KR101284012B1 - 환상통 치료를 위한 가상현실장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하지장애 환자의 환상통을 치료하기 위한 가상현실장치 및 이를 이용하여 하지장애 환자의 환상통을 치료하는 방법에 관한 것이다. 환상통 치료를 위한 가상현실장치는 바닥에 누운 하지장애 환자가 가상의 다리를 들어 올리거나 내리는 동작을 수행하기 위한 반작용으로 상기 바닥에 가하는 힘을 측정하는 센서, 상기 힘의 측정값에 대응되는 상기 가상의 다리의 움직임을 영상으로 생성하여 출력하는 가상영상출력디바이스, 그리고 상기 영상을 입력받아 상기 하지장애 환자의 시야에 재생하는 디스플레이를 포함한다. 본 발명에 의하면, 가상의 다리를 실제의 다리처럼 느끼며 들어 올리거나 내릴 수 있는 현실감이 구현될 수 있어, 하지장애 환자의 환상통이 완화될 수 있고 재활훈련의 효과가 높아질 수 있다.

Description

환상통 치료를 위한 가상현실장치{Virtual reality device for treating phantom pain}

본 발명은 하지장애 환자의 환상통을 치료하기 위한 가상현실장치 및 이를 이용하여 하지장애 환자의 환상통을 치료하는 방법에 관한 것이다.

한 팔이 절단된 환자에게 거울을 이용해 다른 한 팔을 비추어 마치 두 팔이 있는 것처럼 손 운동을 시키면 환상통(phantom pain)을 완화시키는 치료가 이루어질 수 있는 것으로 알려져 있다.

하지만 이러한 치료방법은 거울에 대한 환자의 시선이 이루는 각도를 정확하게 맞춰야 하므로 적용이 불편하고, 현실감이 다소 떨어지는 단점이 있었다. 또한, 이와 같이 거울을 이용한 치료방법은 하지에 대하여는 환자의 시선과 이루는 각도를 현실감 있게 맞추기가 쉽지 않아 하지장애 환자, 즉 하지가 절단되거나 마비된 환자에게는 적용하기 어려웠다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 하지장애 환자의 환상통을 완화하는 치료를 할 수 있고 하지장애 환자의 재활훈련의 효과를 높이는데 기여할 수 있는 환상통 치료를 위한 가상현실장치 및 이를 이용한 환상통 치료방법을 제공하는 것이다.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 환상통 치료를 위한 가상현실장치는 바닥에 누운 하지장애 환자가 가상의 다리를 들어 올리거나 내리는 동작을 수행하기 위한 반작용으로 상기 바닥에 가하는 힘을 측정하는 센서, 상기 힘의 측정값에 대응되는 상기 가상의 다리의 움직임을 영상으로 생성하여 출력하는 가상영상출력디바이스, 그리고 상기 영상을 입력받아 상기 하지장애 환자의 시야에 재생하는 디스플레이를 포함한다.

상기 디스플레이는 안경형 디스플레이(head mounted display)이고, 상기 가상영상출력디바이스는 상기 가상의 다리의 움직임을 상기 하지장애 환자의 시점에서 바라본 영상으로 생성할 수 있다.

상기 센서는 상기 바닥을 손이나 팔로 누르는 힘 및 상기 바닥을 머리로 누르는 힘 중 하나 이상을 측정할 수 있다.

상기 가상영상출력디바이스는 상기 힘의 측정값을 저주파 통과 필터(low-pass filter) 및 칼만 필터(Kalman filter) 중 어느 하나에 입력하여 상기 힘의 측정값의 노이즈를 제거할 수 있다.

상기 가상영상출력디바이스는 상기 가상의 다리의 움직임의 방향을 판단하는 방향 기준값을 설정하고, 상기 힘의 측정값과 상기 방향 기준값의 차이값이 양의 값이면 상기 가상의 다리가 이전보다 들려 올라가도록 상기 영상을 생성하며, 상기 힘의 측정값과 상기 방향 기준값의 차이값이 음의 값이면 상기 가상의 다리가 이전보다 내려가도록 상기 영상을 생성할 수 있다.

