KR101327688B1 - 편마비 환자용 상지 재활 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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신성욱
김휴정
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Abstract

본 발명은 편마비 환자용 상지 재활 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 소형 구조물의 조작 도구와 조작 도구의 움직임을 감지하여 전송하는 센서 모듈과 센서 모듈로부터 전송받은 조작 도구의 움직임을 화면상에 맵핑하여 재활 훈련 게임을 실행하는 게임 컨텐츠 프로그램을 갖는 보조 도구를 포함한다. 본 발명은 뇌졸증이나 의수환자와 같이 팔을 자유롭게 움직일 수 없는 편마비 환자가 게임과 연동하여 재활 훈련함으로써 지루하지 않으며 흥미를 유발시켜 적극적으로 재활 훈련에 참여할 수 있도록 한다.

Description

편마비 환자용 상지 재활 시스템 및 그 방법{REHABILITATION SYSTEM FOR UPPER LIMB OF HEMIPLEGIC PATIENTS AND METHOD THEREOF}
뇌졸증이나 의수환자와 같이 팔을 자유롭게 움직일 수 없는 편마비 환자가 흥미를 유발하는 게임과 연동하여 재활 훈련함으로써 자칫 지루하기 쉬운 재활 훈련에 적극적으로 참여할 수 있도록 하는 것이다.
인구의 노령화와 더불어 뇌졸증의 사회경제적 중요성이 커지고 있다. 미국 및 국내의 통계 자료에 따르면 사망률 중에서 뇌졸증은 암에 이어 두번째로 많은 비중을 차지하고 있다. 뇌졸증은 뇌혈관이 막혀서 발생하는 뇌경색과 뇌혈관의 파열로 인해 뇌 조직 내부로 혈액이 유출되어 발생하는 뇌출혈을 통틀어 일컫는다.
일반적으로 뇌졸증은 뇌손상이 있는 반대편 상하지의 마비와 기능 장애를 수반하게 된다. 뇌졸증에 의한 편마비의 정도에 따라 운동 방법이 다르며, 거동이 불편한 환자의 경우 하지 재활 훈련으로 흔히 트레드밀 보행 훈련 방법을 쓴다.
뇌졸증에 의한 편마비 환지들의 상지 재활 방법으로 간단히 더운 수건 등으로 찜질한 후 각 관절은 운동 범위를 충분히 확보할 수 있도록 천천히 큰 동작을 이용하여 시행하는데, 자가 훈련 이외에 물리치료사의 도움을 받아 운동 치료를 병행하는 것이 일반적이며, 어깨나 팔꿈치 이외에 손목에 대한 재활 훈련에 있어 다양한 연구와 노력들이 있어왔다.
[문헌1]에서 편마비 환자를 위한 상지 재활 훈련 방법은 자신의 건측 손을 이용해 자신의 환측 손을 움직이게 하는 재활 기구를 소개하고 있다.
그러나 [문헌1]에 소개된 재활 기구는 한가지 기구를 사용하여 다양하게 훈련하는 이점을 제공할 수 있겠으나 손잡이부와 기어부 및 팔고정부 등의 기구물을 훈련 상황에 따라 바꾸어 주는 동작이 요구되어 움직임이 자유롭지 않은 편마비 환자에게 불편을 줄 수 있다.
이와 같이 [문헌1]을 포함하여 종래기술에 따르면 환자 스스로 재활 기구를 이용하여 훈련에 몰입하기가 쉽지 않고, 물리치료사의 도움을 받는 경우에도 장시간 재활 훈련을 시행하는 과정에서 지루함을 느끼게 되어 재활 훈련의 효과를 높이기 위한 개선 방안이 요구되고 있다. 편마비 환자의 재활 훈련 특성상 지속적으로 꾸준하게 재활 훈련에 참여하는 것이 무엇보다 중요하지만 단순히 재활 운동만으로 한정하면 재활 기간이 길어짐에 따라 편마비 환자의 재활 의욕이 저하되는 문제점이 있었다.
이러한 점을 고려할 때 뇌졸증이나 의수환자와 같이 팔이나 손목을 자유롭게 사용할 수 없는 편마비 환자가 흥미를 가지면서 몰입하여 재활 훈련에 적극적으로 참여할 수 있도록 하는 방안이 절실하게 요구되고 있다.
[문헌1] 한국등록특허공보 등록번호 10-0554461(2006. 03. 03.)
없음
본 발명의 일측면은 편마비 환자가 쉽게 움직일 수 있는 소형 구조물의 조작 도구를 사용함으로써 환자 스스로 자가 훈련을 용이하게 수행할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 다른 측면은 소형 구조물의 조작 도구를 손으로 잡고 움직이면 컴퓨터나 스마트폰의 보조 도구에서 조작 도구의 움직임에 따라 재활 훈련 게임을 진행함으로써 편마비 환자가 흥미를 가지고 적극적으로 재활 훈련에 참여할 수 있도록 유도하는 것이다.
본 발명의 다른 측면은 손과 손목과 팔 등을 움직이는 간단한 게임을 통하여 유아와 아동들의 상지 근육을 발달시키기 위한 게임 기구로 활용하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 편마비 환자용 상지 재활 시스템은, 편마비 환자가 재활 운동할 수 있는 소형 구조물의 조작 도구; 상기 조작 도구 내부에 설치하고 재활 운동에 따른 상기 조작 도구의 움직임을 감지하여 전송하는 센서 모듈; 상기 센서 모듈로부터 유선 또는 무선으로 전송받은 상기 조작 도구의 움직임을 재활 환자에게 제공하기 위하여 상기 조작 도구의 움직임을 화면상에 맵핑하여 재활 훈련 게임을 실행하는 게임 컨텐츠 프로그램을 갖는 보조 도구;를 포함한다.
