KR100822483B1 - 근육 강화와 근육 재활치료를 위한 근전도신호바이오피드백 게임을 이용한 근육 자가운동 시스템 및 그에사용되는 근전도신호 바이오피드백 게임방법 - Google Patents

근육 강화와 근육 재활치료를 위한 근전도신호바이오피드백 게임을 이용한 근육 자가운동 시스템 및 그에사용되는 근전도신호 바이오피드백 게임방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 근육 강화와 근육 재활치료를 위한 근전도신호 바이오피드백 게임을 이용한 근육 자가운동 시스템 및 그에 사용되는 근전도신호 바이오피드백 게임방법을 제공한다. 이와 같은 근육 자가운동 시스템과 근전도신호 바이오피드백 게임방법은 사용자의 신체 일정부위에서 측정되는 근전도의 신호세기와 연동되어 경주나 기록경기가 수행되는 바이오피드백 게임이 되도록 하는 것이다. 이에 따라, 사용자에게 지속적인 흥미와 동기유발을 제공하여 사용자의 적극적인 근육 운동을 유도하고, 근육운동의 효과를 증대시킬 뿐만 아니라, 사용자가 자신의 근력상태를 게임상의 속도나 기록을 통해 용이하게 인지하게 되어 자발적으로 운동이나 치료를 수행하게 된다. 본 발명에 따른 근육 강화와 근육 재활치료를 위한 근전도신호 바이오피드백 게임을 이용한 근육 자가운동 시스템은 근전도 신호처리모듈과, 바이오피드백 게임모듈 및, 생체정보 및 운동정보 저장모듈을 포함하여 이루어진다. 근전도 신호처리모듈은 사용자의 신체부위에 센서가 부착되어 근전도가 실시간으로 측정되는 근전도 측정부와, 센서로부터 근전도 신호가 실시간으로 입력되는 근전도 수신부와, 근전도 수신부로 입력된 근전도 신호가 잡음이 제거되고 증폭된 다음 근전도의 활동 전위 세기에 대응되는 디지털신호로 실시간으로 변환되는 신호변환부로 이루어진다. 바이오피드백 게임모듈은 근육운동이 수행되는 부위에 따른 게임 종목과, 운동량 및 운동시간이 선택되는 설정부와, 근전도 신호처리모듈의 신호변환부에서 근전도 디지털신호값이 입력되는 입력부와, 설정부에서 선택되어 실행되 는 게임 종목이 동화상으로 표시되고, 진행되고 있는 게임의 운동정보와 사용자의 생체정보가 실시간으로 표시되는 화면부와, 하나 이상의 게임이 저장되어 설정부에서 게임종목과 운동량 및 운동시간이 선택되면 이에 따라 프로그래밍된 게임을 실행시켜 상기 화면부에 디스플레이하고, 입력부로 입력된 근전도 디지털신호를 현재 실행되는 게임에 맞는 입력값으로 재변환하여 게임 상으로 실시간으로 구현하는 제어부로 이루어진다. 그리고, 생체정보 및 운동정보 저장모듈은 근전도 신호처리모듈과 상기 바이오피드백 게임모듈로부터 각각 신체부위의 근전도 정보와 운동정보를 저장하는 데이터베이스로 이루어진다.
근전도, 바이오피드백, 게임, 재활치료, 센서

Description

근육 강화와 근육 재활치료를 위한 근전도신호 바이오피드백 게임을 이용한 근육 자가운동 시스템 및 그에 사용되는 근전도신호 바이오피드백 게임방법{A self-training system using bio-feedback game for muscle and electromyogram bio-feedback game method thereof}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 근육 자가운동 시스템의 블록도:
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 근전도신호 바이오피드백 게임방법의 블록도;
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 근전도신호 바이오피드백 게임방법에서 게임구동단계의 흐름도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
20 : 근전도 신호처리모듈 22 : 근전도 측정부
24 : 근전도 수신부 26 : 신호변환부
40 : 바이오피드백 게임모듈 42 : 설정부
44 : 입력부 46 : 제어부
48 : 화면부 60 : 생체정보 및 운동정보 저장모듈
62 : 데이터베이스 100 : 근육 자가운동 시스템
본 발명은 근육 강화와 근육 재활치료를 위한 근전도신호 바이오피드백 게임을 이용한 근육 자가운동 시스템 및 그에 사용되는 근전도신호 바이오피드백 게임방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 신체의 근전도 신호세기와 연동되어 경주나 기록경기가 수행되는 바이오피드백 게임이 제공됨으로써 사용자에게 지속적인 흥미와 동기유발을 제공하여 사용자의 적극적인 근육 운동을 유도하고, 근육운동의 효과를 증대시킬 뿐만 아니라, 사용자가 자신의 근력상태를 게임상의 속도나 기록을 통해 용이하게 인지하게 되어 자발적으로 운동이나 치료를 수행하게 되는 근육 강화와 근육 재활치료를 위한 근전도신호 바이오피드백 게임을 이용한 근육 자가운동 시스템 및 그에 사용되는 근전도신호 바이오피드백 게임방법에 관한 것이다.
바이오피드백(Bio-Feedback)은 뇌파, 심전도, 근전도, 체온, 피부의 땀샘 활성도나 발한량, 호흡수 등과 같은 인체의 생체신호를 센서를 이용하여 측정하고, 상기 센서에 의해 측정된 인체의 생리활동 상태에 대한 변화정보를 컴퓨터와 같은 가시적인 장치를 통해 실시간으로 제공해 줌으로써, 일반적으로 자율신경계에 속함으로써 자각하기 어려운 생리활동에 대한 정보를 스스로 확인하며 의식적으로 자신의 생리활동을 조절하는 것을 말한다.
