KR101553854B1 - 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템 및 방법 - Google Patents

뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 운동 재활 시스템이, 게임의 영상을 표시하는 표시부(530); 상기 표시부(530)에 표시될 영상 데이터를 제어하고, 상기 게임을 실행시키는 제어부(510); 사용자의 손의 움직임을 감지하고, 감지된 손의 움직임 데이터를 상기 제어부(510)에 전송하는 모션 감지부(200); 및 상기 사용자의 뇌파를 감지하고, 감지된 뇌파 데이터를 상기 제어부(510)에 전송하는 뇌파 측정부(100)를 포함하되, 상기 제어부(510)는, 상기 감지된 손의 움직임 데이터 및 뇌파 데이터에 기초하여 상기 게임을 실행하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템 및 방법에 따르면, 사용자의 뇌파 및 손 움직임을 감지하고, 감지된 뇌파 및 손 움직임에 기초하여 재활 운동 게임을 수행하며, 사용자의 뇌파로부터 감지되는 집중도가 감소하는 경우 게임 콘텐츠의 실행 난이도를 조절함으로써, 사용자의 재활 운동에 대한 집중도를 높게 유지시키면서도 게임 영상을 통한 피드백에 의해 흥미를 지속시킬 수 있다.

Description

뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템 및 방법{GAME-BASED EXCERCISE REHABILITATION SYSTEM AND METHOD USING BRAIN WAVE CONCENTRATION FEEDBACK}
본 발명은 운동 재활 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템 및 방법에 관한 것이다.
뇌 손상은 운동 장애나 감각 장애, 인지 장애 등의 신경학적 결손 증상을 야기할 수 있다. 이러한 장애를 일으키는 뇌 손상의 원인으로는 뇌졸중, 외상성 뇌손상, 뇌성마비 등이 있다. 뇌 손상 환자 중 약 70 %는 상지 기능의 운동 장애를 경험하고, 약 56 %는 발병 후 5년 이상이 지나도 사지의 마비 등으로 인한 불편함을 느낀다. 그러나 적절한 재활훈련을 받을 경우 뇌 손상 환자의 약 90 %가 병상에서 벗어날 수 있고, 약 70 %는 자립 생활을 할 수 있는 것으로 확인되고 있다.
한편, 뇌 손상 환자의 운동 기능 회복을 위한 기존의 재활방법은 관련 운동의 반복적인 시행에 기초하고 있으며, 이를 통하여 뇌의 가소성을 촉진하는 방법이 적용되고 있다. 실제로 운동 재활은 뇌신경의 자극을 촉진한다는 연구 결과들이 발표되고 있다. 따라서 적절한 운동 재활은 운동 기능의 향상 및 일상생활을 영위하기 위한 인지 기능의 향상과 밀접한 관련이 있다.
그러나 기존 임상에서 시행하는 재활 운동 방법은, 대상 운동의 반복, 환측 부위의 높은 강도의 운동 유도 등과 같이, 오로지 환자의 운동에만 초점이 맞춰져 있어서, 환자들의 운동 참여가 높지 않은 문제점이 있다. 나아가, IT 기술을 활용하여 환자의 재활을 유도하는 적절한 장치 및 방법이 개시되지 않은 한계가 있다.
본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 사용자의 뇌파 및 손 움직임을 감지하고, 감지된 뇌파 및 손 움직임에 기초하여 재활 운동 게임을 수행하며, 사용자의 뇌파로부터 감지되는 집중도가 감소하는 경우 게임 콘텐츠의 실행 난이도를 조절함으로써, 사용자의 재활 운동에 대한 집중도를 높게 유지시키면서도 게임 영상을 통한 피드백에 의해 흥미를 지속시킬 수 있는, 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템은,
게임의 영상을 표시하는 표시부;
상기 표시부에 표시될 영상 데이터를 제어하고, 상기 게임을 실행시키는 제어부;
사용자의 손의 움직임을 감지하고, 감지된 손의 움직임 데이터를 상기 제어부에 전송하는 모션 감지부; 및
상기 사용자의 뇌파를 감지하고, 감지된 뇌파 데이터를 상기 제어부에 전송하는 뇌파 측정부를 포함하되,
상기 제어부는,
상기 감지된 손의 움직임 데이터 및 뇌파 데이터에 기초하여 상기 게임을 실행하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 뇌파 데이터는,
상기 사용자의 집중도를 수치화한 집중도 값을 포함하여 구성될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 제어부는,
상기 집중도 값이 미리 설정된 기준 레벨보다 낮은 경우, 상기 게임의 실행 난이도를 높이거나 낮추도록 구성될 수 있다.