상기 조작 도구는 제1반구체의 일측과 제2반구체의 일측을 결합하여 하나의 구체를 형성하되, 상기 제1반구체의 표면은 손으로 잡을 수 있는 곡면부를 갖고, 상기 제2반구체의 저면은 바닥에 면접촉하는 평탄한 환형의 지지면을 갖는다.
상기 구체의 표면은 외주연이 원형으로 형성되고 중심을 기준으로 방사 대칭으로 외주연 방향으로 하향 경사지게 구면 형상으로 형성하고, 상기 제1반구체의 곡면부에 손가락이 놓여지는 손가락홈과 손바닥이 놓여지는 손바닥홈을 형성한다.
상기 제2반구체 내부에 상기 조작 도구의 유동을 억제하기 위하여 상기 지지면에 고정된 무게추를 더 포함한다.
상기 조작 도구는, 플레이트 형상의 지지판과, 상기 지지판의 가장자리에 일측이 고정되고 상기 지지판 상부를 덮는 반구 덮개와, 상기 지지판에 상기 반구 덮개를 결합하여 형성한 내부 공간에 설치하고 상기 반구 덮개에 끼워진 상태에서 방사 방향으로 조정할 수 있는 조정부를 포함한다.
상기 조정부는, 외측면이 상기 반구 덮개의 내측면에 면접촉하여 이동할 수 있는 반구 몸체와, 상기 반구 몸체의 외측면이 상기 반구 덮개의 내측면에 밀착되도록 상기 반구 몸체를 탄성 지지하는 탄성 부재와, 상기 반구 덮개의 통공에 끼워지고 상기 반구 몸체의 외측면에 일측이 고정되고 타측이 상기 통공 밖으로 튀어나온 손잡이를 포함한다.
상기 지지판의 저면에는 미끄럼 방지를 위한 요철홈을 형성하거나 상기 지지판의 저면에서 돌출 형성된 흡착판을 더 포함한다.
상기 센서 모듈은 상기 구체의 움직임을 감지하기 위하여 구체 내부에 설치한 움직임 센서와, 상기 움직임 센서의 센서 신호를 유선 또는 무선 통신을 이용하여 전송하는 제어부와, 상기 제어부의 제어에 따라 센서 신호를 상기 보조 도구로 전송하기 위한 유선통신부 또는 근거리 무선통신부를 포함한다.
상기 움직임 센서는 관성 센서를 적용하고, 상기 제어부는 A/D컨버터와 시리얼 트랜스포터와 충전 배터리를 포함하고, 상기 유선통신부는 유에스비 통신프로토콜을 지원하고, 상기 근거리 무선통신부는 지그비 통신프로토콜 또는 블루투스 통신프로토콜을 지원한다.
상기 관성 센서가 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향의 좌표를 제공하고, 상기 보조 기구는 X축 방향과 Y축 방향의 좌표를 이용하여 2차원 평면좌표에 맵핑하거나 X축 방향과 Y축 방향 및 Z축 방향의 좌표를 이용하여 3차원 입체좌표에 맵핑한다.
상기 보조 도구는 게임 컨텐츠 프로그램을 저장하는 컴퓨터 또는 스마트폰을 포함하고, 상기 게임 컨텐츠 프로그램은 화면상에 사전 설정된 모양의 게임 그래픽을 표시한 상태에서 상기 조작 도구의 움직임을 맵핑시킨 포인터를 이동하여 재활 훈련 게임을 진행한다.
상기 게임 컨텐츠 프로그램은 상기 게임 화면에 설정된 게임 규칙에 따른 재활 훈련 게임의 레벨과 게임 시간, 및 상기 재활 훈련 게임의 성과를 표시한다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 편마비 환자용 상지 재활 방법은, 편마비 환자가 재활 운동할 수 있는 소형 구조물의 조작 도구와 게임 컨텐츠 프로그램이 저장된 보조 도구 사이에 유선 또는 무선 연결하는 단계; 상기 보조 도구의 게임 컨텐츠 프로그램에서 재활 훈련 게임을 지원하는 복수의 게임 모드 중 원하는 게임 모드를 설정하는 단계; 상기 조작 도구를 손으로 잡고 재활 운동할 때 상기 조작 도구 내부에 설치한 움직임 센서로 감지한 센서 신호를 상기 보조 도구에 전송하는 단계; 상기 설정된 게임 모드를 실행한 상기 보조 도구가 상기 조작 도구로부터 전송받은 센서 신호에 따라 상기 조작 도구의 움직임을 화면상의 좌표에 맵핑시켜 재활 훈련 게임을 진행하는 단계;를 포함한다.
상기 전송 단계는 구체의 자세 변화를 감지하는 관성 센서의 센서 신호를 유선 통신프로토콜 또는 근거리 무선 통신프로토콜을 이용하여 상기 조작 도구가 상기 보조 도구로 실시간으로 전송하고, 상기 게임 진행 단계는 상기 조작 도구의 움직임을 상기 관성 센서의 센서 신호로 인식한 상기 보조 도구에서 재활 훈련 게임에 연동시켜 게임을 진행한다.
상기 설정된 게임 모드가 2차원 평면좌표에서 실행하는 제1게임 모드인 경우, 상기 보조 도구가 상기 관성 센서로부터 전송받은 X축 방향과 Y축 방향의 좌표를 2차원 평면영역에 맵핑하여 상기 조작 도구의 이동 궤적을 화면상에 표시하는 재활 훈련 게임을 진행한다.
