고령자 통증 평가를 위한 관성센서 기반 보행지표 연산 알고리즘 개발

Abstract

통증 지표는 고령자의 기능 평가 및 모니터링에 필요한 요소로, 원격의료가 보편화되고 있는 현재에는 환자의 상태를 분석하는데 있어서 Oswestry disability index(ODI)와 같은 설문지의 중요성이 높아지고 있다. 그러나 설문지 기반 평가는 주관적인 응답과 시간에 따른 차이 및 다양한 증상을 모두 포괄하지 못하는 문항 등의 한계로 인해 객관적인 평가 지표 제공과 지속적인 모니터링이 불가능하다는 문제점이 있다. 이에 본 연구에서는 사용자의 ODI 척도를 지속적으로 평가하고 모니터링하기 위한 관성센서(IMU) 기반 보행지표 연산 알고리즘을 개발하였다. 실험에는 독립적인 보행이 가능한 고령자 23명(남성 10명, 여성 13명, 평균 연령 74.0±7.0세)이 참여하였으며, ODI 설문을 기반으로 모든 피험자들의 통증 수준을 평가하였다. 대부분의 피험자들이 경미한 통증 또는 그 이하의 상태로 평가(ODI score: 4.2±3.9)되었으며, 선행연구에 따라 피험자를 no disability 그룹(ODI≤4)과 mild disability 그룹(ODI≥5)으로 구분하였다. 실험은 10미터 거리를 자연스러운 보행속도로 10회 왕복하는 세션으로 구성하였으며, 이때 피험자의 양측 정강이 측면에 IMU 센서(eCEN care)를 부착하여 운동신호(3축 가속도와 3축 각속도 및 3축 각도)를 수집하였다. 운동신호는 50Hz로 측정되었으며, Python 3.10 소프트웨어를 이용하여 데이터를 분석하였다. 보행지표 분석을 위해 IMU 기반 time-domain feature와 frequency-domain feature, 보행주기, 변동성 및 대칭성을 연산하였으며, 보행지표와 ODI 사이의 상관관계를 평가하여 유효성을 분석하였다. 이를 통해 개별 ODI 문항과 통합 ODI 평가에 적합한 보행지표를 확인할 수 있었으며, 향후 착용형 센서를 기반으로 고령자의 통증 지표를 예측하는 알고리즘을 개발함으로써 경미한 통증 변화까지 모니터링할 수 있는 시스템을 개발하고자 한다.