KR101335328B1 - 생체신호를 기반으로 하는 운동 및 인지 재활 훈련 시스템 - Google Patents

생체신호를 기반으로 하는 운동 및 인지 재활 훈련 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 사용자의 신체에 부착되어 상기 사용자 근육의 움직임을 감지하며 근전도 신호를 획득하는 근전도 모듈, 신호 처리한 근전도 신호를 문턱치와 비교하고 상기 비교한 결과에 대응하는 키 조작신호를 출력하는 중앙 유닛 및 상기 출력된 키 조작신호를 전자장치로 전송하여 상기 전자장치를 제어하는 인터페이스부를 포함하는 운동 및 인지 재활 훈련 시스템을 제공한다.

Description

생체신호를 기반으로 하는 운동 및 인지 재활 훈련 시스템{REHABILITATION SYSTEM FOR RECOGNITION AND EXERCISE BASED ON BIO SIGNAL}
본 발명은 사용자의 움직임에 따른 생체신호의 한 예인 근전도 신호를 이용하여 운동 및 인지 재활 훈련을 수행하기 위한 방안에 관한 것이다.
최근 노령화로 인한 노인인구가 증가함에 따라 뇌졸중 환자의 수가 급상승하고 있다. 뇌졸중은 대부분 운동 장애 및 인지 장애 증상을 동반하며, 노인은 노화로 인해 신체의 사용이 어려워지고 지적 능력이 감퇴하는 증상을 동반한다. 특히 뇌졸중 및 외상성 뇌질환으로 인한 인지장애는 환자의 주의력, 기억력, 지각력, 문제 해결능력 등에 이상을 초래하고 일상생활의 동작 수행을 어렵게 하고 나아가서는 가정, 사회 및 직업생활의 수행에 중요한 장애 요소가 된다. 이를 치료하기 위해 재활 치료의 중요성이 커지고 있으며, 효과적인 재활 치료를 하기 위한 연구가 활발하다.
근전도 신호 처리는 진단의학, 스포츠 과학, 재활 공학과 같은 분야에서 인간의 골격근 분석 및 진단, 동작 모방을 위해 활발히 연구되어 왔다. 특히, 근전도 신호를 이용한 생체-기계 인터페이스 시스템 기술은 로봇 기술의 중요한 핵심이라고 할 수 있다. 근래에는 근전도 신호를 의수, 의족 및 휠체어나 인간 컴퓨터 인터페이스(Human Computer Interface; HCI)기술을 이용하여 신체 장애를 겪는 환자의 재활 치료를 목적에 사용되고 있다. 또한, 새로운 기술의 발달로 인지 장애를 가지고 있는 사람들을 위한 정보 기반 툴(Information-Based Tool)의 사용 가능성이 높아지면서 활동 범위가 제한되었던 사람들의 외부와의 접촉이 이전보다 더 용이해졌을 뿐만 아니라 환자가 독립적으로 생활하는 것이 가능하게 되고 있다.
예컨대, 상기 인간 컴퓨터 인터페이스와 관련하여 다양한 형태의 기술들이 출원되어 있는데, 대한민국 등록특허공보 제10-2009-0097246호에 기재된 "근전도 센서를 이용한 조작신호 발생장치", 대한민국 등록특허공보 제10-0822483호에 기재된 "근육 강화와 근육 재활치료를 위한 근전도 신호 바이오 피드백 게임을 이용한 근육 자가운동 시스템 및 그에 사용되는 근전도 신호 바이오 피드백 게임방법" 등이 있다.
인지 기능 장애의 치료는 신경 손상의 회복과정에서 신경세포의 생성이나 신경연접의 가소성 등과 같은 신경가소성의 기전으로 설명하고 있으며 운동이나 환경자극을 통한 경험이 신경가소성에 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 신체 활동은 뇌의 활동을 통하여 이루어지며 역으로 신체의 활동은 뇌의 기능을 활성화시켜 신경가소성을 촉진시킨다. 이렇듯 운동 기능과 인지 기능은 상호 연관성이 있다는 연구가 활발하며 단편적인 재활 프로그램보다는 인지치료와 운동치료를 병행하는 다면적 재활 프로그램의 치료 효과가 더 좋다고 알려져 있다. 또한 인지 기능 장애는 재활 치료 프로그램에 참여하는 의욕과 동기를 저하시킬 뿐만 아니라 운동기능의 습득 능력에도 영향을 미치므로 운동재활과 인지재활을 병행하는 것은 중요하다.