이와 같은 바이오피드백은 요실금, 변비, 천식, 두통, 부정맥, 고혈압, 주의력 결핍, 과잉행동 장애, 공황 장애와 같은 각종 육체적 또는 정신적 질환의 임상치료에 활용되고 있다. 또한, 보다 효과적으로 바이오피드백을 임상치료나 신체기능을 증진시키는데 활용하기 위하여 이러한 바이오피드백의 원리를 기초로 하여 자신의 생리적인 상태를 스스로 확인하면서 진행하는 컴퓨터 게임인 바이오피드백 게임인 현재 한창 개발중이다.
상기와 같은 바이오피드백과 관련하여 다양한 형태의 기술들이 출원되어 있는데, 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0456038호 "바이오피드백 시스템", 제10-0601932호 "바이오피드백을 이용한 훈련제어방법 및 장치", 대한민국 공개특허공보 공개번호 특2002-0094227호 "바이오피드백 시스템 및 이를 이용한 근육 재활 치료 방법" 등이 있다.
여기서, 상기 "바이오피드백 시스템"은 사고나 기타 장애로 인한 환자의 근육재활 치료를 위한 바이오피드백 시스템에 있어서, 환자의 기능 장애 부위에 대한 각종 생리 신호를 측정하기 위한 생리신호측정부와; 상기 측정된 생리 신호들을 비교 분석하여 연산 처리 및 제어하는 마이크로프로세서부와; 상기 비교 분석된 생리 신호의 바이오피드백 변수를 환자에게 되돌려 주기 위한 바이오피드백부와; 상기 바이오피드백 변수에 의해 전기자극, 온냉자극, 압박자극의 조건을 제어하는 자극 기제어부와; 상기 비교 분석된 생리신호 데이터 및 바이오피드백에 관련된 각종 정보데이터를 저장하는 데이터저장부와; 상기 측정된 생리 신호의 분석 정보 데이터를 표시하여 주는 표시부와; 상기 측정된 생리 신호 분석에 의한 이상 검출 결과에 대하여 경보를 발생하는 경보발생부; 및 사용 전원 및 비상 전원을 안정적으로 공급하여 주는 전원부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 그리고, 상기 "바이오피드백 시스템 및 이를 이용한 근육 재활 치료 방법"은 환자의 재활치료 부위에 대한 생리신호를 검출하는 단계와; 상기 검출된 생리신호 데이터를 심층 분석하는 단계와; 상기 분석된 데이터 자료를 바탕으로 바이오피드백 변수를 추출하는 단계와; 상기 추출된 바이오피드백 변수를 시각적 바이오피드백과 청각적 바이오피드백에 적용하는 단계와; 상기 적용된 바이오피드백을 이용하여 전기자극, 온냉자극, 압박자극에 대한 평가를 실시하는 단계와; 상기 평가 결과를 바탕으로 재활 치료에 따른 자극 조건을 결정하여 정량화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 개시되고 있는 바이오피드백 시스템은 사용자가 자신의 생체신호를 이용하여 신체를 재활치료하는 장치와 방법의 한 형태를 제시하고 있으나, 사용자가 자발적으로 신체의 특정부위를 운동하게 되는 것이 아니라, 측정된 사용자의 생체신호에 의거하여 강도 및 자극 부위, 자극 시간이 정량적으로 결정된 전기자극, 온냉자극, 압박자극이 신체의 특정부위에 수동적으로 가해지는 형태여서 사용자가 흥미를 가지고 지속적으로 재활치료를 하도록 하는데 어려움이 많았으며, 재활치료의 효과도 그리 높지 않았다. 그리고, 사용자 자신의 생체신호가 단순히 화면에 디 스플레이되거나, 사용자의 생체활동 상태에 따라 단순히 경고메세지나 경고음을 제공하는 형태여서 사용자가 쉽게 단순반복되는 바이오피드백 시스템에 싫증을 내게 되는 문제점이 있었다.
한편, 상기 "바이오피드백을 이용한 훈련제어방법 및 장치"는 (a)사용자의 생체신호를 획득하여 상기 사용자의 순시 심박수를 구하고, 상기 사용자의 순시 심박수를 이용하여 목표운동범위 및 목표안정범위를 설정하는 단계; (b)상기 사용자에 의해 운동훈련모드와 안정훈련모드 중 어느 하나가 선택되는 단계; (c) 운동훈련모드가 선택된 경우, 상기 사용자의 순시 심박수를 상기 목표운동범위와 비교하고, 비교결과에 따라서 상기 사용자의 순시 심박수에 기초하여 가변되는 비트의 리듬을 갖는 복수의 음악파일로 이루어지는 바이오피드백정보를 사용자에게 제공하는 단계; 및 (d) 안정훈련모드가 선택된 경우, 상기 생체신호로부터 얻어지는 순시 심박수를 상기 목표안정범위와 비교하고, 비교결과에 따라서 상기 사용자의 순시 심박수에 기초하여 가변되는 비트의 리듬을 갖는 복수의 음악파일로 이루어지는 바이오피드백정보를 사용자에게 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 상기 바이오피드백을 이용한 훈련제어방법 및 장치는 측정된 사용자의 생체신호에 기반한 바이오피드백 신호를 가변되는 비트의 리듬으로 사용자에게 제공함으로써 사용자가 보다 자발적으로 훈련을 수행하도록 하는 면에서 사용자가 수동적으로 치료를 받게 되는 종래 바이오피드백 시스템에서 개선된 점이 있으나, 단순하게 리듬을 가변시킨 음악파일형태의 청각신호만을 제공함으로써 여전히 사용자가 흥미를 가지고 지속적으로 재활치료를 하도록 하는데 어려움이 많았으며, 재활치료의 효과도 그리 높지 않았다. 또한, 사용자가 쉽게 단순반복되는 비트의 음악에 싫증을 내게 되었다.