더욱더 바람직하게는, 상기 표시부에 표시되는 게임의 영상은,
상기 사용자의 손에 대응하는 대응 이미지 객체; 및
상기 이미지 객체와 이격되는 타깃 이미지 객체를 포함하여 구성될 수 있다.
더욱더 바람직하게는, 상기 표시부에 표시되는 게임의 영상은,
상기 집중도 값을 숫자 또는 이미지로서 더 표시하도록 구성될 수 있다.
더욱더 바람직하게는, 상기 표시부에 표시되는 게임의 영상은,
상기 집중도 값이 상기 기준 레벨보다 높으면서, 상기 대응 이미지 객체가 미리 설정된 제1 범위 이내로 상기 타깃 이미지 객체에 근접하는 경우, 상기 타깃 이미지 객체의 움직임, 색상, 크기 및 모양 중 적어도 어느 하나를 변화시키는 제1 이벤트를 발생시키도록 구성될 수 있다.
더욱더 바람직하게는, 상기 표시부에 표시되는 게임의 영상은,
상기 집중도 값이 상기 기준 레벨보다 낮으면서, 상기 대응 이미지 객체가 미리 설정된 제2 범위 이내로 상기 타깃 이미지 객체에 근접하는 경우, 상기 타깃 이미지 객체의 움직임, 색상, 크기 및 모양 중 적어도 어느 하나를 변화시키는 제2 이벤트를 발생시키도록 구성될 수 있다.
더욱더 바람직하게는,
상기 제1 범위는 상기 제2 범위보다 넓거나,
상기 제1 이벤트에서 발생하는 상기 타깃 이미지 객체의 변화는 상기 제2 이벤트에서 발생하는 상기 타깃 이미지 객체의 변화보다 크게 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 손의 움직임은,
상기 사용자의 상박, 하박, 손목 및 손가락 중 적어도 어느 하나의 움직임을 포함하여 구성될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 모션 감지부는,
상기 사용자의 손의 일부를 감싸는 고정 밴드; 및
상기 고정 밴드에 연결되어 상기 손의 일부에 고정되고, 상기 손의 일부의 움직임을 감지하는 제1 센싱부를 포함하여 구성될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 모션 감지부는,
상기 사용자의 손에 착용되어 손가락들의 굽힘 정도를 감지하는 센싱 장갑;
상기 센싱 장갑의 제1 손가락에 배치되어 상기 제1 손가락을 사용한 핀치 동작의 힘을 감지하는 제2 센싱부; 및
상기 감지된 굽힘 정도 및 핀치 동작의 힘의 데이터를 상기 제어부에 전송하는 무선 통신 장치를 포함하여 구성될 수 있다.
더욱더 바람직하게는, 상기 제2 센싱부는,
근전도를 이용한 생체신호 측정 센서 또는 압력 센서를 포함하여 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 뇌파 측정부는,
상기 사용자의 머리에 착용되어 상기 뇌파를 감지하는 헤어 밴드; 및
상기 헤어 밴드에 고정되어 상기 뇌파를 분석하며, 분석된 뇌파 데이터를 상기 제어부에 전송하는 뇌파 분석 및 전송부를 포함하여 구성될 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 방법은,
게임의 영상을 표시하는 표시부와, 상기 게임을 실행시키는 제어부와, 사용자의 손의 움직임을 감지하는 모션 감지부와, 상기 사용자의 뇌파를 감지하는 뇌파 측정부를 포함하는 운동 재활 시스템에서 수행되는 운동 재활 방법으로서,
(1) 상기 사용자의 뇌파를 감지하는 단계;
(2) 상기 사용자의 손의 움직임을 감지하는 단계; 및
(3) 상기 감지된 뇌파 및 손의 움직임에 기초하여 상기 표시부에 표시되는 게임 영상의 이미지 객체를 변화시키는 단계를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 단계 (1)은,
(1-1) 상기 감지된 뇌파를 수치화된 집중도 값으로 산출하는 단계를 더 포함하여 구성될 수 있다.