종래에는 운동 장애와 인지 장애가 동반되는 경우, 각각의 재활 치료를 따로 수행하고 있으며 각 재활 치료를 수행할 때 재활 치료사나 보조원의 도움으로 재활 치료가 이루어지고 있다. 기존의 이러한 재활 치료 방식은 환자에게 시간적, 경제적으로 부담을 줄 뿐만 아니라, 장기간 재활 치료가 필요한 환자에게는 재활 치료에 대한 거부감을 들게 할 수 있다. 또한, 재활치료사나 보조원의 도움으로 재활 치료가 수행될 경우 환자가 재활 치료를 수동적으로 참여하게 되므로 높은 재활 치료 효과를 기대하기 어렵고, 환자는 자신이 수행한 재활 치료에 대한 결과를 즉각 피드백 받지 못하므로 자신의 회복 정도를 정확하게 파악하기 힘들다.
본 발명의 일실시예는 뇌졸중 환자나 노인, 어린이들의 손목 또는 신체 일부에 근전도 모듈을 부착하고, 근전도 모듈로부터 획득한 근전도 신호를 이용하여 운동 및 인지 재활 치료를 할 때 사용자의 의도를 인식함으로써, 인식된 사용자의 의도에 맞는 방향키를 조작하거나 설정된 키를 조작할 수 있는 운동 및 인지 재활 훈련 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예는 재활 치료 시 치료사의 개입을 줄이고 생체신호에 의해 구동되는 게임을 통해 즉각적인 피드백을 제공하여 환자의 재활치료 효과를 정확하고 객관적으로 분석을 할 수 있으며 종래에 각기 따로 수행되었던 운동 및 인지 재활을 동시에 환자 스스로 반복하여 치료 기간을 단축시킬 수 있는 운동 및 인지 재활 훈련 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예는 근전도 신호를 이용하여 스마트폰, 스마트 TV, PC, 태블릿 PC와 같은 전자장치와 인터페이스할 수 있는 키 조작신호를 발생시켜 운동 및 인지 재활 치료를 수행할 수 있는 운동 및 인지 재활 훈련 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 운동 및 인지 재활 훈련 시스템은 사용자의 신체에 부착되어 상기 사용자의 근전도 신호를 획득하여 움직임을 감지하는 근전도 모듈, 신호 처리한 근전도 신호를 문턱치와 비교하고, 상기 비교한 결과에 대응하는 키 조작신호를 출력하는 중앙 유닛 및 상기 출력된 키 조작신호를 전자장치로 전송하여 상기 전자장치를 제어하는 인터페이스부를 포함한다.
상기 근전도 모듈은 휴대가 가능하고 상기 사용자의 신체에 탈착 또는 부착이 가능한 커프(Cuff)형으로 설계될 수 있다.
상기 운동 및 인지 재활 훈련 시스템은 상기 획득한 근전도 신호를 증폭 또는 필터링하여 신호 처리하는 신호 처리부를 더 포함할 수 있다.
상기 중앙 유닛은 상기 사용자의 운동 능력과 연관된 문턱치를 입력받고, 상기 입력된 문턱치에 대응하는 키를 설정받는 설정부 및 상기 신호 처리된 근전도 신호를 상기 문턱치와 비교하고, 상기 비교된 문턱치에 대응하는 키를 식별하고, 상기 식별된 키를 조작하는 키 조작신호를 출력하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 중앙 유닛은 상기 사용자의 운동 방식과 연관된 근력의 방향성 패턴 및 근력의 세기를 추출하고, 추출된 근력의 방향성 패턴 및 근력의 세기를 고려하여 상기 문턱치를 조정하는 조정부를 더 포함할 수 있다.
