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KR101576666B1 - 일상생활 중 심폐지구력 지표 추정시스템 및 추정방법 - Google Patents

일상생활 중 심폐지구력 지표 추정시스템 및 추정방법 Download PDF

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KR101576666B1
KR101576666B1 KR1020140026780A KR20140026780A KR101576666B1 KR 101576666 B1 KR101576666 B1 KR 101576666B1 KR 1020140026780 A KR1020140026780 A KR 1020140026780A KR 20140026780 A KR20140026780 A KR 20140026780A KR 101576666 B1 KR101576666 B1 KR 101576666B1
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윤치열
김희찬
윤형진
현은제
안중우
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서울대학교 산학협력단
국립중앙의료원
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Abstract

본 발명은 일상생활 중에 연속적으로 측정되는 생체신호를 이용하여 심폐지구력 지표를 추정할 수 있는 새로운 방식의 심폐지구력 지표 추정시스템 및 추정방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 심폐지구력 지표 추정시스템은 피측정자의 인체에 구비되어 일상생활 중에 피측정자의 생체신호를 측정하고, 상기 측정된 생체신호로부터 단위시간마다 심박수와 운동량을 산출하는 생체신호 측정부; 및 상기 생체신호 측정부에서 단위시간마다 산출된 심박수와 운동량을 이용하여 심폐지구력 지표를 추정하는 심폐지구력 지표 추정부;를 포함한다.

Description

일상생활 중 심폐지구력 지표 추정시스템 및 추정방법{SYSTEM AND METHOD FOR CARDIOPULMONARY FITNESS ESTIMATION IN DAILY LIFE}
본 발명은 일상생활 중에 연속적으로 측정된 생체신호를 이용하여 심폐지구력 지표를 추정할 수 있는 새로운 방식의 심폐지구력 지표 추정시스템 및 추정방법에 관한 것이다.
일반적으로 알려진 상식과 다르게 질병과 관계된 사망률보다 운동 및 생활습관이 사망률에 더 큰영향을 끼치며, 현대에 이르러서는 질병 발생 후 치료 중심의 의학에서 질병 발생 전 예방하는 의학으로 패러다임이 변해가고 있다.
질병 예방과 건강 관리를 위해 운동 및 생활습관인 신체활동(physical activity)를 일상생활 중에 관리해 줄 수 있는 다양한 솔루션이 존재하는데, 대표적으로 운동량 측정장치가 있다.
운동량 측정장치는 가속도계를 이용하여 운동량을 추정하는 방식을 이용하며, 운동량의 적절한 추정을 위해서는 1~3개의 가속도 센서를 몸통이나 팔다리에 부착하여 최소 4일 정도 측정하여야 한다. 운동량 연산은 가속도신호를 이용해 운동량으로 환산하는 방법을 주로 이용하여 에너지를 얼마나 소모하였는지를 알 수 있다. 하지만 운동량 측정장치는 에너지 소모와 신체활동만 관리하기 때문에, 운동과 신체활동이 축적되어 개인이 얼마나 건강해졌는지, 실제적으로 신체건강(physical fitness)가 얼마나 개선되었는지를 확인하는 것은 불가능하다.
신체건강(Physical fitness) 중 하나인 심폐지구력 지표(CPF, Cardiopulmonary fitness)는 신체활동을 수행하기 위해 혈액과 호흡을 통해 산소를 공급하는 능력에 관한 지표로써, 다양한 건강지표와 연계하여 분석하였을 때 사망률과도 밀접한 관계가 있음이 밝혀져 있다.
일반적으로 심폐지구력 지표는 최대산소 섭취량(VO2max)가 이를 대표적으로 설명한다고 알려져 있으며, 운동을 통해 개선이 가능하다고 알려져 있다. 운동을 통해 최대산소 섭취량(VO2max)가 개선되면 사망률이 현저하게 줄어든다는 것이 밝혀져 있어서 심폐지구력 지표를 잘 관리해야 하지만, 일상생활에서 심폐지구력 지표를 확인할 수 있는 방법이나 장치는 널리 퍼져있지 않으며, 일반이나 의료진이 최대산소 섭취량(VO2max)를 건강 관리에 이용하는 경우는 매우 드문 실정이다.
