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편마비 환자를 위한 3차원 보행 자세 측정 및 디스플레이 시스템
A 3D Posture Measuring and Display System for Hemiplegic Patients 원문보기

韓國컴퓨터情報學會論文誌 = Journal of the Korea Society of Computer and Information, v.19 no.8, 2014년, pp.119 - 127  

황용하 (강원대학교 컴퓨터정보통신공학과) ,  김용석 (강원대학교 컴퓨터정보통신공학과)

초록
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본 논문에서는 편마비 환자는 정상인과 다른 보행 특성을 가지므로 본 논문에서는 이들의 특성을 반영하여 보행자세를 측정하고 실시간 3차원 그래픽으로 보여주는 시스템을 개발하였다. 환자는 허벅지, 종아리 및 발에 각각 센서 모듈을 착용하며, 측정 정밀도를 높이기 위하여 각 모듈에는 3축 가속도 센서와 3축 자이로 센서를 조합하여 적용하였다. 보행자세 디스플레이를 위하여 센서 모듈들로부터 수신한 데이터를 활용하여 허벅지, 종아리 및 발을 3차원 모형으로 모델링하여 실시간으로 화면에 보여주도록 하였으며, 편마비 환자의 특이한 보행 자세를 분석하기에 편리하도록 사용자의 보는 각도를 임의로 변화시킬 수 있도록 하였다. 또한 측정된 자세 정보를 활용하여 RLA(Rancho Los Amigos) 보행 주기의 단계별 진행되는 과정을 실시간으로 판단하여 화면에 표시할 수 있도록 함으로써 진행 단계 및 단계별 소요시간을 통하여 보행의 특성을 평가할 수 있도록 하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

TIn this paper, Hemiplegic patients have gait characteristics different from normal persons. This paper presents a posture measuring and display system reflecting their characteristics. Patients wear 3 sensor modules on thigh, calf and foot. To enhance measuring precision of each sensor module, 3D a...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한 본 논문에서는 센서 모듈에서 측정된 각을 실시간으로 컴퓨터로 전송하여 3차원 그래픽으로 보여주는데 있어서 대상이 편마비 환자라는 점을 고려하여 허리를 기준점으로 하여 허벅지와 종아리 및 발이 어떤 방향으로 자세를 취하고 있는지를 보여주도록 하였다. 정상적인 사람의 보행에서는 정면의 한 방향에 대한 데이터만 처리하면 되지만 편마비 환자는 다리의 움직임에 여러 방향의 성분이 포함될 수 있기 때문이다.
  • 한 걸음을 움직이는 과정을 처음 발을 앞으로 내미는 단계부터 한걸음이 완성되는 단계까지를 총 8단계 (initial contract, loading response, mid-stance, terminal stance, pre-swing, initial swing, mid-swing, terminal swing)로 구분하고 있다. 본 논문에서는 방대한 보행분석 장비가 없이도 측정된 자세 정보를 기준으로 보행 주기의 8단계가 진행되는 과정을 실시간으로 판단하여 화면에 표시할 수 있도록 하였다.
  • 본 논문에서는 저가이면서도 사용하기 편리한 보행 자세측정 및 디스플레이 시스템을 개발하였다. 가속도 센서와 자이로 센서의 결합을 통해서 자세측정의 정밀도를 높였으며, 보행자세를 3차원으로 시각 방향을 원하는 대로 선택하여 디스플레이 할 수 있게 함으로써 편마비 환자의 보행 특성을 측정하고 분석하는 데에 편리하도록 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
인체의 자세를 정확하게 측정하는 시스템의 목적은 무엇인가? 인체의 자세를 정확하게 측정하는 시스템은 모션 캡쳐를 목적으로 하거나 인체의 운동역학적인 정보를 수집하기 위한 것이다. 이를 위한 시스템으로는 인체에 마커를 부착하고 영상 장치를 이용하여 마커의 이동을 추적하는 방법과 [6] 인체에 직접 센서를 부착하여 움직임에 대한 데이터를 수집하는 방법이 있다[7,8].
일상생활에서 무심코 이루어지는 보행은 어떻게 이루어지는가? 일상생활에서 무심코 이루어지는 보행은 근육의 활동과 관절의 움직임이 역학적으로 그리고 시간적으로 잘 조화되어야 이루어질 수 있는 매우 정교한 운동 과정이다. 편마비 환자의 운동형상학적 분석으로서 보행 자세를 측정하고 분석하는 것은 보행이상 여부, 이상 정도, 및 재활 훈련에 의한 개선 정도 등을 파악하는데 아주 중요하다.
인체의 자세를 정확하게 측정하는 시스템에는 무엇이 있는가? 인체의 자세를 정확하게 측정하는 시스템은 모션 캡쳐를 목적으로 하거나 인체의 운동역학적인 정보를 수집하기 위한 것이다. 이를 위한 시스템으로는 인체에 마커를 부착하고 영상 장치를 이용하여 마커의 이동을 추적하는 방법과 [6] 인체에 직접 센서를 부착하여 움직임에 대한 데이터를 수집하는 방법이 있다[7,8]. 영상장치를 사용하기 위해서는 제한된 공간 내에서만 측정이 가능하다는 한계가 있다.
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참고문헌 (15)

