KR101641581B1 - 뇌병변 장애인을 위한 동영상 인지훈련 기반의 근육 전기감각자극 신경재활 시스템 및 방법 - Google Patents

뇌병변 장애인을 위한 동영상 인지훈련 기반의 근육 전기감각자극 신경재활 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동영상으로 표시되는 피사체의 움직임에 대한 근육정보가 시퀀스에 대응되어 저장 관리되며, 상기 피사체의 움직임에 대한 근육정보에 근거하여 재활 대상자의 해당 근육에 전기자극을 발생시키는 뇌병변 장애인을 위한 동영상 인지훈련 기반의 근육 전기감각자극 신경재활 시스템 및 방법에 관한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 뇌병변 장애인을 위한 동영상 인지훈련 기반의 근육 전기감각자극 신경재활 시스템은, 동영상 출력장치와 전기자극 발생장치를 포함하는 것으로서, 상기 동영상 출력장치는 일상생활동작에서의 기능적 움직임을 수행하는 피사체를 촬영한 동영상과, 상기 동영상에서 상기 피사체의 일상생활동작에서의 기능적 움직임을 구분동작으로 분할하고 상기 분할된 구분동작에 대응되어 상기 피사체의 움직임에 따른 근육자극정보를 포함하는 시퀀스가 저장되는 동영상 저장부; 선택에 따라 상기 동영상 저장부에 저장된 동영상을 표시하는 동영상 표시부; 상기 동영상 표시부에서 표시되는 동영상에 대응되는 시퀀스에서 근육자극정보를 검출하는 근육자극정보 검출부; 및 상기 검출부에 검출된 근육자극정보를 출력하는 근육자극정보 송신부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

뇌병변 장애인을 위한 동영상 인지훈련 기반의 근육 전기감각자극 신경재활 시스템 및 방법{ELECTRICAL STIMULATION SYSTEM AND METHOD BASED ON MOVING IMAGE COGNITIVE TRAINING FOR ENCEPHALOPATHY}
본 발명은 뇌병변 장애인을 위한 동영상 인지훈련 기반의 근육 전기감각자극 신경재활 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동영상으로 표시되는 피사체의 움직임에 대한 근육정보가 시퀀스에 대응되어 저장 관리되며, 상기 피사체의 움직임에 대한 근육정보에 근거하여 재활 대상자의 해당 근육에 전기자극을 발생시키는 뇌병변 장애인을 위한 동영상 인지훈련 기반의 근육 전기감각자극 신경재활 시스템 및 방법에 관한 것이다.
뇌병변은 뇌의 기질적 병변으로 인하여 보행, 운동 또는 일상생활이 어렵거나 불가능한 질환을 말한다. 뇌병변은 뇌졸중, 외상성 뇌손상(TBI, traumatic brain injury), 뇌성마비, 자폐증 및 전반적 발달장애 등으로 구분된다.
뇌졸중은 뇌혈관이 막혀서 발생하는 뇌경색과 뇌혈관의 파열로 인해 뇌 조직 내부의 혈액 유출로 발생하는 뇌출혈을 통틀어 일컫는 뇌혈관 질환으로서, 뇌졸중 장애양상은 손상된 부위와 정도에 따라 다르나 일반적으로 편마비, 운동 손상, 감각 손상, 인지 장애, 언어 장애, 시지각 장애 및 연하 장애 등으로 나타난다. 이러한 뇌졸중은 인구의 노령화와 더불어 발생률이 증가하고 있는 추세이며, 뇌졸중의 잔존 장애로 인한 재활치료 및 간병으로 인한 경제적 부담이 증가되고 있다.
외상성 뇌손상(TBI)은 외부의 힘에 의해서 두개골 내부에 손상이 일어나는 것이다. 교통사고, 산업재해, 스포츠 손상 등 각종 사고로 인해 외상성 뇌손상 환자가 발생하며 사망의 1/3이 외상성 뇌손상을 동반한다. 외상성 뇌손상은 신경손상부위가 일부 살아 있기 때문에 뇌의 가소성이 뇌졸중 환자보다 크고 상대적으로 빠른 호전을 기대할 수 있다. 외상성 뇌손상 환자의 대부분이 젊은 사람이기 때문에 사회적으로 노동력의 상실이라는 큰 타격을 주며, 노동력 상실을 최소화하기 위해 적극적인 재활 프로그램이 필요하다.
뇌성마비는 출산 전, 출산 시, 그리고 출산 직후 또는 24개월 이전에 생기는 뇌의 비진행적인 병변으로 인하여 미성숙한 뇌가 정상적으로 발달하는 것이 방해되는 것이다. 뇌성마비로 인해 자세와 균형을 유지하는 능력이 저하되고 정상적인 움직임과 기술 수행이 어렵게 된다. 일반적으로 뇌성마비는 신경운동형 증상에 따라 경직형, 무정위운동형, 강직형, 진전형, 운동실조형, 이완형, 혼합형으로 분류하며 감각결핍, 언어능력저하, 감각통합능력의 결핍등의 신경학적 비정상적인 증상을 동반한다.