상기 운동 및 인지 재활 훈련 시스템은 상기 문턱치보다 높은 근전도 신호를 획득한 횟수, 상기 근전도 신호와 연관된 반응 시간의 평균 및 분산을 저장하는 데이터베이스를 더 포함할 수 있다.
상기 인터페이스부는 상기 키 조작신호에 따라 상기 전자장치를 제어하여 게임을 수행한 경우, 상기 게임과 연관된 운동량, 점수, 목표달성시간 중 적어도 하나를 상기 데이터베이스에 저장하고, 상기 저장된 운동량, 점수, 목표달성시간을 화면을 통해 제공할 수 있다.
상기 데이터베이스는 상기 인터페이스부에 의해 작동되는 키 조작신호를 이용하여 주의력 훈련, 시공간 지각력 훈련, 기억력 훈련 등의 인지 재활 치료를 수행하는 게임 컨텐츠, 및 사용자의 이름, 나이, 아이디, 근전도 획득 위치(환부) 등을 포함하는 사용자의 인적 사항을 저장할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 운동 및 인지 재활 훈련 방법은 사용자의 신체에 부착된 근전도 모듈을 이용하여 상기 사용자의 움직임을 감지한 근전도 신호를 획득하는 단계, 신호 처리한 근전도 신호를 문턱치와 비교하여, 상기 비교한 결과에 대응하는 키 조작신호를 출력하는 단계 및 상기 출력된 키 조작신호를 전자장치로 전송하여 상기 전자장치를 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 기존의 운동, 재활 치료와 달리 운동 재활과 인지 재활을 동시에 수행함으로써 재활 훈련 기간을 단축할 수 있으며 인지 재활치료 기능이 포함된 게임을 이용하여 재활 훈련에 흥미 및 동기를 유발하여 치료 효과를 극대화 할 수 있으며 환자 스스로 반복하여 재활 치료를 수행할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 사용자의 근육 움직임에 따라 전자장치를 제어하여 재활 훈련함으로써, 재활 치료사나 보조원의 개입이 줄어들고, 환자의 능동적인 재활 치료 참여를 유발할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 사용자 스스로가 재활 치료를 수행하게 함으로써 재활치료사나 보조원 등 전문 인력의 인력과 수고를 줄일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 휴대 간편한 근전도 모듈을 이용하여 시간과 공간에 제약받지 않는 재활 치료가 이루어지며, 환자 스스로가 재활 치료 결과에 대해 즉각적인 피드백을 제공받을 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 환자의 재활 치료 수행 결과를 게임 수행 시간 및 게임 점수로써 정확하게 기록하고 분석할 수 있고, 재활 치료 시간과 비용이 감소되어 보다 효율적인 재활 치료가 가능하다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 학습장애나 인지 기능 발달이 더딘 어린이들 또한 재활 훈련 게임을 통해 인지 능력 및 근력 향상을 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 운동 및 인지 재활 훈련 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 근전도 모듈 부착 위치와 손목 구분 동작에 관한 일례를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 근전도 신호에 대응하는 키 조작신호에 관한 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 근전도 모듈을 이용하여 재활 훈련하는 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 근전도 모듈을 이용하여 게임을 수행하는 일례를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 근전도 모듈을 이용하여 게임을 수행하는 다른 일례를 도시한 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 근전도 모듈을 이용하여 게임을 수행하는 또 다른 일례를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 근전도 모듈을 이용하여 재활 치료 수행 결과의 일례를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 근전도 모듈을 이용한 재활 치료 수행 결과의 다른 일례를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 운동 및 인지 재활 훈련 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 상세하게 설명하지만 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 운동 및 인지 재활 훈련 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1을 참고하면, 운동 및 인지 재활 훈련 시스템(100, 이하 '재활 훈련 시스템'이라 함)은 근전도 모듈(110), 신호 처리부(120), 중앙 유닛(130), 인터페이스부(140) 및 데이터베이스(150)를 포함할 수 있다.