상기 가상영상출력디바이스는 상기 차이값의 절대값이 미리 설정된 값 이내인 경우, 슈미트 트리거(Schmitt trigger)를 통해 상기 차이값을 갱신할 수 있다.

상기 가상영상출력디바이스는 상기 차이값의 절대값의 크기에 비례하는 속도로 상기 가상의 다리가 들려 올라가거나 내려가도록 상기 영상을 생성할 수 있다.

한편, 상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 가상현실장치를 이용한 환상통 치료방법은 센서를 통해 바닥에 누운 하지장애 환자가 가상의 다리를 들어 올리거나 내리는 동작을 수행하기 위한 반작용으로 상기 바닥에 가하는 힘을 측정하는 단계, 가상영상출력디바이스를 통해 상기 힘의 측정값에 대응되는 상기 가상의 다리의 움직임을 영상으로 생성하여 출력하는 단계, 그리고 디스플레이에 상기 영상을 입력받아 상기 하지장애 환자의 시야에 재생하는 단계를 포함한다.

상기 디스플레이는 안경형 디스플레이(head mounted display)이고, 상기 가상의 다리의 움직임을 영상으로 생성하여 출력하는 단계는 상기 가상의 다리의 움직임을 상기 하지장애 환자의 시점에서 바라본 영상으로 생성할 수 있다.

상기 바닥에 가하는 힘을 측정하는 단계는 상기 바닥을 손이나 팔로 누르는 힘 및 상기 바닥을 머리로 누르는 힘 중 하나 이상을 측정할 수 있다.

상기 가상의 다리의 움직임을 영상으로 생성하여 출력하는 단계는 상기 힘의 측정값을 저주파 통과 필터(low-pass filter) 및 칼만 필터(Kalman filter) 중 어느 하나에 입력하여 상기 힘의 측정값의 노이즈를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 가상의 다리의 움직임을 영상으로 생성하여 출력하는 단계는 상기 가상의 다리의 움직임의 방향을 판단하는 방향 기준값을 설정하고, 상기 힘의 측정값과 상기 방향 기준값의 차이값이 양의 값이면 상기 가상의 다리가 이전보다 들려 올라가도록 상기 가상의 다리의 움직임의 방향을 판정하며, 상기 힘의 측정값과 상기 방향 기준값의 차이값이 음의 값이면 상기 가상의 다리가 이전보다 내려가도록 상기 가상의 다리의 움직임의 방향을 판정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 가상의 다리의 움직임의 방향을 판정하는 단계는 상기 차이값의 절대값이 미리 설정된 값 이내인 경우, 슈미트 트리거(Schmitt trigger)를 통해 상기 차이값을 갱신할 수 있다.

상기 가상의 다리의 움직임을 영상으로 생성하여 출력하는 단계는 상기 가상의 다리가 상기 판정된 방향에 대해 상기 차이값의 절대값의 크기에 비례하는 속도로 움직이도록 상기 영상을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 가상의 다리를 실제의 다리처럼 느끼며 들어 올리거나 내릴 수 있는 현실감이 구현될 수 있어, 하지장애 환자의 환상통이 완화될 수 있고 재활훈련의 효과가 높아질 수 있다.

또한, 디스플레이가 안경형으로 구비됨으로써, 이러한 하지장애 환자의 시점에서 바라본 영상이 하지장애 환자의 눈앞에서 재생되게 되므로, 하지장애 환자가 가상의 다리를 보다 실제의 다리처럼 느끼며 들어 올리거나 내릴 수 있게 된다.

또한, 힘의 측정값의 노이즈 필터링이 이루어짐으로써, 가상의 다리의 움직임이 보다 정확하게 실제의 다리처럼 움직이도록 구현될 수 있다.

또한, 힘의 측정값과 방향 기준값의 차이값에 슈미트 트리거를 적용함으로써, 사용자가 가상의 다리를 움직이고자 하는 의도와는 다르게 다리를 올리고 내리는 영상이 교대로 혼란스럽게 반복되는 현상이 방지될 수 있어, 사용자가 실제의 다리를 움직이는 것과 같은 느낌을 보다 현실감 있게 느낄 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 환상통 치료를 위한 가상현실장치의 구성을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명에 적용되는 슈미트 트리거를 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 가상현실장치를 이용한 환상통 치료방법의 흐름도이다.

