본 연구는 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서를 부착한 무릎보호대의 보행측정 기능을 검증하고 무릎보호대 착용 유·무에 대한 효과를 검증함으로써 고령자의 보행능력을 개선하고 보행 패턴 분석이 가능한 ICBM (IoT, Cloud, ...
본 연구는 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서를 부착한 무릎보호대의 보행측정 기능을 검증하고 무릎보호대 착용 유·무에 대한 효과를 검증함으로써 고령자의 보행능력을 개선하고 보행 패턴 분석이 가능한 ICBM (IoT, Cloud, Big data, Mobile)을 기반으로 한 무릎보호대를 개발하는데 기초자료를 제공하는데 목적이 있다. 60세 이상 고령자 20명을 대상으로 IMU 센서와 3D Motion Capture System으로 측정한 가속도를 비교하여 IMU 센서의 측정 정확도를 검증하였고, 20대 16명과 60대 15명을 대상으로 무릎보호대 착용 유·무가 보행 시 혈중젖산농도, 혈당, 보행수, 보행템포, 심박수에 어떠한 영향을 미치는지 분석한 결과는 다음과 같다. 1. 무릎보호대에 부착한 IMU 센서로 측정한 가속도 값과 동작분석을 통해 산출된 보행센서 질량중심점 가속도 값의 차이를 RMSE(Root Mean Squared Error)로 비교한 결과, x축의 RMSE는 1.154, y축의 RMSE는 5.765, z축의 RMSE는 2.145로 나타났다. 2. 동작분석을 통해 산출된 보행센서 질량중심점 가속도 값(MCI)과 IMU 센서가 제시하는 가속도 값(IMU), 동작분석을 통해 산출된 무릎 중심점의 가속도 값(KNE)의 상관분석을 실시한 결과, MCI와 IMU는 x축과 y축에서 유의한 상관이 나타나지 않았으며, z축에서 유의한 상관이 나타났다(p<.01). MCI와 KNE는 x축과 y축, z축에서 유의한 상관이 나타났다(p<.001). IMU와 KNE는 x축과 z축에서 유의한 상관이 나타나지 않았지만, y축에서 유의한 상관이 있는 것으로 나타났다(p<.05). 3. 20대에서 무릎보호대 착용 유·무에 따라 혈중젖산농도와 혈당을 분석한 결과, 모두 시기와 그룹 간의 상호작용효과가 나타나지 않았으며, 시기 간, 그룹 간의 유의한 차이가 나타나지 않았다(p<.05). 4. 60대에서 무릎보호대 착용 유·무에 따라 혈중젖산농도와 혈당을 분석한 결과, 모두 시기와 그룹 간의 상호작용효과가 나타나지 않았으며, 시기 간, 그룹 간의 유의한 차이가 나타나지 않았다(p<.05). 5. 무릎보호대 착용 유·무에 따라 누적보행수, 분당보행수, 심박수의 차이를 분석한 결과, 누적보행수에서 시기와 그룹 간의 상호작용효과가 나타났으며, 시기 간, 그룹 간의 유의한 차이가 나타났다(p<.001). 분당보행수에서 시기와 그룹 간의 상호작용효과가 나타나지 않았으며, 그룹 간의 유의한 차이가 나타나지 않았으나 시기 간의 유의한 차이가 나타났다(p<.001). 심박수에서 시기와 그룹 간의 상호작용효과가 나타나지 않았으며, 시기 간의 유의한 차이가 나타나지 않았으나 그룹 간의 유의한 차이가 나타났다(p<.001). 이상의 결론을 종합해 보면, IMU 센서를 무릎보호대에 부착했을 경우 보행 측정이 가능하며, 무릎보호대 착용에 따른 혈중젖산농도와 혈당, 보행수, 보행템포 및 심박수에 유의한 효과 차이는 없었지만 시기와 연령에 따라 차이가 있는 것으로 확인되었다. 본 연구결과는 ICBM을 기반으로 한 무릎보호대를 개발하기 위한 기초자료로 사용되어 다양한 후속 연구에 도움이 될 것으로 사료된다.