상기 설정된 게임 모드가 3차원 입체좌표에서 실행하는 제2게임 모드인 경우, 상기 보조 도구가 상기 관성 센서로부터 전송받은 X축 방향과 Y축 방향 및 Z축 방향의 좌표를 3차원 입체영역에 맵핑시켜 화면상의 타겟에 일치시키는 재활 훈련 게임을 진행한다.
상기 설정된 게임 모드를 진행하는 동안, 게임 화면에 설정된 게임 규칙에 따른 재활 훈련 게임의 레벨과 게임 시간, 및 상기 재활 훈련 게임의 성과를 표시한다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에 따른 편마비 환자용 상지 재활 시스템은 소형 구조물의 조작 도구를 이용하여 게임 형식으로 재활 훈련을 진행할 수 있어 자가 훈련이 용이하고 오랜 시간 지속적으로 재활 훈련을 수행하는데 적합하다.
본 발명은 소형 구조물의 조작 도구를 손으로 잡고 움직이면 컴퓨터나 스마트폰의 보조 도구를 이용하여 조작 도구의 움직임에 따라 재활 훈련 게임을 진행하므로 편마비 환자가 흥미를 가지고 몰입할 수 있어 재활 훈련에 적극적으로 참여할 수 있다.
본 발명은 편마비 환자가 아니더라도 신체발달이 미숙한 유아나 아동들이 손과 손목 및 팔을 사용하여 간단하게 게임할 수 있게 함으로써 유아와 아동들이 상지 근육 발달시키는데 적합한 게임 기구로 활용할 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조작 도구의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 조작 도구를 사용하여 편마비 환자가 재활 훈련하는 동작을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 조작 도구의 내부 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조작 도구의 단면도이다.
도 4b는 도 4a의 조작 도구를 사용하여 재활 훈련하는 동작을 예시적으로 나타낸 도면으로, 손잡이 조정에 따른 센서모듈의 자세를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 도 4a의 조작 도구의 변형예로서, 지지판에 흡착판을 설치한 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 편마비 환자용 상지 재활 시스템의 블록도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 편마비 환자용 상지 재활 시스템의 블록도이다.
도 8은 도 6 및 도 7의 재활 시스템을 구성하는 컴퓨터의 상세블록도이다.
도 9는 본 발명에 따른 재활 훈련 게임을 진행하는 경우의 예로서, 2차원 평면영역에 나타난 게임 그래픽을 이용하여 움직임 센서의 좌표를 맵핑한 포인터 위치를 조정하여 재활 훈련하는 제1게임모드에 대한 사용예시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 재활 훈련 게임을 진행하는 경우의 예로서, 3차원 입체영역에 움직임 센서의 좌표를 맵핑한 포인터를 타겟에 일치시켜 재활 훈련하는 제2게임모드에 대한 사용예시도이다.
도 11은 본 발명에 따른 편마비 환자용 재활 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 12는 본 발명에 따른 아동이 상지 재활 시스템을 게임 기구로 사용하는 예를 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.
도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조작 도구의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 조작 도구를 사용하여 편마비 환자가 재활 훈련하는 동작을 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 도 1의 조작 도구의 내부 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 조작 도구(10)는 편마비 환자가 재활 운동할 수 있는 소형 구조물로 제작할 수 있는데, 손으로 잡고 움직일 수 있는 구체 형상으로 구현할 수 있다. 도 1에 예시한 바와 같이, 조작 도구(10)는 내부가 비어 있는 제1반구체(20)의 일측과 내부가 비어 있는 제2반구체(30)의 일측을 결합하여 하나의 구체를 형성한다.
제1반구체(20) 표면은 손으로 잡기 편리하도록 곡면부(21)를 가지고 있고, 이 곡면부(21)에는 환자 손바닥이 놓여지는 손바닥홈(22)과 여러 손가락이 놓여지는 복수개 손가락홈(23)을 형성할 수 있다. 곡면부(21)는 외주연(24)이 원형으로 형성되고 중심(C)을 기준으로 방사 대칭으로 외주연 방향으로 하향 경자지게 구면 형상으로 형성할 수 있다.
실시예에서는 손바닥홈(22)과 손가락홈(23)은 표면에서 일정 깊이 파인 요홈으로 구현하였으나 손바닥과 손가락에 각각 접촉하는 부분을 미세 돌기로 형성하거나 국부적으로 거칠게 표면 가공하여 파지 시 미끄럼을 방지할 수 있다.
도 3을 참고하여, 제1반구체(20)의 하단부 일측(21a)과 제2반구체(30)의 상단부 일측(31)은 억지 끼움하여 분리 또는 결합할 수 있는데, 여기서 실시예와 다른 결합 방법으로 제1반구체(20) 일측(21)에 대해 제2반구체(30) 일측(31)을 상대 회전시켜 돌려 끼우는 나사 결합이나 반구체 외면에 걸쇠와 고리를 적용한 체결구조 등도 가능하다.
제2반구체(30)의 저면은 중심 위치에 구멍이 뚫려 있는 요홈(34)이 형성되고 그 요홈 주위를 둘러싸고 바닥에 면접촉할 수 있게 평탄한 환형의 지지면(32)을 갖는다. 제2반구체(30) 내부 하단부에는 무게 중심을 잡기 위한 환형의 무게추(33)를 설치한다. 편마비 환자의 재활 운동에 부담을 주지 않을 정도로 무게추(33)의 중량을 설정하는데, 금속재질로 만들어진 무게추(33)를 지지면(32)의 상부에 고정 위치시켜 조작 도구(10)의 유동을 방지하는 것이 바람직하다.