이하에서 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명은 하지가 절단되거나 마비된 하지장애 환자의 환상통(phantom pain)을 완화하는 치료 또는 재활 훈련의 효과를 증대시켜주는 치료를 위해 하지의 움직임과 관련된 가상현실(virtual reality)을 구현하는 가상현실장치 및 이러한 가상현실장치를 이용하는 환상통 치료방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 환상통 치료를 위한 가상현실장치의 구성을 개략적으로 나타낸 개념도이다.

이러한 본 발명의 한 실시예에 따른 환상통 치료를 위한 가상현실장치(이하 '본 가상현실장치'라 함)(100)는 센서(1)를 포함한다.

도 1을 참조하면, 센서(1)는 바닥에 누운 하지장애 환자가 가상의 다리를 들어 올리거나 내리는 동작을 수행하기 위한 반작용으로 바닥에 가하는 힘을 측정한다. 여기서, 바닥에 가하는 힘은 힘 또는 압력을 포괄하는 의미로 사용된다. 즉, 센서(1)는 힘을 측정하며, 이러한 힘을 압력 단위로 측정할 수도 있다.

그리고 하지장애 환자가 가상의 다리를 들어 올리거나 내리는 동작을 수행한다는 것은, 하지가 절단되거나 마비되는 등의 하지장애 환자가 실제로는 다리를 들어 올리거나 내릴 수 없지만, 들어 올리거나 내릴 수 있는 가상의 다리가 있다고 가정함으로써 이루어진다. 즉, 가상의 다리가 있다는 가정에 따른 동작이지만, 후술할 가상영상출력디바이스(2)와 디스플레이(3)를 통해 구현되는 가상현실에서 그 동작에 따라 가상의 다리가 움직이는 것을 확인하는 피드백이 이루어지기 때문에, 본 가상현실장치(100)를 이용하는 하지장애 환자는 가상의 다리를 실제의 다리처럼 느끼며 들어 올리거나 내릴 수 있게 된다. 이에 따라 하지장애 환자의 환상통이 완화되거나 재활훈련의 효과가 높아질 수 있다.

참고로, 바닥이라 함은 센서(1)가 배치될 수 있고 하지장애 환자가 누울 수 있는 다양한 장소를 의미할 수 있다. 이를테면 바닥은 평평한 장소일 수 있고, 소정의 각도만큼 경사진 장소 또는 경사 조절이 가능한 장소일 수도 있으며, 센서(1)가 장착된 일체형 기구의 상면일 수도 있다.

또한, 가상의 다리를 들어 올리거나 내리는 동작을 수행하기 위한 반작용이라 함은 이를테면 바닥을 손이나 팔로 누르는 동작, 바닥을 머리로 누르는 동작 등을 의미할 수 있다. 쉽게 예를 들면, 사람이 누워서 다리를 들어 올리려 할 때 손바닥으로 땅을 지그시 누르게 되면 그 반작용이 더해져 보다 쉽게 다리를 들어 올릴 수 있게 된다.

예시적으로, 센서(1)는 바닥을 손이나 팔로 누르는 힘 및 바닥을 머리로 누르는 힘 중 하나 이상을 측정함으로써, 상술한 반작용으로 바닥에 가하는 힘을 측정할 수 있다. 도 1을 참조하면, 센서(1)는 손바닥이 바닥을 누르는 힘을 측정할 수 있다. 손이 불편한 환자의 경우, 센서(1)는 팔로 바닥을 누르는 힘을 측정하도록 구비될 수도 있다. 또는, 센서(1)는 바닥을 머리로 누르는 힘만을 측정하도록 구비될 수도 있고, 바닥을 머리로 누르는 힘과 손바닥으로 누르는 힘을 모두 측정하여 적정한 가중치 등을 두면서 함께 고려하도록 구비될 수도 있다.