최대산소 섭취량(VO2max)를 측정하는 방법은 매우 다양한데, 직접적인 방법으로는 호흡 가스 분석기를 장착하고 운동부하검사를 하면서 산소 소모량을 분석하는 방법이 있으며, 간단한 프로토콜의 최대하부하운동(submaximal exercise test)을 통해 측정하는 방법, 비운동(non-exercise) 기반으로 인구통계학적 요소(demographic factor)를 이용해서 연산하는 방법, 운동량과 심박을 이용하는 방법 등이 존재한다.
운동부하검사나 최대하부하운동을 이용하는 방법은 정확성은 비교적 높으나, 검사 중 상해, 사망의 위험성 있기 때문에 환자나 노약자가 검사를 수행하는 데는 문제가 있으며, 비운동 기반의 인구통계학적 요소를 이용하는 것은 신체활동이나 운동에 대한 신체 반응을 직접 측정한 것이 아니기 때문에 실제 지표와는 차이가 존재할 수 밖에 없는 문제가 있다.
본 발명은 일상생활 중에 연속적으로 측정된 생체신호를 이용하여 심폐지구력 지표를 추정할 수 있는 새로운 방식의 심폐지구력 지표 추정시스템 및 추정방법을 제공한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 심폐지구력 지표 추정시스템은 피측정자의 인체에 구비되어 일상생활 중에 피측정자의 생체신호를 측정하고, 상기 측정된 생체신호로부터 단위시간마다 심박수와 운동량을 산출하는 생체신호 측정부; 및 상기 생체신호 측정부에서 단위시간마다 산출된 심박수와 운동량을 이용하여 심폐지구력 지표를 추정하는 심폐지구력 지표 추정부;를 포함한다.
바람직하게, 상기 심폐지구력 지표 추정부는, 상기 단위시간마다 산출된 심박수와 운동량이 저장되는 저장부; 상기 저장부에 저장된 심박수와 운동량 데이터 중 상기 심박수가 증가하는 구간에서의 심박수와 운동량 데이터를 추출하는 추출부; 및 상기 추출부에서 추출된 심박수와 운동량 데이터를 이용하여 상기 심박수가 증가하는 구간에서의 최대산소 섭취량을 추정하는 추정부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 추정부는 상기 추출된 심박수와 운동량 사이의 단순회귀식을 검출하고, 상기 검출된 단순회귀식을 이용하여 최대활동에너지 소모량을 산출하고, 상기 산출된 최대활동에너지 소모량과 기 저장된 최대산소 섭취량 추정 회귀식을 이용하여 최대산소 섭취량을 추정할 수 있다.
바람직하게, 상기 심폐지구력 지표 추정부는, 상기 단위시간마다 산출된 심박수와 운동량이 저장되는 저장부; 상기 저장부에 저장된 심박수와 운동량 데이터 중 상기 심박수가 감소하는 구간에서의 심박수와 운동량 데이터를 추출하는 추출부; 및 상기 추출부에서 추출된 심박수와 운동량 데이터를 이용하여 상기 심박수가 감소하는 구간에서의 심박수와 운동량 사이의 단순회귀식을 검출하고, 상기 검출된 단순회귀식을 이용하여 항상성 유지 능력을 추정하는 추정부;를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 생체신호 측정부는, 피측정자의 인체에 구비되어 일상생활 중에 피측정자의 심전도 신호, 심탄도 신호 및 광용적맥파(PPG: Photo pletysmograhpy) 신호 중 적어도 어느 하나를 측정하고, 상기 측정된 신호로부터 단위시간마다 심박수를 산출하는 심박 측정부와, 피측정자의 인체에 구비되어 일상생활 중에 피측정자의 움직임 신호를 측정하고, 상기 측정된 움직임 신호로부터 단위시간마다 운동량을 산출하는 운동량 측정부;를 포함할 수 있다.
한편, 상기 심박 측정부와 상기 운동량 측정부는 하나의 센서모듈로 구성되어 피측정자의 인체 한 부위에 구비되거나, 각각 독립적인 센서로 구성되어 피측정자의 인체의 적어도 2부위 이상에 구비될 수 있다.
또한, 상기 생체신호 측정부는 상기 단위시간마다 산출된 심박수와 운동량을 상기 상기 심폐지구력 지표 추정부로 전송하는 전송부를 더 포함하고, 상기 심폐지구력 지표 추정부는 상기 전송부에서 전송된 심박수와 운동량을 이용하여 심폐지구력 지표를 추정하는 것을 특징으로 하는 심폐지구력 지표 추정시스템.