센서 모듈(40)은 기판(41)과 움직임 센서(42)를 포함한다. 기판(41)은 제2반구체(30) 내측 돌출 부분에 걸쳐 고정되고, 움직임 센서(42)는 요홈(34) 상부에 안착되어 뚫려 있는 구멍을 폐쇄시킨다.
움직임 센서(42)는 조작 도구(10)의 움직임을 감지하여 센서 신호를 출력하는 관성 센서로 구현할 수 있다. 이 때 관성 센서는 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향에 대한 각 축의 좌표를 얻을 수 있는 센서 신호로 출력할 수 있다.
기판(41)에 움직임 센서(42)의 센서 신호를 전송하기 위하여 후술하는 제어부(43)와 유선 또는 무선 통신을 위한 전기 부품을 장착할 수 있다.
도 2에 예시한 바와 같이, 조작 도구(10)를 손으로 잡고 전후좌우 방향으로 밀고 당기거나 제자리에서 돌리는 등 손목과 팔에 대한 상지 재활 운동을 실시할 수 있다. 이 때 바닥에서 이동하는 지지면(32)의 접촉 면적이 적고 부피가 작고 경량의 구성품(41)(42)(33)이 내부에 설치되므로 편마비 환자가 움직임이 불편한 한쪽 팔을 이용하여 조작 도구(10)를 용이하게 이동할 수 있다.
앞서 설명한 실시예의 조작 도구(10)는 전체를 움직일 수 있는 구성을 예시하고 있으나, 높은 난이도의 재활 훈련을 하거나 움직임이 보다 자유로운 편마비 환자들에게는 평면이 아닌 공간적으로 이동하여 재활 훈련하는 것이 필요할 수 있고, 도 4a 내지 도 5에서 설명하는 다른 실시예에서와 같이 손잡이를 조작 도구에 적용하여 재활 훈련할 수도 있다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조작 도구의 단면도이고, 도 4b는 도 4a의 조작 도구를 사용하여 재활 훈련하는 동작을 예시적으로 나타낸 도면으로, 손잡이 조정에 따른 센서모듈의 자세를 설명하기 위한 단면도이며, 도 5는 도 4a의 조작 도구의 변형예로서, 지지판에 흡착판을 설치한 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4a에 도시한 바와 같이 다른 실시예에 따른 조작 도구(10a)는 플레이트 형상의 지지판(50)과 지지판(50)의 가장자리에 일측이 고정되고 지지판 상부를 덮는 반구 덮개(60)와, 반구 덮개(60)에 움직일 수 있도록 끼워져 설치된 조정부(70)를 포함한다.
지지판(50)의 저면에는 미끄럼 방지를 위한 요철홈(51)을 형성할 수 있다. 실시예와 같이 요철홈(51)은 지지판(50)의 저면 전체에 대해 형성하거나 저면을 횡단하여 일정폭을 갖는 띠 형상으로 형성할 수 있다. 이러한 요철홈(51)은 유연한 고무나 플라스틱 재질로 만들어 미끄럼 억제 효과를 강화시키는 것이 바람직하다.
반구 덮개(60)는 수용 공간을 형성하도록 속이 비어 있고, 중심부에 통공(62)이 뚫려 있다. 조정부(70)는 통공(62) 밖으로 일측이 튀어 나온 손잡이(71)와 반구 덮개(60) 내부에 설치되어 손잡이(71)를 지지하는 반구 몸체(72)와, 반구 몸체(72)의 탄성 지지하는 탄성 부재(73)를 포함한다.
반구 몸체(72)의 외측면(72a)은 중심을 기준으로 방사 대칭으로 하향 경사지게 구면 형상으로 형성하며, 몸체 바닥의 여러 지점에 설치된 탄성 부재(73)에 의해 반구 덮개(60)의 내측면(60a)에 밀착된다. 반구 몸체(72) 내부에는 앞서 설명한 실시예에서의 센서 모듈(40)이 고정 설치한다.
도 4b를 참고하여, 손잡이(71)가 외측면(72a)에 고정 설치되어, 통공(62) 밖으로 노출된 손잡이(71)를 잡고 밀거나 당기며 좌우 방향으로 돌려서 반구 몸체(72)를 내부에서 움직이게 하는 것이 가능하다. 이때 반구 덮개(72)의 외측면이 탄성 부재(73)에 의해 반구 몸체(72) 내측면에 면접촉한 상태에서 자유롭게 이동할 수 있고, 반구 몸체(72)의 자세 변화에 따라 센서 모듈(40)은 조정부(70)에 의한 움직임을 감지할 수 있다. 센서 모듈(40)의 구성은 앞서의 실시예와 같이 기능상 동일한 기판(41)과 움직임 센서(42)와 후술하는 제어부(43)와 유선 또는 무선 통신을 위한 전기 부품을 장착할 수 있다. 이때 움직임 센서(42)는 조작 도구(10)에 설치한 조정부(70)의 움직임을 감지하여 센서 신호를 출력하는 관성 센서로 구현할 수 있다. 이 때 관성 센서는 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향에 대한 각 축의 좌표를 얻을 수 있는 센서 신호로 출력할 수 있다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 다른 실시예에 따른 조작 도구(10a)는 지지판(50)에 복수개 흡착판(52)을 적용할 수 있다.