이와 같이 종래의 바이오피드백을 이용한 시스템이나 재활치료/훈련방법은 사용자의 적극적인 운동을 유도하고, 운동효과를 증진시키는데 한계가 있음에 따라, 이를 개선하는 기술의 개발이 요구되고 있는 실정이라 하겠다.
이와 같은 기술 개발의 일환으로, 게임형태로 이루어져 사용자의 흥미를 유발시킬 수 있는 바이오피드백 게임을 재활치료나 신체훈련에 적용시키는 기술들이 현재 개발되고 있는데, 주로 신체의 생체신호 중 뇌파나 심전도를 이용한 바이오피드백 게임이 대부분이어서, 신체의 생체신호 중 근전도를 이용한 바이오피드백 게임의 개발이 필요한 실정이다.
따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하여, 신체의 근전도 신호세기와 연동되어 경주나 기록경기가 수행되는 바이오피드백 게임이 제공됨으로써 사용자에게 지속적인 흥미와 동기유발을 제공하여 사용자의 적극적인 근육 운동을 유도하고, 근육운동의 효과를 증대시킬 뿐만 아니라, 사용자가 자신의 근력상태를 게임상의 속도나 기록을 통해 용이하게 인지하게 되어 자발적으로 운동이나 치료를 수행할 수 있는 새로운 형태의 근육 강화와 근육 재활치료를 위한 근전도신호 바이오피드백 게임을 이용한 근육 자가운동 시스템 및 그에 사용되는 근전도신호 바이오피드백 게임방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 사용자의 신체부위에 센서가 부착되어 근전도가 실시간으로 측정되는 근전도 측정부와, 상기 센서로부터 근전도 신호가 실시간으로 입력되는 근전도 수신부와, 상기 근전도 수신부로 입력된 근전도 신호가 잡음이 제거되고 증폭된 다음 근전도의 활동 전위 세기에 대응되는 디지털신호로 실시간으로 변환되는 신호변환부로 이루어진 근전도 신호처리모듈 및; 근육운동이 수행되는 부위에 따른 게임 종목과, 운동량 및 운동시간이 선택되는 설정부와, 상기 근전도 신호처리모듈의 신호변환부에서 근전도 디지털신호값이 입력되는 입력부와, 상기 설정부에서 선택되어 실행되는 게임 종목이 동화상으로 표시되고, 진행되고 있는 게임의 운동정보와 사용자의 생체정보가 실시간으로 표시되는 화면부와, 하나 이상의 게임이 저장되어 상기 설정부에서 게임종목과 운동량 및 운동시간이 선택되면 이에 따라 프로그래밍된 게임을 실행시켜 상기 화면부에 디스플레이하고, 상기 입력부로 입력된 근전도 디지털신호를 현재 실행되는 게임에 맞는 입력값으로 재변환하여 게임 상으로 실시간으로 구현하는 제어부로 이루어진 바이오피드백 게임모듈과; 상기 근전도 신호처리모듈과 상기 바이오피드백 게임모듈로부터 각각 신체부위의 근전도 정보와 운동정보를 저장하는 데이터베이스로 이루어지는 생체정보 및 운동정보 저장모듈;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 근육 강화와 근육 재활치료를 위한 근전도신호 바이오피드백 게임을 이용한 근육 자가운동 시스템에서 상기 바이오피드백 게임모듈은 상기 제어부에 자동차경주, 비행기경주, 수영과 같은 경주종목과, 달리기, 투포환, 창던지기, 멀리뛰기, 높이뛰기와 같은 육상경기가 저장되어 상기 메뉴바에서 상기 경주종목과 육상경기종목 중 어느 하나의 게임이 선택되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명은 사용자의 신체부위에 부착된 센서에 의해 측정된 근전도 신호를 이용한 근전도 바이오피드백 게임방법에 있어서, 사용자가 게임 종목과, 운동량 및 운동시간을 선택하고, 사용자의 신체정보 및 운동이력정보에 의거하여 선택된 게임 종목의 난이도를 설정하는 설정단계; 상기에서 설정된 게임 종목과, 운동량 및 운동시간에 맞추어 프로그래밍된 게임을 초기화하여 화면부에 디스플레이하는 게임초기화단계; 사용자의 근전도 신호의 활동전위값을 상기에서 설정된 게임종목의 사용자 캐릭터 구동용 입력값으로 실시간으로 변환하여 상기 게임종목의 사용자 캐릭터를 구동하는 게임구동단계; 상기 게임구동단계에서 실시간으로 입력되는 사용자의 근전도 활동전위값이 해당되는 신체정보와, 상기 게임구동단계에서 수행된 게임 종목, 운동량 및 운동시간이 해당되는 운동이력정보가 저장되는 정보저장단계;를 포함하여 이루어지 되, 상기 게임구동단계는 선택된 게임 종목의 난이도에 의거하여 게임상의 사용자 캐릭터에 최소 구동값과 최대 구동값을 부여하고, 근전도 신호의 활동전위값이 변환된 입력값이 상기 최소 구동값보다 낮거나 최대 구동값보다 높으면 사용자 캐릭터의 구동에 제한이 가해지도록 하여 사용자가 선택된 게임 종목의 난이도에 따라 정해진 강도 범위내에서 근육운동을 하게 되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 근전도신호 바이오피드백 게임방법에서 