다른 예로, 센서(1)는 바닥을 밀거나 당기는 힘을 측정함으로써, 상술한 반작용으로 바닥에 가하는 힘을 측정할 수 있다. 즉, 바닥에 가하는 힘이라 함은 반드시 바닥을 누르는 힘에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 센서(1)에 누르거나 당길 수 있는 손잡이가 구비되어 있는 경우라면, 사람이 누워서 다리를 들어 올리려 할 때에는 손잡이를 눌러 바닥을 밀겠지만, 반대로 다리를 내리려 할 때에는 자연스럽게 손잡이를 당겨 바닥을 당기는 동작을 수행할 수 있다. 이처럼 센서(1)에 손잡이와 같은 기구를 구비하여 센서(1)가 바닥을 당기는 힘도 측정함으로써, 가상의 다리의 움직임이 보다 유연하게 구현되도록 할 수 있다.

또한 도 1을 참조하면, 본 가상현실장치(100)는 가상영상출력디바이스(2)를 포함한다.

가상영상출력디바이스(2)는 센서(1)를 통해 측정된 힘의 측정값에 대응되는 가상의 다리의 움직임을 가상의 영상(VR Image)으로 생성하여 출력한다.

이러한 가상영상출력디바이스(2)는 가상의 다리의 움직임을 하지장애 환자의 시점에서 바라본 영상으로 생성할 수 있다. 예를 들면, 가상영상출력디바이스(2)는 센서(1)로부터 전달받은 힘의 측정값을 이용하여 영상을 생성하는 영상생성 모듈과 생성된 영상을 디스플레이(3)로 출력하는 영상출력 모듈을 구비할 수 있다. 아울러 도 1에 나타난 바와 같이, 후술할 디스플레이(3)가 안경형 디스플레이(head mounted display)로 구비되면, 이러한 하지장애 환자의 시점에서 바라본 영상이 하지장애 환자의 눈앞에서 재생되게 되므로, 하지장애 환자가 가상의 다리를 보다 실제의 다리처럼 느끼며 들어 올리거나 내릴 수 있게 되며, 이에 따라 하지장애 환자의 환상통이 보다 쉽게 완화될 수 있고, 재활훈련의 효과가 보다 높아질 수 있다.

또한, 가상영상출력디바이스(2)는 힘의 측정값(Fm)을 저주파 통과 필터(low-pass filter) 및 칼만 필터(Kalman filter) 중 어느 하나에 입력하여 힘의 측정값의 노이즈를 제거한 값(f)을 얻을 수 있다. 이를테면, 가상영상출력디바이스(2)는 저주파 통과 필터, 칼만 필터 등을 통해 노이즈를 제거(filtering)하는 필터링 모듈을 구비할 수 있다. 참고로, 저주파 통과 필터는 특정 주파수 이하의 주파수 신호만을 통과시키는 필터이고, 칼만 필터는 노이즈가 포함되어 있는 선형 역학계의 상태를 추적하는 재귀 필터이다.

이와 같이 저주파 통과 필터(low-pass filter) 및 칼만 필터(Kalman filter) 중 어느 하나를 통해 힘의 측정값의 노이즈 필터링이 이루어짐으로써, 가상의 다리의 움직임이 보다 정확하게 실제의 다리처럼 움직이도록 구현될 수 있다.

그리고 가상영상출력디바이스(2)는 가상의 다리의 움직임의 방향을 판단하는 방향 기준값(Fc)을 설정하고, 센서(1)를 통해 측정된 힘의 측정값(Fm or f)과 방향 기준값(Fc)의 차이값이 양의 값이면 가상의 다리가 이전보다 들려 올라가도록 영상을 생성하며, 힘의 측정값(Fm or f)과 방향 기준값(Fc)의 차이값이 음의 값이면 가상의 다리가 이전보다 내려가도록 영상을 생성할 수 있다. 이를테면, 가상영상출력디바이스(2)는 이와 같이 가상의 다리의 움직임의 방향을 판단하는 방향판단 모듈을 구비할 수 있다.

여기서, 방향 기준값은 이를테면 하지장애 환자가 다리를 바닥에 닿지 않게 든 상태에서 위아래로 더 움직이지 않고 멈춘 상태로 유지하기 위해 손바닥으로 바닥을 누르는 힘에 해당하는 값이 될 수 있다. 또한, 이러한 방향 기준값은 본 가상현실장치(100)를 이용할 하지장애 환자의 상태나 개인차에 맞추어 적절하게 변경될 수 있다. 참고로, 이하에서는 설명의 편의상 Fm과 f를 모두 노이즈 필터링까지 된 값인 f로 표기하기로 한다.

