亞急性)기 환자에서는 진단이 가능하지만 만성기 또는 일상 생활에서 우연히 발생되는 어지럼증의 진단을 위해서는 중대한 제한이 있다.
즉, 어지럼증이 간헐적으로 발생되거나 어지럼증의 발생 빈도가 높더라도 진료 당시에는 어지럼증이 유발되지 않을 수 있는데, 이러한 경우 환자가 느끼는 불균형 감각에 대한 정보를 기존의 진단 장치를 통해서는 전혀 얻을 수 없으며, 어지럼증 치료 후에도 일상 생활에서 얼마나 호전되었는지를 객관적으로 진단하는 것 역시 불가능하거나 인공적인 환경 하에서 제한적으로 진단할 수 밖에 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 일상생활에서 발생하는 어지럼증를 진단하는데 있어서 발생하는 제한점을 보완하기 위해 가속도센서부나 압력판으로부터 획득된 측정정보를 Convex Hull이나 Ellipse Area 분석법에 적용 및 가공하여 어지럼증을 진단하는데 필요한 정밀한 모니터링 데이터를 생성 및 제공함으로써, 만성 어지럼증 또는 일상생활에서 우연히 발생되는 어지럼증의 발생여부 및 정도를 정확하게 진단하여 오진을 방지할 수 있는 어지럼증 진단장치를 제공하는 것에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 어지럼증 진단장치는, 피측자의 신체에 휴대되거나 부착되어 상기 신체의 가속도를 측정하는 가속도센서부(110); 상기 가속도센서부(110)를 통해 측정된 가속도정보를 입력받아 상기 신체의 질량중심좌표를 산출하고, 산출된 각 질량중심좌표 데이터의 Convex Hull을 추출하여 추출된 Convex Hull의 면적을 산출하며, 신체의 질량중심에 대한 시간에 따른 Convex Hull의 면적변화 그래프를 생성하는 마이크로 컨트롤러(120); 및 생성된 Convex Hull의 면적변화 그래프를 저장하는 메모리(130);를 포함한다.
여기서, 상기 마이크로 컨트롤러(120)는, 각 질량중심좌표 데이터 중 최외각에 배치된 임의의 한 좌표점을 기준으로 해당 좌표점을 제외한 모든 좌표점들이 일직선상에 놓일 수 있는 조건의 좌표점을 선택하고, 선택한 좌표점을 기준으로 상기 조건의 좌표점을 선택하는 절차를 반복하여 선택된 각 좌표점들을 감싸는 최소의 다각형인 Convex Hull을 추출하며, 하기 [수학식 1]을 적용하여 추출된 Convex Hull의 면적을 산출하는 것을 특징으로 하는 어지럼증 진단장치.
[수학식 1]
Figure pat00001
(여기서, Area는 Convex Hull의 면적, 상기 xn은 Convex Hull을 계산하여 얻어진 x축 좌표값, yn은 Convex Hull을 계산하여 얻어진 y축 좌표값을 각각 의미함)
또한, 상기 가속도센서부(110)는, 닌텐도(Nintendo)사의 위 리모트컨트롤러(WRC, Wii Remote Controller)이며, 상기 마이크로 컨트롤러(120)는, 상기 위 리모트컨트롤러(WRC)의 롤(Roll)과 피치(Pitch) 축에 대해 정의하고 측정된 가속도정보로부터 바닥으로 투사된 질량중심의 개념을 이용하여 하기 [수학식 2]를 통해 상기 질량중심좌표를 산출할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00002
Figure pat00003
,
Figure pat00004
,
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00007
,
Figure pat00008
(여기서, A는 각 3축의 가속도 값의 유클리디언 크기, ax는 x축 가속도, ay는 y축 가속도, az는 z축 가속도, α는 A와 x축이 이루는 각도, β는 A와 y축이 이루는 각도, γ는 A와 z축이 이루는 각도, D는 평면으로 투영된 질량중심, dz는 바닥으로부터의 높이, dx는 X축의 질량중심, dy는 Y축의 질량중심을 각각 의미함)
또한, 상기 마이크로 컨트롤러(120)는, 상기 가속도센서부(110)를 통해 측정된 가속도정보를 입력받아 상기 신체의 질량중심좌표를 산출하고, 산출된 각 질량중심좌표 데이터의 Ellipse Area를 산출하여 신체의 질량중심에 대한 시간에 따른 Ellipse Area의 면적변화 그래프를 생성하며, 상기 메모리(130)는, 생성된 Ellipse Area의 면적변화 그래프를 저장할 수 있다.