상기 설정단계에서 사용자는 근육운동이 수행되는 신체부위에 적합한 게임종목을 자동차경주, 비행기경주, 수영과 같은 경주종목과, 달리기, 투포환, 창던지기, 멀리뛰기, 높이뛰기와 같은 육상경기종목 중의 어느 하나에서 선택하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 근전도신호 바이오피드백 게임방법에서 상기 게임구동단계에서 선택된 게임 종목의 난이도에 의거하여 게임상의 사용자 캐릭터에 최초 구동을 위한 시동값이 부여되어 사용자의 근전도 신호의 활동전위값이 변환된 입력값이 상기 사용자 캐릭터의 시동값보다 높을 시 사용자 캐릭터가 시동되고, 사용자의 근전도 신호의 활동전위값이 변환된 입력값이 사용자 캐릭터에 부여된 최소 구동값보다 낮거나 최대 구동값보다 높으면 사용자 캐릭터의 구동 중지, 사용자 캐릭터의 비정상적 구동, 별도의 경고용 캐릭터의 구동, 문자나 소리형태의 경고메시지의 전달 중 어느 하나가 실행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 근육 강화와 근육 재활치료를 위한 근전도신호 바이오피드백 게임을 이용한 근육 자가운동 시스템 및 그에 사용되는 근전도신호 바이오피드백 게임방법은 신체의 근전도 신호세기와 연동되어 경주나 기록경기가 수행되는 바이오피드백 게임을 제공하는 것이다. 이와 같은 근육 자가운동 시스템은 사용자의 특정 신체부위의 근전도신호와 연동되는 바이오피드백 게임이 사용자의 근육 강화와 재활치료에 적합하게 설정되어 구동되는 것을 기술적 특징으로 한다. 이에 따라, 사용자에게 지속적인 흥미와 동기유발이 제공되어 사용자는 적극적으로 근육 운동을 수행하게 된다. 또한, 사용자가 자신의 근력상태를 게임상의 속도나 기록을 통해 용이하게 인지하게 됨으로써 자발적으로 운동이나 치료를 수행하게 되고, 이에 따라, 근육운동의 효과가 증대된다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도 1과 도 3에 의거하여 상세히 설명하며, 도 1 내지 도 3에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다. 한편, 각 도면 및 상세한 설명에서 일반적인 근육 자가운동 시스템 및 그에 사용되는 바이오피드백 게임방법으로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 근육 자가운동 시스템의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 근전도신호 바이오피드백 게임방법의 블록도이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 근전도신호 바이오피드백 게임방법에서 게임구동단계의 흐름도이다.
본 발명에 따른 근육 자가운동 시스템(100)과 그에 사용되는 근전도신호 바이오피드백 게임방법의 기술적 특징은 근전도 신호처리모듈(20)에서 입력되는 근전도 신호세기와 연동되는 근전도 바이오피드백 게임이 바이오피드백 게임모듈(40)에 의해 근육 강화와 재활치료에 적합하게 설정되어 경주나 기록경기로 구현되는 구성에 있다.
본 발명에 따른 근육 강화와 근육 재활치료를 위한 근전도신호 바이오피드백 게임을 이용한 근육 자가운동 시스템(100)은 도 1과 같이 근전도 신호처리모듈(20)과 바이오피드백 게임모듈(40) 및 생체정보 및 운동정보 저장모듈(60)를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 근전도 신호처리모듈(20)은 근전도 측정부(22)와 근전도 수신부(24) 및 신호변환부(26)로 이루어진다.
근전도 측정부(22)는 통상적으로 사용되는 패치(PATCH)형태의 근전도 센서가 구비되어 근육 강화나 근육 재활치료가 수행되는 신체의 특정부위에 부착됨으로써 근전도 신호를 실시간으로 측정하게 된다. 그리고, 근전도 측정부(22)는 근전도 수신부(24)와 유선으로 연결되어 근전도 센서에 의해 측정된 신체 특정부위의 근전도신호를 전달하게 되는데, 이와 달리 별도의 무선송신장치를 구비하여 근전도신호를 근전도 수신부(24)로 무선송신할 수도 있다.
근전도 수신부(24)는 신체 특정부위의 근전도 신호가 실시간으로 입력되는 부분으로, 근전도 수신부(24)에 의해 수신된 근전도 신호는 다시 신호변환부(26)로 실시간으로 입력된다.
신호변환부(26)는 입력된 근전도 신호로부터 잡음을 제거하고, 신호를 증폭시켜 신체 특정부위의 근전도 신호가 오류없이 정확하게 장치에서 인식되어 정확하게 바이오피드백되게 된다. 이는 신체의 민감한 생체신호가 정확하게 바이오피드백되도록 함으로써 바이오피드백에 의한 신체운동이 제대로 이루어지고, 보다 효과적으로 수행되도록 하기 위함이다.