즉, 가상영상출력디바이스(2)는 힘의 측정값 f를 방향 기준값 Fc와 비교하여, f가 Fc보다 크면 하지장애 환자가 가상의 다리를 들어 올리려는 의도로 판단하고, f가 Fc보다 작으면 하지장애 환자가 가상의 다리를 내리려는 의도로 판단할 수 있다. 다시 말해, 가상영상출력디바이스(2)는 방향 기준값(Fc)을 기준삼아 하지장애 환자가 가상의 다리를 들어 올리려는지 내리려는지 그 방향을 판단할 수 있다.

다만, 힘의 측정값(f)이 방향 기준값(Fc)의 근방에 있을 때는 f의 미세한 변화에 따라 그 차이값(f-Fc)의 부호가 쉽게 바뀔 수 있어, 하지장애 환자가 가상의 다리를 움직이고자 하는 의도와는 다르게 다리를 올리고 내리는 영상이 교대로 혼란스럽게 반복되는 현상이 나타날 수 있다. 이렇게 되면, 사용자(본 가상현실장치(100)를 이용하는 하지장애 환자)가 실제의 다리를 움직이는 것과 같은 현실감을 느끼기 어려워질 수 있다.

이와 같이 힘의 측정값(f)이 방향 기준값(Fc)의 근방에 있을 때, 차이값(f-Fc)의 부호가 빈번하게 바뀌면서 현실감이 떨어질 수 있는 문제를 방지하기 위해, 가상영상출력디바이스(2)는 힘의 측정값(f)과 방향 기준값(Fc)의 차이값(f-Fc)의 절대값이 미리 설정된 값 이내인 경우, 슈미트 트리거(Schmitt trigger)를 통해 이러한 차이값을 갱신할 수 있다. 이를테면, 가상영상출력디바이스(2)는 슈미트 트리거를 통해 차이값을 갱신하는 모듈을 구비할 수 있다.

여기서, 미리 설정된 값은 힘의 측정값(f)이 방향 기준값(Fc)의 근방에 있어 가상의 다리의 움직임의 방향성에 혼란을 줄 수 있다고 판단되는 범위를 설정하는 값이다. 이러한 미리 설정된 값은 하지장애 환자가 다리를 들어올리기 위해 바닥에 가하는 힘의 크기, 다리를 일정한 높이로 들어 올린 채 유지하기 위해 바닥에 가하는 힘의 크기 등을 고려하여 차이값(f-Fc)의 부호가 빈번하게 바뀌면서 현실감이 떨어지지 않도록 하는 최적의 범위에 대해 슈미트 트리거가 적용될 수 있게 설정함이 바람직하다. 또한, 이러한 미리 설정된 값은 본 가상현실장치(100)를 이용하는 하지장애 환자의 상태, 개인차 등을 고려하여 사용자마다 다르게 설정할 수도 있다.

차이값(f-Fc)의 절대값이 미리 설정된 값 이내인 경우, 슈미트 트리거(Schmitt trigger)를 통해 이러한 차이값을 갱신하는 예를 도 2를 참조하여 살핀다. 여기서, 도 2에서의 T가 상술한 미리 설정된 값이 될 수 있다.

우선, 사용자가 바닥에 가하는 힘(f)이 방향 기준값(Fc)에 비해 많이 작은 상태인 경우, 차이값(f-Fc)은 -T보다 작은 음의 값일 수 있다. 이러한 경우에는 그 차이값(f-Fc)이 가상의 다리의 움직임의 구현에 그대로 이용된다.

이후에 사용자가 바닥에 점차 더 큰 힘을 가하게 되면, 그 차이값(f-Fc)이 -T와 T 사이의 값이 될 수 있다. 이 경우 그 차이값(f-Fc)은 -M으로 갱신된다. 즉, 그 차이값(f-Fc)이 0보다 큰 양의 값이 되더라도 -T보다 작은 값으로부터 증가하는 방향성을 가지면서 -T와 T 사이의 값인 경우에는 음의 값인 -M으로 갱신된다. 다시 말해, 차이값(f-Fc)이 증가하는 방향성을 갖는 경우 미리 설정된 값의 범위(-T와 T 사이)를 보다 양의 방향으로 벗어나기 전까지는 음의 값인 -M으로만 갱신된다.