근전도 모듈(110)은 사용자의 신체에 부착되어 상기 사용자의 움직임을 감지하여 근전도 신호를 획득한다. 근전도 모듈(110)은 사용자로부터 근전도 신호를 획득할 수 있는 위치 상기 사용자의 신체 부위 어디에나 부착될 수 있다. 실시예로, 근전도 모듈(110)은 휴대(Carry)가 가능하고, 상기 사용자의 신체에 탈착 또는 부착이 가능한 커프(Cuff)형으로 설계될 수 있다.
신호 처리부(120)에서는 상기 획득한 근전도 신호에 대한 증폭 또는 필터링 등의 신호 처리를 수행 할 수 있다. 신호 처리부(120)는 상기 획득한 근전도 신호가 미약한 경우에는 증폭하고, 이 증폭된 근전도 신호에 잡음이 많이 포함되어 있으면 잡음을 제거하는 필터링을 수행할 수 있다.
중앙 유닛(130)은 신호 처리한 근전도 신호를 문턱치와 비교하고, 상기 비교한 결과에 대응하는 키 조작신호를 출력한다. 이를 위해 중앙 유닛(130)은 제어부(131), 설정부(132) 및 조정부(133)를 포함할 수 있다.
설정부(132)는 상기 사용자의 운동 능력과 연관된 문턱치를 입력받고 상기 입력된 문턱치에 대응하는 키를 설정받을 수 있다. 사용자마다 운동 능력이 상이하기 때문에 설정부(132)는 상기 사용자의 운동 능력을 고려하여 상기 사용자로부터 상기 문턱치를 입력받을 수 있다. 또한 상기 문턱치는 상기 대응하는 키의 개수와 연관이 있다. 예컨대, 설정할 키가 4개인 경우, 설정부(132)는 상기 문턱치를 4개 입력받을 수 있다. 예를 들어, 제 1 문턱치는 제 1 키, 제 2 문턱치는 제 2 키, 제 3 문턱치는 제 3 키, 제 4 문턱치는 제 4 키와 대응될 수 있다.
상기와 같이 각 문턱치에 대응하는 각 키는 데이터베이스(150)에 저장될 수 있다.
제어부(131)는 상기 신호 처리된 근전도 신호를 상기 문턱치와 비교하고 상기 비교된 문턱치에 대응하는 키를 식별하고 상기 식별된 키를 조작하는 키 조작신호를 출력할 수 있다. 예를 들어 상기 식별된 키가 제 1 키인 경우, 제어부(131)는 상기 제 1 키를 조작할 제 1 키 조작신호를 출력할 수 있다. 이때, 상기 제 1 키는 "위쪽" 방향의 방향키이거나, 숫자키 '1'일 수 있다. 또한, 키 조작신호는 게임과 연관된 신호로서, 상/하/좌/우 방향으로 이동시키거나 숫자 키를 누르는 등의 신호일 수 있다.
조정부(133)는 상기 사용자의 운동 방식과 연관된 근력의 방향성 패턴 및 근력의 세기를 추출하고 추출된 근력의 방향성 패턴 및 근력의 세기를 고려하여 상기 문턱치를 조정할 수 있다. 상기 운동 능력과 마찬가지로, 상기 사용자의 상태에 따라 운동 방식이 상이할 수 있다. 따라서, 조정부(133)는 상기 사용자의 운동 방식을 고려하여 상기 추출된 근력의 방향성 패턴 및 근력의 세기에 따라 상기 문턱치를 조정할 수 있다.
인터페이스부(140)는 상기 출력된 키 조작신호를 전자장치로 전송하여 상기 전자장치를 제어한다. 상기 전자장치는 스마트폰, 스마트 TV, PC, 태블릿 PC 등과 같은 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 인터페이스부(140)는 지그비(Zigbee), 블루투스, lan 통신 등의 무선 통신을 통해 상기 키 조작신호를 상기 전자장치로 전송할 수 있다. 상기 키 조작신호에 의해 상기 전자장치는 문자를 입력하거나, 상/하/좌/우 방향으로 키를 이동시킬 수 있다.