또한, 상기 마이크로 컨트롤러(120)는, 각 질량중심좌표 데이터 분포를 기반으로 95%를 포함하는 데이터만을 이용하여 추정되는 Ellipse Area를 산출하되, 하기 [수학식 3]를 이용하여 상기 Ellipse Area를 산출할 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00009
(여기서, 상기 a는 타원의 장축반지름이며 b는 단축반지름을 의미함)
또한, 수평배치된 판형상으로 형성되어 복수 개의 압력센서가 분산배치되며, 피측자의 발바닥에 닿도록 설치되어 가압에 따른 압력을 측정하는 압력판(140);을 더 포함하고, 상기 마이크로 컨트롤러(120)는, 상기 압력판(140)을 통해 측정된 압력정보를 입력받아 상기 신체의 압력중심좌표를 산출하고, 산출된 각 압력중심좌표 데이터의 Convex Hull을 추출하여 추출된 Convex Hull의 면적을 산출하며, 신체의 압력중심에 대한 시간에 따른 Convex Hull의 면적변화 그래프를 생성하고, 상기 메모리(130)는 생성된 Convex Hull의 면적변화 그래프를 저장할 수 있다.
또한, 상기 마이크로 컨트롤러(120)는, 상기 압력판(140)을 통해 측정된 압력정보를 입력받아 상기 신체의 압력중심좌표를 산출하고, 산출된 각 압력중심좌표 데이터의 Ellipse Area를 산출하여 신체의 압력중심에 대한 시간에 따른 Ellipse Area의 면적변화 그래프를 생성하며, 상기 메모리(130)는, 생성된 Ellipse Area의 면적변화 그래프를 저장할 수 있다.
또한, 상기 압력판(140)은, 닌텐도(Nintendo)사의 위 밸런스보드(WBB, Wii Balance Board)이며, 상기 마이크로 컨트롤러(120)는, 상기 위 밸런스보드(WBB)로부터 측정되는 4개의 압력정보로부터 하기 [수학식 4]을 적용하여 상기 압력중심좌표를 산출할 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00010
Figure pat00011
Figure pat00012
(여기서, CoPx는 X축의 압력중심, CoPy는 Y축의 압력중심, CoPxy는 압력중심의 유클리디언 크기, Fxo, Fxy, F00 및 Foy는 압력판(140)의 각 모서리에 배치된 압력센서로부터의 압력값을 각각 의미함)
한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 어지럼증 진단장치는, 피측자의 신체에 휴대되거나 부착되어 상기 신체의 가속도를 측정하는 가속도센서부(110); 상기 가속도센서부(110)를 통해 측정된 가속도정보를 입력받아 상기 신체의 질량중심좌표를 산출하고, 산출된 각 질량중심좌표 데이터의 Ellipse Area를 산출하여 신체의 질량중심에 대한 시간에 따른 Ellipse Area의 면적변화 그래프를 생성하는 마이크로 컨트롤러(120); 및 생성된 Ellipse Area의 면적변화 그래프를 저장하는 메모리(130);를 포함한다.
한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 어지럼증 진단장치는, 수평배치된 판형상으로 형성되어 복수 개의 압력센서가 분산배치되며, 피측자의 발바닥에 닿도록 설치되어 가압에 따른 압력을 측정하는 압력판(140); 상기 압력판(140)을 통해 측정된 압력정보를 입력받아 상기 신체의 압력중심좌표를 산출하고, 산출된 각 압력중심좌표 데이터의 Convex Hull을 추출하여 추출된 Convex Hull의 면적을 산출하며, 신체의 압력중심에 대한 시간에 따른 Convex Hull의 면적변화 그래프를 생성하는 마이크로 컨트롤러(120); 및 생성된 Convex Hull의 면적변화 그래프를 저장하는 메모리(130);를 포함한다.
한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 어지럼증 진단장치는, 수평배치된 판형상으로 형성되어 복수 개의 압력센서가 분산배치되며, 피측자의 발바닥에 닿도록 설치되어 가압에 따른 압력을 측정하는 압력판(140); 상기 압력판(140)을 통해 측정된 압력정보를 입력받아 상기 신체의 압력중심좌표를 산출하고, 산출된 각 압력중심좌표 데이터의 Ellipse Area를 산출하여 신체의 압력중심에 대한 시간에 따른 Ellipse Area의 면적변화 그래프를 생성하는 마이크로 컨트롤러(120); 및 생성된 Ellipse Area의 면적변화 그래프를 저장하는 메모리(130);를 포함한다.