이후에 사용자가 바닥에 가하는 힘(f)이 방향 기준값(Fc)에 비해 많이 커져 그 차이값(f-Fc)이 T보다 큰 양의 값이 되면, 그 차이값(f-Fc)이 가상의 다리의 움직임의 구현에 그대로 이용된다.

이후에 사용자가 바닥에 가하던 힘을 점차 줄이게 되면, 그 차이값(f-Fc)이 -T와 T 사이의 값이 될 수 있다. 이와 같이 차이값(f-Fc)이 감소하는 방향성을 갖는 경우에 그 차이값(f-Fc)은 -M이 아닌 +M으로 갱신된다. 즉, 차이값(f-Fc)이 0보다 작은 양의 값이 되더라도 T보다 큰 값으로부터 감소하는 방향성을 가지면서 -T와 T 사이의 값인 경우에는 양의 값인 +M으로 갱신된다. 다시 말해, 차이값(f-Fc)이 감소하는 방향성을 갖는 경우 미리 설정된 값의 범위(-T와 T 사이)를 보다 음의 방향으로 벗어나기 전까지는 양의 값인 +M으로만 갱신된다.

이후에 사용자가 바닥에 가하는 힘(f)이 방향 기준값(Fc)에 비해 많이 작아져그 차이값(f-Fc)이 -T보다 작은 음의 값이 되면, 그 차이값(f-Fc)은 가상의 다리의 움직임의 구현에 그대로 이용되게 된다.

이와 같이 차이값(f-Fc)의 절대값이 미리 설정된 값 이내인 경우에 슈미트 트리거(Schmitt trigger)를 통해 차이값이 갱신되도록 함으로써, 차이값이 증가하거나 감소하는 방향성에 따라 미리 설정된 값의 범위 이내에서 양의 값과 음의 값 중 하나를 일관되게 유지할 수 있어, 힘의 측정값(f)이 방향 기준값(Fc)의 근방에 있는 경우라도 힘의 측정값(f)의 미세한 변화에 따라 그 차이값(f-Fc)의 부호가 쉽게 바뀌지 않게 된다. 즉, 차이값(f-Fc)에 슈미트 트리거를 적용함으로써, 사용자가 가상의 다리를 움직이고자 하는 의도와는 다르게 다리를 올리고 내리는 영상이 교대로 혼란스럽게 반복되는 현상이 방지될 수 있어, 사용자가 실제의 다리를 움직이는 것과 같은 느낌을 보다 현실감 있게 느낄 수 있게 되고, 이에 따라 하지장애 환자의 환상통이 보다 쉽게 완화될 수 있고, 재활훈련의 효과가 보다 높아질 수 있다.

또한, 가상영상출력디바이스(2)는 힘의 측정값(f)과 방향 기준값(Fc)의 차이값(f-Fc)의 절대값의 크기에 비례하는 속도로 가상의 다리가 들려 올라가거나 내려가도록 영상을 생성할 수 있다.

방향 기준값(Fc) 없이 힘의 측정값(f) 자체의 크기에 비례하여 다리의 움직임, 동작, 각도 등을 출력하도록 구성하면 사용자가 중간에 힘을 약간만 줄여도 가상의 다리의 움직이는 방향이 바뀌게 되는 등 그 방향성에 문제가 생길 수 있어, 본 가상현실장치(100)를 통해 연속 동작으로 부드럽게 다리를 들어 올렸다 내리는 운동을 하기 어렵게 될 수 있다.

이에 따라, 가상영상출력디바이스(2)는 힘의 측정값(f)과 방향 기준값(Fc)의 차이값의 절대값의 크기에 비례하도록 다리를 들어 올리거나 내리는 속도를 결정할 수 있다. 참고로, 사용자가 가상의 다리를 들어 올리는지 내리는지에 대한 방향성은 앞서 살핀 바와 같이 차이값이 양의 값인지 음의 값인지에 따라 결정할 수 있고, 슈미트 트리거를 통해 안정성을 확보할 수 있다.