실시예로, 중앙 유닛(130)은 상기 신호 처리한 근전도 신호에 기초하여 상기 문턱치보다 높은 근전도 신호를 획득한 횟수 산출하거나, 상기 근전도 신호와 연관하여 전자 장치의 반응 시간이나, 사용자의 반응 시간을 평균 내거나, 분산을 산출할 수 있다.
데이터베이스(150)는 사용자의 인적 사항과 재활 훈련을 수행하는 동안 사용자의 움직임에 따른 상기 문턱치보다 높은 근전도 신호를 획득한 횟수, 상기 근전도 신호와 연관된 반응 시간의 평균 및 분산을 저장할 수 있다. 또한 인지 재활 치료기능을 포함한 게임 수행 시의 반응 시간 및 획득 점수의 평균과 분산을 저장할 수 있다.
인터페이스부(140)는 상기 전자장치와 근전도 모듈(110)간의 무선 통신을 통해 근전도 신호에 따른 키 조작신호를 상기 전자장치로 전송하고, 전송된 키 조작신호를 수신하여 사용자의 의도를 파악하여 그에 해당하는 알맞은 키를 작동시킬 수 있다.
데이터베이스(150)는 인터페이스부(140)에 의해 작동되는 키 조작신호를 이용하여 주의력 훈련, 시공간 지각력 훈련, 기억력 훈련 등의 인지 재활 치료를 수행하는 게임 컨텐츠, 사용자의 이름, 나이, 아이디, 근전도 획득 위치(환부) 등을 포함하는 사용자의 인적 사항을 저장할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 근전도 모듈 부착 위치와 손목 구분 동작에 관한 일례를 도시한 도면이다.
도 2를 참고하면, 근전도 모듈은 사용자 근육의 움직임을 감지할 수 있는 사용자의 손목(210)에 부착될 수 있다. 예컨대, 사용자의 신체 부위 중 전완근에 4 채널(ch1 내지 ch4)의 근전도 모듈이 부착되어 손목의 상(220), 우(230), 하(240), 좌(250) 등의 움직임에 대한 근전도 신호를 검출하여 사용자의 의도를 구분할 수 있다. 근전도 모듈을 부착하는 사용자의 신체 부위는 전완근에 국한하는 것이 아니라 근 방향성을 구분할 수 있는 신체 부위 모두에 적용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 근전도 신호에 대응하는 키 조작신호에 관한 일례를 도시한 도면이다.
도 3을 참고하면, 근전도 신호는 사용자의 움직임에 따라 각각의 키 역할을 수행함으로써 운동 및 인지 재활 게임을 수행할 수 있다. 예컨대, 사용자가 손목을 위로 올렸을 경우(310), '위쪽' 방향키(311), 또는 숫자키 '1(312)'을 매칭시킬 수 있다. 따라서, 중앙 유닛은 사용자가 손목을 위로 올리는 근전도 신호를 입력받은 경우 전자장치에 '상' 방향키나 숫자키 '1'을 입력하는 키 조작신호를 출력할 수 있다.
사용자가 손목을 오른쪽으로 돌린 경우(320) '오른쪽' 방향키(321), 또는 숫자키 '2(322)'를 매칭시킬 수 있다. 따라서, 중앙 유닛은 사용자가 손목을 오른쪽으로 돌리는 근전도 신호를 입력받은 경우 상기 전자장치에 '우' 방향키나 숫자키 '2'를 입력하는 키 조작신호를 출력할 수 있다.
사용자가 손목을 아래로 내렸을 경우(330) '아래쪽' 방향키(331), 또는 숫자키 '3(332)'을 매칭시킬 수 있다. 따라서, 중앙 유닛은 사용자가 손목을 아래로 내리는 근전도 신호를 입력받은 경우 전자장치에 '하' 방향키나 숫자키 '3'을 입력하는 키 조작신호를 출력할 수 있다.
