KR101630367B1

KR101630367B1 - 스마트 기기를 이용한 편마비 환자용 상지 재활 훈련 시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR101630367B1
Application number: KR1020150023099A
Authority: KR
Inventors: 정성택; 신성욱; 최승하; 권기영
Original assignee: 한국산업기술대학교 산학협력단
Priority date: 2015-02-16
Filing date: 2015-02-16
Publication date: 2016-06-24

Abstract

본 발명은 스마트 기기를 이용한 편마비 환자용 상지 재활 훈련 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 편마비 환자의 재활 운동을 위한 스틱 형태의 제1 조작부; 상기 편마비 환자의 재활 운동을 위한 구 형태의 제2 조작부; 및 상기 제2 조작부에 결합되어 상기 제1 조작부 및 상기 제2 조작부로부터 재활 운동에 따른 움직임을 전송받아 이를 디스플레이 화면에 출력하는 사용자 단말을 포함하는 편마비 환자의 재활 운동을 위한 상지 재활 훈련 시스템을 제공한다.
또한, (a) 스틱 형태의 제1 조작부에 의해 재활 운동에 따른 움직임을 입력받는 단계; (b) 구 형태의 제2 조작부에 의해 재활 운동에 따른 움직임을 입력받는 단계; 및 (c) 제1 조작부 및 상기 제2 조작부로부터 재활 운동에 따른 움직임을 전송받아 이를 디스플레이 화면에 출력하는 단계를 포함하는 편마비 환자의 재활 운동을 위한 상지 재활 훈련 방법을 제공한다.

Description

스마트 기기를 이용한 편마비 환자용 상지 재활 훈련 시스템 및 그 방법{REHABILITATION SYSTEM FOR UPPER LIMB OF HEMIPLEGIC PATIENTS USING SMART DEVICE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 스마트 기기를 이용한 편마비 환자용 상지 재활 훈련 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 스마트 기기에서 실행되는 재활 콘텐츠에 의해 재활 훈련을 수행시키는 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

인구의 노령화와 더불어 뇌졸중의 사회경제적 중요성이 커지고 있다. 미국 및 국내의 통계 자료에 따르면 사망률 중에서 뇌졸중은 암에 이어 두 번째로 많은 비중을 차지하고 있다. 뇌졸중은 뇌혈관이 막혀서 발생하는 뇌경색과 뇌혈관의 파열로 인해 뇌 조직 내부로 혈액이 유출되어 발생하는 뇌출혈을 통틀어 일컫는다.

일반적으로 뇌졸중은 뇌손상이 있는 반대편 상하지의 마비와 기능 장애를 수반하게 된다. 뇌졸중에 의한 편마비의 정도에 따라 운동 방법이 다르며, 거동이 불편한 환자의 경우 하지 재활 훈련으로 흔히 트레드밀 보행 훈련 방법을 쓴다.

뇌졸중에 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.

[선행 특허 1]에서 편마비 환자를 위한 상지 재활 훈련 방법은 자신의 건측 손을 이용해 자신의 환측 손을 움직이게 하는 재활 기구를 소개하고 있다.

[선행 특허 1]에 소개된 재활 기구는 한 가지 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 [선행 특허 1]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 재활훈련의 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 뇌졸중이나 의수환자와 같이 팔이나 손목을 자유롭게 사용할 수 없는 편마비 환자가 흥미를 가지면서 몰입하여 재활 훈련에 적극적으로 참여할 수 있도록 하는 방안이 절실하게 요구되고 있다.

선행 특허 1 : 한국등록특허공보 등록번호 10-0554461(2006. 03. 03.)

본 발명은 종래의 재활 훈련을 위한 기구가 가지는 단점을 극복하기 위해 제시된 것으로서, 스마트 기기에서 실행되는 재활 콘텐츠에 의해 재활 훈련을 수행시키는 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 제1 특징으로서, 편마비 환자의 재활 운동을 위한 스틱 형태의 제1 조작부; 상기 편마비 환자의 재활 운동을 위한 구 형태의 제2 조작부; 및 상기 제2 조작부에 결합되어 상기 제1 조작부 및 상기 제2 조작부로부터 재활 운동에 따른 움직임을 전송받아 이를 디스플레이 화면에 출력하는 사용자 단말을 포함하는 편마비 환자의 재활 운동을 위한 상지 재활 훈련 시스템을 제공한다.