예를 들어, f가 Fc보다 크면 직전 자세보다 다리를 더 위로 올리는 방향성을 갖는 동작의 영상을 도시하는데, 이때 |f-Fc|의 값이 크면 다리를 빨리 들어 올리는 것으로 영상이 생성되어 출력되며, |f-Fc|의 값이 작으면 다리를 천천히 들어 올리는 것으로 영상이 생성되어 출력된다.

본 가상현실장치(100)는 디스플레이(3)를 포함한다.

디스플레이(3)는 영상을 입력받아 하지장애 환자의 시야에 재생한다.

도 1을 참조하면, 디스플레이(3)는 안경형 디스플레이(head mounted display)일 수 있다. 이러한 안경형 디스플레이(3)를 통해 본 가상현실장치(100)를 이용하는 예를 간략히 살펴보면, 사용자는 안경형 디스플레이(3)를 얼굴에 쓰거나 모니터를 보고 반듯하게 자리에 누운 채, 바닥에 가하는 힘을 측정하는 센서(3) 위에 손바닥을 올려놓는다. 사용자가 다리를 들어 올리는 느낌으로 손바닥 밑의 센서(3)를 누르면, 안경형 디스플레이(3)에는 사용자의 시점에서 바라본 다리 모습이 표시되어 실제로 다리를 들어 올리고 있는 것처럼 느낄 수 있게 된다.

또는 디스플레이(3)는 모니터와 같은 디스플레이 장치일 수도 있다.

이러한 디스플레이(3)는 하지장애 환자가 이를 바라보았을 때 자신이 실제의 다리를 움직이고 있는 느낌을 최대한 받을 수 있도록 최적의 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 아울러, 가상영상출력디바이스(2)는 이러한 디스플레이(3)의 형태나 배치위치를 고려하여 사용자에게 있어 최적의 시점으로 영상이 재생되도록 영상을 생성할 필요가 있다.

한편, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 가상현실장치를 이용한 환상통 치료방법의 흐름도이다.

이하에서는 앞서 살핀 본 가상현실장치(100)에 의해 구현될 수 있는 본 발명의 한 실시예에 따른 가상현실장치를 이용한 환상통 치료방법(이하 '본 환상통 치료방법'이라 함)(S100)을 살핀다. 다만, 앞서 살핀 본 가상현실장치(100)에서 설명한 구성과 동일하거나 유사한 구성에 대하여는 동일한 도면부호를 사용하며 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략한다.

도 3을 참조하면, 본 환상통 치료방법(S100)은 센서(1)를 통해 바닥에 누운 하지장애 환자가 가상의 다리를 들어 올리거나 내리는 동작을 수행하기 위한 반작용으로 바닥에 가하는 힘을 측정하는 단계(S1)를 포함한다.

바닥에 가하는 힘을 측정하는 단계(S1)는 바닥을 손이나 팔로 누르는 힘 및 바닥을 머리로 누르는 힘 중 하나 이상을 측정할 수 있다.

또는 바닥에 가하는 힘을 측정하는 단계(S1)는 바닥을 밀거나 당기는 힘을 측정할 수도 있다. 이에 대해서는 본 가상현실장치(100)에서의 설명을 참조한다.

또한 도 3을 참조하면, 본 환상통 치료방법(S100)은 가상영상출력디바이스(2)를 통해 힘의 측정값에 대응되는 가상의 다리의 움직임을 영상으로 생성하여 출력하는 단계(S2)를 포함한다.

이러한 가상의 다리의 움직임을 영상으로 생성하여 출력하는 단계(S2)는 가상의 다리의 움직임을 하지장애 환자의 시점에서 바라본 영상으로 생성할 수 있다.

그리고 도 3을 참조하면, 가상의 다리의 움직임을 영상으로 생성하여 출력하는 단계(S2)는 힘의 측정값을 저주파 통과 필터(low-pass filter) 및 칼만 필터(Kalman filter) 중 어느 하나에 입력하여 힘의 측정값의 노이즈를 제거하는 단계(S21)를 포함할 수 있다.