사용자가 손목을 왼쪽으로 돌린 경우(340) '왼쪽' 방향키(341), 또는 숫자키 '4(342)'를 매칭시킬 수 있다. 따라서, 중앙 유닛은 사용자가 손목을 왼쪽으로 돌리는 근전도 신호를 입력받은 경우, 상기 전자장치에 '좌' 방향키나 숫자키 '4'를 입력하는 키 조작신호를 출력할 수 있다.
실시예에 따라 상기 키는 키보드의 방향이나 숫자키뿐만 아니라, 다양한 키와 매칭될 수 있으며 마우스, 키패드, 터치센서 등의 역할을 대신할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 근전도 모듈을 이용하여 재활 훈련하는 일례를 도시한 도면이다.
도 4를 참고하면, 사용자는 자신의 손목을 '오른쪽 위쪽 방향'으로 움직임으로써, 410 위치에 있던 별을 420 위치로 이동시킬 수 있다. 즉, 사용자의 손목 움직임에 따른 근전도 신호를 화살표 방향키에 매칭시킬 수 있다. 따라서, 중앙 유닛은 사용자가 손목을 오른쪽, 위쪽으로 연속해서 돌리는 근전도 신호를 입력받은 경우, '우' 및 '상' 방향키를 입력하는 키 조작신호를 출력할 수 있다. 이 경우, 전자장치의 조작에 따라 화면 상 410에 위치한 별이 420의 위치로 이동될 수 있다.
참고로 도 4는 근 운동의 방향성을 근전도 신호로 감지하여 주어진 도형을 다른 위치에 그려진 그림의 틀에 맞추는 형식의 게임 방식으로 시각적응력 훈련을 도모할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 근전도 모듈을 이용하여 게임을 수행하는 일례를 도시한 도면이다.
도 5를 참고하면, 중앙 유닛은 사용자의 손목 움직임에 따른 근전도 신호를 방향키에 매칭시킬 수 있다. 중앙 유닛은 '①' 영역에서, 사용자가 손목을 위쪽으로 올리는 근전도 신호가 입력되면 '상 방향키'를 입력하는 키 조작신호를 출력할 수 있다. 계속해서, 중앙 유닛은 '②' 영역에서, 사용자가 손목을 왼쪽으로 돌리는 근전도 신호가 입력되면 '좌 방향키'를 입력하는 키 조작신호를 출력할 수 있다. 또한, 중앙 유닛은 '③' 영역에서, 사용자가 손목을 위쪽으로 올리는 근전도 신호가 입력되면 '상 방향키'를 입력하는 키 조작신호를 출력할 수 있다.
이렇게 중앙 유닛은 운동 방향을 실시간으로 측정하는 근전도 신호를 이용하여 전자표시장치의 출발점(Start)에서 사용자가 제어하는 식별자를 출발시켜 표시된 도착지점(Goal)까지 도달시키는 게임을 수행할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 근전도 모듈을 이용하여 게임을 수행하는 다른 일례를 도시한 도면이다.
참고로, 도 6은 기억력 훈련을 위한 운동 및 인지 재활 게임에 관한 것이다. 전자장치는 제 1 화면(610)을 사용자에게 일정 시간 동안 제공하고 이후, 제 2 화면(620)을 제공할 수 있다. 이때, 중앙 유닛은 사용자의 손목 움직임에 따른 근전도 신호를 도3에 나타낸 바와 같이 숫자키(312,322,332,342)에 매칭시킬 수 있다. 제 2 화면(620)이 제공될 때, 사용자가 손목을 위쪽으로 올리면, 중앙 유닛은 '상방향'으로 올리는 근전도 신호에 따라, 숫자키 '1'를 입력하는 키 조작신호를 출력할 수 있다.
즉, 사용자는 처음 제공한 그림(610)과 똑같은 그림(625)을 찾아 그 그림에 표시된 숫자(621)와 같은 숫자키(312)에 해당되는 손목 움직임(310)을 하여 게임을 수행할 수 있다.
이 밖에도, 게임은 주의력 훈련 게임, 시공간 지각력 훈련 게임, 기억력 훈련 게임 등 인지 재활 치료와 연관된 것일 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 근전도 모듈을 이용하여 게임을 수행하는 또 다른 일례를 도시한 도면이다.