한편, 본 발명에 따른 심폐지구력 지표 추정방법은 일상생활 중에 동시에 연속적으로 측정되는 생체신호를 이용하여 심폐지구력 지표를 추정하는 심폐지구력 지표 추정방법에 있어서, 동시에 연속적으로 측정되는 생체신호로부터 단위시간마다 심박수와 운동량을 산출하여 저장하는 단계; 상기 저장된 심박수와 운동량 데이터 중 상기 심박수가 증가하는 구간에서의 심박수와 운동량 데이터를 추출하는 단계; 및 상기 추출된 심박수와 운동량 데이터를 이용하여 상기 심박수가 증가하는 구간에서의 최대산소 섭취량을 추정하는 단계;를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 최대산소 섭취량 추정 단계는, 상기 추출된 심박수와 운동량 데이터를 이용하여 상기 심박수가 증가하는 구간에서의 심박수와 운동량 사이의 단순회귀식을 검출하는 단계; 상기 검출된 단순회귀식을 이용하여 최대활동에너지 소모량을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 최대활동에너지 소모량과 기 저장된 최대산소 섭취량 추정 회귀식을 이용하여 최대산소 섭취량(VO2max)을 추정하는 단계;를 포함할 수 있다.
다른 측면에서의 본 발명에 따른 심폐지구력 지표 추정방법은 일상생활 중에 동시에 연속적으로 측정되는 생체신호를 이용하여 심폐지구력 지표를 추정하는 심폐지구력 지표 추정방법에 있어서, 동시에 연속적으로 측정되는 생체신호로부터 단위시간마다 심박수와 운동량을 산출하여 저장하는 단계; 상기 저장된 심박수와 운동량 데이터 중 상기 심박수가 감소하는 구간에서의 심박수와 운동량 데이터를 추출하는 단계; 상기 추출된 심박수와 운동량 데이터를 이용하여 상기 심박수가 감소하는 구간에서의 심박수와 운동량 사이의 단순회귀식을 검출하는 단계; 및 상기 검출된 단순회귀식을 이용하여 항상성 유지 능력을 추정하는 단계;를 포함할 수 있다.
한편, 상기 생체신호는 심전도 신호, 심탄도 신호 및 PPG 신호 중 어느 하나와 가속도센서에서 측정되는 움직임신호를 포함하고, 상기 심박수 산출은 상기 어느 하나의 신호를 이용하여 이루어지고, 상기 운동량 산출은 상기 가속도센서에서 측정되는 움직임 신호를 이용하여 이루어질 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 심폐지구력 지표 추정방법 및 시스템에 의하면, 다양한 형태의 생체신호 측정장치를 이용하여 일상생활 중에 연속적으로 측정된 생체신호로부터 단위시간당 심박수와 운동량을 산출하고, 산출된 단위시간당 심박수와 운동량을 이용하여 심폐지구력 지표를 추정할 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 심폐지구력 지표 추정방법 및 시스템은 일상생활중에 쉽고 간단하게 심폐지구력을 추정할 수 있기 때문에, 지속적인 심폐지구력 측정 및 관리를 통해 개인의 신체활동(physical activity) 뿐만 아니라 신체건강(physical fitness)를 관리할 수 있으며, 그에 따라 개인의 건강 관리에 큰 도움을 주는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 심폐지구력 지표 추정방법 및 시스템은 종래의 측정장치와 같이 의도적인 최대하부하운동을 통해 심폐지구력을 측정하지 않아도 되기 때문에 건강한 사람 뿐만 아니라 환자, 노인 등의 심폐지구력도 쉽고 안전하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 효과들은 이상에서 언급된 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위와 상세한 설명의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 심폐지구력 지표 추정 시스템을 개략적으로 나타내는 구성도이고,
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 생체신호 측정장치를 통해 일상생활 중 연속적으로 측정된 심전도 신호와 움직임 신호로부터 1분마다 산출되어 저장된 심박수(Heart Rate, HR(BPM), beat/min)와 운동량(활동에너지 소모량(Activity Energy Expenditure), aEE(J/min))을 나타내는 도표이고,
도 3은 심박수가 증가하는 구간(도 2에서 음영으로 표시된 부분)에서의 심박수와 운동량 데이터만을 추출하여 단순회귀식을 도출하는 것을 나타내는 도표이다.