본 발명에 따른 어지럼증 진단장치에 의하면, 일상생활에서 발생하는 어지럼증를 진단하는데 있어서 발생하는 제한점을 보완하기 위해 가속도센서부(110)나 압력판(140)으로부터 획득된 측정정보를 Convex Hull이나 Ellipse Area 분석법에 적용 및 가공하여 어지럼증을 진단하는데 필요한 정밀한 모니터링 데이터를 생성 및 제공함으로써, 의사 등의 관측자가 이를 관찰하여 만성 어지럼증 또는 일상생활에서 우연히 발생되는 어지럼증의 발생여부 및 정도를 정확하게 진단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 어지럼증 진단장치의 기능적 구성을 나타낸 블럭도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가속도센서부 및 압력판이 피측자에게 장착된 상태를 촬영한 사진,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가속도센서부를 통해 가속도정보가 획득된 화면예시도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 임의의 주어진 질량중심좌표 데이터에 대한 Convex Hull의 예시도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가속도센서부의 롤과 피치의 축에 대한 개략도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가속도센서부로부터 바닥에 투영된 질량중심에 대한 개략도,
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 임의의 주어진 질량중심좌표 데이터에 대한 Ellipse Area의 예시도,
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압력판의 압력중심 좌표정보를 나타낸 개략도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 어지럼증 진단장치는, 가속도센서부(110)나 압력판(140)으로부터 획득된 측정정보를 Convex Hull이나 Ellipse Area 분석법에 적용하여 가공함으로써 어지럼증을 진단하는데 필요한 정밀한 모니터링 데이터를 제공할 수 있는 어지럼증 진단장치로서, 도 1에 도시된 바와 같이 가속도센서부(110), 마이크로 컨트롤러(120) 및 메모리(130)를 포함하여 구비된다.
먼저, 상기 가속도센서부(110)는, 피측자의 신체에 휴대되거나 부착되어 상기 신체의 가속도를 측정하는 센서모듈로서, 측정된 가속도정보는 신호라인을 통해 마이크로 컨트롤러(120)로 전송되어 신체의 질량중심좌표를 산출하는데 필요한 기초데이터로 이용된다.
여기서, 도 2에 도시된 바와 같이 피측자가 가속도센서부(110)를 손에 파지하여 흉부 등의 신체부위에 밀착시킨 상태로 배치되어 휴대될 수 있으며, 압착판이나 접착테이프 등의 부착수단을 이용하여 상기 가속도센서부(110)를 필요한 신체부위에 밀착되도록 부착시킬 수도 있다.
또한, 도면에는 가속도센서부(110)가 흉부에만 배치된 것을 예시하였으나, 필요시 피측자의 머리, 양팔, 양다리, 허리 등과 같이 신체의 흔들림에 따른 가속도 변화를 감지하기 위한 신체부위에 배치될 수도 있다.
더불어, 상기 가속도센서부(110)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 신체의 가속도 측정에 이용되는 다양한 센서를 선택적으로 이용할 수 있으며, 손쉽게 획득할 수 있으면서도 상대적으로 저가인 닌텐도(Nintendo)사의 위 리모트컨트롤러(WRC, Wii Remote Controller)를 이용함으로써 어지럼증 진단장치의 구축비용을 절감할 수도 있다.
여기서, 도 3에는 위 리모트컨트롤러(WRC) 등의 가속도센서부(110)를 통해 가속도정보가 획득된 화면예시도가 개시되어 있다. 도 3에서 과녁의 검은 원은 가속도센서부(110)의 가속도정보로 추정한 질량중심의 위치를 나타낸다.
상기 마이크로 컨트롤러(120)는, 가속도센서부(110)의 가속도정보를 전달받아 분석 및 가공하여 의사 등의 관측자가 관찰할 수 있는 모니터링 데이터를 생성하는 연산수단으로서, 상기 가속도센서부(110)를 통해 측정된 가속도정보를 입력받아 상기 신체의 질량중심좌표를 산출하고, 산출된 각 질량중심좌표 데이터의 Convex Hull을 추출하여 추출된 Convex Hull의 면적을 산출하며, 신체의 질량중심에 대한 시간에 따른 Convex Hull의 면적변화 그래프를 생성한다.
여기서, 도 4에는 임의의 주어진 질량중심좌표 데이터에 대한 Convex Hull의 예시도가 개시되어 있으며, 도면에서의 작은 원은 단위시간 경과에 따른 각 질량중심좌표점이다.