더욱 바람직하게는,
(0) 상기 게임의 영상으로서, 상기 사용자의 손에 대응하는 대응 이미지 객체 및 상기 이미지 객체와 이격되는 타깃 이미지 객체를 표시하는 단계를 더 포함하여 구성될 수 있다.
더욱더 바람직하게는, 상기 단계 (3)은,
(3-1) 상기 집중도 값이 미리 설정된 기준 레벨보다 높으면서, 상기 대응 이미지 객체가 미리 설정된 제1 범위 이내로 상기 타깃 이미지 객체에 근접하는 경우, 상기 타깃 이미지 객체의 움직임, 색상, 크기 및 모양 중 적어도 어느 하나를 변화시키는 제1 이벤트를 발생시키는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
더욱더 바람직하게는, 상기 단계 (3)은,
(3-2) 상기 집중도 값이 상기 기준 레벨보다 낮으면서, 상기 대응 이미지 객체가 미리 설정된 제2 범위 이내로 상기 타깃 이미지 객체에 근접하는 경우, 상기 타깃 이미지 객체의 움직임, 색상, 크기 및 모양 중 적어도 어느 하나를 변화시키는 제2 이벤트를 발생시키는 단계를 더 포함하여 구성될 수 있다.
더욱더 바람직하게는, 상기 단계 (3-1) 및 (3-2)에서,
상기 제1 범위는 상기 제2 범위보다 넓거나,
상기 제1 이벤트에서 발생하는 상기 타깃 이미지 객체의 변화는 상기 제2 이벤트에서 발생하는 상기 타깃 이미지 객체의 변화보다 크게 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 단계 (2)에서,
상기 손의 움직임은 상기 사용자의 상박, 하박, 손목 및 손가락 중 적어도 어느 하나의 움직임을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에서 제안하고 있는 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템 및 방법에 따르면, 사용자의 뇌파 및 손 움직임을 감지하고, 감지된 뇌파 및 손 움직임에 기초하여 재활 운동 게임을 수행하며, 사용자의 뇌파로부터 감지되는 집중도가 감소하는 경우 게임 콘텐츠의 실행 난이도를 조절함으로써, 사용자의 재활 운동에 대한 집중도를 높게 유지시키면서도 게임 영상을 통한 피드백에 의해 흥미를 지속시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템의 뇌파 측정부의 구성을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템의 뇌파 측정부로부터 측정되는 뇌파들을 도시한 도면.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템의 모션 감지부의 구성을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템의 모션 감지부의 구성을 도시한 도면.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템이 적용된 운동 재활 훈련 모습을 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템에서 실행되는 게임 미션의 집중도를 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 방법의 흐름을 도시한 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일 또는 유사한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템의 구성을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템은 사용자의 신체에 착용되는 착용부(30) 및 상기 사용자의 신체 활동에 따른 피드백을 제공하는 피드백 생성부(500)를 포함하여 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 착용부(30)는, 사용자의 뇌파를 감지하는 뇌파 측정부(100) 및 사용자의 손의 움직임을 감지하는 모션 감지부(200)를 포함할 수 있다. 피드백 생성부(500)는 소정의 게임을 실행하는 제어부(510) 및 상기 게임의 영상을 표시하는 표시부(530)를 포함할 수 있다. 이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템의 각각의 구성에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.
제어부(510)는 중앙 처리 장치(CPU), 그래픽 처리 장치(GPU), 마이크로 콘트롤 유닛(MCU), 어플리케이션 프로세서(AP), 메모리 등을 포함할 수 있다. 또한, 제어부(510)는 뇌파 측정부(100) 및 모션 감지부(200)에 유무선으로 연결되는 데이터 송수신부(미도시됨)를 포함할 수 있다. 이러한 제어부(510)는 소정의 게임을 실행하도록 구성될 수 있다.