  1. Tae Keun Yoo, Jae Lim Choi, and Deok Won Kim, " Tracking a Walking Motion Based on Dynamics Using a Monocular Camera," Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea, 49(1), pp. 20-28, Jan. 2012 

  2. Eunmi Cha, Kyoungmi Lee, "2D Human Pose Estimation Using Component-Based Density Propagation," Human Computer Interaction KOREA, Feb. 2007 

  3. S. Kallio, J. Kela and J. Mantyjarvi, "Online gesture recognition system for mobile interaction," IEEE International Conference on Systems, vol. 3, pp. 2070-2076, Oct. 2003 

  4. A. Hofer, A. Hadjakos, and M. Muhlhauser, "Cyroscope-based conduction gesture recognition," NIME09, Jun. 2009 

  5. Yong Cheol Leem Chil Woo Lee, "Android Platform based Gesture Recognition using Smart Phone Sensor Data," Smart media journal, 1(4), pp. 18-26, Dec. 2012 

  6. Dixon, P.C., H. Boohm, and L. Dooderlein, Ankle and midfoot kinetics during normal gait: A multi-segment approach. Journal of Biomechanics, 45(6), pp. 1011- 1016, Apr. 2012 

  7. G. T. Kang, K. T. Park, G. R. Kim, B. C. Choi, D. K. Jung, "Real time gait analysis using acceleration signal," J. of Korean Sensorws Society, vol. 18, no. 6, pp. 449-455, Nov. 2009 

  8. Hyun-moon Park, Byung-chan Jeon, Won-ki Park, Soo-Hyun Park, Sung-chul Lee, "Smart-clothes System for Realtime Privacy Monitoring on Smart-phones," Journal of Korea Multimedia Society, vol. 16, no. 8, Aug. 2013 

  9. Jae Young Lee, Kyoung joung Lee, Young Ho Kim, Sung Ho Lee, Si Woon Park, "Development of Gait Analysis Algorithm for Hemiplegic Patients based on Accelerometry," Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea, 41(4), pp. 55-62, Jul. 2004 

  10. Sun Woo Park, Ryang Hee Ryu, Young Ho Kim, "Comparison of Motion Sensor Systems for Gait Phase Detection," Journal of the Korean Society for Precision Engineering, Vol. 7, No. 2, pp. 145-152, Feb. 2010 

  11. Geun Sub Heo, Seung Han Yang, Sang Ryong Lee, Jong Gyu Lee, Choon-Young Lee, "A Study on Particular Abnormal Gait Using Accelerometer and Gyro Sensor," Journal of the Korean Society for Precision Engineering, Vol. 29, No. 11, pp. 1199-1206, Nov. 2012 

  12. J. Favre, B. M. Jolles, O. Siegrist and K. Aminian, "Quaternion-based fusion of gyroscopes and accelerometers to improve 3D angle measurement," Electronics Letters, vol. 42, no. 11, pp. 612-614, May. 2006 

  13. Jong Woo Choi, Sei Joo Kim, Sung Bum Ko, Joon Shik Yoon, "The Result of Gait Analysis of Hemiplegic Patients with the Newly Developed Three Dimensional Electrogoniometer Domotion," Korean Journal of Clinical Neurophysiology, 6(1), pp. 35-38, May. 2004 

  14. J. Perry and J. Burnfield, Gait Analysis: Normal and Pathological Function, 2nd ed., Slack Inc., 2010 

  15. Min Young Lee, Sooyong Lee, "Gait Estimation System for Leg Diagnosis and Rehabilitation using Gyroscopes", Journal of Institute of Control, Robotics and Systems, 16(9), pp. 866-871, Sep. 2010 

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