참고로, 도 7a 및 7b는 공간 기억력 훈련 인지 재활 게임에 관한 것이다. 도 7a를 참고하면, 전자장치는 일정시간동안 (711) 주변과 같은 그림 조각들을 화면을 통해 표시할 수 있다. 이후, 상기 전자장치는 도 7b의 (721) 주변과 같이 그림 모두가 가리워진 화면으로 전환하면서 도 7a의 물음표 자리(712)에는 도 7b의 (722)와 같이 도 7a의 그림 중 하나를 표시할 수 있다. 이때, 사용자는 도 7b의 (722)에 해당하는 그림과 매칭되는 그림의 도 7a에서의 위치를, 손목 움직임에 의한 근 운동 방향의 판별이 가능한 근전도 신호를 이용하여 공간 기억력 훈련 인지 재활 게임을 수행할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 근전도 모듈을 이용하여 재활 치료 수행 결과의 일례를 도시한 도면이다.참고로, 도 8은 인지 재활 게임을 수행하였을 때 사용자의 문턱치 이상인 근전도를 발생한 횟수를 나타낸 것으로,상기 도 4 내지 도 7b에 도시한 인지 재활 게임에 의해 산출될 수 있다. 사용자가 각 인지 재활 게임을 수행한 후, 데이터베이스는 상기 게임을 수행한 운동량을 저장할 수 있다. 이 경우, 인터페이스부는 상기 저장된 운동량을 정량적으로 피드백함으로써, 상기 사용자가 재활 치료를 반복함에 따른 효과를 정량적으로 확인할 수 있도록 한다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 근전도 모듈을 이용한 재활 치료 수행 결과의 다른 일례를 도시한 도면이다.
참고로, 도 9는 인지 재활 게임을 수행하였을 때 사용자의 게임에 대한 반응 시간 및 획득 점수를 그래프로 나타낸 것으로, 상기 도 4 내지 도 7b에 도시한 인지 재활 게임에 의해 산출될 수 있다. 사용자가 인지 재활 게임을 수행한 후, 게임의 목표 달성 시간까지 걸린 시간과 자신이 획득한 점수를 정량적이고 객관적인 데이터로써 피드백하고 데이터베이스에 저장할 수 있다. 상기 데이터 베이스에 반복되어 저장된 인지 재활 게임 수행 결과를 통해 사용자가 재활 치료 효과를 정량적으로 피드백 함에 따라 과제 해결 정도가 부족한 재활 훈련 게임을 확인하고, 상기 확인된 재활 훈련 게임을 반복 실행할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 운동 및 인지 재활 훈련 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
도 10에 도시한 운동 및 인지 재활 훈련 방법은 도 1에 도시한 재활 훈련 시스템에 의해 수행될 수 있다. 이하에서는 재활 훈련 시스템이 운동 및 인지 재활 훈련 방법에 포함된 각 단계를 수행하는 것으로 설명한다.
단계 S10에서, 재활 훈련 시스템은 사용자의 신체에 부착된 근전도 모듈을 이용하여 상기 사용자의 움직임을 감지한 근전도 신호를 획득한다. 상기 근전도 모듈은 휴대가 가능하고, 근 방향성을 구분할 수 있는 사용자의 신체 부위 어느 위치에나 탈착 또는 부착할 수 있으며, 예컨대, '전완근' 부위에 부착할 수 있다.
또한, 상기 재활 훈련 시스템은 상기 획득한 근전도 신호를 증폭하거나, 필터링하는 등의 신호 처리를 수행할 수 있다.
단계 S20에서, 상기 재활 훈련 시스템은 신호 처리한 근전도 신호를 문턱치와 비교하여, 상기 비교한 결과에 대응하는 키 조작신호를 출력한다. 실시예로, 상기 재활 훈련 시스템은 상기 사용자의 운동 능력과 연관된 문턱치를 입력받아 상기 입력된 문턱치에 대응하는 키를 설정하고, 신호 처리한 근전도 신호를 문턱치와 비교하여 상기 비교된 문턱치에 대응하는 키를 식별함으로써, 식별된 키를 조작하는 키 조작신호를 출력할 수 있다.