이때, 상기 제1 조작부는 상기 편마비 환자의 오른손 및 왼손 재활을 위해 한 쌍으로 구비되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 제1 조작부는 상기 편마비 환자의 검지, 중지, 약지 및 소지의 악력을 측정하는 제1 압력 센서 및 심전도와 체지방 측정을 측정하는 BMI 전극을 포함할 수 있다.

이때, 상기 제2 조작부는 상부 반구체와 하부 반구체의 결합에 의해 형성되고, 상기 상부 반구체의 상단에는 상기 사용자 단말 고정을 위한 단말 고정홈이 구비될 수 있다.

이때, 상기 상부 반구체는 중심을 기준으로 방사 대칭으로 외주연 방향에 배치되는 복수의 손가락 홈을 구비할 수 있다.

이때, 상기 제1 조작부 및 상기 제2 조작부 각각은 상기 사용자 단말과의 연결을 위한 근거리 무선 통신 모듈을 구비할 수 있다.

이때, 상기 제2 조작부는 상기 사용자 단말에 구비된 자이로 센서를 이용하여 재활 운동에 따른 움직임의 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향 좌표를 제공받을 수 있다.

또한, 상기 사용자 단말은 상기 제1 조작부 및 상기 제2 조작부로부터 입력받은 재활 운동에 따른 움직임을 화면상에 표시하는 재활 훈련 애플리케이션을 실행하고 이를 디스플레이 화면에 출력할 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 제2 특징으로서, (a) 스틱 형태의 제1 조작부에 의해 재활 운동에 따른 움직임을 입력받는 단계; (b) 구 형태의 제2 조작부에 의해 재활 운동에 따른 움직임을 입력받는 단계; 및 (c) 제1 조작부 및 상기 제2 조작부로부터 재활 운동에 따른 움직임을 전송받아 이를 디스플레이 화면에 출력하는 단계를 포함하는 편마비 환자의 재활 운동을 위한 상지 재활 훈련 방법을 제공한다.

이때, 상기 (b) 단계에서의 움직임 입력은 상기 제2 조작부에 구비되는 사용자 단말에 구비된 자이로 센서를 이용하여 수행될 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 실시예에 편마비 환자용 상지 재활 훈련 시스템 및 그 방법은 스마트 기기에서 실행되는 다양한 재활 콘텐츠에 의해 재활 훈련을 수행시키므로 자가 훈련이 용이하고 오랜 시간 지속적으로 재활 훈련을 수행할 수 있게 한다. 또한, 편마비 환자가 흥미를 가지고 몰입할 수 있어 재활 훈련에 적극적으로 참여할 수 있게 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 상지 재활 훈련 시스템의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제1 조작부를 보여준다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제2 조작부를 보여준다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 상지 재활 훈련 시스템을 사용하여 재활 훈련이 수행되는 예를 보여준다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 상지 재활 훈련 방법의 순서도이다.
도 6a 및 도 6b는 상지 재활 훈련 시스템 및 제1 조작부를 구체적으로 도시한 3D랜더링 이미지이다.

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, 이하의 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 특정 실시예에 의하여 제한되지 않는다. 본 발명은 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 그 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 상지 재활 훈련 시스템의 사시도이다.

본 실시예에 따른 상지 재활 훈련 시스템(1000)은 제1 조작부(100), 제2 조작부(200) 및 사용자 단말(300)을 포함한다.

제1 조작부(100)는 스틱 형태를 가지며 재활 환자의 검지, 중지, 약지 및 소지의 악력을 측정한다. 실시 형태에 따라 제1 조작부(100)는 한 쌍으로 구비된다. 즉, 재활 환자가 양손의 재활을 필요로 하는 경우 제1 조작부(100)는 한 쌍으로 구비될 수 있다. 제1 조작부(100)의 구체적인 특징은 도 2의 설명에서 상세히 하도록 한다.

제2 조작부(200)는 구 형태를 가지며, 재활 환자의 손목 움직임을 측정한다. 제2 조작부는 상부 반구체와 하부 반구체의 결합에 의해 구현되며, 상부 반구체에는 사용자 단말(300)이 결합된다. 제2 조작부(200)는 사용자 단말에 구비된 자이로 센서를 통해 재활 운동에 따른 제2 조작부(200)의 움직임을 감지한다. 제2 조작부(200)의 구체적인 특징은 도 3의 설명에서 상세히 하도록 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제1 조작부를 보여준다.

제1 조작부(100)는 지지부(110) 및 받침대(120)로 이루어진다.

지지부(110)는 검지, 중지, 약지 및 소지의 악력 측정을 위한 제1 압력 센서(111) 및 체지방과 심전도를 측정하는 BMI 전극(112)이 구비된다.