도 4를 참고하면, 상기 마이크로 컨트롤러(120)는 Convex Hull을 추출함에 있어서, 각 질량중심좌표 데이터 중 최외각에 배치된 임의의 한 좌표점을 기준으로 해당 좌표점을 제외한 모든 좌표점들이 일직선상에 놓일 수 있는 조건의 좌표점을 선택하고, 선택한 좌표점을 기준으로 상기 조건의 좌표점을 선택하는 절차를 반복하여 선택된 각 좌표점들을 감싸는 최소의 다각형인 Convex Hull을 추출한다.
또한, 상기 마이크로 컨트롤러(120)는 Convex Hull의 면적을 산출함에 있어서, 하기의 [수학식 1]을 적용하여 추출된 Convex Hull의 면적을 산출할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00013
(여기서, Area는 Convex Hull의 면적, 상기 xn은 Convex Hull을 계산하여 얻어진 x축 좌표값, yn은 Convex Hull을 계산하여 얻어진 y축 좌표값을 각각 의미함)
이와 같이, 산출된 Convex Hull의 면적은 피측자의 신체 흔들림 정도를 반영하여 나타내며, 관측자는 상기 Convex Hull의 면적의 크기, 변화정도 및 변화속도 상태 등을 통해 피측자의 어지럼증 증상에 대한 진단을 수행하기 위한 모니터링 데이터로 이용할 수 있다.
여기서, 도 5에는 위 리모트컨트롤러(WRC) 등의 가속도센서부(110)의 롤과 피치의 축에 대한 개략도가 개시되어 있으며, 도 6에는 가속도센서부(110)로부터 바닥에 투영된 질량중심에 대한 개략도가 개시되어 있다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 상기 마이크로 컨트롤러(120)는 가속도센서부(110)의 가속도정보를 이용하여 신체의 질량중심좌표를 산출함에 있어서, 상기 위 리모트컨트롤러(WRC) 등의 가속도센서부(110)의 롤(Roll)과 피치(Pitch) 축에 대해 정의하고 측정된 가속도정보로부터 바닥으로 투사된 질량중심의 개념을 이용하여 하기의 [수학식 2]를 통해 질량중심좌표를 산출할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00014
Figure pat00015
,
Figure pat00016
,
Figure pat00017
Figure pat00018
Figure pat00019
,
Figure pat00020
(여기서, A는 각 3축의 가속도 값의 유클리디언 크기, ax는 x축 가속도, ay는 y축 가속도, az는 z축 가속도, α는 A와 x축이 이루는 각도, β는 A와 y축이 이루는 각도, γ는 A와 z축이 이루는 각도, D는 평면으로 투영된 질량중심, dz는 바닥으로부터의 높이, dx는 X축의 질량중심, dy는 Y축의 질량중심을 각각 의미함)
즉, 가속도센서부(110)가 바닥으로부터 이격된 높이(dz)가 주어지면 가속도센서부(110)로부터 계산된 α와 β를 [수학식 2]에 대입하여 질량중심 dx와 dy를 추정할 수 있다.
상기 메모리(130)는, 마이크로 컨트롤러(120)를 통해 생성된 Convex Hull의 면적변화 그래프를 전달받아 저장하는 데이터 저장매체로서, SD(secure digital) 메모리 카드, XD(extreme digital) 메모리 카드 등으로 마련될 수 있으며, 일반적인 PC 또는 노트북에서 사용되는 하드 디스크 등으로도 마련될 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 어지럼증 진단장치는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 메모리(130)에 저장된 Convex Hull의 면적변화 그래프를 화면창에 표시하는 디스플레이(150)가 구비될 수 있다. 이러한 디스플레이(150)를 통해 관측자가 Convex Hull의 면적변화 그래프를 관찰함으로써 피측자의 어지럼증에 대한 증상을 육안으로 진단할 수 있다.
여기서, 상기 메모리(130)에는 정상인이나 해당 피측자의 평상시에 대한 Convex Hull의 기준 면적변화 그래프 데이터가 더 저장되고, 상기 디스플레이(150)는 새로 산출된 Convex Hull의 기준 면적변화 그래프와 기준 면적변화 그래프를 동시에 표시함으로써 피측자의 어지럼증 증상을 보다 직관적으로 관찰할 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 어지럼증 진단장치는, 상기 Convex Hull의 기준 면적변화 그래프에 따른 모니터링 데이터 이외에 Ellipse Area 분석법을 적용한 다른 모니터링 데이터를 더 제공할 수도 있다.