자폐증은 3세 이전부터 언어의 표현-이해, 어머니와의 애착 행동, 사람들과의 놀이에 대한 관심이 저조한 양상으로 나타나며, 3세 이후에는 인지 발달의 저하, 또래에 대한 관심 부족으로 나타나는 발달상의 장애이다. 임상적으로 25 ~ 30%의 자폐아에게 간질증상이 나타난다. 최근에는 뇌의 전두엽, 측두엽 부분의 이상이 자폐증의 원인일 수 있다는 연구보고가 있다.
전반적 발달장애는 성숙의 지체, 즉 신체/정신적 발달이 느린 것을 말하는 것으로서, 연령이 같은 비장애 아동에게 관찰되는 기능 수준보다 더 아래 수준에 있는 아동을 말한다. 발달장애 아동은 두뇌의 역기능이나 뚜렷한 구조적 손상이 없으면서도 느린 발달이나 불균형적인 기능을 보인다.
이에 따라 뇌병변에 따른 재활치료를 위한 다양한 기술 및 방법이 제안되었다.
뇌병변 환자의 능동적 움직임을 전제로 하여 뇌병변 환자를 치료할 수 있는 종래 기술로, 공개특허공보 제10-2014-0063362호에 하지기능 및 보행기능을 위한 뇌-컴퓨터 인터페이스에 기반한 기능적 전기자극치료기가 개시되었다.
상기의 종래 기술은 모니터의 하지 및 보행의 훈련 영상을 보도록 하면서, 환자의 EEG를 검출하여, 검출된 EEG에서 뇌파집중지표를 검출하고, 뇌파집중지표에 따라 FES부가 구동되게 하여, 환자의 의지에 따른 하지 및 보행의 훈련을 수행토록 하는 것을 특징으로 한다.
그러나 상기의 종래 기술은 환자의 뇌파를 검출하고, 검출된 뇌파의 집중지표에 따라 FES부를 구동하는 것으로서, 환자의 능동적인 움직임을 전제로 치료할 수 있는 전기자극치료기이나, 능동적 움직임을 수행할 수 없는 환자에게는 적용할 수 없는 한계가 있다.
KR 10-2014-0063362 A 2014. 05. 27.
본 발명은 상기 종래 기술이 갖는 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 뇌병변 환자가 동영상 시청을 통한 시각적 감각자극을 통해, 뇌병변 환자의 해당 근육에 전기자극이 발생되도록 함으로써, 능동적 참여가 어려운 뇌병변 장애인에게도 적용 가능한 동영상 인지훈련 기반의 근육 전기감각자극 신경재활 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 손상된 뇌의 재조직화를 기대할 수 있는 뇌병변 장애인을 위한 동영상 인지훈련 기반의 근육 전기감각자극 신경재활 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 뇌병변 장애인을 위한 동영상 인지훈련 기반의 근육 전기감각자극 신경재활 시스템은, 동영상 출력장치와 전기자극 발생장치를 포함하는 것으로서, 상기 동영상 출력장치는 일상생활동작에서의 기능적 움직임을 수행하는 피사체를 촬영한 동영상과, 상기 동영상에서 상기 피사체의 일상생활동작에서의 기능적 움직임을 구분동작으로 분할하고 상기 분할된 구분동작에 대응되어 상기 피사체의 움직임에 따른 근육자극정보를 포함하는 시퀀스가 저장되는 동영상 저장부; 선택에 따라 상기 동영상 저장부에 저장된 동영상을 표시하는 동영상 표시부; 상기 동영상 표시부에서 표시되는 동영상에 대응되는 시퀀스에서 근육자극정보를 검출하는 근육자극정보 검출부; 및 상기 검출부에 검출된 근육자극정보를 출력하는 근육자극정보 송신부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 전기자극 발생장치에서 발생되는 전기자극신호는 상기 동영상 표시부에서 표시되는 동영상과 동기화되어 발생되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 동영상 출력장치와 상기 전기자극 발생장치는 무선통신을 이용하여 상기 근육자극정보를 송수신하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 뇌병변 장애인을 위한 동영상 인지훈련 기반의 근육 전기감각자극 신경재활 방법은, 수행하고자 하는 동영상을 선택하는 동영상 선택단계(S1); 상기 동영상 선택단계(S1)에서 선택된 동영상이 설정된 재생 속도에 근거하여 재활 대상자가 시청할 수 있도록 출력하는 동영상 표시단계(S2); 상기 동영상 표시단계(S2)에서 출력되는 동영상에 대응되는 시퀀스의 근육자극정보를 해석하고 파싱하는 근육자극시퀀스 정보해석 파싱단계(S3); 상기 동영상 표시단계(S2)에서 표시되는 동영상과 상기 시퀀스의 근육자 타이밍을 동기화시키는 동기화 단계(S4); 및 상기 동기화 단계(S4)에서 동기화된 전기자극신호를 재활 대상자의 관련 근육에 인가하는 전기자극 인가단계(S5)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 일상생활동작에서의 기능적 움직임을 수행하는 데 요구되는 근육에 직접 전기자극을 발생시킬 수 있으므로, 재활 대상자의 시각적 인식 감각과 촉각적 인식 감각을 훈련시킬 수 있어 뇌의 재조직화를 기대할 수 있는 장점이 있다.
