KR101545516B1 - 균형성 재활운동 자세 교정 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 재활자의 움직임을 감지하기 위해 상기 재활자의 신체 여러 부위들에 각각 장착되는 복수의 모션 인식 센서 모듈들; 균형성 재활운동의 안내 동작들 및 상기 안내 동작들 각각에 대한 평가 표준값을 저장하고 있는 저장 장치; 수신 신호를 시각적으로 표시하는 표시 장치; 및 상기 모션 인식 센서 모듈들이 감지한 재활자의 움직임을 상기 표시 장치의 제1섹션에 표시하고, 상기 안내 동작들을 상기 제1섹션의 일측에 위치하는 제2섹션에 순차적으로 표시하며, 상기 제2섹션에 표시된 안내 동작에 대한 평가 표준값과 상기 제1섹션에 표시된 재활자의 움직임에 대한 평가 실측값 간 차이값을 상기 재활자가 상기 제2섹션에 표시된 안내 동작을 반복할 때마다 상기 재활자에게 알려주는 컴퓨터;를 포함하는 균형성 재활운동 자세 교정 시스템을 제공한다.

Description

균형성 재활운동 자세 교정 시스템{POSTURE CORRECTION SYSTEM FOR BALANCE-IMPROVING REMEDICAL EXCERCISE}

본 발명은 균형성 재활운동 자세 교정 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 균형성 재활운동을 수행하는 재활자로 하여금 스스로 자세를 교정케 할 수 있는 균형성 재활운동 자세 교정 시스템에 관한 것이다.

마비란 신경이나 근육이 형태의 변화 없이 기능을 잃어버린 상태를 말하는데, 증상에 따라 운동 마비와 감각 마비로 나뉜다. 운동 마비는 움직임이 불가능하거나 불편한 상태를 주요 증상으로 하는 마비로서, 뇌의 운동중추로부터 말초신경, 근육 섬유까지 이르는 운동의 경로 중 어느 한 부위에라도 장애가 있을 때 일어난다.

운동 마비의 원인은 다양하다. 예컨대, 운동 마비는 각종 사고(교통 사고, 산업 재해, 운동 중 부상 등)의 후유증으로 발생할 수 있고, 노령으로 인해 발생할 수도 있다. 또한, 암과 같은 질병을 앓고 있는 환자는 침대에 누워있는 시간이 긴데, 이때에도 운동 마비가 발생할 수 있다.

운동 마비는 그 정도에 따라 완전 운동 마비와 불완전 운동 마비로 구분된다. 완전 운동 마비는 완전히 운동을 할 수 없는 상태이고, 불완전 운동 마비는 운동을 할 수는 있으나 충분히 할 수 없는 상태이다.

불완전 운동 마비는 균형성 재활운동에 의해 효과적으로 치료될 수 있다. 예컨대, 누워서 지내는 시간이 많은 환자나 노인에게는 코어 근육 약화로 인한 불완전 운동 마비가 발생할 수 있는데, 이러한 불완전 운동 마비는 코어 운동과 같은 균형성 재활운동만으로도 효과적으로 치료될 수 있다.

그런데 코어 운동과 같은 균형성 재활운동은 빠르게 여러 번 수행될 때보다 정확한 자세로 수행될 때 큰 효과를 발휘한다. 따라서 균형성 재활운동이 이루어질 때에는 부정확한 자세를 정확하게 교정해줄 방법이 필요하다.

현재 균형성 재활운동의 자세 교정은 대부분 재활 치료사나 재활 전문 트레이너의 도움을 받아 이루어지고 있다. 그러나 균형성 재활운동을 필요로 하는 사람의 수에 비해 재활 치료사나 재활 전문 트레이너의 수가 훨씬 부족한 관계로 균형성 재활운동 적시에 이루어지지 못하는 문제가 발생하고 있다.