재활 훈련을 하는 장소의 특성상 표면이 매끄러운 유리 또는 바닥에 조작 도구(10a)를 위치시키는 경우, 지지판(50)에 요철홈(51)을 적용한 구성에 비하여 눌러 압착시켜 고정할 수 있는 흡착판(52)를 적용하는 것이 바람직하다. 여기서 흡착판(52)의 크기와 형상 및 재질, 적용 개수는 필요에 따라 변경하거나 변형할 수 있음은 물론이다.
이와 같이 여러 실시예에서 설명한 조작 도구(10)(10a)를 이용하여 편마비 환자의 팔 근육, 팔꿈치, 손목 및 손가락에 대한 재활 훈련에 적용할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 편마비 환자용 상지 재활 시스템의 블록도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 편마비 환자용 상지 재활 시스템의 블록도로서, 도 6은 조작 도구와 보조 도구 사이에 근거리 통신하여 움직임 센서의 센서 신호를 전송하는 방식을 적용하여 재활 훈련 게임을 진행하는 예이고, 도 7은 조작 도구와 보조 도구 사이에 유선 통신하여 움직임 센서의 센서 신호를 전송하는 방식을 적용하여 재활 훈련 게임을 진행하는 예이다.
도 6을 참고하여, 센서 모듈(40)은 조작 도구(10)(10a) 내부에 설치하며, 움직임 센서(41)와 센서 신호를 전송하기 위한 제어부(43) 그리고 센서 신호를 근거리 통신 프로토콜을 이용하여 보조 도구(100)(200)에 무선 전송하는 근거리 무선통신부(47)를 포함한다. 실시예에서 재활 훈련 게임을 실시할 수 있는 보조 도구로서 컴퓨터(100) 또는 스마트폰(200)을 적용하였으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 재활 훈련 컨텐츠프로그램을 실행시키고 화면상에 게임 그래픽을 표시할 수 있으며 근거리 통신을 지원하는 전자 기기이면 제한없이 적용할 수 있을 것이다. 여기서 조작 도구(10(10a)와 보조 도구(100)(200) 사이에 근거리 통신하기 위한 통신 프로토콜로서, 지그비 통신프로토콜 또는 블루투스 통신 프로토콜을 사용할 수 있다.
제어부(43)는 움직임 센서(42)의 센서 신호를 디지털 변환하는 A/D컨버터(44)와 신호 전송을 위해 시리얼 데이터 스트림으로 변환하여 근거리 무선통신부(47)에 전달하는 시리얼 트랜스포터(45), 그리고 각 구성부에 동작 전원을 제공하기 위한 충전 배터리(46)를 포함할 수 있다.
도 7를 참고하여, 다른 실시예의 편마비 환자용 재활 시스템은 도 6에서 설명한 실시예와 비교하여 볼 때 센서 모듈(40a)과 보조 도구(100) 사이를 신호선(48)을 연결하여 센서 신호를 유선으로 전송하는 전송 방식의 차이를 제외하면 기능상 동일하다. 구체적으로 살펴보면, 센서 모듈(40a)은 움직임 센서(42)와 제어부(43)의 구성은 기능상 동일하며, 제어부(43)의 시리얼 트랜스포터(45)에서 제공받은 데이터 스트림을 신호선(48)을 매개로 컴퓨터(100)에 전송하는 유선 통신부(47a)를 구비하는 구성상 차이가 있다. 여기서 유선 통신부(47a)는 유에시스비 통신 프로토콜을 적용하여 데이터를 전송할 수 있다.
도 8을 참고하여, 컴퓨터(100)는 범용적으로 사용하는 개인용 컴퓨터(PC)를 적용하여 구현할 수 있고, 센서 모듈(40)의 근거리 무선통신부(47) 또는 센서 모듈(40a)의 유선 통신부(47a)와 송수신하여 데이터를 전송받는 유무선 통신부(102)와 컴퓨터의 전반적인 동작을 제어하고 조작 도구(10)(10a)를 이용한 재활 게임 동작을 제어하는 컴퓨터 제어부(104)와 후술하는 재활 게임을 실행하기 위한 게임 컨텐츠 프로그램을 저장하는 게임 컨텐츠프로그램 저장부(106), 그리고 재활 환자에게 게임 그래픽을 표시하고 조작 도구(10)(10a)의 움직임을 맵핑하여 게임 내용을 확인할 수 있도록 표시하는 표시부(108)를 포함한다.
스마트폰(200) 역시 컴퓨터(100)와 실질적으로 동일한 기능을 구현할 수 있으며, 게임 컨텐츠를 이용하여 게임을 실행할 수 있는 어플리케이션을 다운로드하여 재활 훈련을 진행할 수 있으며, 이에 대한 구성은 통상의 기술자가 구현하는데 어려움이 없을 것이므로 구체적인 구성은 생략한다.
실시예에서 채택하고 있는 움직임 센서(42)로서 관성 센서는 X축 방향과 Y축 방향 및 Z축 방향에 대해 움직임을 감지하고 이를 센서 신호로 제공할 수 있는데,이러한 제공받은 각 축의 좌표에 대해 화면상에 좌표로 맵핑하여 흥미로운 게임을 실행할 수 있다. 이때 X축 방향과 Y축 방향의 센서 신호만을 이용하여 화면의 평면영역에 맵핑하여 게임하는 제1게임모드와 X축 방향과 Y축 방향 및 Z축 방향에 대해 모든 센서 신호를 이용하여 화면의 입체영역에 맵핑하여 게임하는 제2게임 모드로 구분한다. 물론, 어떠한 센서 신호를 응용하여 게임에 적용하는가에 따라 다양한 게임 모드와 게임 내용을 구현할 수 있음은 물론이다.
도 9를 참고하여 제1게임 모드를 설명한다.