또한, 장소에 한정되지 않고 가정이나 이동 중에도 재활 치료를 수행할 수 있으므로 집중적인 재활치료가 가능하며, 재활치료에 소요되는 시간을 증가시킬 수 있어 뇌병변 재활치료에 따른 최대 효과를 도출할 수 있는 장점이 있다.
또한, 능동적 움직임을 수행할 수 없는 뇌병변 환자에게도 적용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 뇌병변 장애인을 위한 동영상 인지훈련 기반의 근육 전기감각자극 신경재활 시스템의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 뇌병변 장애인을 위한 동영상 인지훈련 기반의 근육 전기감각자극 신경재활 시스템의 전체적인 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 뇌병변 장애인을 위한 동영상 인지훈련 기반의 근육 전기감각자극 신경재활 시스템에서 일실시 예에 따라 일상생활동작에서의 기능적 움직임을 수행하는 동영상 및 시퀀스의 구성을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 뇌병변 장애인을 위한 동영상 인지훈련 기반의 근육 전기감각자극 신경재활 시스템에서의 일실시 예에 따른 일어서기 동작에 대한 전극부착 위치를 나타낸 전극부착표.
도 5는 본 발명에 따른 뇌병변 장애인을 위한 동영상 인지훈련 기반의 근육 전기감각자극 신경재활 시스템에서 신호의 흐름을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 뇌병변 장애인을 위한 동영상 인지훈련 기반의 근육 전기감각자극 신경재활 방법에 따른 흐름도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 일상생활동작에서의 기능적 움직임을 수행하는 피사체를 촬영한 동영상, 상기 동영상에서 상기 피사체의 일상생활동작에서의 기능적 움직임을 구분동작으로 분할하고 상기 분할된 구분동작에 대응되어 상기 피사체의 움직임에 따른 근육자극정보를 포함하는 시퀀스 및 상기 시퀀스의 근육자극정보에 근거하여 재활 대상자의 근육에 전기자극을 발생시키는 것을 특징으로 하는 동영상 인지훈련 기반의 근육 전기감각자극 신경재활 시스템에 관한 것이다.
도 1 및 도 2는 각각 본 발명에 따른 뇌병변 장애인을 위한 동영상 인지훈련 기반의 근육 전기감각자극 신경재활 시스템의 개략적인 구성도와 전체적인 구성도를 나타낸 것이다.
첨부된 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 뇌병변 장애인을 위한 동영상 인지훈련 기반의 근육 전기감각자극 신경재활 시스템은, 동영상 출력장치(100) 및 전기자극발생장치(200)를 포함하여 구성된다.
상기 동영상 출력장치(100)는 선택된 동영상을 출력하여 표시하며, 선택된 동영상에 대한 시퀀스를 분석하여 근육자극정보를 출력하는 것으로서, 동영상 저장부(110), 동영상표시부(120), 근육자극정보 검출부(130) 및 근육자극정보 송신부(140)를 포함하여 구성된다.
상기 동영상 저장부(110)는 일상생활동작에서의 기능적 움직임을 수행하는 피사체를 촬영한 동영상과 상기 동영상에서 상기 피사체의 일상생활동작에서의 기능적 움직임을 복수의 구분동작으로 분할하고, 상기 분할된 구분동작에 따라 상기 피사체의 움직임에 따른 근육자극정보를 포함하는 시퀀스를 저장 관리한다.
도 3은 본 발명에 따른 뇌병변 장애인을 위한 동영상 인지훈련 기반의 근육 전기감각자극 신경재활 시스템에서 일실시 예에 따라 일상생활동작에서의 기능적 움직임을 수행하는 동영상 및 시퀀스의 구성을 나타낸 도면이다.
첨부된 도 3을 참조하면, 동영상(10)은 피사체가 의자에 앉은 상태에서 일어나는 일실시 예의 동작이다. 상기 동영상(10)은 동작에 따라 복수의 구분동작(11)으로 분할된다. 이때, 상기 분할된 구분동작(11)에 대응되어 상기 피사체의 움직임에 필요한 근육자극정보를 포함하는 시퀀스(20)가 제작된다.