본 연구는 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서를 부착한 무릎보호대의 보행측정 기능을 검증하고 무릎보호대 착용 유·무에 대한 효과를 검증함으로써 고령자의 보행능력을 개선하고 보행 패턴 분석이 가능한 ICBM (IoT, Cloud, Big data, Mobile)을 기반으로 한 무릎보호대를 개발하는데 기초자료를 제공하는데 목적이 있다. 60세 이상 고령자 20명을 대상으로 IMU 센서와 3D Motion Capture System으로 측정한 가속도를 비교하여 IMU 센서의 측정 정확도를 검증하였고, 20대 16명과 60대 15명을 대상으로 무릎보호대 착용 유·무가 보행 시 혈중젖산농도, 혈당, 보행수, 보행템포, 심박수에 어떠한 영향을 미치는지 분석한 결과는 다음과 같다. 1. 무릎보호대에 부착한 IMU 센서로 측정한 가속도 값과 동작분석을 통해 산출된 보행센서 질량중심점 가속도 값의 차이를 RMSE(Root Mean Squared Error)로 비교한 결과, x축의 RMSE는 1.154, y축의 RMSE는 5.765, z축의 RMSE는 2.145로 나타났다. 2. 동작분석을 통해 산출된 보행센서 질량중심점 가속도 값(MCI)과 IMU 센서가 제시하는 가속도 값(IMU), 동작분석을 통해 산출된 무릎 중심점의 가속도 값(KNE)의 상관분석을 실시한 결과, MCI와 IMU는 x축과 y축에서 유의한 상관이 나타나지 않았으며, z축에서 유의한 상관이 나타났다(p<.01). MCI와 KNE는 x축과 y축, z축에서 유의한 상관이 나타났다(p<.001). IMU와 KNE는 x축과 z축에서 유의한 상관이 나타나지 않았지만, y축에서 유의한 상관이 있는 것으로 나타났다(p<.05). 3. 20대에서 무릎보호대 착용 유·무에 따라 혈중젖산농도와 혈당을 분석한 결과, 모두 시기와 그룹 간의 상호작용효과가 나타나지 않았으며, 시기 간, 그룹 간의 유의한 차이가 나타나지 않았다(p<.05). 4. 60대에서 무릎보호대 착용 유·무에 따라 혈중젖산농도와 혈당을 분석한 결과, 모두 시기와 그룹 간의 상호작용효과가 나타나지 않았으며, 시기 간, 그룹 간의 유의한 차이가 나타나지 않았다(p<.05). 5. 무릎보호대 착용 유·무에 따라 누적보행수, 분당보행수, 심박수의 차이를 분석한 결과, 누적보행수에서 시기와 그룹 간의 상호작용효과가 나타났으며, 시기 간, 그룹 간의 유의한 차이가 나타났다(p<.001). 분당보행수에서 시기와 그룹 간의 상호작용효과가 나타나지 않았으며, 그룹 간의 유의한 차이가 나타나지 않았으나 시기 간의 유의한 차이가 나타났다(p<.001). 심박수에서 시기와 그룹 간의 상호작용효과가 나타나지 않았으며, 시기 간의 유의한 차이가 나타나지 않았으나 그룹 간의 유의한 차이가 나타났다(p<.001). 이상의 결론을 종합해 보면, IMU 센서를 무릎보호대에 부착했을 경우 보행 측정이 가능하며, 무릎보호대 착용에 따른 혈중젖산농도와 혈당, 보행수, 보행템포 및 심박수에 유의한 효과 차이는 없었지만 시기와 연령에 따라 차이가 있는 것으로 확인되었다. 본 연구결과는 ICBM을 기반으로 한 무릎보호대를 개발하기 위한 기초자료로 사용되어 다양한 후속 연구에 도움이 될 것으로 사료된다.
The purpose of this study is to verify the gait measurement function of the knee sleeve equipped with an IMU(Inertial Measurement Unit) sensor based on ICBM(IoT, Cloud, Big data, and Mobile) and to verify the effect of wearing and not wearing the knee sleeve to provide basic data on the development ...
The purpose of this study is to verify the gait measurement function of the knee sleeve equipped with an IMU(Inertial Measurement Unit) sensor based on ICBM(IoT, Cloud, Big data, and Mobile) and to verify the effect of wearing and not wearing the knee sleeve to provide basic data on the development of the knee sleeve based on ICBM which can analyze gait pattern and improve gait ability. The measurement accuracy of the IMU sensor was verified by comparing the accelerations measured by the IMU sensor attached to the knee sleeve and the 3D Motion Capture System while gait measuring in 20 elderly persons over 60 years old. Also 16 subjects, age of 20’s, and 15 subjects, age of 60’s, were analyzed for the effect of wearing and not wearing the knee sleeve for blood lactate, blood glucose, steps, gait tempo, and heart rate when walking. The results of this study are as follows. 1. As a result of comparing the difference between the acceleration values measured by the IMU sensor attached to the knee sleeve and the acceleration values of the mass center of IMU sensor calculated by the motion analysis with RMSE(Root Mean Squared Error), the RMSE on the x-axis is 1.154, the RMSE on the y-axis is 5.765, and the RMSE on the z-axis is 2.145. 2. Correlation analysis of the acceleration values of the mass center of IMU sensor(MCI) calculated by the motion analysis, the acceleration values measured by the IMU sensor(IMU), and the acceleration value of knee center(KNE) calculated by the motion analysis showed that MCI and IMU showed no significant correlation between the x-axis and the y-axis, indicating a significant correlation in the z-axis(p<.01). MCI and KNE showed significant correlation on the x-axis, the y-axis and the z-axis(p<.001). IMU and KNE did not show a significant correlation on the x-axis and the z-axis, but a significant correlation on the y-axis(p<0.05). 3. Subjects, age of 20's, were divided into two groups; one group wearing a knee sleeve and one not wearing. Analysis of blood lactate and blood glucose showed no interaction effect between the time and between the groups, and no significant difference between groups and between time(p<.05). 4. Subjects, age of 60's, were divided into two groups; one group wearing a knee sleeve and one not wearing. Analysis of blood lactate and blood glucose showed no interaction effect between the time and between the groups, and no significant difference between groups and between time(p<.05). 5. As a result of analyzing the difference of the cumulative steps, the steps per minute, and the heart rate according to whether wearing knee sleeve or not, the interaction effect between the time and the groups was found in the cumulative steps and, significant differences between groups and between time were shown(p<.001). There was no interaction effect between the time and the groups on the steps per minute, and no significant difference between time, but there was a significant difference between groups(p<.001). Also, there was no interaction effect between the time and the groups on the heart rate and no significant difference between groups, but there was a significant difference between the time(p<.001). To conclude, it is possible to measure gait when the IMU sensor is attached to the knee sleeve. Although there was no significant difference in blood lactate, blood glucose, steps, gait tempo and heart rate between wearing a knee sleeve and not wearing, it was found that differences depends on the time of the usage and age of the user. The result of this study will be useful for various follow-up studies as a basic data for developing a knee sleeve based on ICBM.