이하, 본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시 예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 심폐지구력 지표 추정시스템을 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 심폐지구력 지표 추정시스템(10)은 피측정자의 인체에 구비되어 일상생활 중에 피측정자의 생체신호를 측정하고 측정된 생체신호로부터 단위시간마다 심박수와 운동량을 산출하는 생체신호 측정부(20)와, 생체신호 측정부(20)에서 단위시간마다 산출된 심박수와 운동량을 이용하여 심폐지구력 지표를 추정하는 심폐지구력 지표 추정부(30)를 포함한다.
생체신호 측정부(20)는 일상생활 중에 연속적으로 측정되는 생체신호로부터 각각 심박수를 산출하는 심박 측정부(21)와 운동량을 산출하는 운동량 측정부(22)를 포함할 수 있다. 생체신호 측정부(20)에서 측정하는 생체신호는 심박수를 산출하기 위한 신호와 운동량을 산출하기 위한 신호인데, 예를들어 심박수를 산출하기 위한 신호로는 심전도 신호, 심탄도 신호 및 PPG 신호 중 어느 하나일 수 있으며, 운동량을 산출하기 위한 신호로는 가속도센서에서 측정된 움직임신호일 수 있다.
심박 측정부(21)는 피측정자의 인체에 구비되어 일상생활 중에 피측정자의 심전도 신호, 심탄도 신호 및 광용적맥파(PPG: Photo pletysmograhpy) 신호 중 적어도 어느 하나를 측정하는 센서(23)와, 센서(23)에서 측정된 신호로부터 단위시간마다 심박수를 산출하는 심박수 산출부(24)를 포함할 수 있다.
예를들어, 심박수 산출은 심전도 신호를 이용하는 경우에는, 센서(23)에서 측정되는 심전도 신호를 분석하여 피크(R피크)간의 시간간격을 계산하여 분당 심박수(beat per minute)를 계산함으로써 산출되거나, 심전도 신호의 단위시간당 피크(R피크) 횟수를 검출함으로써 이루어질 수 있으며, 심탄도 신호를 이용하는 경우에는, 센서(23)에서 측정되는 심탄도 신호를 분석하여 심탄도 신호의 단위시간당 피크(J피크) 횟수를 검출함으로써 심박수를 산출할 수 있다.
운동량 측정부(22)는 피측정자의 인체에 구비되어 일상생활 중에 피측정자의 움직임 신호를 측정하고, 상기 측정된 움직임 신호로부터 단위시간마다 운동량을 산출할 수 있다. 예를 들어, 운동량 측정부(22)는 피측정자의 인체에 구비되어 일상생활 중에 피측정자의 움직임 신호를 연속적으로 측정하는 가속도센서(25)와, 가속도센서(25)로부터 연속적으로 측정되는 신호로부터 단위시간마다 운동량을 산출하는 운동량 산출부(26)를 포함하여 이루어질 수 있다. 운동량 산출은 가속도센서(25)에서 측정된 신호와 피측정자의 체중을 이용하여 산출될 수 있다.
다른 실시 예로, 운동량 측정부(22)는 가속도센서(25)를 이용하여 운동량을 산출하는 것 대신에 인체의 진동신호를 이용하여 운동량을 측정하는 것도 가능하며, 인체의 체온신호를 이용하여 열량소모를 측정함으로써 운동량을 측정하는 것도 가능하며, GPS를 이용하여 피측정자의 이동거리와 속도를 측정함으로써 운동량을 측정하는 것도 가능하며, 보행센서를 이용하여 피측정자의 보행수를 측정함으로써 운동량을 측정하는 것도 가능하다. 바람직하게, 운동량 측정부(22)는 가속도센서(25)를 운동량 측정을 위한 기본 센서로 이용하고, 가속도센서(25)에서 측정된 신호와 더불어 상술한 바와 같은 진동신호, 체혼신호, GPS, 보행센서 등과 같은 신호 중 적어도 어느 하나의 신호를 복합적으로 이용하여 운동량을 측정함으로써, 운동량 측정의 정확성을 향상시킬 수도 있다.