한국공개특허 제10-2006-0085124호(재활치료가 필요한 대상의 평형기능 측정, 진단 및 훈련시스템) 한국공개특허 제10-2010-0100384호(자세 교정 시스템) 한국공개특허 제10-2012-0017948호(모션캡쳐 기반의 자세분석을 통한 재활 장치 및 이에 따른 재활 방법)

본 발명은 이러한 당면 과제를 해결하기 위한 것으로서, 균형성 재활운동을 수행하는 재활자로 하여금 스스로 자세를 교정케 할 수 있는 균형성 재활운동 자세 교정 시스템을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은, 재활자의 움직임을 감지하기 위해 상기 재활자의 신체 여러 부위들에 각각 장착되는 복수의 모션 인식 센서 모듈들; 균형성 재활운동의 안내 동작들 및 상기 안내 동작들 각각에 대한 평가 표준값을 저장하고 있는 저장 장치; 수신 신호를 시각적으로 표시하는 표시 장치; 및 상기 모션 인식 센서 모듈들이 감지한 재활자의 움직임을 상기 표시 장치의 제1섹션에 표시하고, 상기 안내 동작들을 상기 제1섹션의 일측에 위치하는 제2섹션에 순차적으로 표시하며, 상기 제2섹션에 표시된 안내 동작에 대한 평가 표준값과 상기 제1섹션에 표시된 재활자의 움직임에 대한 평가 실측값 간 차이값을 상기 재활자가 상기 제2섹션에 표시된 안내 동작을 반복할 때마다 상기 재활자에게 알려주는 컴퓨터;를 포함하는 균형성 재활운동 자세 교정 시스템을 제공한다.

상기 컴퓨터는 상기 차이값을 음성으로 출력함으로써 상기 재활자에게 알려준다.

상기 재활자가 상기 제2섹션에 현재 표시된 안내 동작을 미리 설정된 기준 횟수만큼 반복하였을 때 상기 컴퓨터는 상기 제2섹션에 다음 안내 동작을 표시한다. 그리고 상기 컴퓨터는 상기 기준 횟수를 상기 재활자로부터 입력받는다.

상기 모션 인식 센서 모듈들 중 하나를 몸통에 장착한 재활자가 든 발이 바닥에 닿을 때까지 외발로 서 있는 균형성 테스트를 수행하였을 경우, 상기 컴퓨터는 상기 균형성 테스트가 진행된 테스트 시간 및 상기 모션 인식 센서 모듈로부터 수신한 3축 가속도 벡더들을 더한 합산벡터의 상기 테스트 시간에 대한 루트민스퀘어인 몸통 변동성을 이용하여 균형성 나이를 산출하고 상기 표시 장치에 표시한다.

상기 컴퓨터는 상기 저장 장치에 저장된 아래의 균형성 나이 산출식에 상기 테스트 시간 및 상기 몸통 변동성을 대입하여 상기 균형성 나이를 산출한다.

균형성 나이=A-0.01362*A*(테스트 시간-0.00161*A*몸통 변동성)

(단, A는 설정 상수)

본 발명에 의하면, 재활자가 균형성 재활운동을 수행할 때 자신이 취한 자세에 대하여 피드백을 받게 되므로 스스로 자세 교정을 할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 재활자가 균형성 재활운동의 자세들을 반복할 횟수를 직접 설정할 수 있으므로 운동량을 스스로 결정할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 재활자가 균형성 테스트를 통해 균형성 재활운동의 성과를 확인할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 균형성 재활운동 자세 교정 시스템을 도시한 것이다.
도 2는 코어 운동시 모션 인식 센서 모듈들이 장착되는 신체의 부위를 도시한 것이다.
도 3은 코어 운동의 10가지 자세를 표시한 것이다.

이하, 본 발명에 따른 균형성 재활운동 자세 교정 시스템의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야할 것이다.

본 발명에 따른 균형성 재활운동 자세 교정 시스템(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 복수의 모션 인식 센서 모듈들(110)과, 저장 장치(미도시)와, 표시 장치(130)와, 컴퓨터(150)를 포함한다.

상기 모션 인식 센서 모듈들(110)은 재활자의 움직임을 감지하기 위한 것으로서, 각각 3축(X축, Y축, Z축) 방향의 가속도를 감지하기 위한 가속도 센서와, 상기 3축에 대한 회전 각속도를 감지하기 위한 자이로 센서와, 상기 3축 방향의 지자기를 감지하기 위한 지자기 센서를 포함한다. 또한, 모션 인식 센서 모듈들(110) 각각은 상기 센서들로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 포함한다. 또한, 상기 모션 인식 센서 모듈들(110)각각은 상기 아날로그-디지털 변환기의 출력 신호를 무선으로 송신하기 위한 송신기도 갖는다. 이러한 모션 인식 센서 모듈들(110)은 MEMS(Micro Electro Mechanical System)로 구현되어 작은 크기를 갖는다.