표시부(530)는 제어부(510)에서 실행되는 게임의 영상이 표시되는 부분으로서, 스크린을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어부(510)로부터 제공되는 게임 데이터는 표시부(530)의 스크린 상에 표시될 수 있다. 표시부(530)는 액정 표시 장치(LCD), 유기 발광 표시 장치(OLED) 등을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 표시부(530)는 플렉시블 표시 장치, 정전용량 방식의 터치스크린 등을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템의 뇌파 측정부의 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템의 뇌파 측정부로부터 측정되는 뇌파들을 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템의 뇌파 측정부(100)는 사용자의 머리에 착용되는 헤어 밴드(110) 및 상기 헤어 밴드(110)에 고정되는 뇌파 분석 및 전송부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
헤어 밴드(110)는 사용자의 이마 및 그 둘레를 따라서 사용자의 머리에 착용될 수 있다. 헤어 밴드(110)는 신축성 및 탄성을 가진 고무, 합성수지 등의 재질을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 헤어 밴드(110)는 벨크로, 단추 등과 같은 고정 수단에 의해 사용자의 머리 둘레에 맞추어 고정되도록 구성될 수 있다.
헤어 밴드(110)의 내측면에는 사용자의 뇌파를 측정할 수 있는 복수의 패드가 배치될 수 있다. 이러한 패드는 사용자의 뇌로부터 발생하는 미세한 전위 변화를 측정하도록 구성될 수 있다. 이러한 미세한 전위 변화는 도 3에 도시된 바와 같이, 소정의 뇌파도(EEG, electroencephalogram)로 표현될 수 있다.
뇌파 분석 및 전송부(130)는 헤어 밴드(110)의 일 부분에 고정될 수 있다. 뇌파 분석 및 전송부(130)는 헤어 밴드(110)를 통해 측정된 사용자의 뇌파를 분석하고, 분석된 뇌파 데이터를 제어부(510)에 전송할 수 있다. 뇌파 분석 및 전송부(130)에서 분석되는 뇌파 데이터는 예를 들어, 사용자의 집중도(또는 몰입도)를 수치화한 집중도 값을 포함할 수 있다.
구체적으로, 뇌파는, 주파수에 따라 델타파, 세타파, 알파파, SMR파, 베타파, 감마파 등으로 분류될 수 있는데, 일반적으로 뇌가 활발하게 활동할수록 뇌파의 진동이 크고, 뇌가 편안할수록 진동이 낮아지는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 세타파의 경우, 약 4 내지 약 8 ㎐의 주파수를 가지며, 졸리거나 얕은 수면 상태에서 주로 발생하는 것으로 알려져 있다. 또한, 알파파의 경우, 약 8 내지 12 ㎐의 주파수를 가지며, 명상 등과 같이 마음이 편안한 상태일 경우 주로 발생하는 것으로 알려져 있다. 또한, SMR파의 경우, 약 12 내지 15 ㎐의 주파수를 가지며, 주의 집중력이 높을 때 주로 발생하며, SMR파가 발생될 때에는 스트레스가 발생되지 않는 것으로 알려져 있다. 또한, H-베타파의 경우, 약 20 내지 30 ㎐의 주파수를 가지며, 긴장되거나 흥분될 때 주로 발생하여 장시간 지속될 경우 스트레스가 발생하는 것으로 알려져 있다.
뇌파 분석 및 전송부(130)는 이러한 뇌파에 따른 사용자의 집중 상태를 분석하는 부분으로서, 예컨대, SMR파에 해당하는 대역폭을 갖는 뇌파(CW)의 진폭, 주파수 등을 분석함으로써, 사용자의 집중도를 수치화하여 집중도 값으로 산출할 수 있다. 또한, SMR파를 크게 벗어나는 대역폭을 갖는 뇌파(NCW)의 진폭, 주파수 등을 분석함으로써, 사용자의 집중도가 낮은 상태임을 확인할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 완전히 몰입한 상태에 발생하는 뇌파의 집중도 값은 100으로 설정되고, 그보다 덜 몰입한 상태에서 발생하는 뇌파의 집중도 값은 100 미만의 값으로 수치화될 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템의 모션 감지부의 구성을 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템의 모션 감지부(210)는 고정 밴드(211) 및 제1 센싱부(213)를 포함하여 구성될 수 있다.