한편, 심박 측정부(21)와 운동량 측정부(22)는 하나의 센서모듈로 구성되어 피측정자의 인체 한 부위에 구비될 수도 있으며, 각각 독립적인 센서로 구성되어 피측정자의 인체의 적어도 2부위 이상에 구비될 수도 있으며, 본 발명은 그에 한정하지 않는다.
심폐지구력 지표 추정부(30)는 생체신호 측정장치(20)로부터 단위시간마다 산출된 심박수와 운동량을 이용하여 심폐지구력 지표를 추정하도록 구성되는데, 예를 들어 인체에 부하가 가해졌을 때 인체가 반응하는 정도를 나타내는 최대산소 섭취량(VO2max)을 추정하도록 구성될 수 있다.
이를 위해, 심폐지구력 지표 추정부(30)는 단위시간마다 산출된 심박수와 운동량이 저장되는 저장부(32), 저장부(32)에 저장된 심박수와 운동량 데이터 중 상기 심박수가 증가하는 구간에서의 심박수와 운동량 데이터를 추출하는 추출부(34), 추출부(34)에서 추출된 심박수와 운동량 데이터를 이용하여 상기 심박수가 증가하는 구간에서의 최대산소 섭취량(VO2max)을 추정하는 추정부(36)를 포함하여 이루어질 수 있다.
추정부(36)는 상기 추출된 심박수와 운동량 사이의 단순회귀식(linear regression)을 검출하고, 상기 검출된 회귀식을 이용하여 최대활동에너지 소모량을 산출하고, 상기 산출된 최대활동에너지 소모량과 기 저장된 최대산소 섭취량 추정 회귀식을 이용하여 최대산소 섭취량을 추정할 수 있다.
이와 같이, 심폐지구력 지표 추정부(30)가 최대산소 섭취량을 추정하기 위하여, 심박수가 증가하는 구간에서의 심박수와 운동량 데이터만을 추출하여 단순회귀식을 검출하는 이유는, 일반적인 최대산소 섭취량 측정방법이 인체가 운동하는 상황에서 인체가 반응(심박수 증가)하는 상황을 모니터링하여 분석하기 때문이며, 따라서 위와 같이 일상생활중에서도 여러가지 요인에 의해 심박이 증가하는 구간만을 추출하면 일반적인 최대산소 섭취량 측정법과 동일한 효과를 기대할 수 있기 때문이다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 생체신호 측정장치를 통해 일상생활 중 연속적으로 측정된 심전도 신호와 움직임 신호로부터 1분마다 산출되어 저장된 심박수(Heart Rate, HR(BPM), beat/min)와 운동량(활동에너지 소모량(Activity Energy Expenditure), aEE(J/min))을 나타내는 도표이고, 도 3은 심박수가 증가하는 구간(도 2에서 음영으로 표시된 부분)에서의 심박수와 운동량 데이터만을 추출하여 단순회귀식을 도출하는 것을 나타내는 도표이다.
도 2 및 도 3에서 보이는 바와 같이, 일상생활 중에 연속적으로 측정된 심전도 신호와 진동신호로부터 1분마다 산출된 심박수와 운동량 데이터 중에서 심박수가 증가하는 구간에서의 심박수와 운동량 데이터만을 추출하여 회귀식을 검출하면, 도 3에서 보이는 바와 같이 단순회귀식을 검출할 수 있다.
그리고, 이와 같이 도출된 단순회귀식에 피측정자의 나이에 따른 최대 심박수(일반적으로, 최대 심박수는 (220 - 나이) 식으로부터 산출할 수 있다)를 이용하면 피측정자의 최대활동에너지 소모량을 산출할 수 있으며, 이와 같이 산출된 최대활동에너지 소모량을 임상 시험을 통해 만들어진 기 설정된 최대산소 섭취량 추정 회귀식(VO2max 추정식)에 대입하면, 피측정자의 최대산소 섭취량(VO2max)을 추정할 수 있다.
한편, 심폐지구력 지표 추정부(30)는 최대산소 섭취량을 추정하는 것과 달리, 인체에 부하가 가해지다가 제거된 후 인체가 다시 원상태로 돌아오는 정도를 판단하는 항상성 유지 능력을 추정하도록 구성될 수도 있다. 이를 위해, 심폐지구력 지표 추정부(30)는 최대산소 섭취량을 추정하는 것과 반대로, 추출부(34)는 저장부(32)에 저장된 심박수와 운동량 데이터 중 상기 심박수가 감소하는 구간에서의 심박수와 운동량 데이터를 추출하고, 추정부(36)는 상기 추출된 심박수와 운동량 데이터를 이용하여 상기 심박수가 감소하는 구간에서의 심박수와 운동량 사이의 단순회귀식을 검출하고, 상기 검출된 단순회귀식을 이용하여 항상성 유지 능력을 추정하도록 구성될 수 있다.