즉, 동영상 저장부(110)에는 일상생활동작에서의 기능적 움직임을 수행하는 동영상(10)과 상기 동영상(10)에 대응되는 시퀀스(20)가 저장된다. 이때 상기 동영상(10)과 시퀀스(20)는 컴퓨터에서 읽기 가능한 파일로 저장될 수 있다. 일실시 예로 상기 동영상(10)은 확장자 mpeg, avi, mkv 및 mp4 등으로 인코딩되어 저장될 수 있으며, 시퀀스(20)는 확장자 maf 등으로 저장될 수 있다. 또한, 동영상(10)과 시퀀스(20)는 동일한 이름으로 저장될 수 있다.
첨부된 도 3을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
상기 동영상(10)은 제1 내지 제6 구분동작으로 분할된다.
제1 구분동작(1구간)은 피사체가 의자에 앉아 있는 상태로서, 이 상태에서 피사체는 움직임을 위해 필요로 하는 근육이 없으며, 이에 시퀀스의 근육자극정보도 존재하지 않는다.
제2 구분동작(2구간)은 피사체가 의자에 앉아 있는 상태에서 피사체가 허리를 굽혀 무게중심이 앞쪽으로 이동한 상태로서, 이 상태에서는 광배근(Latissimus dorsi)과 전경골근(Tibialis anterior) 근육이 요구된다. 이에 시퀀스의 근육자극정보는 광배근과 전경골근을 자극하도록 하는 정보가 포함된다.
상기와 같은 과정을 계속하여, 제5 구분동작(5구간)은 피사체가 직립하기 직전의 상태로서, 이 상태에서는 전경골근(Tibialis anterior), 대둔근(Gluteus maximus), 대퇴사두근(Quadriceps femoris) 및 비복근(Gastrocnemius) 근육이 요구된다. 이에 시퀀스의 근육자극정보는 전경골근, 대둔근, 대퇴사두근 및 비복근을 자극하도록 하는 정보가 포함된다.
일어서기 동작의 종료인 제6 구분동작(6구간)은 피사체가 완전히 직립된 상태로서, 이 상태에서 피사체는 움직임에 따라 필요로 하는 근육이 없으며, 이에 시퀀스의 근육자극정보도 존재하지 않는다.
상기에서는 일어서기에 대한 일상생활동작에서의 기능적 움직임에 대해서 설명하였으나, 상기 일상생활동작에서의 기능적 움직임은 구르기, 누운 자세에서 일어나 앉기, 선 자세에서 체중 이동하기, 걷기, 계단 오르기, 손을 이용한 잡기 등으로 이루어질 수 있으며, 각 일상생활동작에서의 기능적 움직임에 대응되는 시퀀스(20)가 제작된다.
상기의 구성에서 시퀀스(20)는 분할되는 구분동작마다 요구되는 필요 근육을 검출하여 제작될 수 있다. 즉, 피사체의 움직임에 따라 요구되는 근육 데이터를 검출하고, 상기 검출된 근육 데이터에 근거하여 시퀀스(20)가 제작될 수 있다.
다른 실시조건으로, 상기 시퀀스(20)는 동영상의 각 프레임에 따라 피사체가 움직이는 과정에서 요구되는 근육자극정보에 근거하여 제작될 수 있다. 즉, 상기의 구분동작을 수 ~ 수십 개의 동영상 프레임으로 지정하고, 지정된 프레임 중에서 특정 프레임에 요구되는 근육자극정보를 발생시키는 이벤트를 출력하도록 구성될 수 있다.
상기 동영상표시부(120)는 복수 개의 동영상 중에서 조작에 의해 선택된 동영상을 출력하여 표시하는 것으로서, 표시되는 동영상은 재활 대상자(뇌병변 장애인)가 육안으로 확인할 수 있는 위치에 설치된다.
또한, 상기 영상표시부(120)에 표시되는 동영상은 사용자의 설정에 따라 재생속도를 달리하여 표시되도록 구성될 수 있다. 즉, 뇌병변은 그 정도에 따라 시각적 자극을 인지할 수 있는 시간이 다르게 나타난다. 따라서, 사용자의 조작에 따라 선택된 재생 속도로 동영상이 표시될 수 있도록 구성될 수 있다. 이에, 재활 대상자의 상태에 따라 재생 속도를 달리하여 표시하는 것으로, 재활 대상자의 뇌병변 정도에 따라 적합한 전기감각자극 신경재활 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 설계 조건에 따라서 선택된 동영상은 사용자의 설정에 따라 반복하여 재생될 수 있도록 구성된다.