상기 모션 인식 센서 모듈들(110)은 밴드(112)와 같은 수단을 통해 재활자의 신체 여러 부위에 각각 장착된다. 예컨대, 재활자가 하려는 균형성 재활운동이 코어 근육을 강화하기 위한 코어 운동일 경우, 모션 인식 센서 모듈들(110)은 도 2에 도시된 바와 같이 몸통, 양쪽 다리의 골반과 무릎 사이 및 무릎과 발목 사이에 각각 장착된다. 상기 모션 인식 센서 모듈들(110)이 장착되는 부위는 균형성 재활운동의 유형에 따라 위와 다른 부위에 장착될 수도 있다.

상기 저장 장치는 균형성 재활운동의 안내 동작들을 이미지 파일 형태로 저장하고 있다. 예컨대, 균형성 재활운동이 코어 운동일 경우에는 도 3에 도시된 바와 같이 균형성 재활운동에 10가지 동작들이 있게 되는데, 이때 상기 10가지 동작들 각각에 대한 안내 동작들의 이미지 파일이 저장 장치에 저장되어 있다.

또한, 상기 저장 장치는 상기 안내 동작들 각각에 대한 평가 표준값을 저장하고 있다. 여기서 상기 평가 표준값은 각 안내 동작들의 수행시 지켜져야 하는 신체 각 부위들 간 각도이다. 예컨대, 코어 운동의 첫 번째 동작에서는 들어올린 다리의 대퇴부와 종아리가 90도로 되어야 하므로 평가 표준값은 90도가 되고, 코어 운동의 두 번째 동작에서는 들어올린 다리의 대퇴부와 종아리가 180도로 되어야 하므로 평가 표준값은 180도가 된다. 이러한 평가 표준값은 각 안내 동작마다 하나씩 설정되거나 두 개 이상으로 설정되어 저장 장치에 저장되게 된다.

한편, 상기 저장 장치로는 컴퓨터(150)의 하드디스크가 사용될 수 있다.

상기 표시 장치(130)는 수신한 신호를 시각적으로 표시하는 장치이다. 표시 장치(130)로는 컴퓨터(150)의 모니터나 상기 컴퓨터(150)와 연결된 TV가 사용될 수 있다. 도 1에는 TV가 표시 장치(130)로 사용된 예가 도시되어 있다.

상기 컴퓨터(150)는 자신이 탑재한 소정의 구동 프로그램을 실행할 수 있는 연산 능력을 갖는다. 또한, 컴퓨터(150)는 모션 인식 센서 모듈들(110)로부터 출력된 무선 신호를 수신하기 위한 수신기를 갖는다. 이 수신기는 컴퓨터(150)에 내장될 수도 있고, USB와 같은 형태로 제작되어 상기 컴퓨터(150)의 USB 포트에 체결될 수도 있다. 이하, 상기 구동 프로그램이 실행되었을 때 컴퓨터(150)가 수행하는 기능들을 구체적으로 설명한다.

상기 구동 프로그램이 실행되면 컴퓨터(150)는 균형성 운동 모드 아이콘 및 균형성 테스트 모드 아이콘을 포함하는 모드 선택 화면을 표시 장치(130)에 표시한다.

모드 선택 화면에서 재활자가 균형성 운동 모드 아이콘을 마우스나 키보드와 같은 입력 장치를 이용하여 클릭하면 컴퓨터(150)는 저장 장치에 저장된 균형성 재활운동들의 리스트를 표시 장치(130)에 표시한다. 이때 재활자는 상기 리스트를 본 후 자신이 원하는 균형성 재활운동을 입력 장치를 이용해 선택할 수 있다. 이하에서는 용이한 이해를 위해 재활자가 자신이 원하는 균형성 재활운동으로 코어 운동을 선택하였다고 가정하고 설명한다.