이를 위해, 상기 마이크로 컨트롤러(120)는 가속도센서부(110)를 통해 측정된 가속도정보를 입력받아 상기 신체의 질량중심좌표를 산출하고, 산출된 각 질량중심좌표 데이터의 Ellipse Area를 산출하여 신체의 질량중심에 대한 시간에 따른 Ellipse Area의 면적변화 그래프를 생성하며, 상기 메모리(130)는 마이크로 컨트롤러(120)에서 생성된 Ellipse Area의 면적변화 그래프를 저장하도록 동작한다.
여기서, 도 7에는 임의의 주어진 질량중심좌표 데이터에 대한 Ellipse Area의 예시도가 개시되어 있으며, 도면에서의 작은 원은 단위시간 경과에 따른 각 질량중심좌표점이다.
도 7을 참고하면, 상기 마이크로 컨트롤러(120)는 Ellipse Area의 면적을 산출함에 있어서, 각 질량중심좌표 데이터 분포를 기반으로 95%를 포함하는 데이터만을 이용하여 추정되는 Ellipse Area를 산출하되, 하기 [수학식 3]을 이용하여 상기 Ellipse Area를 산출한다.
[수학식 3]
Figure pat00021
(여기서, 상기 a는 타원의 장축반지름이며 b는 단축반지름을 의미함)
이와 같이, 산출된 Ellipse Area의 면적은 피측자의 신체 흔들림 정도를 반영하여 나타내며, 관측자는 상기 Ellipse Area의 면적의 크기, 변화정도 및 변화속도 상태 등을 통해 피측자의 어지럼증 증상에 대한 진단을 수행하기 위한 모니터링 데이터로 이용할 수 있다.
또한, 상술한 신체의 질량중심에 대한 시간에 따른 Convex Hull의 면적변화 그래프와 함께 상기 Ellipse Area의 면적변화 그래프를 관찰함으로써 각 데이터의 측정치를 보상하여 유기적인 관계를 유추함으로써 보다 정밀한 어지럼증 진단이 가능해질 수 있다.
한편, 통상적으로 자세가 변화될 때 신체의 질량중심 뿐만 아니라 신체가 바닥면을 가압하는 압력중심 또한 변화된다. 이에 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 어지럼증 진단장치는 신체의 압력중심에 대한 모니터링 데이터를 제공할 수 있도록 구비될 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 어지럼증 진단장치는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 수평배치된 판형상으로 형성되어 복수 개의 압력센서가 분산배치되며, 피측자의 발바닥에 닿도록 설치되어 가압에 따른 압력을 측정하는 압력판(140)을 더 포함하여 구비된다.
또한, 상기 마이크로 컨트롤러(120)는 상술한 가속도정보의 가공방식과 동일하게 상기 압력판(140)을 통해 측정된 압력정보를 입력받아 상기 신체의 압력중심좌표를 산출하고, 산출된 각 압력중심좌표 데이터의 Convex Hull을 추출하여 추출된 Convex Hull의 면적을 산출하며, 신체의 압력중심에 대한 시간에 따른 Convex Hull의 면적변화 그래프를 생상한다.
더불어, 상기 메모리(130)는 마이크로 컨트롤러(120)로부터 생성된 Convex Hull의 면적변화 그래프를 저장한다.
여기서, 상기 마이크로 컨트롤러(120)를 통해 압력중심에 대한 Convex Hull을 추출하고 면적을 산출하는 방식은 상술한 질량중심에 대한 Convex Hull을 추출하고 면적을 산출하는 방식과 비교하여 가속도센서부(110)의 가속도정보가 아닌 압력판(140)의 압력정보를 이용한다는 점에서 차이가 있고 구체적인 추출 및 산출 방식은 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
상기 압력판(140)은 본 발명이 속하는 기술분야에서 신체의 가압에 따른 압력 측정에 이용되는 다양한 압력센서를 선택적으로 이용할 수 있으며, 손쉽게 획득할 수 있으면서도 상대적으로 저가인 닌텐도(Nintendo)사의 위 밸런스보드(WBB, Wii Balance Board)를 이용함으로써 어지럼증 진단장치의 구축비용을 더욱 절감할 수도 있다.
도 3에는 상기 가속도센서부(110)에 의한 질량중심의 위치와 함께 위 밸런스보드(WBB) 등의 압력판(140)을 통해 압력정보가 획득된 화면예시도가 개시되어 있다. 도 3에서 과녁의 흰색 원은 압력판(140)의 압력정보로 획득된 압력중심의 위치를 나타낸다.