이와 같이 잡음이 제거되고 신호가 증폭된 근전도 신호는 바이오피드백 게임모듈(40)에서 처리될 수 있도록 A/D변환기에 의해 디지털신호를 변환되는데, 이와 같은 디지털 신호는 근전도의 활동 전위 세기에 대응되어 변환된다.
상기와 같이 근전도 신호처리모듈(20)을 거쳐 디지털 신호로 변환된 근전도 신호는 바이오피드백 게임모듈(40)로 실시간으로 전달되어 바이오피드백 게임의 입력값으로 사용된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바이오피드백 게임모듈(40)은 설정부(42), 입력부(44), 화면부(48) 및 제어부(46)로 이루어진다.
설정부(42)는 게임 종목 및 운동량과 운동시간이 선택되는 부분으로, 근전도 신호처리모듈(20)에서 전달되는 근전도 신호의 신체 부위별 특성과 사용자에 의해 직접 설정될 수 있다. 여기서 사용자에 의해 직접 설정되는 경우에는 바이오피드백 게임모듈(40)에 별도의 입력장치가 구비되어 상기 입력장치로부터 게임 종목 및 운동량과 운동시간이 입력되거나, 바이오피드백 게임모듈(40)을 이루는 화면부(48)의 일정위치에 화상으로 각종 설정항목들이 표시되어 터치스크린 방식으로 선택되어 입력된다.
여기서, 설정부(42)에서 선택되는 게임 종목은 바이오피드백 게임모듈(40)의 간소화를 위해 하나의 게임 종목만이 바이오피드백 게임모듈(40)에 구비되도록 할수도 있으나, 팔, 다리, 손, 발, 어깨, 등, 복부 등과 같은 다양한 신체 특정부위에 근전도 신호처리모듈(20)의 근전도 센서가 부착되어 근전도 신호가 측정되는 것을 고려하여, 특정한 신체 부위의 특성에 맞는 근육 강화나 재활치료가 이루어지도록 각각의 신체 부위의 근육 운동에 적합하도록 프로그래밍된 다수개의 게임 종목 이 바이오피드백 게임모듈(40)에 구비되어 선택될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 바이오피드백 게임모듈(40)이 구비되는 게임 종목으로는 자동차경주, 비행기경주, 수영과 같은 경주종목과, 달리기, 투포환, 창던지기, 멀리뛰기, 높이뛰기와 같은 육상경기가 있을 수 있다.
그리고, 설정부(42)에서 설정되는 운동량과 운동시간은 바이오피드백 게임의 게임량과 게임운용시간에 대응하여 처리되는데, 이와 같은 사용자에 의해 설정되는 운동량과 운동시간은 의사나 물리치료사 등 근육 강화나 재활치료를 위한 신체 운동에 전문적인 지식을 가진 사람들에 의해 사전에 처방되거나 추천되도록 하는 것이 바람직하다. 이는 사람의 민감한 생체신호를 사용하는 바이오피드백 게임의 특성상 바이오피드백 게임의 운용시 안정되고 효과적인 신체 운동을 수행하기 위함이다.
여기서, 설정부(42)는 선택된 게임 종목이 난이도를 조정하는 항목을 더 구비하여 사용자에 의해 게임 종목의 난이도가 직접 조정되거나, 생체정보 및 운동정보 저장모듈(60)에 저장된 특정 사용자의 생체정보와 운동정보에 의해 자동으로 조정되게 된다.
입력부(44)는 근전도 신호처리모듈(20)의 신호변환부(26)로부터 근전도 디지털신호값을 입력받는 부분으로 신호변환부(26)와 유선 또는 회로상으로 연결되어 신호를 전달받거나 무선으로 신호를 신호를 전달받게 된다. 입력부(44)로 입력된 상기 근전도 디지털신호값은 곧바로 제어부(46)로 전달된다.
제어부(46)는 바이오피드백 게임모듈(40)의 간소화를 위해 하나의 게임 종목이 저장되거나, 근전도 바이오피드백 게임을 통한 신체 운동의 효과적인 수행을 위해 다수개의 게임 종목이 저장되는 부분으로, 각종 게임 종목이 저장되는 메모리유니트와, 설정부(42) 및 입력부(44)로부터 각종 정보를 입력받는 입력유니트와, 상기 메모리유니트 및 입력유니트를 비롯하여 근육 자가운동 시스템(100)의 구성요소들의 작동을 제어하는 마이크로프로세서로 이루어지는 제어유니트를 포함하여 이루어지게 된다.
이와 같은 제어부(46)는 설정부(42)에서 게임 종목과 운동량 및 운동시간이 선택되면, 이에 맞추어 바이오피드백 게임을 프로그래밍한 후, 이를 실행시켜 화면부(48)에 디스플레이하게 된다.
그리고, 제어부(46)는 입력부(44)로부터 디지털신호로 실시간으로 전달되는 근전도 신호를 현재 실행되고 있는 게임 종목에 맞는 입력값으로 다시 변환시켜 현재 실행되고 있는 게임 종목 상으로 실시간으로 구현하게 된다.
여기서, 제어부(46)는 생체정보 및 운동정보 저장모듈(60)에 저장된 특정 사용자의 생체정보 및 운동정보를 검토하여 현재 사용자의 신체 상태 및 운동 상태를 판단하고, 이에 맞게 실행될 게임 종목의 난이도를 조정하도록 할 수도 있다.