지지부(110)는 검지, 중지, 약지 및 소지의 위치에 맞게 돌출되어 있으며, 제1 압력 센서(111) 각각은 돌출된 위치에 구비된다. BMI 전극(112)은 엄지 모음근이 감싸는 위치에 구비된다.

받침대(120)는 지지부(110)를 고정하며, 받침대(120)의 하부에는 흡판(미도시)이 구비되어 환자의 움직임에 의해 지지부(110)의 위치가 바뀌는 것을 방지한다.

받침대(120)와 지지부(110)는 억지 끼움에 의해 분리 및 결합할 수 있으며, 돌려 끼우거나 나사 결합에 의한 분리 결합 구조를 가지도록 형성될 수도 있다.

재활 환자는 지지부(110)를 파지하여 재활 훈련 애플리케이션에서 지시하는 재활 동작을 수행한다. 제1 압력 센서(111) 및 BMI 전극(112)의 표면에는 미세 돌기를 형성하거나 국부적으로 거칠게 표면 가공하여 파지에 따른 미끄럼을 방지할 수 있다.

제1 조작부(100)는 제1 압력 센서(111) 및 BMI 전극(112)로부터의 입력을 사용자 단말(300)로 전송한다. 이를 위해 제1 조작부(100)는 사용자 단말(300)과 통신을 수행하는 근거리 무선 통신 모듈(미도시)을 구비한다. 일예로, 블루투스 모듈을 이용하여 사용자 단말(300)과 통신이 가능하다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제2 조작부를 보여준다.

제2 조작부(200)는 상부 반구체(210) 및 하부 반구체(230)로 이루어진다.

상부 반구체(210)에는 사용자 단말(300)의 삽입 고정을 위한 단말 고정홈(220) 및 복수개의 손가락 홈(211)이 구비된다. 각 손가락 홈(211)은 중심을 기준으로 방사 대칭으로 외주연 방향에 배치된다. 또한 각 손가락 홈(211)의 표면에 미세 돌기를 형성하거나 국부적으로 거칠게 표면 가공하여 파지에 따른 미끄럼을 방지할 수 있다.

상부 반구체(210)와 하부 반구체(230)는 상대 회전시켜 돌려 끼우는 나사 결합이나 반구체 외면에 걸쇠와 고리를 적용한 체결구조에 의해 결합된다. 하부 반구체(230)에는 무게 중심을 잡기위한 무게추(미도시)가 더 구비될 수 있다.

제2 조작부(200)는 재활 환자의 손목 움직임을 측정한다. 즉, 재활 환자는 손가락 홈(211)을 파지하여 재활 훈련 애플리케이션에서 지시하는 재활 동작(전후좌우 방향으로 밀고 당기거나 제자리에서 돌리는 동작)을 수행한다. 이때, 손목 움직임의 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향 좌표는 사용자 단말(300)에 구비된 자이로 센서를 통해 입력받을 수 있다. 본 발명에서 재활 환자의 손목 움직임은 사용자 단말(300)을 통해 감지되므로 제2 조작부(200)에 자이로 센서 및 통신 모듈의 생략이 가능하다. 즉 본 발명에 의하면 제2 조작부(200)의 제조 단가를 절감할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 상지 재활 훈련 시스템을 사용하여 재활 훈련이 수행되는 예를 보여준다.

재활 환자는 제1 조작부(100) 또는 제2 조작부(200)를 조작하여 재활 훈련을 수행한다. 이때, 재활 훈련 동작 지시는 사용자 단말(300)에서 구동되는 재활 훈련 애플리케이션에 의해 이루어진다.

사용자 단말(300)은 블루투스와 같은 근거리 통신 방식을 사용하여 제1 조작부(100)로부터 재활 동작을 입력받는다. 또한, 사용자 단말(300)은 단말 자체에 구비된 자이로 센서로부터 제2 조작부(200)를 조작하는 재활 환자의 손목 움직임을 입력받는다. 이어서 사용자 단말(300)은 입력받은 재활 운동에 따른 움직임을 디스플레이 화면(400)에 출력한다.

재활 환자는 디스플레이 화면(400)에 출력되는 영상의 피드백에 의해 재활 훈련을 적극적으로 수행할 수 있다.

도 6a 및 도 6b는 상지 재활 훈련 시스템 및 제1 조작부를 구체적으로 도시한 3D랜더링 이미지이다.