이와 같이, 심폐지구력 지표 추정부(30)가 항상성 유지 능력을 추정하기 위하여, 저장부(32)에 저장된 심박수와 운동량 데이터 중 심박수가 감소하는 구간에서의 심박수와 운동량 사이의 단순회귀식을 검출하면, 인체에 부하가 가해지다가 제거된 후 인체가 다시 원상태로 돌아오는 정도인 항상성 유지 능력을 추정할 수 있다. 여기서, 항상성 유지 능력은 검출된 단순회귀식의 기울기 또는 다시 원상태로 돌아오는데 걸리는 시간 등으로 나타낼 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 심폐지구력 지표 추정시스템(10)은 심폐지구력 지표 추정부(30)에서 추정된 심폐지구력(예를들어 최대산소 섭취량)이 표시되는 표시부(40)와, 전원을 공급하는 전원부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 심폐지구력 지표 추정시스템(10)은 일상생활 중에 쉽고 간판하게 최대산소 섭취량 등의 심폐지구력 지표를 측정할 수 있다. 그러면, 지속적인 심폐지구력 측정 및 관리를 통해 개인의 신체활동(physical activity) 뿐만 아니라 신체건강(physical fitness)를 관리할 수 있어서 개인의 건강 관리에 큰 도움을 줄 수 있으며, 나아가 의도적인 최대하부하운동을 통해 심폐지구력을 측정하지 않아도 되기 때문에 건강한 사람 뿐만 아니라 환자, 노인 등의 심폐지구력도 쉽고 안전하게 측정할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 심폐지구력 지표 추정시스템(10)은 생체신호 측정장치(20)와 심폐지구력 지표 추정부(30)가 별도로 구비된 형태로 이루어질 수도 있다. 예를들어, 생체신호 측정장치(20)에 심폐지구력 지표 추정부(30)를 구비시키지 않고, 다른 기구장치 예를들어 휴대가능한 별도의 기구 또는 피측정자가 휴대하고 다니는 스마트폰에 심폐지구력 지표 추정부(30)를 구비시킬 수도 있다.
이 경우, 생체신호 측정부(20)는 단위시간마다 산출된 심박수와 운동량을 심폐지구력 지표 추정부(30)로 전송하는 전송부를 더 포함하고, 심폐지구력 지표 추정부(30)는 전송부에서 전송된 심박수와 운동량을 이용하여 심폐지구력 지표를 추정하도록 구성될 수 있다. 전송부는 유선, 무선 또는 유무선의 형태로도 구성될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 일상생활 주 심폐지구력 지표 측정방법의 실시 예에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 심폐지구력 지표 측정방법은 소정의 측정기간 동안 생체신호 측정장치(20)를 피측정자의 인체 소정부위에 부착한 상태로 일상생활을 한다.
그러면, 일상생활 중에 동시에 연속적으로 생체신호가 측정되어 저장된다. 여기서, 생체신호는 심박수 산출을 위한 신호와 운동량 산출을 위한 생체신호이고, 심박수 산출을 위한 신호는 심전도 신호, 심탄도 신호 및 PPG 신호 중 어느 하나일 수 있으며, 운동량 산출을 위한 신호는 가속도센서에서 측정된 움직임 신호일 수 있음은 전술한 바와 같으며, 본 발명은 그에 한정하지 않는다.
이후, 상기 저장된 심전도 신호로부터 1분마다(단위시간마다) 심박수를 산출하여 저장하고, 상기 저장된 인체움직임 신호로부터 1분마다 운동량을 산출하여 저장한다. 여기서 심박수는 심전도 신호를 분석하여 R피크간의 시간간격을 계산하여 분당 심박수를 계산함으로써 산출될 수 있으며, 운동량은 인체움직임 신호와 피측정자의 체중을 이용하여 산출될 수 있음은 전술한 바와 같다.