화면부(48)는 제어부(46)에 의해 실행되는 게임 종목이 동화상으로 디스플레 이되는 부분으로 일반적인 모니터나 LCD 등 각종 디스플레이기기들이 사용될 수 있다. 그리고, 현재 실행되고 있는 바이오피드백 게임의 각종 운동정보와 사용자의 근전도 신호 또는, 근전도 신호에 의거한 생체정보 등이 게임의 진행과 함께 화면부(48)의 일측에 실시간으로 표시되도록 함으로써 사용자가 자신의 근육운동 상태를 용이하게 인지할 수 있게 된다.
한편, 화면부(48)는 게임 종목 및 운동량과 운동시간이 선택되는 설정부(42)를 위한 공간을 제공할 수도 있는데, 이는 바이오피드백 게임이 실행되기 전 화면부(48)상에 화상으로 각종 설정항목들을 표시하여 터치스크린 방식으로 바이오피드백 게임을 위한 설정이 이루어지도록 하는 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 생체정보 및 운동정보 저장모듈(60)은 데이터베이스(62)를 구비하여 근육 자가운동 시스템(100) 사용자의 신상정보를 비롯하여, 근전도 신호처리모듈(20)로부터 신체의 특정부위에 대한 근전도신호 및 이에 근거한 생체정보와, 바이오피드백 게임모듈(40)로부터 게임수행정보에 근거한 신체의 운동정보를 각각의 사용자에 따라 저장하게 된다.
이에 따라, 본 발명에 따른 근육 자가운동 시스템(100)에서는 바이오피드백 게임모듈(40)의 제어부(46)가 생체정보 및 운동정보 저장모듈(60)에 저장된 특정 사용자의 생체정보 및 운동정보를 검토하여 현재 사용자의 신체 상태 및 운동 상태를 판단하고, 이에 맞게 실행될 게임 종목의 난이도를 조정할 수 있게 된다.
상기와 같이 본 발명에 따른 근육 자가운동 시스템(100)은 사용자의 경쟁심을 유발하는 경주 종목이나 사용자의 도전정신을 유발하는 육상경기종목이 바이오피드백 게임모듈(40)에 구비되어 사용자에 의해 선택되는 근전도신호 바이오피드백 게임이 제공됨으로써 사용자가 지속적으로 흥미를 가지며 적극적으로 근육 운동을 수행하게 된다. 그리고, 사용자에게 지속적인 흥미와 동기유발이 제공되어 사용자는 적극적으로 근육 운동을 수행하게 된다. 또한, 사용자가 자신의 근력상태를 게임상의 속도나 기록을 통해 용이하게 인지하게 됨으로써 자발적으로 운동이나 치료를 수행하게 되고, 이에 따라, 근육운동의 효과가 증대된다.
상기와 같이 구성되는 근육 자가운동 시스템(100)에서 바이오피드백 게임모듈(40)에 의해 구현되는 근전도신호 바이오피드백 게임방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 근전도신호 바이오피드백 게임방법은 도 2와 같이 설정단계, 게임초기화단계, 게임구동단계, 정보저장단계로 이루어진다.
먼저, 설정단계는 게임 종목과, 운동량 및 운동시간을 선택하고, 사용자의 신체정보 및 운동이력정보에 의거하여 선택된 게임 종목의 난이도를 설정하는 단계이다. 여기서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 근전도신호 바이오피드백 게임은 자동차경주, 비행기경주, 수영과 같은 경주종목과, 달리기, 투포환, 창던지기, 멀리뛰기, 높이뛰기와 같은 육상경기종목을 구비하여 근육운동이 수행되는 신체부위 에 적합한 게임 종목이 선택되어 수행될 수 있도록 한다.
즉, 본 발명의 근전도신호 바이오피드백 게임은 사용자가 원하는 신체 부위, 또는 사용자가 재활치료하기를 원하는 손상된 신체 부위에 근전도 센서를 부착함으로써 구현되는데, 팔, 다리, 손, 발, 어깨, 등, 복부와 같은 신체의 각종 부위는 생리적인 특징이 서로 다름에 따라 이와 같은 신체 부위의 생리적인 특징을 고려하여 다양한 형태의 게임 종목을 프로그래밍하여 제공함으로써 각종 신체 부위에 적합한 게임 종목을 선택할 수 있게 되어 신체 운동의 효과를 극대화시키게 된다.
여기서, 상기와 같은 게임 종목은 사용자에 의해 직접 설정되거나, 별도의 프로그램에 의해 현재 근전도가 측정되고 있는 신체 부위가 인지되면서 자동으로 설정될 수 있다.
다음으로, 상기와 같이 설정된 게임 종목에 대한 난이도가 설정되는데, 각종 게임 종목의 난이도는 각 게임 종목의 특성에 맞추어 다수단계로 나누어지게 된다. 여기서, 운동량과 운동시간을 비롯한 게임 종목에 대한 난이도의 설정 역시 게임 종목의 설정와 마찬가지로 사용자에 의해 직접 수동설정되거나, 현재 바이오피드백 게임을 구동하는 사용자에 대하여 미리 저장된 사용자 신상정보, 사용자의 현재 근전도 신호에 의한 현재 신체상태, 사용자의 종래 생체정보, 사용자의 종래 운동정보 등을 종합적으로 판단하는 별도의 프로그램에 의해 자동설정될 수 있다
설정단계에서 설정되는 운동량과 운동시간은 바이오피드백 게임의 게임량과 게임운용시간에 대응하여 처리된다.
게임초기화단계는 상기에서 설정된 게임 종목과, 게임 종목의 난이도, 운동량 및 운동시간에 맞추어 게임을 프로그래밍하여 초기화한 다음 화면에 디스플레이하는 단계이다.