고정 밴드(211)는 사용자의 상박 또는 하박(31)을 둘러싸서 고정될 수 있다. 고정 밴드(211)는 플라스틱, 합성수지, 고무 등의 재질을 포함할 수 있고, 실시예에 따라, 벨크로 등과 같은 부착 수단을 더 구비할 수 있다.
제1 센싱부(213)는 고정 밴드(211)에 연결되어, 사용자의 손의 움직임을 감지할 수 있다. 예를 들어, 제1 센싱부(213)는 사용자의 하박(31)이 움직이는 속도나 가속도, 방향, 기준 위치로부터의 상대적 이동 거리 등을 감지할 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템의 모션 감지부(220)의 고정 밴드(221)는 사용자의 상박(31) 및 손가락(33)의 사이에서, 손등 및 손바닥을 감싸도록 고정될 수 있다. 이 경우, 제1 센싱부(223)는 사용자의 손목이 움직이는 속도나 가속도, 방향, 기준 위치로부터의 상대적 이동 거리 등을 감지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템의 모션 감지부의 구성을 도시한 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템의 모션 감지부(230)는 센싱 장갑(231), 제2 센싱부(233) 및 무선 통신 장치(237)를 포함하여 구성될 수 있다.
센싱 장갑(231)은 사용자의 손가락의 구부림 정도(이하, ‘굽힘 정도’라 한다)을 검출할 수 있는 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센싱 장갑(231)은 사용자의 엄지, 검지, 중지, 약지 및 소지 중 적어도 어느 하나의 굽힘 정도를 감지하도록 구성될 수 있다.
제2 센싱부(233)는 사용자의 제1 손가락에 착용될 수 있다. 예를 들어, 제2 센싱부(233)는 센싱 장갑(231)을 착용한 사용자의 엄지에 부가적으로 착용될 수 있다. 이러한 제2 센싱부(233)는 사용자의 엄지와 다른 손가락에 의해 형성되는 핀치(pinch) 동작의 힘을 정밀하게 감지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 센싱부(233)는 압력 센서, 근전도를 이용한 생체신호 측정 센서 등을 포함할 수 있다.
센싱 장갑(231)은 소정의 회로기판(235)을 포함할 수 있다. 센싱 장갑(231)의 센싱 소자들은 회로기판(235)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 센싱부(233)는 회로기판(235)과 무선 통신망을 통해 연결될 수 있다. 예를 들어, 제2 센싱부(233)는 블루투스 통신망을 통해 회로기판(235)과 연결될 수 있다. 회로기판(235)은 센싱 장갑(231) 및 제2 센싱부(233)를 통해 각각의 손가락으로부터 감지되는 굽힘 정도 및 엄지를 사용한 핀치 동작의 힘의 세기의 데이터를 수신할 수 있다. 예를 들어, 회로기판(235)은 안드로이드 IOIO등과 같은 오픈 보드를 포함할 수 있다.
무선 통신 장치(237)는 회로기판(235)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 무선 통신 장치(237)는 회로기판(235)과 유선으로 연결될 수 있다. 무선 통신 장치(237)는 제어부(510)와 무선 통신망을 통해 연결될 수 있다. 예를 들어, 무선 통신 장치(237)는 블루투스 통신망을 통해, 센싱 장갑(231) 및 제2 센싱부(233)로부터 감지되는 굽힘 정도 및 엄지를 사용한 핀치 동작의 힘의 세기의 데이터를 제어부(510)에 송신하도록 구성될 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템이 적용된 운동 재활 훈련 모습을 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템을 사용자(예컨대, 뇌 손상 환자)에게 적용하는 경우, 사용자의 머리에 뇌파 측정부(100)를 착용시키고, 사용자의 하박(31)에 모션 감지부(200)를 착용시킬 수 있다. 이때, 표시부(530)에서는 제어부(510)에 의해 실행되는 게임의 영상이 표시될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 게임의 영상에는, 사용자의 손에 대응(72)하는 대응 이미지 객체(531)가 표시될 수 있고, 이러한 대응 이미지 객체(531)로부터 이격되는 타깃 이미지 객체(533)가 더 표시될 수 있다. 실시예에 따라, 뇌파 측정부(100)에서 감지되는 사용자의 집중도에 대응(71)하는 집중도 값이 숫자 또는 이미지로서 게임의 영상에 더 표시될 수 있다. 도 8에서는 사용자의 뇌파로부터 산출되는 집중도 값이 막대 바의 이미지 형태로 게임 영상의 우측에 표시되는 것으로 도시되었다.