이후, 측정시간 동안 산출되어 저장된 심박수와 운동량 데이터 중 상기 심박수가 연속적으로 증가하는 구간(최소 2분간 증가)에서의 심박수와 운동량 데이터만 추출한다.
이후, 추출된 심박수와 운동량 데이터를 이용하여 심박수가 증가하는 구간에서의 심박수와 운동량 사이의 단순회귀식을 검출한다.
이후, 상기 도출된 단순회귀식을 이용하여 개인별 나이에 따른 최대 심박수(일반적으로 (220-나이) 식으로부터 구할 수 있다)를 이용하여 추정되는 피측정자의 최대활동에너지 소모량을 산출한다.
이후, 상기 산출된 최대활동에너지 소모량과 인체 치수를 이용하여 선행 연구로부터 확립된 관계식(최대산소 섭취량 추정 회귀식)을 이용하여 피측정자의 최대 산소 섭취량을 추정할 수 있다.
최대산소 섭취량 추정 회귀식의 일예는 다음과 같다.
VO2max =0.103*aEEmax-31.952*height+92.532
여기서, VO2max는 최대산소 섭취량, aEEmax는 최대활동에너지 소모량, height는 피측정자의 키를 나타내며, 상기 식에서의 계수와 인체 치수 파라미터는 변경될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 심폐지구력 지표 측정방법은 측정기간 동안 저장된 심박수와 운동량 데이터 중 상기 심박수가 감소하는 구간에서의 심박수와 운동량 데이터만을 추출하고, 상기 추출된 심박수와 운동량 사이의 단순회귀식을 검출함으로써, 인체에 부하가 가해지다가 제거된 후 인체가 다시 원상태로 돌아오는 정도를 판단하는 항상성 유지 능력을 측정할 수도 있다. 여기서, 항상성 유지 능력은 단순회귀식의 기울기 또는 다시 원상태로 돌아오는데 걸리는 시간 등으로 나타낼 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 일상생활 중에 연속적으로 측정되는 생체신호를 이용하여 심폐지구력 지표를 추정할 수 있는 새로운 방식의 심폐지구력 지표 추정시스템 및 추정방법에 관한 것으로서, 그 실시 형태는 다양한 형태로 변경가능하다 할 것이다. 따라서 본 발명은 본 명세서에서 개시된 실시 예에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 변경 가능한 모든 형태도 본 발명의 권리범위에 속한다 할 것이다.
10 : 심폐지구력 지표 추정시스템 20 : 생체신호 측정장치
30 : 심폐지구력 지표 추정부 40 : 표시부

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 피측정자의 인체에 구비되어 일상생활 중에 피측정자의 생체신호를 측정하고, 상기 측정된 생체신호로부터 단위시간마다 심박수와 운동량을 산출하는 생체신호 측정부; 및
    상기 생체신호 측정부에서 단위시간마다 산출된 심박수와 운동량을 이용하여 심폐지구력 지표를 추정하는 심폐지구력 지표 추정부;를 포함하고,
    상기 심폐지구력 지표 추정부는,
    상기 단위시간마다 산출된 심박수와 운동량이 저장되는 저장부;
    상기 저장부에 저장된 심박수와 운동량 데이터 중 상기 심박수가 증가하는 구간에서의 심박수와 운동량 데이터를 추출하는 추출부; 및
    상기 추출된 심박수와 운동량 데이터로부터 상기 심박수가 증가하는 구간에서의 심박수와 운동량 사이의 단순회귀식을 검출하고, 상기 검출된 단순회귀식을 이용하여 최대활동에너지 소모량을 산출하고, 상기 산출된 최대활동에너지 소모량과 기 설정된 최대산소 섭취량 추정 회귀식을 이용하여 최대산소 섭취량을 추정하는 추정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 심폐지구력 지표 추정시스템.