다음의 게임구동단계는 사용자의 근전도 신호의 활동전위값을 상기에서 설정된 게임종목의 사용자 캐릭터 구동용 입력값으로 실시간으로 변환하여 게임종목의 사용자 캐릭터를 구동하는 단계이다. 이와 같은 게임종목의 사용자 캐릭터로는 자동차, 비행기, 수영선수, 육상경기선수 등이 있을 수 있는데, 자동차나 비행기의 경우에는 근전도 신호의 활동전위값이 속도값으로 변환되어 입력되고, 수영선수나 육상경기선수의 경우에는 그와 같은 경기에서 사용되는 특정 근육의 사용량이나 동작의 크기 등으로 변환되어 입력된다.
여기서, 게임구동단계에서 구현되는 게임 종목은 사용자 캐릭터에 최소 구동값과 최대 구동값을 부여하게 되는데, 사용자 캐릭터에 최소 구동값이 부여됨으로써 사용자에게 일정 강도 이상의 근육사용을 유도하여 근육 운동이 제대로 수행되고, 사용자 캐릭터에 최대 구동값이 부여됨으로써 사용자가 과도하게 근육을 사용하지 않도록 유도하여 과도한 운동으로 인한 역효과가 방지되도록 한다.
상기와 같이 게임이 구동되는 과정은 근전도신호 바이오피드백 게임방법에서 게임구동단계의 흐름도를 나타낸 도 3에 도시되어 있다.
이와 같은 사용자 캐릭터에 부여되는 최소 구동값과 최대 구동값은 게임 종목의 난이도에 비례하여 그 크기가 커지도록 함으로써 난이도에 따라 사용자의 근 육 운동의 강도가 조절될 수 있도록 한다.
이와 같이 설정단계에서 설정되는 게임 종목의 난이도는 사용자 캐릭터에 부여되는 최소 구동값과 최대 구동값으로 구현되는 한편, 게임 종목을 이루는 경주종목이나, 육상경기종목의 코스의 복잡한 정도 등으로도 구현된다.
그리고, 상기와 같이 각종 게임 종목의 사용자 캐릭터에 부여되는 최소 구동값과 최대 구동값에 대하여, 현재 실시간으로 측정되는 근전도 신호의 활동전위값이 변환된 입력값이 상기 최소 구동값보다 낮거나 최대 구동값보다 높으면 사용자 캐릭터의 구동에 제한이 가해지도록 한다.
이와 같이 사용자 캐릭터의 구동에 제한을 가하는 방식은 게임 종목에 따라 다양하게 구현될 수 있는데, 사용자 캐릭터의 구동을 중지시키거나, 사용자 캐릭터를 비정상적으로 동작시키거나, 별도의 경고용 캐릭터가 게임에 등장하여 사용자 캐릭터에게 경고를 주는 방식이 있을 수 있다.
또한, 화면상이 문자형태로 경고메시지를 디스플레이하거나, 스피커를 통해 경고음을 발생시킬 수도 있다.
한편, 게임구동단계에서는 선택된 게임 종목의 난이도에 의거하여 게임상의 사용자 캐릭터에 최초 구동을 위한 시동값이 부여되어 사용자의 근전도 신호의 활동전위값이 변환된 입력값이 상기 사용자 캐릭터의 시동값보다 높을 시 사용자 캐릭터가 시동되도록 할 수 있는데, 이는 초기부터 사용자의 적극적인 근육 운동을 유도하기 위함이다.
상기와 같이 본 발명에 따른 근전도신호 바이오피드백 게임방법은 다양한 종류의 게임 종목이 구현되고, 게임의 진행이 다양한 규칙에 따라 다양한 방식으로 사용자를 자극하여 이루어짐에 따라 사용자는 싫증없이 지속적인 흥미와 적극적인 동기를 가지고 게임에 임하게 된다. 이에 따라 적극적이고 자발적으로 근육 운동을 수행하게 되어 근육운동의 효과가 증대되는 것이다.
마지막으로, 정보저장단계는 상기 게임구동단계에서 실시간으로 입력되는 사용자의 근전도 활동전위값이 해당되는 신체정보와, 상기 게임구동단계에서 수행된 게임 종목, 운동량 및 운동시간이 해당되는 운동이력정보가 저장됨으로써 필요시 근전도 바이오피드백 게임의 사용자의 생체정보와 운동이력정보를 용이하게 확인할 수 있도록 하고, 다음에 근전도 바이오피드백 게임을 다시 수행할 시 사용자에게 적합한 게임 종목과 그 난이도, 운동량, 운동시간 등이 자동설정될 수 있도록 한다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 근육 강화와 근육 재활치료를 위한 근전도신호 바이오피드백 게임을 이용한 근육 자가운동 시스템 및 그에 사용되는 근전도신호 바이오피드백 게임방법을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들 은 잘 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 의한 근육 강화와 근육 재활치료를 위한 근전도신호 바이오피드백 게임을 이용한 근육 자가운동 시스템 및 그에 사용되는 근전도신호 바이오피드백 게임방법에 의하면, 신체의 근전도 신호세기와 연동되어 경주나 기록경기가 수행되는 바이오피드백 게임이 제공됨으로써 사용자에게 지속적인 흥미와 동기유발이 제공되어 사용자는 적극적으로 근육 운동을 수행하게 된다. 또한, 사용자가 자신의 근력상태를 게임상의 속도나 기록을 통해 용이하게 인지하게 됨으로써 자발적으로 운동이나 치료를 수행하게 되고, 이에 따라, 근육운동의 효과가 증대된다.