도시한 바와 같이, 표시부(108)의 화면(120)에는 상태 표시창(121)과 정보 표시창(122), 그리고 2차원 평면영역에 나타난 게임 그래픽(T)을 이용하여 움직임 센서(42)의 좌표를 맵핑한 포인터(P1) 위치를 조정하여 재활 훈련하는 게임 컨텐츠가 실행하는 게임 영역을 포함한다.
상태 표시창(121)에는 게임 모드 설정과 게임 규칙에 따른 재활 훈련 게임의 레벨를 표시할 수 있고, 정보 표시창(122)에는 게임 진행시간과 게임의 성과를 수치 정보로 표시하거나 게임 화면의 스캔 이미지를 제공할 수 있다.
게임 그래픽(T)은 도넛 모양으로 나타난다. 편마비 환자가 손으로 조작 도구(10)를 잡고 재활 운동을 하면 움직임 센서(42)로부터 제공받은 X축 방향과 Y축 방향의 센서 신호만을 이용하여 평면상에 맵핑한 포인터(P1) 위치가 변화한다. 이때 포인터(P1) 위치가 도우넛의 작은 원과 큰 원으로 구별하는 트랙 내에서 움직이면 득점이 증가하고 트랙을 벗어나면 득점이 되지 않거나 감소하는 방식으로 재활 훈련 게임을 진행할 수 있다. 화면의 적색 표시는 포인터(P1)의 이동 궤적을 나타낸 것이다.
도 10을 참고하여 제2게임 모드를 설명한다.
표시부(108)의 화면(130)에는 게임 영역(131)과 게임 진행에 따른 상태 및 정보를 표시하는 정보 영역(132)을 포함한다. 정보 영역(132)은 재활 환자에게 득점 가능한 타겟 유형을 알려주거나 게임을 통해 획득한 점수를 알려주거나 게임의 진행 시간을 알려 줄 수 있다.
게임 영역(131)에는 모양이 다른 복수개 타겟(T1)(T2)(T3)이 섞여서 표시되고 동시에 포인터(P2)가 표시된다. 타겟(T1)은 2차원 평면상에서 존재하고, 타겟(T2)은 2차원 평면에서 Z축 방향으로 앞쪽에 존재하며, 타겟(T3)은 2차원 평면에서 Z축 방향으로 뒷쪽에 존재하게 된다.
편마비 환자가 손으로 조작 도구(10a)의 손잡이(71)를 움직이면 반구 몸체(72)에 고정된 센서 모듈(40)의 자세 변화가 발생하고, 이에 따른 움직임 센서(42)의 센서 신호를 제공받은 보조 도구(100)(200)는 포인터(P2) 위치를 변화시킨다. 손잡이(71)가 수직으로 세워진 상태에서 기울임이 설정된 범위에서 움직이게 되면 포인터(P2)가 2차원 평면상에서 위치가 변화하여 타겟(T1)에 일치시켜 득점을 할 수 있다. 또한 손잡이(71)를 앞쪽으로 설정된 범위를 벗어나서 움직이면 Z축 방향의 앞에 존재하는 타겟(T2)에 일치시켜 득점할 수 있으며, 손잡이(71)를 뒷쪽으로 설정된 범위를 벗어나서 움직이면 Z축 방향의 뒤에 존재하는 타겟(T3)에 일치시켜 득점할 수 있다. 이때 일치시켜야 하는 순서대로 타겟 유형이 다르게 하면 재활 환자는 주어진 타겟 유형을 선택적으로 일치시켜서 게임을 진행할 수 있다.
제2게임 모드는 제1게임 모드에 비하여 팔이나 손목의 움직이 자유로운 재활 환자에게 적합하며, 지속적인 재활 훈련 과정에서 난이도가 있는 재활 훈련이 필요한 경우에 사용하는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 편마비 환자용 상지 재활 방법을 도 11을 참고하여 설명한다.
먼저, 조작 도구(10)(10a)와 보조 도구(100)(200) 사이에 센서 신호를 주고 받을 수 있도록 유선 또는 무선 연결한다(302). 유선 연결은 조작 도구(10)(10a)의 센서 모듈(40a)과 보조 도구(100)(200) 사이를 신호선(48)으로 연결하여 센서 신호를 유선으로 전송하는 방식을 의미하며, 전형적인 유선 연결방식으로 유에스비 통신 프로토콜을 적용할 수 있다. 무선 연결은 조작 도구(10)(10a)의 센서 모듈(40)과 보조 도구(100)(200) 사이를 근거리 통신하여 센서 신호를 전송하는 방식을 의미하며, 전형적으로 지그비 통신프로토콜이나 블루투스 통신프로토콜을 적용한다.
재활 환자는 보조 도구(100)(200)의 사용자 인터페이스를 이용하여 게임 컨텐츠 프로그램을 활성화시킨 상태에서 원하는 게임 모드를 설정한다(304). 제1게임 모드를 설정한 경우(306의 예) 구체 형상의 조작 도구(10)를 손으로 잡고 움직임으로써 게임을 진행하며, 이때 조작 도구(10) 내부에 설치한 움직임 센서(42) 즉 관성 센서로 감지한 센서 신호를 유선 또는 무선 통신하여 보조 도구(100)(200)에 전송한다(308).
보조 도구(100)(200)는 유선 또는 무선 통신하여 관성 센서로부터 제공받은 센서 신호를 이용하여 2차원 평면 영역에 좌표로 맵핑한 포인터(P1)가 게임 그래픽 예를 들어 도우넛 모양의 트랙(T) 내에서 움직이게 하여 득점하는 게임을 진행한다. 이때 보조 도구(100)(200)는 관성 센서의 각 축 방향의 센서 신호 중에서 X축 방향과 Y축 방향의 센서 신호만을 가지고 맵핑하여 도 9와 같이 게임을 진행할 수 있다(310).