사용자의 집중도가 높은 경우, 게임의 영상에 흥미를 갖고 수행되는 사용자의 손 재활 효과가 높아질 수 있으나, 사용자의 집중도는 손 재활 운동을 수행하는 동안 틈틈이 감소할 수 있다.
이 경우, 사용자의 재활 운동에 대한 집중도를 향상시키기 위해, 제어부(510)에서는 게임의 실행 난이도를 높이거나, 낮출 수 있다. 예를 들어, 제어부(510)는 사용자의 뇌파로부터 산출되는 집중도 값이 미리 설정된 기준 레벨보다 낮은 경우, 게임의 실행 난이도를 높이거나 낮출 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템에서 실행되는 게임 미션의 집중도를 도시한 도면이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 타깃 미션을 수행하는 동안, 뇌 활성화를 위한 운동 재활 집중에 요구되는 레벨(이하, 기준 레벨)보다 사용자의 집중도(미션 집중도)가 낮은 경우(A 및 B의 경우)에는, 사용자의 집중도를 높이도록 게임의 실행 난이도가 조절될 수 있다. 이러한 실행 난이도는 게임의 특성에 따라 적절하게 변경되어 구현될 수 있다.
예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 표시부(530)에서 테니스 게임의 영상이 표시되는 경우, 대응 이미지 객체(531)가 타깃 이미지 객체(533)에 근접할 때 발생하는 이벤트(535)의 강도가 조절됨으로써, 게임의 난이도가 조절될 수 있다.
예를 들어, 사용자의 집중도가 기준 레벨보다 높으면서, 대응 이미지 객체(531)가 미리 설정된 제1 범위 이내로 타깃 이미지 객체(533)에 근접하는 경우, 제1 이벤트가 발생하여 타깃 이미지 객체(533)의 움직임, 색상, 크기 및 모양 중 적어도 어느 하나가 변화될 수 있다. 예를 들어, 타깃 이미지 객체(533)(도 8의 경우, 테니스 공)의 움직임 방향이 하향에서 상향으로 바뀌거나, 크기가 작아질 수 있다.
또한, 사용자의 집중도가 기준 레벨보다 낮으면서, 대응 이미지 객체(531)가 미리 설정된 제2 범위 이내로 타깃 이미지 객체(533)에 근접하는 경우, 제2 이벤트가 발생하여 타깃 이미지 객체(533)의 움직임, 색상, 크기 및 모양 중 적어도 어느 하나가 변화될 수 있다. 이 때, 사용자의 집중도가 기준 레벨보다 낮아졌으므로, 게임의 실행 난이도를 조절하기 위해, 상기 제2 이벤트를 발생시키기 위한, 타깃 이미지 객체(533)로의 근접 범위가 달라질 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 이벤트를 발생시키기 위해(즉, 사용자의 집중도가 낮은 경우) 대응 이미지 객체(531)가 타깃 이미지 객체(533)로 근접해야 하는 상기 제2 범위는, 상기 제1 이벤트를 발생시키기 위해(즉, 사용자의 집중도가 높은 경우) 대응 이미지 객체(531)가 타깃 이미지 객체(533)로 근접해야 하는 상기 제1 범위보다 작을 수 있다.
또한, 예를 들어, 상기 제2 이벤트에 따른 상기 타깃 이미지 객체(533)의 변화는, 상기 제1 이벤트에 따른 상기 타깃 이미지 객체(533)의 변화보다 작을 수 있다. 예컨대, 집중도가 낮은 상태에서 대응 이미지 객체(531)가 테니스 공을 타격하는 경우, 집중도가 높은 상태에서 타격하는 경우에 비해, 타격의 강도가 낮게 처리될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 방법의 흐름을 도시한 도면이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 방법은 사용자의 뇌파를 감지하는 단계(S100), 사용자의 모션을 감지하는 단계(S200) 및 감지된 뇌파와 모션에 기초하여 표시부에 표시되는 게임 영상의 이미지 객체를 변화시키는 단계(S300)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 사용자의 뇌파를 감지하는 단계(S100)는, 감지된 뇌파를 수치화된 집중도 값으로 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 뇌파 및 모션을 감지하기 전에 또는 그와 동시에, 게임의 영상으로서, 사용자의 손에 대응하는 대응 이미지 객체(531) 및 그로부터 이격되는 타깃 이미지 객체(533)를 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서 제안하고 있는 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템 및 방법에 따르면, 사용자의 뇌파 및 손 움직임을 감지하고, 감지된 뇌파 및 손 움직임에 기초하여 재활 운동 게임을 수행하며, 사용자의 뇌파로부터 감지되는 집중도가 감소하는 경우 게임 콘텐츠의 실행 난이도를 조절함으로써, 사용자의 재활 운동에 대한 집중도를 높게 유지시키면서도 게임 영상을 통한 피드백에 의해 흥미를 지속시킬 수 있다.