단계 S30에서, 상기 재활 훈련 시스템은 상기 출력된 키 조작신호를 전자장치로 전송하여 상기 전자장치를 제어한다.
실시예로, 상기 재활 훈련 시스템은 상기 사용자의 운동 방식과 연관된 근력의 방향성 패턴 및 근력의 세기를 추출하고, 상기 추출된 근력의 방향성 패턴 및 근력의 세기를 고려하여 상기 문턱치를 조정할 수 있다.
다른 실시예로, 상기 재활 훈련 시스템은 상기 획득한 근전도 신호에 기초하여 상기 문턱치보다 높은 근전도 신호를 획득한 횟수를 산출하고, 상기 근전도 신호와 연관된 반응 시간의 평균 및 분산을 산출함으로써 산출된 상기 횟수, 상기 평균 및 상기 분산을 상기 사용자와 연관하여 데이터베이스에 저장할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 운동 및 인지 재활 훈련 시스템
110: 근전도 모듈
120: 신호 처리부
130: 중앙 유닛
140: 인터페이스부
150: 데이터베이스

Claims (13)

  1. 사용자의 신체에 부착되어, 상기 사용자의 움직임을 감지하여 근전도 신호를 획득하는 근전도 모듈;
    신호 처리한 근전도 신호를 문턱치와 비교하고, 상기 비교한 결과에 대응하는 키 조작신호를 출력하는 중앙 유닛;
    상기 출력된 키 조작신호를 전자장치로 전송하여 상기 전자장치를 제어하는 인터페이스부; 및
    상기 문턱치보다 높은 근전도 신호를 획득한 횟수, 상기 근전도 신호와 연관된 반응 시간의 평균 및 분산을 저장하는 데이터베이스
    를 포함하는 운동 및 인지 재활 훈련 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 근전도 모듈은,
    휴대가 가능하고, 상기 사용자의 신체에 탈착 또는 부착이 가능한 커프(Cuff)형으로 설계되는, 운동 및 인지 재활 훈련 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 획득한 근전도 신호를 증폭 또는 필터링하여 신호 처리하는 신호 처리부
    를 더 포함하는, 운동 및 인지 재활 훈련 시스템.
  4. 제1항에 있어서
    상기 중앙 유닛은
    상기 사용자의 운동 능력과 연관된 문턱치를 입력받고 상기 입력된 문턱치에 대응하는 키를 설정받는 설정부; 및
    상기 신호 처리된 근전도 신호를 상기 문턱치와 비교하고, 상기 비교된 문턱치에 대응하는 키를 식별하며 상기 식별된 키를 조작하는 키 조작신호를 출력하는 제어부
    를 포함하는 운동 및 인지 재활 훈련 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 중앙 유닛은,
    상기 사용자의 운동 방식과 연관된 근력의 방향성 패턴 및 근력의 세기를 추출하고, 추출된 근력의 방향성 패턴 및 근력의 세기를 고려하여 상기 문턱치를 조정하는 조정부
    를 더 포함하는, 운동 및 인지 재활 훈련 시스템.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 인터페이스부는,
    상기 키 조작신호에 따라 상기 전자장치를 제어하여 게임을 수행한 경우, 상기 게임과 연관된 운동량, 점수, 목표달성시간 중 적어도 하나를 상기 데이터베이스에 저장하고, 상기 저장된 운동량, 점수, 목표달성시간을 화면을 통해 제공하는, 운동 및 인지 재활 훈련 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 데이터베이스는,
    상기 인터페이스부에 의해 작동되는 키 조작신호를 이용하여 주의력 훈련, 시공간 지각력 훈련, 기억력 훈련을 포함하는 인지 재활 치료를 수행하는 게임 컨텐츠와, 사용자의 이름, 나이, 아이디, 근전도 획득 위치를 포함하는 사용자의 인적 사항을 저장하는, 운동 및 인지 재활 훈련 시스템.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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