한편 제2게임 모드를 설정한 경우(307의 예) 조작 도구(10a)의 손잡이(71)를 손으로 잡고 움직임으로써 게임을 진행하며, 이때 조작 도구(10a) 내부에 설치한 움직임 센서(42) 즉 관성 센서로 감지한 센서 신호를 유선 또는 무선 통신하여 보조 도구(100)(200)에 전송한다(309).
보조 도구(100)(200)는 유선 또는 무선 통신하여 관성 센서로부터 제공받은 센서 신호를 이용하여 2차원 평면 영역에 좌표로 맵핑한 포인터(P2) 위치가 게임 그래픽 예를 들어 여러 종류의 타겟을 일치시켜 득점하는 게임을 한다. 이때 보조 도구(100)(200)는 관성 센서의 각 축 방향의 센서 신호 중에서 X축 방향과 Y축 방향 이외에 Z축 방향의 센서 신호를 이용하여 Z축 방향의 앞에 존재하는 타겟(T2)과 Z축 방향의 뒤에 존재하는 타겟(T3)으로 포인터(P2) 위치를 이동하여 도 10와 같이 게임을 진행할 수 있다(311).
이상 상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 편마비 환자가 쉽게 잡을 수 있는 소형 구조물로 제작한 조작 도구에 설치한 센서 모듈이 재활 운동에 따른 움직임을 감지하여 유선 또는 무선으로 보조 도구인 컴퓨터 또는 스마트폰으로 전송하고, 보조 도구에서 재활 훈련을 위해 제작된 게임 컨텐츠 프로그램을 실행시켜 재활 훈련을 진행할 수 있다. 이에 따라 한족 팔을 움직이기 어려운 편마비 환자라도 재활 훈련에 몰입하여 흥미를 가지고 적극적으로 재활 운동을 참여할 수 있는 것이다. 뿐만 아니라 본 발명은 편마비 환자가 아니더라도 도 12에 나타낸 바와 같이 신체 발달이 미숙한 유아나 아동들이 손과 손목과 팔 등을 움직이는 간단하게 게임할 수 있어 유아와 아동들의 상지 근육을 발달시키기 위한 게임 기구로 활용할 수 있다
10, 10a : 조작 도구 20 : 제1반구체
21 : 곡면부 22 : 손박닥홈
23 : 손가락홈 24 : 외주연
30 : 제2반구체 32 : 지지면
33 : 무게추 40, 40a : 센서모듈
41 : 기판 42 : 움직임 센서
43 : 제어부 44 : A/D 컨버터
45 : 시리얼 트랜스포터 46 : 충전 배터리
47 : 근거리 무선통신부 47a : 유선통신부
48 : 신호선 50 : 지지판
51 : 요철홈 52 : 흡착판
60 : 반구 덮개 60a : 내측면
70 : 조정부 71 : 손잡이
72 : 반구 몸체 72a : 외측면
73 : 탄성 부재 100 : 컴퓨터
102 : 유무선 통신모듈 104 : 컴퓨터 제어부
106 : 게임 컨텐츠프로그램 저장부
108 : 표시부 200 : 스마트폰

Claims (17)

  1. 삭제
  2. 편마비 환자가 재활 운동할 수 있는 소형 구조물의 조작 도구;
    상기 조작 도구 내부에 설치하고 재활 운동에 따른 상기 조작 도구의 움직임을 감지하여 전송하는 센서 모듈;
    상기 센서 모듈로부터 유선 또는 무선으로 전송받은 상기 조작 도구의 움직임을 재활 환자에게 제공하기 위하여 상기 조작 도구의 움직임을 화면상에 맵핑하여 재활 훈련 게임을 실행하는 게임 컨텐츠 프로그램을 갖는 보조 도구;를 포함하되,
    상기 조작 도구는 제1반구체의 일측과 제2반구체의 일측을 결합하여 하나의 구체를 형성하고,
    상기 제1반구체의 표면은 손으로 잡을 수 있는 곡면부를 갖고,
    상기 제2반구체의 저면은 바닥에 면접촉하는 평탄한 환형의 지지면을 갖는 편마비 환자용 상지 재활 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구체의 표면은 외주연이 원형으로 형성되고 중심을 기준으로 방사 대칭으로 외주연 방향으로 하향 경사지게 구면 형상으로 형성하고,
    상기 제1반구체의 곡면부에 손가락이 놓여지는 손가락홈과 손바닥이 놓여지는 손바닥홈을 형성한 편마비 환자용 상지 재활 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2반구체 내부에 상기 조작 도구의 유동을 억제하기 위하여 상기 지지면에 고정된 무게추를 더 포함하는 편마비 환자용 상지 재활 시스템.