상기 근육자극정보 검출부(130)는 상기 시퀀스(20)의 근육자극정보를 검출하는 것으로서, 상기 영상표시부(120)에서 표시되는 동영상에 대한 시퀀스(20)의 근육자극정보를 검출한다. 이때, 검출되는 근육자극정보는 표시되는 동영상과 동기화되어 검출된다. 첨부된 도 3을 참조하면, 상기 영상표시부(120)에 표시되는 동영상 구간이 제3 구분동작(3구간)이면, 상기 근육자극정보 검출부(130)는 상기 시퀀스(20)의 제3 구분동작(3구간)에 해당하는 전경골근과 대퇴사두근의 근육을 자극하는 근육자극정보를 검출한다.
상기 근육자극정보 송신부(140)는 상기 근육자극정보 검출부(130)에서 검출된 근육자극정보를 입력받아 출력한다.
다음으로, 전기자극을 발생시키는 전기자극발생장치(200)에 대해 설명한다.
첨부된 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 전기자극발생장치(200)는 수신된 근육자극정보에 근거하여 전기자극을 발생시키는 것으로, 근육자극정보 수신부(210), 전기자극 제어부(220) 및 전극부(230)를 포함하여 구성된다.
상기 근육자극정보 수신부(210)는 상기 근육자극정보 송신부(140)에서 출력되는 근육자극정보를 수신한다. 이때, 동영상 출력장치(100)와 전기자극 발생장치(200)가 서로 독립된 구성으로 이루어진 경우, 근육자극정보 송신부(140)와 상기 근육자극정보 수신부(210)는 무선통신을 이용하여 상기 근육자극정보를 송수신하도록 구성될 수 있다. 여기서 무선통신은 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee) 및 와이파이(WiFi) 등이 있으며, 적용가능한 무선통신이라면 어느 것이라도 무방하다.
상기 전기자극 제어부(220)는 상기 근육자극정보 수신부(210)에서 수신된 근육자극정보에 근거하여 전기자극신호를 발생시키는 것으로서, 발생된 전기자극신호는 수신된 근육자극정보에 따라 소정의 시간 동안 소정의 전류를 출력하도록 구성된다.
또한, 설정에 따라 상기 전기자극 제어부(220)에서 출력되는 전류는 가변할 수 있도록 구성되어, 전기자극의 강도를 조절할 수 있도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기의 전기자극 제어부(220)는 기능적 전기자극치료(Functional Electrical Stimulation, FES) 모듈로 구성될 수 있다.
기능적 전기자극치료는 뇌병변을 포함한 다발성 경화증, 척추손상 등의 중추신경장애 환자의 정상적인 신경 지배를 받지 못하는 근육에 전기자극으로 근수축을 유도하여 기능적인 동작을 할 수 있도록 하는 방식이다.
아울러, 상기 전기자극 제어부(220)에서 발생되는 전기자극신호는 상기 동영상 표시부에서 표시되는 동영상과 동기화되어 발생된다. 즉, 동영상에서 표시되는 피사체의 움직임에 대응되어 전기자극신호를 발생시킴으로써, 재활 대상자의 시각과 촉각이 연계되어 재활에 대한 치료 효율을 증가시킬 수 있다.
상기 전극부(230)는 재활 대상자의 근육에 부착되며, 근육에 전기자극을 발생시키는 것으로서, 전극의 형태는 단극 전극 및 쌍극 전극이 사용된다. 또한, 부착방법에 따라 경피 자극에 사용되는 표면전극, 피하 혹은 근육 내로 삽입하여 사용하는 삽입 전극 및 이식형 전극으로 구분된다.
상기 전극부(230)는 피사체의 움직임과 관련된 근육에 부착되므로 복수 개로 구성될 수 있으며, 1개의 전극부(230)는 분기되어 전극 1쌍으로 이루어질 수 있다.
상기 전극부(230)는 피사체의 움직임과 관련된 근육에 부착하기 위한 것으로서, 첨부된 도 3을 참조하면, 제1전극(231)은 광배근, 제2전극(232)은 전경골근, 제3전극(233)은 대둔근, 제4전극(234)은 대퇴사두근 및 제5전극(235)은 비복근에 각각 부착된다.
상기의 구성에서, 일상생활동작에서의 기능적 움직임에 따라서 관련 근육은 다르게 구성된다. 즉, 첨부된 도 3은 일어서기 동작에 필요한 근육이며, 동작(일상생활동작에서의 기능적 움직임)이 달라지면 필요로 하는 관련 근육도 달라진다.
따라서, 일상생활동작에서의 기능적 움직임에 대한 관련 근육을 제공할 수 있도록 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 뇌병변 장애인을 위한 동영상 인지훈련 기반의 근육 전기감각자극 신경재활 시스템에서의 일실시 예에 따른 일어서기 동작에 대한 전극부착 위치를 나타낸 전극부착표이다.