  4. 피측정자의 인체에 구비되어 일상생활 중에 피측정자의 생체신호를 측정하고, 상기 측정된 생체신호로부터 단위시간마다 심박수와 운동량을 산출하는 생체신호 측정부; 및
    상기 생체신호 측정부에서 단위시간마다 산출된 심박수와 운동량을 이용하여 심폐지구력 지표를 추정하는 심폐지구력 지표 추정부;를 포함하고,
    상기 심폐지구력 지표 추정부는,
    상기 단위시간마다 산출된 심박수와 운동량이 저장되는 저장부;
    상기 저장부에 저장된 심박수와 운동량 데이터 중 상기 심박수가 감소하는 구간에서의 심박수와 운동량 데이터를 추출하는 추출부; 및
    상기 추출부에서 추출된 심박수와 운동량 데이터를 이용하여 상기 심박수가 감소하는 구간에서의 심박수와 운동량 사이의 단순회귀식을 검출하고, 상기 검출된 단순회귀식을 이용하여 항상성 유지 능력을 추정하는 추정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 심폐지구력 지표 추정시스템.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 생체신호 측정부는,
    피측정자의 인체에 구비되어 일상생활 중에 피측정자의 심전도 신호, 심탄도 신호 및 광용적맥파(PPG: Photo pletysmograhpy) 신호 중 적어도 어느 하나를 측정하고, 상기 측정된 신호로부터 단위시간마다 심박수를 산출하는 심박 측정부와,
    피측정자의 인체에 구비되어 일상생활 중에 피측정자의 움직임 신호를 측정하고, 상기 측정된 움직임 신호로부터 단위시간마다 운동량을 산출하는 운동량 측정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 심폐지구력 지표 추정시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 심박 측정부와 상기 운동량 측정부는 하나의 센서모듈로 구성되어 피측정자의 인체 한 부위에 구비되거나, 각각 독립적인 센서로 구성되어 피측정자의 인체의 적어도 2부위 이상에 구비되는 것을 특징으로 하는 심폐지구력 지표 추정시스템.
  7. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 생체신호 측정부는 상기 단위시간마다 산출된 심박수와 운동량을 상기 상기 심폐지구력 지표 추정부로 전송하는 전송부를 더 포함하고,
    상기 심폐지구력 지표 추정부는 상기 전송부에서 전송된 심박수와 운동량을 이용하여 심폐지구력 지표를 추정하는 것을 특징으로 하는 심폐지구력 지표 추정시스템.
  8. 삭제
  9. 일상생활 중에 동시에 연속적으로 측정되는 생체신호를 이용하여 심폐지구력 지표를 추정하는 심폐지구력 지표 추정방법에 있어서,
    동시에 연속적으로 측정되는 생체신호로부터 단위시간마다 심박수와 운동량을 산출하여 저장하는 단계;
    상기 저장된 심박수와 운동량 데이터 중 상기 심박수가 증가하는 구간에서의 심박수와 운동량 데이터를 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 상기 심박수가 증가하는 구간에서의 심박수와 운동량 데이터를 이용하여 최대산소 섭취량을 추정하는 단계;를 포함하고,
    상기 최대산소 섭취량 추정 단계는,
    상기 추출된 심박수와 운동량 데이터로부터 상기 심박수가 증가하는 구간에서의 심박수와 운동량 사이의 단순회귀식을 검출하는 단계;
    상기 검출된 단순회귀식을 이용하여 최대활동에너지 소모량을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 최대활동에너지 소모량과 기 저장된 최대산소 섭취량 추정 회귀식을 이용하여 최대산소 섭취량(VO2max)을 추정하는 단계;를 포함하는 심폐지구력 지표 추정방법.
  10. 일상생활 중에 동시에 연속적으로 측정되는 생체신호를 이용하여 심폐지구력 지표를 추정하는 심폐지구력 지표 추정방법에 있어서,
    동시에 연속적으로 측정되는 생체신호로부터 단위시간마다 심박수와 운동량을 산출하여 저장하는 단계;
    상기 저장된 심박수와 운동량 데이터 중 상기 심박수가 감소하는 구간에서의 심박수와 운동량 데이터를 추출하는 단계;
    상기 추출된 심박수와 운동량 데이터를 이용하여 상기 심박수가 감소하는 구간에서의 심박수와 운동량 사이의 단순회귀식을 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 단순회귀식을 이용하여 항상성 유지 능력을 추정하는 단계;를 포함하는 심폐지구력 지표 추정방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 생체신호는 심전도 신호, 심탄도 신호 및 PPG 신호 중 어느 하나와 가속도센서에서 측정되는 움직임신호를 포함하고,
    상기 심박수 산출은 상기 어느 하나의 신호를 이용하여 이루어지고, 상기 운동량 산출은 상기 가속도센서에서 측정되는 움직임 신호를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 심폐지구력 지표 추정방법.
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