재활자가 코어 운동을 선택하면 컴퓨터(150)는 모션 인식 센서 모듈들(110)이 장착될 신체의 부위들을 안내하고, 코어 운동의 10가지 동작들 각각이 수행될 횟수, 즉 기준 횟수를 입력받을 수 있는 화면을 표시 장치(130)에 표시한다. 이때 재활자는 입력 장치를 이용하여 상기 기준 횟수를 입력할 수 있다. 이하에서는 재활자가 상기 기준 횟수를 5회로 선택하였다고 가정하고 설명을 계속한다.

이상의 과정이 완료되면 컴퓨터(150)는 표시 장치(130)를 제1섹션(132)과 제2섹션(134)으로 분할한 후, 모션 인식 센서 모듈들(110)이 감지한 재활자의 움직임을 제1섹션(132)에 표시한다. 그리고 컴퓨터(150)는 코어 운동의 첫 번째 안내 동작에 대한 이미지 파일을 저장 장치로부터 읽어들인 후 제2섹션(134)에 표시한다.

이러한 상태에서 재활자는 코어 운동의 첫 번째 동작을 5회 반복하게 되는데, 이때 컴퓨터(150)는 코어 운동의 첫 번째 동작이 반복될 때마다 저장 장치에 저장된 평가 표준값 및 재활자의 움직임에 대한 평가 실측값을 비교하고 비교 결과를 음성으로 출력한다.

예컨대, 재활자가 들어올린 다리의 대퇴부와 종아리 간 각도를 85도로 하며 코어 운동의 첫 번째 동작을 1회 마쳤으면 컴퓨터(150)는 평가 실측값인 85도와 저장 장치에 저장된 평가 표준값인 90도 간 차이를 첫 번째 동작의 1회 종료 후 음성으로 출력한다. 그러면 재활자는 자신의 1회 때 수행한 코어 운동의 첫 번째 동작이 잘못되었음을 인식하고 2회 때에는 동작을 더욱 정확하게 수행할 수 있게 된다. 이와 같은 음성 출력은 첫 번째 동작이 매회 마쳐질 때마다 이루어진다.

상기 평가 표준값 및 평가 실측값 간 비교 결과는 상기 음성 출력 시 표시 장치(130)에 시각적으로 표시될 수도 있다.

재활자가 코어 운동의 첫 번째 동작을 5회 반복하였으면 컴퓨터(150)는 코어 운동의 두 번째 안내 동작에 대한 이미지 파일을 저장 장치로부터 읽어들인 후 제2섹션(134)에 표시하고 위와 같은 작업을 반복한다. 컴퓨터(150)는 이러한 작업을 재활자가 코어 운동의 10가지 동작을 모두 수행할 때까지 반복한다.

한편, 상기 모드 선택 화면에서 재활자가 균형성 테스트 모드 아이콘을 입력 장치를 이용하여 클릭하면 컴퓨터(150)는 모션 인식 센서 모듈들(110)을 몸통과, 한 다리의 대퇴부 및 종아리에 장착하라는 안내를 음성으로 출력한다.

이후 재활자가 모션 인식 센서 모듈들(110)이 장착된 다리를 들어올려 이 다리의 대퇴부 및 종아리 간 각도가 저장 장치에 저장된 기준 각도보다 작아지면, 컴퓨터(150)는 이 순간을 균형성 테스트의 시작 시점으로 인식하고 시간을 카운팅한다. 그리고 재활자가 든 다리를 바닥에 딛어 대퇴부 및 종아리 간 각도가 상기 기준 각도 이상으로 되면, 컴퓨터(150)는 이 순간을 균형성 테스트의 종료 시점으로 인식하고 시간의 카운팅을 정지한다. 상기 컴퓨터(150)는 균형성 테스트의 시점과 종점 간 시간, 즉 테스트 시간을 저장 장치에 저장하고, 상기 테스트 시간 동안 재활자의 몸통에 장착된 모션 인식 센서 모듈들(110)의 출력도 저장 장치에 저장한다.