첨부된 도 4를 참조하면, 일어서기 동작에 대한 전극부(230)의 부착 위치를 용이하게 확인할 수 있으며, 이에 사용자는 재활 대상자의 해당근육에 적합한 전극부(230)의 전극을 부착할 수 있다.
아울러, 일어서기 동작뿐만 아니라, 구르기, 누운 자세에서 일어나 앉기, 선 자세에서 체중 이동하기, 걷기, 계단 오르기 및 손을 이용한 잡기 동작에 대한 각각의 전극부착표를 제작하여 제공할 수 있다.
한편, 상기 동영상 출력장치(100)와 상기 전기자극 발생장치(200)는 각각의 구성에 한정되지 않고 변경될 수 있다. 즉, 상기 동영상 출력장치(100)의 일부 구성이 상기 전기자극 발생장치(200)에 포함되도록 구성될 수 있으며, 상기 전기자극 발생장치(200)의 일부 구성이 상기 동영상 출력장치(100)에 포함되도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 동영상 출력장치(100)의 동영상 저장부(110), 근육자극정보 검출부(130) 및 근육자극정보 송신부(140)는 상기 전기자극 발생장치(200)에 포함하여 구성되고, 동영상 출력장치(100)는 상기 전기자극 발생장치(200)로부터 동영상을 수신하여 표시하는 구성으로 이루어질 수 있다. 이에, 상기 동영상 출력장치(100)는 상기 전기자극 발생장치(200)와 통신을 이용하여 동영상을 수신하고, 수신된 동영상을 출력할 수 있는 장치, 예를 들면 모바일 기기(휴대폰, PAD, 태블릿 PC 또는 PDA 등) 또는 모니터 등으로 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 뇌병변 장애인을 위한 동영상 인지훈련 기반의 근육 전기감각자극 신경재활 시스템에서 신호의 흐름을 나타낸 도면이다.
첨부된 도 5를 참조하면, 동영상 출력장치(100)는 모바일 기기로 이루어지며, 블루투스 무선통신으로 전기자극 발생장치(200)로부터 동영상(10) 및 시퀀스(20)를 수신한다. 동영상(10) 및 시퀀스(20)를 수신한 상기 동영상 출력장치(100)는 동영상(10)을 출력하여 표시하며, 상기 동영상(10)에 대응되는 시퀀스(20)의 근육자극정보를 해석하고 파싱한다. 상기 파싱에 따라 검출된 시퀀스(20)는 상기 전기자극 발생장치(200)로 전송한다.
상기 전기자극 발생장치(200)는 상기 동영상 출력장치(100)에서 전송되는 시퀀스(20)의 근육자극정보를 수신한다. 이때, 상기 전기자극 발생장치(200)에는 상기 동영상 출력장치(100)에서 출력되는 동영상과 상기 시퀀스(20)의 근육자극 타이밍을 동기화시키는 영상-전극 동기화부(240)가 더 포함되어 구성될 수 있다.
상기 영상-전극 동기화부(240)는 상기 전기자극 제어부(220)에서 발생되는 전기자극신호와 상기 동영상 표시부에서 표시되는 동영상을 동기화하는 기능을 모듈로 구성한 것으로서, 동영상(10)의 피사체가 움직이는 관련 근육과 동일한 시간에 재활 대상자의 근육을 자극하기 위한 것이다. 이에, 재활 대상자는 시각적 감각과 촉각적 감각을 연계하여 재활 치료를 받을 수 있으며, 이를 통해 손상된 뇌세포들이 망가진 부위를 피해 새롭게 연결되는 '뇌의 가소성'을 증진시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 일상생활동작에서의 기능적 움직임을 수행하는 데 요구되는 근육에 직접 전기자극을 발생시킬 수 있으므로, 재활 대상자의 시각적 인식 감각과 촉각적 인식 감각을 훈련시킬 수 있어 뇌의 재조직화를 기대할 수 있으며, 장소에 한정되지 않고 가정이나 이동 중에도 재활 치료를 수행할 수 있다. 또한, 집중적인 재활치료를 수행할 수 있으며, 능동적 움직임을 수행할 수 없는 뇌병변 환자에 적용할 수 있는 장점이 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 뇌병변 장애인을 위한 동영상 인지훈련 기반의 근육 전기감각자극 신경재활 방법에 대해서 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 뇌병변 장애인을 위한 동영상 인지훈련 기반의 근육 전기감각자극 신경재활 방법에 따른 흐름도이다.
첨부된 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 뇌병변 장애인을 위한 동영상 인지훈련 기반의 근육 전기감각자극 신경재활 방법은, 동영상 및 재생속도 선택단계(S1), 동영상 표시단계(S2), 근육자극시퀀스 정보해석 파싱단계(S3), 동기화 단계(S4) 및 전기자극 인가단계(S5)로 이루어진다.