The purpose of this study is to verify the gait measurement function of the knee sleeve equipped with an IMU(Inertial Measurement Unit) sensor based on ICBM(IoT, Cloud, Big data, and Mobile) and to verify the effect of wearing and not wearing the knee sleeve to provide basic data on the development of the knee sleeve based on ICBM which can analyze gait pattern and improve gait ability. The measurement accuracy of the IMU sensor was verified by comparing the accelerations measured by the IMU sensor attached to the knee sleeve and the 3D Motion Capture System while gait measuring in 20 elderly persons over 60 years old. Also 16 subjects, age of 20’s, and 15 subjects, age of 60’s, were analyzed for the effect of wearing and not wearing the knee sleeve for blood lactate, blood glucose, steps, gait tempo, and heart rate when walking. The results of this study are as follows. 1. As a result of comparing the difference between the acceleration values measured by the IMU sensor attached to the knee sleeve and the acceleration values of the mass center of IMU sensor calculated by the motion analysis with RMSE(Root Mean Squared Error), the RMSE on the x-axis is 1.154, the RMSE on the y-axis is 5.765, and the RMSE on the z-axis is 2.145. 2. Correlation analysis of the acceleration values of the mass center of IMU sensor(MCI) calculated by the motion analysis, the acceleration values measured by the IMU sensor(IMU), and the acceleration value of knee center(KNE) calculated by the motion analysis showed that MCI and IMU showed no significant correlation between the x-axis and the y-axis, indicating a significant correlation in the z-axis(p<.01). MCI and KNE showed significant correlation on the x-axis, the y-axis and the z-axis(p<.001). IMU and KNE did not show a significant correlation on the x-axis and the z-axis, but a significant correlation on the y-axis(p<0.05). 3. Subjects, age of 20's, were divided into two groups; one group wearing a knee sleeve and one not wearing. Analysis of blood lactate and blood glucose showed no interaction effect between the time and between the groups, and no significant difference between groups and between time(p<.05). 4. Subjects, age of 60's, were divided into two groups; one group wearing a knee sleeve and one not wearing. Analysis of blood lactate and blood glucose showed no interaction effect between the time and between the groups, and no significant difference between groups and between time(p<.05). 5. As a result of analyzing the difference of the cumulative steps, the steps per minute, and the heart rate according to whether wearing knee sleeve or not, the interaction effect between the time and the groups was found in the cumulative steps and, significant differences between groups and between time were shown(p<.001). There was no interaction effect between the time and the groups on the steps per minute, and no significant difference between time, but there was a significant difference between groups(p<.001). Also, there was no interaction effect between the time and the groups on the heart rate and no significant difference between groups, but there was a significant difference between the time(p<.001). To conclude, it is possible to measure gait when the IMU sensor is attached to the knee sleeve. Although there was no significant difference in blood lactate, blood glucose, steps, gait tempo and heart rate between wearing a knee sleeve and not wearing, it was found that differences depends on the time of the usage and age of the user. The result of this study will be useful for various follow-up studies as a basic data for developing a knee sleeve based on ICBM.
주제어
#ICBM(IoT Cloud Big data Mobile) 무릎보호대 보행 IMU(Inertial Measurement Unit) 고령자
학위논문 정보
저자
최민희
학위수여기관
을지대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
스포츠관광융합학과 스포츠관광융합학
지도교수
문황운
발행연도
2019
총페이지
ⅵ, 59 p.
키워드
ICBM(IoT Cloud Big data Mobile) 무릎보호대 보행 IMU(Inertial Measurement Unit) 고령자
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