또한 도 3을 참조하면, 가상의 다리의 움직임을 영상으로 생성하여 출력하는 단계(S2)는 가상의 다리의 움직임의 방향을 판단하는 방향 기준값을 설정하고, 힘의 측정값과 방향 기준값의 차이값이 양의 값이면 가상의 다리가 이전보다 들려 올라가도록 가상의 다리의 움직임의 방향을 판정하며, 힘의 측정값과 방향 기준값의 차이값이 음의 값이면 가상의 다리가 이전보다 내려가도록 가상의 다리의 움직임의 방향을 판정하는 단계(S22)를 포함할 수 있다.

이러한 가상의 다리의 움직임의 방향을 판정하는 단계(S22)는 차이값의 절대값이 미리 설정된 값 이내인 경우, 슈미트 트리거(Schmitt trigger)를 통해 차이값을 갱신할 수 있다. 이에 대한 설명은 본 가상현실장치(100)에서의 설명을 참조한다.

그리고 도 3을 참조하면, 가상의 다리의 움직임을 영상으로 생성하여 출력하는 단계(S2)는 가상의 다리가 판정된 방향에 대해 차이값의 절대값의 크기에 비례하는 속도로 움직이도록 영상을 생성하는 단계(S23)를 포함할 수 있다.

또한 도 3을 참조하면, 본 환상통 치료방법(S100)은 디스플레이(3)에 영상을 입력받아 하지장애 환자의 시야에 재생하는 단계(S3)를 포함한다.

여기서, 디스플레이(3)는 안경형 디스플레이(head mounted display) 또는 모니터와 같은 디스플레이 장치일 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.

100. 환상통 치료를 위한 가상현실장치
1. 센서
2. 가상영상출력디바이스
3. 디스플레이
S100. 가상현실장치를 이용한 환상통 치료방법

Claims (14)

1. 바닥에 누운 하지장애 환자가 가상의 다리를 들어 올리거나 내리는 동작을 수행하기 위한 반작용으로 상기 바닥에 가하는 힘을 측정하는 센서,
   상기 힘의 측정값에 대응되는 상기 가상의 다리의 움직임을 영상으로 생성하여 출력하는 가상영상출력디바이스, 그리고
   상기 영상을 입력받아 상기 하지장애 환자의 시야에 재생하는 디스플레이
   를 포함하는 환상통 치료를 위한 가상현실장치.
2. 제1항에서,
   상기 디스플레이는 안경형 디스플레이(head mounted display)이고,
   상기 가상영상출력디바이스는 상기 가상의 다리의 움직임을 상기 하지장애 환자의 시점에서 바라본 영상으로 생성하는 환상통 치료를 위한 가상현실장치.
3. 제1항에서,
   상기 센서는 상기 바닥을 손이나 팔로 누르는 힘 및 상기 바닥을 머리로 누르는 힘 중 하나 이상을 측정하는 환상통 치료를 위한 가상현실장치.
4. 제1항에서,
   상기 가상영상출력디바이스는 상기 힘의 측정값을 저주파 통과 필터(low-pass filter) 및 칼만 필터(Kalman filter) 중 어느 하나에 입력하여 상기 힘의 측정값의 노이즈를 제거하는 환상통 치료를 위한 가상현실장치.
5. 제1항에서,
   상기 가상영상출력디바이스는
   상기 가상의 다리의 움직임의 방향을 판단하는 방향 기준값을 설정하고,
   상기 힘의 측정값과 상기 방향 기준값의 차이값이 양의 값이면 상기 가상의 다리가 이전보다 들려 올라가도록 상기 영상을 생성하며, 상기 힘의 측정값과 상기 방향 기준값의 차이값이 음의 값이면 상기 가상의 다리가 이전보다 내려가도록 상기 영상을 생성하는 환상통 치료를 위한 가상현실장치.
6. 제5항에서,
   상기 가상영상출력디바이스는 상기 차이값의 절대값이 미리 설정된 값 이내인 경우, 슈미트 트리거(Schmitt trigger)를 통해 상기 차이값을 갱신하는 환상통 치료를 위한 가상현실장치.
7. 제5항에서,
   상기 가상영상출력디바이스는 상기 차이값의 절대값의 크기에 비례하는 속도로 상기 가상의 다리가 들려 올라가거나 내려가도록 상기 영상을 생성하는 환상통 치료를 위한 가상현실장치.
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