여기서, 본 발명에 따른 뇌병변 장애인을 위한 동영상 인지훈련 기반의 근육 전기감각자극 신경재활 방법은 첨부된 도면의 도 3 및 도 5를 참조하여 설명한다.
1. 동영상 및 재생속도 선택단계(S1)
동영상 및 재생속도 선택단계(S1)는 수행하고자 하는 동영상을 선택하고 선택된 동영상의 재생속도를 선택하는 단계로서, 동영상은 구르기, 누운 자세에서 일어나 앉기, 앉아서 일어서기, 선 자세에서 체중 이동하기, 걷기, 계단 오르기 및 손을 이용한 잡기 등을 수행하는 피사체의 일상생활동작에서의 기능적 움직임을 촬영한 동영상 중에서 선택될 수 있다.
또한, 동영상의 재생속도를 선택할 수 있도록 구성되어, 재활 대상자의 뇌병변 정도에 따라 재생되는 동영상의 속도를 조절가능하게 구성된다. 이때, 시퀀스에 따른 전기자극신호도 재생속도에 근거하여 가변될 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 재생 속도가 느린 경우, 해당되는 전기자극 신호도 길게 출력되어 해당 구분동작이 표시되는 동안 전기 자극이 발생될 수 있도록 구성될 수 있다.
설계조건에 따라서, 선택된 동영상은 전기자극 발생장치(200)에서 동영상 출력장치(100)로 전송되도록 구성될 수 있으며, 이때, 선택된 동영상에 대응되며 근육자극정보가 포함된 시퀀스도 전송될 수 있다.
2. 동영상 표시단계(S2)
동영상 표시단계(S2)는 상기 동영상 선택단계(S1)에서 선택된 동영상을 재활 대상자가 시청할 수 있도록 출력하는 단계로서, 동영상은 동영상 출력장치(100)를 통해 출력된다.
또한, 동영상 표시단계(S2)에서 표시되는 동영상의 재생 속도는 상기 동영상 및 재생속도 선택단계(S1)에서 선택된 재생속도에 근거하여 표시된다.
3. 근육자극시퀀스 정보해석 파싱단계(S3)
근육자극시퀀스 정보해석 파싱단계(S3)는 상기 동영상 표시단계(S2)에서 출력되는 동영상에 대응되는 시퀀스의 근육자극정보를 해석하고 파싱하는 단계이다. 즉, 상기 근육자극시퀀스 정보해석 파싱단계(S3)는 표시되는 화면의 동영상에 대응되는 시퀀스 파일에서 근육자극정보를 해석하고 파싱하여 시퀀스의 근육자극정보를 검출한다.
설계조건에 따라서, 상기 검출된 근육자극정보는 상기 동영상 출력장치(100)에서 상기 전기자극 발생장치(200)로 전송되도록 구성될 수 있다.
4. 동기화 단계(S4)
동기화 단계(S4)는 상기 동영상 출력장치(100)에서 표시되는 동영상과 시퀀스의 근육자극 타이밍을 동기화시키는 단계로서, 전기자극 제어부(220)에서 발생되는 전기자극신호와 동영상표시부(120)에 표시되는 동영상을 동기화시킨다.
5. 전기자극 인가단계(S5)
전기자극 인가단계(S5)는 상기 동기화 단계(S4)에서 동기화된 전기자극신호를 재활 대상자의 관련 근육에 인가하는 단계로서, 재활 대상자의 근육 표면에 부착된 전극부(230)에 전류를 인가하는 단계이다.
상기의 과정에서, 근육자극정보 검출단계(S3), 동기화 단계(S4) 및 전기자극 인가단계(S5)는 선택된 동영상이 표시되는 동안 수행된다.
6. 반복 여부 확인단계(S6)
반복 여부 확인단계(S6)는 조작에 의해 설정된 동영상의 반복에 따른 재생 횟수를 확인하는 단계로서, 상기 동영상 표시단계(S2), 근육자극정보 검출단계(S3), 동기화 단계(S4) 및 전기자극 인가단계(S5)를 1주기로 하여, 사용자의 조작에 의해 설정된 횟수에 따라 동영상은 반복하여 재생된다.
본 발명에 의하면, 재활 대상자의 시각적 인식 감각과 촉각적 인식 감각을 훈련시킬 수 있어 뇌의 재조직화를 기대할 수 있으며, 설정에 의해 일상생활동작에서의 기능적 움직임을 반복 수행하여 근육에 전기자극을 인가할 수 있으므로, 뇌의 가소성을 증진시킬 수 있다. 또한, 능동적 움직임을 수행할 수 없는 뇌병변 환자에 적용할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.