균형성 테스트가 종료되면 컴퓨터(150)는 우선 몸통 변동성을 산출한다. 상기 몸통 변동성은 테스트 시간 동안 재활자의 몸통이 움직인 정도를 수치화한 것으로서, 재활자의 몸통에 장착된 모션 인식 센서 모듈(110)의 가속도 센서로부터 출력된 3축 방향 가속도 벡터들과 상기 테스트 시간을 이용하여 산출된다. 더욱 구체적으로 상기 몸통 변동성은 상기 3축 방향 가속도 벡터들을 더한 합산벡터의 상기 테스트 시간에 대한 루트민스퀘어(RMS, Root Mean Square)로서, 아래의 [수학식 1]을 통해 산출된다. [수학식 1]에서 T는 단위를 초로 하는 테스트 시간이고, a는 3축 방향 가속도 벡터들을 더한 합산벡터로서 시간에 대한 함수이다.

[수학식 1]

이후 컴퓨터(150)는 상기 테스트 시간 및 몸통 변동성을 저장 장치에 저장된 아래 [수학식 2]의 균형성 나이 산출식에 대입하여 균형성 나이를 산출한다. [수학식 2]에서 A는 최고 나이를 얼마로 하느냐에 따라 임의로 선택될 수 있는 상수이고, 테스트 시간은 초를 단위로 한다. [수학식 2]를 통해 산출된 균형성 나이가 많을수록 재활자의 균형성은 좋지 않다.

[수학식 2]

균형성 나이=A-0.01362*A*(테스트 시간-0.00161*A*몸통 변동성)

컴퓨터(150)는 이상과 같이 산출된 균형성 나이를 표시 장치(130)에 표시하고, 재활자는 균형성 나이를 보고 재활 운동의 성과를 확인할 수 있게 된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.

100 : 균형성 재활운동 자세 교정 시스템
110 : 모션 인식 센서 모듈 112 : 밴드
130 : 표시 장치 132 : 제1섹션
134 : 제2섹션 150 : 컴퓨터

Claims (6)

1. 재활자의 움직임을 감지하기 위해 상기 재활자의 신체 여러 부위들에 각각 장착되는 복수의 모션 인식 센서 모듈들;
   균형성 재활운동의 안내 동작들 및 상기 안내 동작들 각각에 대한 평가 표준값을 저장하고 있는 저장 장치;
   수신 신호를 시각적으로 표시하는 표시 장치; 및
   상기 모션 인식 센서 모듈들이 감지한 재활자의 움직임을 상기 표시 장치의 제1섹션에 표시하고, 상기 안내 동작들을 상기 제1섹션의 일측에 위치하는 제2섹션에 순차적으로 표시하며, 상기 제2섹션에 표시된 안내 동작에 대한 평가 표준값과 상기 제1섹션에 표시된 재활자의 움직임에 대한 평가 실측값 간 차이값을 상기 재활자가 상기 제2섹션에 표시된 안내 동작을 반복할 때마다 상기 재활자에게 알려주는 컴퓨터;를 포함하되,
   상기 모션 인식 센서 모듈들 중 하나를 몸통에 장착한 재활자가 든 발이 바닥에 닿을 때까지 외발로 서 있는 균형성 테스트를 수행하였을 경우, 상기 컴퓨터는 상기 균형성 테스트가 진행된 테스트 시간 및 상기 모션 인식 센서 모듈로부터 수신한 3축 가속도 벡더들을 더한 합산벡터의 상기 테스트 시간에 대한 루트민스퀘어인 몸통 변동성을 이용하여 균형성 나이를 산출하고 상기 표시 장치에 표시하는 균형성 재활운동 자세 교정 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 컴퓨터는 상기 차이값을 음성으로 출력함으로써 상기 재활자에게 알려주는 균형성 재활운동 자세 교정 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 재활자가 상기 제2섹션에 현재 표시된 안내 동작을 미리 설정된 기준 횟수만큼 반복하였을 때 상기 컴퓨터는 상기 제2섹션에 다음 안내 동작을 표시하는 균형성 재활운동 자세 교정 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 컴퓨터는 상기 기준 횟수를 상기 재활자로부터 입력받는 균형성 재활운동 자세 교정 시스템.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 컴퓨터는 상기 저장 장치에 저장된 아래의 균형성 나이 산출식에 상기 테스트 시간 및 상기 몸통 변동성을 대입하여 상기 균형성 나이를 산출하는 균형성 재활운동 자세 교정 시스템.
   균형성 나이=A-0.01362*A*(테스트 시간-0.00161*A*몸통 변동성)
   (단, A는 설정 상수)
   

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