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 뇌파 측정부 110: 헤어 밴드
130: 뇌파 분석 및 전송부 200, 210, 220, 230: 모션 감지부
211, 221: 고정 밴드 213, 223: 제1 센싱부
231: 센싱 장갑 233: 제2 센싱부
235: 회로 기판 237: 무선 통신 장치
510: 제어부 530: 표시부
531: 대응 이미지 객체 533: 타깃 이미지 객체
S100: 사용자의 뇌파를 감지하는 단계
S200: 사용자의 모션을 감지하는 단계
S300: 감지된 뇌파 및 모션에 기초하여 표시부에 표시되는 이미지 객체를 변화시키는 단계

Claims (20)

  1. 운동 재활 시스템으로서,
    게임의 영상을 표시하는 표시부(530);
    상기 표시부(530)에 표시될 영상 데이터를 제어하고, 상기 게임을 실행시키는 제어부(510);
    사용자의 손의 움직임을 감지하고, 감지된 손의 움직임 데이터를 상기 제어부(510)에 전송하는 모션 감지부(200); 및
    상기 사용자의 뇌파를 감지하고, 감지된 뇌파 데이터를 상기 제어부(510)에 전송하는 뇌파 측정부(100)를 포함하되,
    상기 제어부(510)는,
    상기 감지된 손의 움직임 데이터 및 뇌파 데이터에 기초하여 상기 게임을 실행하고,
    상기 뇌파 데이터는,
    상기 사용자의 집중도를 수치화한 집중도 값을 포함하며,
    상기 제어부(510)는,
    상기 집중도 값이 미리 설정된 기준 레벨보다 낮은 경우, 상기 게임의 실행 난이도를 높이거나 낮추고,
    상기 표시부(530)에 표시되는 게임의 영상은,
    상기 사용자의 손에 대응하는 대응 이미지 객체(531); 및
    상기 이미지 객체(531)와 이격되는 타깃 이미지 객체(533)를 포함하며,
    상기 표시부(530)에 표시되는 게임의 영상은,
    상기 집중도 값이 상기 기준 레벨보다 높으면서, 상기 대응 이미지 객체(531)가 미리 설정된 제1 범위 이내로 상기 타깃 이미지 객체(533)에 근접하는 경우, 상기 타깃 이미지 객체(533)의 움직임, 색상, 크기 및 모양 중 적어도 어느 하나를 변화시키는 제1 이벤트를 발생시키는 것을 특징으로 하는, 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 표시부(530)에 표시되는 게임의 영상은,
    상기 집중도 값을 숫자 또는 이미지로서 더 표시하는 것을 특징으로 하는, 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 표시부(530)에 표시되는 게임의 영상은,
    상기 집중도 값이 상기 기준 레벨보다 낮으면서, 상기 대응 이미지 객체(531)가 미리 설정된 제2 범위 이내로 상기 타깃 이미지 객체(533)에 근접하는 경우, 상기 타깃 이미지 객체(533)의 움직임, 색상, 크기 및 모양 중 적어도 어느 하나를 변화시키는 제2 이벤트를 발생시키는 것을 특징으로 하는, 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 범위는 상기 제2 범위보다 넓거나,
    상기 제1 이벤트에서 발생하는 상기 타깃 이미지 객체(533)의 변화는 상기 제2 이벤트에서 발생하는 상기 타깃 이미지 객체(533)의 변화보다 큰 것을 특징으로 하는, 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 손의 움직임은,
    상기 사용자의 상박, 하박, 손목 및 손가락 중 적어도 어느 하나의 움직임을 포함하는 것을 특징으로 하는, 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 모션 감지부(210, 220)는,
    상기 사용자의 손의 일부를 감싸는 고정 밴드(211, 221); 및
    상기 고정 밴드(211, 221)에 연결되어 상기 손의 일부에 고정되고, 상기 손의 일부의 움직임을 감지하는 제1 센싱부(213, 223)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 상기 모션 감지부(230)는,