Claims (5)

  1. 사용자의 신체부위에 센서가 부착되어 근전도가 실시간으로 측정되는 근전도 측정부와,
    상기 센서로부터 근전도 신호가 실시간으로 입력되는 근전도 수신부와,
    상기 근전도 수신부로 입력된 근전도 신호가 잡음이 제거되고 증폭된 다음 근전도의 활동 전위 세기에 대응되는 디지털신호로 실시간으로 변환되는 신호변환부로 이루어진 근전도 신호처리모듈 및;
    근육운동이 수행되는 부위에 따른 게임 종목과, 운동량 및 운동시간이 선택되는 설정부와,
    상기 근전도 신호처리모듈의 신호변환부에서 근전도 디지털신호값이 입력되는 입력부와,
    상기 설정부에서 선택되어 실행되는 게임 종목이 동화상으로 표시되고, 진행되고 있는 게임의 운동정보와 사용자의 생체정보가 실시간으로 표시되는 화면부와,
    하나 이상의 게임이 저장되어 상기 설정부에서 게임종목과 운동량 및 운동시간이 선택되면 이에 따라 프로그래밍된 게임을 실행시켜 상기 화면부에 디스플레이하고, 상기 입력부로 입력된 근전도 디지털신호를 현재 실행되는 게임에 맞는 입력값으로 재변환하여 게임 상으로 실시간으로 구현하는 제어부로 이루어진 바이오피드백 게임모듈과;
    상기 근전도 신호처리모듈과 상기 바이오피드백 게임모듈로부터 각각 신체부 위의 근전도 정보와 운동정보를 저장하는 데이터베이스로 이루어지는 생체정보 및 운동정보 저장모듈;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 근육 강화와 근육 재활치료를 위한 근전도신호 바이오피드백 게임을 이용한 근육 자가운동 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 바이오피드백 게임모듈은 상기 제어부에 자동차경주, 비행기경주, 수영과 같은 경주종목과, 달리기, 투포환, 창던지기, 멀리뛰기, 높이뛰기와 같은 육상경기가 저장되어 상기 메뉴바에서 상기 경주종목과 육상경기종목 중 어느 하나의 게임이 선택되도록 하는 것을 특징으로 하는 근육 강화와 근육 재활치료를 위한 근전도신호 바이오피드백 게임을 이용한 근육 자가운동 시스템.
  3. 사용자의 신체부위에 부착된 센서에 의해 측정된 근전도 신호를 이용한 근전도 바이오피드백 게임방법에 있어서,
    사용자가 게임 종목과, 운동량 및 운동시간을 선택하고, 사용자의 신체정보 및 운동이력정보에 의거하여 선택된 게임 종목의 난이도를 설정하는 설정단계;
    상기에서 설정된 게임 종목과, 운동량 및 운동시간에 맞추어 프로그래밍된 게임을 초기화하여 화면부에 디스플레이하는 게임초기화단계;
    사용자의 근전도 신호의 활동전위값을 상기에서 설정된 게임종목의 사용자 캐릭터 구동용 입력값으로 실시간으로 변환하여 상기 게임종목의 사용자 캐릭터를 구동하는 게임구동단계;
    상기 게임구동단계에서 실시간으로 입력되는 사용자의 근전도 활동전위값이 해당되는 신체정보와, 상기 게임구동단계에서 수행된 게임 종목, 운동량 및 운동시간이 해당되는 운동이력정보가 저장되는 정보저장단계;를 포함하여 이루어지되,
    상기 게임구동단계는 선택된 게임 종목의 난이도에 의거하여 게임상의 사용자 캐릭터에 최소 구동값과 최대 구동값을 부여하고, 근전도 신호의 활동전위값이 변환된 입력값이 상기 최소 구동값보다 낮거나 최대 구동값보다 높으면 사용자 캐릭터의 구동에 제한이 가해지도록 하여 사용자가 선택된 게임 종목의 난이도에 따라 정해진 강도 범위내에서 근육운동을 하게 되는 것을 특징으로 하는 근전도신호 바이오피드백 게임방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 설정단계에서 사용자는 근육운동이 수행되는 신체부위에 적합한 게임종목을 자동차경주, 비행기경주, 수영과 같은 경주종목과, 달리기, 투포환, 창던지기, 멀리뛰기, 높이뛰기와 같은 육상경기종목 중의 어느 하나에서 선택하는 것을 특징으로 하는 근전도신호 바이오피드백 게임방법.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 게임구동단계에서 선택된 게임 종목의 난이도에 의거하여 게임상의 사용자 캐릭터에 최초 구동을 위한 시동값이 부여되어 사용자의 근전도 신호의 활동전위값이 변환된 입력값이 상기 사용자 캐릭터의 시동값보다 높을 시 사용자 캐릭 터가 시동되고,
    사용자의 근전도 신호의 활동전위값이 변환된 입력값이 사용자 캐릭터에 부여된 최소 구동값보다 낮거나 최대 구동값보다 높으면 사용자 캐릭터의 구동 중지, 사용자 캐릭터의 비정상적 구동, 별도의 경고용 캐릭터의 구동, 문자나 소리형태의 경고메시지의 전달 중 어느 하나가 실행되는 것을 특징으로 하는 근전도신호 바이오피드백 게임방법.
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