도시된 바와 같이 제2 조작부(200)는 재활 환자 손가락 길이 및 모양에 따라 제1 압력 센서(111)의 길이를 조절할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 상지 재활 훈련 방법의 순서도이다.

본 실시예에 따른 상지 재활 훈련 방법은 제1 조작부에 의해 재활 운동에 따른 움직임을 입력받는 단계(S510) 제2 조작부에 의해 재활 운동에 따른 움직임을 입력받는 단계(S520) 및 제1 조작부 및 상기 제2 조작부로부터 재활 운동에 따른 움직임을 전송받아 이를 디스플레이 화면에 출력하는 단계(S530)를 포함한다.

본 발명에 따른 상지 재활 훈련 방법은 도 1의 상지 재활 훈련 시스템(1000)을 시계열적으로 구현한 것이므로 제1 조작부(100), 제2 조작부(200) 및 사용자 단말(300)에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예를 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

1000 : 상지 재활 훈련 시스템
100 : 제1 조작부
110 : 지지부
111: 제1 압력 센서 112 : BMI 전극
120 : 받침대
200 : 제2 조작부
210 : 상부 반구체 211 : 손가락 홈 220 : 단말 고정홈
230 : 하부 반구체
300 : 사용자 단말

Claims

편마비 환자의 재활 운동을 위한 스틱 형태의 제1 조작부;
상기 편마비 환자의 재활 운동을 위한 구 형태의 제2 조작부; 및
상기 제2 조작부에 결합되어 상기 제1 조작부 및 상기 제2 조작부로부터 재활 운동에 따른 움직임을 전송받아 이를 디스플레이 화면에 출력하는 사용자 단말을 포함하고,
상기 제1 조작부는 상기 편마비 환자의 검지, 중지, 약지 및 소지의 악력을 측정하는 제1 압력 센서 및 심전도와 체지방을 측정하는 BMI(body mass index) 전극을 포함하며,
상기 제2 조작부는 상기 사용자 단말에 구비된 자이로 센서를 이용하여 재활 운동에 따른 움직임의 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향 좌표를 제공 받고,
상기 사용자 단말은 상기 제1 조작부 및 상기 제2 조작부로부터 입력받은 재활 운동에 따른 움직임을 화면상에 표시하는 재활 훈련 애플리케이션을 실행하고 이를 디스플레이 화면에 출력하는 편마비 환자의 재활 운동을 위한 상지 재활 훈련 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 조작부는 상기 편마비 환자의 오른손 및 왼손 재활을 위해 한 쌍으로 구비되는 것을 특징으로 하는 편마비 환자의 재활 운동을 위한 상지 재활 훈련 시스템.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 제2 조작부는 상부 반구체와 하부 반구체의 결합에 의해 형성되고,
상기 상부 반구체의 상단에는 상기 사용자 단말 고정을 위한 단말 고정홈이 구비되는 것을 특징으로 하는 편마비 환자의 재활 운동을 위한 상지 재활 훈련 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 상부 반구체는 중심을 기준으로 방사 대칭으로 외주연 방향에 배치되는 복수의 손가락 홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 편마비 환자의 재활 운동을 위한 상지 재활 훈련 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 조작부 및 상기 제2 조작부 각각은 상기 사용자 단말과의 연결을 위한 근거리 무선 통신 모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 편마비 환자의 재활 운동을 위한 상지 재활 훈련 시스템.
삭제
삭제
(a) 스틱 형태의 제1 조작부에 의해 재활 운동에 따른 움직임을 입력받는 단계;
(b) 구 형태의 제2 조작부에 의해 재활 운동에 따른 움직임을 입력받는 단계; 및
(c) 제1 조작부 및 상기 제2 조작부로부터 재활 운동에 따른 움직임을 전송받아 이를 디스플레이 화면에 출력하는 단계를 포함하고,
상기 (b) 단계에서의 움직임 입력은 상기 제2 조작부에 구비되는 사용자 단말에 구비된 자이로 센서를 이용하여 수행되며,
상기 제1 조작부는 편마비 환자의 검지, 중지, 약지 및 소지의 악력을 측정하는 제1 압력 센서 및 심전도와 체지방을 측정하는 BMI(body mass index) 전극을 포함하고,
상기 사용자 단말은 상기 제1 조작부 및 상기 제2 조작부로부터 입력받은 재활 운동에 따른 움직임을 화면상에 표시하는 재활 훈련 애플리케이션을 실행하고 이를 디스플레이 화면에 출력하는 편마비 환자의 재활 운동을 위한 상지 재활 훈련 방법.
삭제