    상기 사용자의 손에 착용되어 손가락들의 굽힘 정도를 감지하는 센싱 장갑(231);
    상기 센싱 장갑(231)의 제1 손가락에 배치되어 상기 제1 손가락을 사용한 핀치 동작의 힘을 감지하는 제2 센싱부(233); 및
    상기 감지된 굽힘 정도 및 핀치 동작의 힘의 데이터를 상기 제어부(510)에 전송하는 무선 통신 장치(237)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2 센싱부(233)는,
    근전도를 이용한 생체신호 측정 센서 또는 압력 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는, 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 뇌파 측정부(100)는,
    상기 사용자의 머리에 착용되어 상기 뇌파를 감지하는 헤어 밴드(110); 및
    상기 헤어 밴드(110)에 고정되어 상기 뇌파를 분석하며, 분석된 뇌파 데이터를 상기 제어부(510)에 전송하는 뇌파 분석 및 전송부(130)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 시스템.
  14. 게임의 영상을 표시하는 표시부와, 상기 게임을 실행시키는 제어부와, 사용자의 손의 움직임을 감지하는 모션 감지부와, 상기 사용자의 뇌파를 감지하는 뇌파 측정부를 포함하는 운동 재활 시스템에서 수행되는 운동 재활 방법으로서,
    (1) 상기 사용자의 뇌파를 감지하는 단계(S100);
    (2) 상기 사용자의 손의 움직임을 감지하는 단계(S200); 및
    (3) 상기 감지된 뇌파 및 손의 움직임에 기초하여 상기 표시부에 표시되는 게임 영상의 이미지 객체를 변화시키는 단계(S300)를 포함하되,
    상기 단계 (1)은,
    (1-1) 상기 감지된 뇌파를 수치화된 집중도 값으로 산출하는 단계를 더 포함하고,
    (0) 상기 게임의 영상으로서, 상기 사용자의 손에 대응하는 대응 이미지 객체(531) 및 상기 이미지 객체(531)와 이격되는 타깃 이미지 객체(533)를 표시하는 단계를 더 포함하며,
    상기 단계 (3)은,
    (3-1) 상기 집중도 값이 미리 설정된 기준 레벨보다 높으면서, 상기 대응 이미지 객체(531)가 미리 설정된 제1 범위 이내로 상기 타깃 이미지 객체(533)에 근접하는 경우, 상기 타깃 이미지 객체(533)의 움직임, 색상, 크기 및 모양 중 적어도 어느 하나를 변화시키는 제1 이벤트를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제14항에 있어서, 상기 단계 (3)은,
    (3-2) 상기 집중도 값이 상기 기준 레벨보다 낮으면서, 상기 대응 이미지 객체(531)가 미리 설정된 제2 범위 이내로 상기 타깃 이미지 객체(533)에 근접하는 경우, 상기 타깃 이미지 객체(533)의 움직임, 색상, 크기 및 모양 중 적어도 어느 하나를 변화시키는 제2 이벤트를 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 단계 (3-1) 및 (3-2)에서,
    상기 제1 범위는 상기 제2 범위보다 넓거나,
    상기 제1 이벤트에서 발생하는 상기 타깃 이미지 객체(533)의 변화는 상기 제2 이벤트에서 발생하는 상기 타깃 이미지 객체(533)의 변화보다 큰 것을 특징으로 하는, 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 방법.
  20. 제14항에 있어서, 상기 단계 (2)에서,
    상기 손의 움직임은 상기 사용자의 상박, 하박, 손목 및 손가락 중 적어도 어느 하나의 움직임을 포함하는 것을 특징으로 하는, 뇌파 집중도 피드백을 활용한 게임 기반 운동 재활 방법.
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