10: 동영상 11: 구분동작
20: 시퀀스 100: 동영상 출력장치
110: 동영상 저장부 120: 동영상 표시부
130: 근육자극정보 검출부 140: 근육자극정보 송신부
200: 전기자극 발생장치 210: 근육자극정보 수신부
220: 전기자극 제어부 230: 전극부
231: 제1전극 232: 제2전극
233: 제3전극 234: 제4전극
235: 제5전극

Claims (4)

  1. 동영상 출력장치 및 전기자극 발생장치로 이루어지는 뇌병변 장애인을 위한 신경재활 시스템에 있어서,
    상기 동영상 출력장치는,
    일상생활동작에서의 기능적 움직임을 수행하는 피사체를 촬영한 동영상과 상기 동영상에서 상기 피사체의 일상생활동작에서의 기능적 움직임을 구분동작으로 분할하고 상기 분할된 구분동작에 대응되어 상기 피사체의 움직임에 따른 근육자극정보를 포함하는 시퀀스가 저장되는 동영상 저장부;
    선택에 따라 상기 동영상 저장부에 저장된 동영상을 표시하는 동영상표시부;
    상기 동영상 표시부에서 표시되는 동영상에 대응되는 시퀀스에서 근육자극정보를 검출하는 근육자극정보 검출부; 및
    상기 검출부에 검출된 근육자극정보를 출력하는 근육자극정보 송신부;
    로 구성되며,
    상기 전기자극 발생장치에서 발생되는 전기자극신호는 상기 동영상 표시부에서 표시되는 동영상과 동기화되어 발생되며,
    상기 시퀀스는,
    분할되는 구분동작마다 요구되는 근육 데이터에 근거하여 제작되며,
    상기 전기자극 발생장치는,
    상기 근육자극정보 송신부에서 출력되는 근육자극정보를 수신하는 근육자극정보 수신부;
    상기 근육자극정보 수신부에서 수신된 근육자극정보에 근거하여 전기자극신호를 발생시키는 전기자극 제어부; 및
    재활 대상자의 근육에 부착되며, 근육에 전기자극을 발생시키는 전극부;
    로 이루어지며,
    상기 전기자극신호는,
    수신된 근육자극정보에 따라 전류를 출력하도록 구성되며, 상기 전류는 가변할 수 있도록 구성되어 전기자극의 강도가 조절되도록 하며,
    상기 동영상 출력장치는,
    동영상을 출력하여 표시하고, 상기 동영상에 대응되는 시퀀스의 근육자극정보를 해석하고 파싱하며, 상기 파싱에 따라 검출된 시퀀스가 상기 전기자극 발생장치로 전송되도록 하며,
    상기 전기자극 발생장치에는,
    상기 동영상 출력장치에서 출력되는 동영상과 상기 시퀀스의 근육자극 타이밍을 동기화시켜, 동영상의 피사체가 움직이는 관련 근육과 동일한 시간에 재활 대상자의 근육을 자극하는 영상-전극 동기화부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 뇌병변 장애인을 위한 동영상 인지훈련 기반의 근육 전기감각자극 신경재활 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 동영상 출력장치와 상기 전기자극 발생장치는 무선통신을 이용하여 상기 근육자극정보를 송수신하는 것을 특징으로 하는 뇌병변 장애인을 위한 동영상 인지훈련 기반의 근육 전기감각자극 신경재활 시스템.
  4. 제1항 및 제3항 중 어느 한 항의 근육 전기감각자극 신경재활 시스템을 통해 이루어지는 근육 전기감각자극 신경재활 방법에 있어서,
    수행하고자 하는 동영상을 선택하고, 상기 선택된 동영상의 재생 재생속도를 선택하는 동영상 및 재생속도 선택단계(S1);
    상기 동영상 선택단계(S1)에서 선택된 동영상이 설정된 재생 속도에 근거하여 재활 대상자가 시청할 수 있도록 출력하는 동영상 표시단계(S2);
    상기 동영상 표시단계(S2)에서 출력되는 동영상에 대응되는 시퀀스의 근육자극정보를 해석하고 파싱하는 근육자극시퀀스 정보해석 파싱단계(S3); 및
    상기 동영상 표시단계(S2)에서 표시되는 동영상과 상기 시퀀스의 근육자극 타이밍을 동기화시키는 동기화 단계(S4);
    로 이루어지며,
    상기 동영상 및 재생속도 선택단계(S1)에서,
    시퀀스에 따른 전기자극신호도 상기 재생속도에 근거하여 가변되도록 구성되며,
    상기 시퀀스는,
    분할되는 구분동작마다 요구되는 근육 데이터에 근거하여 제작되며,
    상기 전기자극신호는,
    수신된 근육자극정보에 따라 전류를 출력하도록 구성되며, 상기 전류는 가변할 수 있도록 구성되어 전기자극의 강도가 조절되도록 하는 것을 특징으로 하는 뇌병변 장애인을 위한 동영상 인지훈련 기반의 근육 전기감각자극 신경재활 방법.
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