또한, 도 8에는 상기 위 밸런스보드(WBB)의 압력중심 좌표정보가 개시되어 있다. 도 8을 참고하면 상기 마이크로 컨트롤러(120)는 압력판(140)의 압력정보를 이용하여 신체의 압력중심좌표를 산출함에 있어서, 상기 위 밸런스보드(WBB) 등의 압력판(140)으로부터 측정되는 4개의 압력정보로부터 하기 [수학식 4]을 적용하여 상기 압력중심좌표를 산출할 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00022
Figure pat00023
Figure pat00024
(여기서, CoPx는 X축의 압력중심, CoPy는 Y축의 압력중심, CoPxy는 압력중심의 유클리디언 크기, Fxo, Fxy, F00 및 Foy는 압력판(140)의 각 모서리에 배치된 압력센서로부터의 압력값을 각각 의미함)
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 어지럼증 진단장치는, 상기 압력중심좌표 데이터를 이용한 Convex Hull의 면적변화 그래프 이외에 질량중심에 대해 Ellipse Area 분석법을 적용한 다른 모니터링 데이터를 더 제공할 수 있다.
이를 위해, 상기 마이크로 컨트롤러(120)는 상기 압력판(140)을 통해 측정된 압력정보를 입력받아 상기 신체의 압력중심좌표를 산출하고, 산출된 각 압력중심좌표 데이터의 Ellipse Area를 산출하여 신체의 압력중심에 대한 시간에 따른 Ellipse Area의 면적변화 그래프를 생성하며, 상기 메모리(130)는 마이크로 컨트롤러(120)를 통해 생성된 Ellipse Area의 면적변화 그래프를 저장하도록 동작한다.
여기서, 상기 마이크로 컨트롤러(120)를 통해 압력중심에 대한 Ellipse Area를 산출하는 방식은 상술한 질량중심에 대한 Ellipse Area를 산출하는 방식과 비교하여 가속도정보가 아닌 압력정보를 이용한다는 점에서 차이가 있고 구체적인 산출 방식은 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이 산출된 신체의 압력중심에 대한 Convex Hull의 면적의 크기, Ellipse Area의 면적의 크기, 변화정도 및 변화속도 상태 등을 통해 피측자의 어지럼증 증상에 대한 진단을 수행하기 위한 모니터링 데이터로 이용할 수 있으며, 피측자는 상술한 신체의 질량중심에 대한 시간에 따른 Convex Hull 및 Ellipse Area의 면적변화 그래프와 함께 신체의 압력중심에 대한 Convex Hull 및 Ellipse Area의 면적변화 그래프를 관찰함으로써 각 데이터의 측정치를 보상하여 유기적인 관계를 유추함으로써 더욱 정밀한 어지럼증 진단을 할 수 있게 된다.
또한, 상기에서는 가속도센서부(110)와 압력판(140)이 동시에 이용되어 신체의 질량중심과 압력중심에 대한 각 Convex Hull 및 Ellipse Area에 따른 모니터링 데이터를 제공받는 것을 예시하였으나, 이에 국한되는 것은 아니며, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 어지럼증 진단장치는 가속도센서부(110)만을 이용하여 단독적으로 신체의 질량중심에 대한 시간에 따른 Convex Hull의 면적변화 그래프만을 제공할 수 있고, 상기 가속도센서부(110)만을 이용하여 단독적으로 신체의 질량중심에 대한 시간에 따른 Ellipse Area의 면적변화 그래프만을 제공할 수 있으며, 상기 압력판(140)을 이용하여 단독적으로 신체의 압력중심에 대한 시간에 따른 Convex Hull의 면적변화 그래프만을 제공하거나, 단독적으로 신체의 압력중심에 대한 시간에 따른 Ellipse Area의 면적변화 그래프만을 제공하도록 구비될 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 컨트롤러(120)는 산출된 각 질량중심좌표 데이터간의 질량중심 이동거리를 산출하여 시간에 따른 질량중심 이동변화 그래프를 생성하며, 상기 메모리(130)는 생성된 질량중심 이동변화 그래프를 저장하도록 동작할 수 있다. 또한, 산출된 압력중심좌표 데이터간의 압력중심 이동거리를 산출하여 시간에 따른 압력중심 이동변화 그래프를 생성하고 이를 저장하도록 동작할 수 있다.
여기서, 상기 질량중심 이동거리나 압력중심 이동거리는 압력중심과 질량중심을 시간에 따른 이동거리로 X축과 Y축을 각각 분리하여 산출할 수 있다.
또한, 상기 질량중심이나 압력중심의 이동거리 데이터이외에 질량중심 및 압력중심의 중심변화속도를 산출하여 중심변화속도 그래프를 생성 및 저장하도록 동작될 수도 있다.