  5. 편마비 환자가 재활 운동할 수 있는 소형 구조물의 조작 도구;
    상기 조작 도구 내부에 설치하고 재활 운동에 따른 상기 조작 도구의 움직임을 감지하여 전송하는 센서 모듈;
    상기 센서 모듈로부터 유선 또는 무선으로 전송받은 상기 조작 도구의 움직임을 재활 환자에게 제공하기 위하여 상기 조작 도구의 움직임을 화면상에 맵핑하여 재활 훈련 게임을 실행하는 게임 컨텐츠 프로그램을 갖는 보조 도구;를 포함하되,
    상기 조작 도구는, 플레이트 형상의 지지판과, 상기 지지판의 가장자리에 일측이 고정되고 상기 지지판 상부를 덮는 반구 덮개와, 상기 지지판에 상기 반구 덮개를 결합하여 형성한 내부 공간에 설치하고 상기 반구 덮개에 끼워진 상태에서 방사 방향으로 조정할 수 있는 조정부를 포함하는 편마비 환자용 상지 재활 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 조정부는, 외측면이 상기 반구 덮개의 내측면에 면접촉하여 이동할 수 있는 반구 몸체와, 상기 반구 몸체의 외측면이 상기 반구 덮개의 내측면에 밀착되도록 상기 반구 몸체를 탄성 지지하는 탄성 부재와, 상기 반구 덮개의 통공에 끼워지고 상기 반구 몸체의 외측면에 일측이 고정되고 타측이 상기 통공 밖으로 튀어나온 손잡이를 포함하는 편마비 환자용 상지 재활 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 지지판의 저면에는 미끄럼 방지를 위한 요철홈을 형성하거나 상기 지지판의 저면에서 돌출 형성된 흡착판을 더 포함한 편마비 환자용 상지 재활 시스템.
  8. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 모듈은 상기 구체의 움직임을 감지하기 위하여 구체 내부에 설치한 움직임 센서와, 상기 움직임 센서의 센서 신호를 유선 또는 무선 통신을 이용하여 전송하는 제어부와, 상기 제어부의 제어에 따라 센서 신호를 상기 보조 도구로 전송하기 위한 유선통신부 또는 근거리 무선통신부를 포함하는 편마비 환자용 상지 재활 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 움직임 센서는 관성 센서를 적용하고,
    상기 제어부는 A/D컨버터와 시리얼 트랜스포터와 충전 배터리를 포함하고,
    상기 유선통신부는 유에스비 통신프로토콜을 지원하고, 상기 근거리 무선통신부는 지그비 통신프로토콜 또는 블루투스 통신프로토콜을 지원하는 편마비 환자용 상지 재활 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 관성 센서가 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향의 좌표를 제공하고,
    상기 보조 기구는 X축 방향과 Y축 방향의 좌표를 이용하여 2차원 평면좌표에 맵핑하거나 X축 방향과 Y축 방향 및 Z축 방향의 좌표를 이용하여 3차원 입체좌표에 맵핑하는 편마비 환자용 상지 재활 시스템.
  11. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보조 도구는 게임 컨텐츠 프로그램을 저장하는 컴퓨터 또는 스마트폰을 포함하고,
    상기 게임 컨텐츠 프로그램은 화면상에 사전 설정된 모양의 게임 그래픽을 표시한 상태에서 상기 조작 도구의 움직임을 맵핑시킨 포인터를 이동하여 재활 훈련 게임을 진행하는 편마비 환자용 상지 재활 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 게임 컨텐츠 프로그램은 상기 게임 화면에 설정된 게임 규칙에 따른 재활 훈련 게임의 레벨과 게임 시간, 및 상기 재활 훈련 게임의 성과를 표시하는 편마비 환자용 상지 재활 시스템.
  13. 삭제
  14. 편마비 환자가 재활 운동할 수 있는 소형 구조물의 조작 도구와 게임 컨텐츠 프로그램이 저장된 보조 도구 사이에 유선 또는 무선 연결하는 단계;
    상기 보조 도구의 게임 컨텐츠 프로그램에서 재활 훈련 게임을 지원하는 복수의 게임 모드 중 원하는 게임 모드를 설정하는 단계;
    상기 조작 도구를 손으로 잡고 재활 운동할 때 상기 조작 도구 내부에 설치한 움직임 센서로 감지한 센서 신호를 상기 보조 도구에 전송하는 단계;
    상기 설정된 게임 모드를 실행한 상기 보조 도구가 상기 조작 도구로부터 전송받은 센서 신호에 따라 상기 조작 도구의 움직임을 화면상의 좌표에 맵핑시켜 재활 훈련 게임을 진행하는 단계;를 포함하되,
    상기 전송 단계는 구체의 자세 변화를 감지하는 관성 센서의 센서 신호를 유선 통신프로토콜 또는 근거리 무선 통신프로토콜을 이용하여 상기 조작 도구가 상기 보조 도구로 실시간으로 전송하고,
    상기 게임 진행 단계는 상기 조작 도구의 움직임을 상기 관성 센서의 센서 신호로 인식한 상기 보조 도구에서 재활 훈련 게임에 연동시켜 게임을 진행하는 편마비 환자용 상지 재활 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 설정된 게임 모드가 2차원 평면좌표에서 실행하는 제1게임 모드인 경우, 상기 보조 도구가 상기 관성 센서로부터 전송받은 X축 방향과 Y축 방향의 좌표를 2차원 평면영역에 맵핑하여 상기 조작 도구의 이동 궤적을 화면상에 표시하는 재활 훈련 게임을 진행하는 편마비 환자용 상지 재활 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 설정된 게임 모드가 3차원 입체좌표에서 실행하는 제2게임 모드인 경우, 상기 보조 도구가 상기 관성 센서로부터 전송받은 X축 방향과 Y축 방향 및 Z축 방향의 좌표를 3차원 입체영역에 맵핑시켜 화면상의 타겟에 일치시키는 재활 훈련 게임을 진행하는 편마비 환자용 상지 재활 방법.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 설정된 게임 모드를 진행하는 동안, 게임 화면에 설정된 게임 규칙에 따른 재활 훈련 게임의 레벨과 게임 시간, 및 상기 재활 훈련 게임의 성과를 표시하는 편마비 환자용 상지 재활 방법.
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