이러한 질량중심, 압력중심의 이동변화나 중심변화속도 등의 데이터를 피측자의 어지럼증을 진단하는데 필요한 부가적인 모니터링 데이터로 이용함으로써 진단의 정확성을 더욱 증대시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 어지럼증 진단장치의 각 구성 및 기능에 의해, 일상생활에서 발생하는 어지럼증를 진단하는데 있어서 발생하는 제한점을 보완하기 위해 가속도센서부(110)나 압력판(140)으로부터 획득된 측정정보를 Convex Hull이나 Ellipse Area 분석법에 적용 및 가공하여 어지럼증을 진단하는데 필요한 정밀한 모니터링 데이터를 생성 및 제공함으로써, 의사 등의 관측자가 이를 관찰하여 만성 어지럼증 또는 일상생활에서 우연히 발생되는 어지럼증의 발생여부 및 정도를 정확하게 진단할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
110...가속도센서부 120...마이크로 컨트롤러
130...메모리 140...압력판
150...디스플레이

Claims (11)

  1. 피측자의 신체에 휴대되거나 부착되어 상기 신체의 가속도를 측정하는 가속도센서부(110);
    상기 가속도센서부(110)를 통해 측정된 가속도정보를 입력받아 상기 신체의 질량중심좌표를 산출하고, 산출된 각 질량중심좌표 데이터의 Convex Hull을 추출하여 추출된 Convex Hull의 면적을 산출하며, 신체의 질량중심에 대한 시간에 따른 Convex Hull의 면적변화 그래프를 생성하는 마이크로 컨트롤러(120); 및
    생성된 Convex Hull의 면적변화 그래프를 저장하는 메모리(130);를 포함하는 어지럼증 진단장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 마이크로 컨트롤러(120)는,
    각 질량중심좌표 데이터 중 최외각에 배치된 임의의 한 좌표점을 기준으로 해당 좌표점을 제외한 모든 좌표점들이 일직선상에 놓일 수 있는 조건의 좌표점을 선택하고, 선택한 좌표점을 기준으로 상기 조건의 좌표점을 선택하는 절차를 반복하여 선택된 각 좌표점들을 감싸는 최소의 다각형인 Convex Hull을 추출하며,
    하기 [수학식 1]을 적용하여 추출된 Convex Hull의 면적을 산출하는 것을 특징으로 하는 어지럼증 진단장치.
    [수학식 1]
    Figure pat00025

    (여기서, Area는 Convex Hull의 면적, 상기 xn은 Convex Hull을 계산하여 얻어진 x축 좌표값, yn은 Convex Hull을 계산하여 얻어진 y축 좌표값을 각각 의미함)
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 가속도센서부(110)는, 닌텐도(Nintendo)사의 위 리모트컨트롤러(WRC, Wii Remote Controller)이며,
    상기 마이크로 컨트롤러(120)는, 상기 위 리모트컨트롤러(WRC)의 롤(Roll)과 피치(Pitch) 축에 대해 정의하고 측정된 가속도정보로부터 바닥으로 투사된 질량중심의 개념을 이용하여 하기 [수학식 2]를 통해 상기 질량중심좌표를 산출하는 것을 특징으로 하는 어지럼증 진단장치.
    [수학식 2]
    Figure pat00026

    Figure pat00027
    ,
    Figure pat00028
    ,
    Figure pat00029

    Figure pat00030
    Figure pat00031
    ,
    Figure pat00032

    (여기서, A는 각 3축의 가속도 값의 유클리디언 크기, ax는 x축 가속도, ay는 y축 가속도, az는 z축 가속도, α는 A와 x축이 이루는 각도, β는 A와 y축이 이루는 각도, γ는 A와 z축이 이루는 각도, D는 평면으로 투영된 질량중심, dz는 바닥으로부터의 높이, dx는 X축의 질량중심, dy는 Y축의 질량중심을 각각 의미함)
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 마이크로 컨트롤러(120)는, 상기 가속도센서부(110)를 통해 측정된 가속도정보를 입력받아 상기 신체의 질량중심좌표를 산출하고, 산출된 각 질량중심좌표 데이터의 Ellipse Area를 산출하여 신체의 질량중심에 대한 시간에 따른 Ellipse Area의 면적변화 그래프를 생성하며,
    상기 메모리(130)는, 생성된 Ellipse Area의 면적변화 그래프를 저장하는 것을 특징으로 하는 어지럼증 진단장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 마이크로 컨트롤러(120)는,
    각 질량중심좌표 데이터 분포를 기반으로 95%를 포함하는 데이터만을 이용하여 추정되는 Ellipse Area를 산출하되, 하기 [수학식 3]를 이용하여 상기 Ellipse Area를 산출하는 것을 특징으로 하는 어지럼증 진단장치.
    [수학식 3]
    Figure pat00033

    (여기서, 상기 a는 타원의 장축반지름이며 b는 단축반지름을 의미함)
  6. 제 1항에 있어서,
    수평배치된 판형상으로 형성되어 복수 개의 압력센서가 분산배치되며, 피측자의 발바닥에 닿도록 설치되어 가압에 따른 압력을 측정하는 압력판(140);을 더 포함하고,
    상기 마이크로 컨트롤러(120)는, 상기 압력판(140)을 통해 측정된 압력정보를 입력받아 상기 신체의 압력중심좌표를 산출하고, 산출된 각 압력중심좌표 데이터의 Convex Hull을 추출하여 추출된 Convex Hull의 면적을 산출하며, 신체의 압력중심에 대한 시간에 따른 Convex Hull의 면적변화 그래프를 생성하고,
    상기 메모리(130)는 생성된 Convex Hull의 면적변화 그래프를 저장하는 것을 특징으로 하는 어지럼증 진단장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 마이크로 컨트롤러(120)는, 상기 압력판(140)을 통해 측정된 압력정보를 입력받아 상기 신체의 압력중심좌표를 산출하고, 산출된 각 압력중심좌표 데이터의 Ellipse Area를 산출하여 신체의 압력중심에 대한 시간에 따른 Ellipse Area의 면적변화 그래프를 생성하며,
    상기 메모리(130)는, 생성된 Ellipse Area의 면적변화 그래프를 저장하는 것을 특징으로 하는 어지럼증 진단장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 압력판(140)은, 닌텐도(Nintendo)사의 위 밸런스보드(WBB, Wii Balance Board)이며,
    상기 마이크로 컨트롤러(120)는, 상기 위 밸런스보드(WBB)로부터 측정되는 4개의 압력정보로부터 하기 [수학식 4]을 적용하여 상기 압력중심좌표를 산출하는 것을 특징으로 하는 어지럼증 진단장치.
    [수학식 4]
    Figure pat00034

    Figure pat00035

    Figure pat00036

    (여기서, CoPx는 X축의 압력중심, CoPy는 Y축의 압력중심, CoPxy는 압력중심의 유클리디언 크기, Fxo, Fxy, F00 및 Foy는 압력판(140)의 각 모서리에 배치된 압력센서로부터의 압력값을 각각 의미함)
  9. 피측자의 신체에 휴대되거나 부착되어 상기 신체의 가속도를 측정하는 가속도센서부(110);
    상기 가속도센서부(110)를 통해 측정된 가속도정보를 입력받아 상기 신체의 질량중심좌표를 산출하고, 산출된 각 질량중심좌표 데이터의 Ellipse Area를 산출하여 신체의 질량중심에 대한 시간에 따른 Ellipse Area의 면적변화 그래프를 생성하는 마이크로 컨트롤러(120); 및
    생성된 Ellipse Area의 면적변화 그래프를 저장하는 메모리(130);를 포함하는 어지럼증 진단장치.
  10. 수평배치된 판형상으로 형성되어 복수 개의 압력센서가 분산배치되며, 피측자의 발바닥에 닿도록 설치되어 가압에 따른 압력을 측정하는 압력판(140);
    상기 압력판(140)을 통해 측정된 압력정보를 입력받아 상기 신체의 압력중심좌표를 산출하고, 산출된 각 압력중심좌표 데이터의 Convex Hull을 추출하여 추출된 Convex Hull의 면적을 산출하며, 신체의 압력중심에 대한 시간에 따른 Convex Hull의 면적변화 그래프를 생성하는 마이크로 컨트롤러(120); 및
    생성된 Convex Hull의 면적변화 그래프를 저장하는 메모리(130);를 포함하는 어지럼증 진단장치.
  11. 수평배치된 판형상으로 형성되어 복수 개의 압력센서가 분산배치되며, 피측자의 발바닥에 닿도록 설치되어 가압에 따른 압력을 측정하는 압력판(140);
    상기 압력판(140)을 통해 측정된 압력정보를 입력받아 상기 신체의 압력중심좌표를 산출하고, 산출된 각 압력중심좌표 데이터의 Ellipse Area를 산출하여 신체의 압력중심에 대한 시간에 따른 Ellipse Area의 면적변화 그래프를 생성하는 마이크로 컨트롤러(120); 및
    생성된 Ellipse Area의 면적변화 그래프를 저장하는 메모리(130);를 포함하는 어지럼증 진단장치.
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