KR102216907B1 - 재활운동 모니터링을 위한 운동 동작 측정 센서 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 치료를 요하는 팔의 어깨, 팔꿈치, 손목의 각 지점에 센서를 착용하고, 팔이 움직일 때 각 센서를 이용하여 팔의 운동 각도를 실시간으로 측정하여 앱에 기록 및 화면에 표시함으로써, 환자의 재활치료를 효과적으로 도와주고 의사는 앱을 통해 환자의 재활운동량과 운동 각도를 모니터링하여 환자가 실시한 재활운동의 종류별 정확한 진단을 도와주는 재활운동 모니터링을 위한 운동 동작 측정 센서 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 환자는 자신의 팔 운동 각도를 정확하게 알 수가 있기 때문에 운동 각도를 더욱 향상시키기 위해 재활운동을 더욱 열심히 하게 되어 재활기간이 짧아지게 된다. 의사는 앱에 기록된 환자의 팔 운동 각도 기록, 운동량 및 통증 정도를 조회함으로써, 환자가 재활운동을 제대로 했는지 객관적으로 확인할 수가 있어 재활치료 환자에 대한 정확한 진단 및 처방이 가능하다.

Description

재활운동 모니터링을 위한 운동 동작 측정 센서 시스템{MOTION MEASUREMENT SENSOR SYSTEM FOR MONITORING REHABILITATION MOVEMENT}

본 발명은 가정 등에서 재활운동 시 환자의 운동량과 각도 등을 측정하고 모니터링 할 수 있는 재활운동 모니터링을 위한 운동 동작 측정 센서 시스템에 관한 것이다.

오십견 환자 및 어깨 수술환자는 재활운동을 통해 어깨 운동각도가 정상으로 회복되는 것이 중요하다. 병원 치료만큼 중요한 것이 가정에서 수시로 재활운동을 해주는 것이다. 현재는 병원에서 종이로 된 유인물을 1회 교육 후 집에서 하라고 권유하고 있는 실정이다.

그러나 환자는 집에 와서 다시 유인물을 보면 동작도 잘 이해가 되지 않을 뿐만 아니라, 그림만 보고 하다 보니 동기유발이 잘 일어나지가 않는다.

그리고 운동을 한다고 해도 이번 동작은 몇도 정도까지 했는지, 다음 동작은 몇도까지 했는지 파악이 안되어 지속적이고 효과적인 운동이 이루어질 수 없는 문제를 가지고 있다.

병원에서는 해줄 수 있는 것이 진통제 처방이나, 물리치료 밖에 없기 때문에 집에서 환자 스스로 재활운동 해주는 게 상당히 중요한데 위와 같은 문제로 인해 다음번 진료 때 보면 팔 운동 각도가 향상되지 않고 거의 제자리인 경우가 다반사이다.

의사는 환자에게 운동을 열심히 했냐고 물으면 환자는 열심히 했다고 하지만 각도도 그대로이고 환자 말을 신뢰 할 수 없는 현실이다. 이때부터 환자와 의사간의 불신이 생기게 되고, 각자 자기 이야기만 하다가 진료가 끝나게 된다.

결국, 병원뿐만 아니라 가정에서 지속적인 재활운동의 반복이 중요한데, 환자들이 가정에서 운동할 때 동작이 부정확하여 치료 효과가 감소되고 재활기간이 길어지는 문제가 있다.

대한민국 공개특허 제10-2017-0132509호(오십견환자를 위한 스마트오십견 시스템)는 오십견환자가 자신이 휴대하는 스마트폰을 통해 오십견게임영상을 시청하면서 누구의 도움을 받지 않는 상태로 혼자서 자신의 어깨를 운동시킬 수 있는 오십견환자를 위한 스마트오십견 시스템에 관한 것이다.

대한민국 공개특허 제10-2017-0132509호는 자신의 어깨운동에 대한 해동에 따라 동작하는 게임케릭터를 확인할 수 있어서 오십견 훈련에 대한 흥미가 유발될 수는 있으나, 환자의 운동량과 팔 운동의 정확한 각도를 모니터링 할 수 없는 문제가 있다.

공개특허 제10-2017-0132509호(오십견환자를 위한 스마트오십견 시스템)

본 발명은 상기의 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 환자는 재활운동 샘플영상을 보면서 따라할 수 있을 뿐만 아니라, 치료를 요하는 팔의 어깨, 팔꿈치, 손목의 각 지점에 센서를 착용하고, 팔이 움직일 때 각 센서를 이용하여 팔의 운동 각도를 실시간으로 측정하여 앱에 기록 및 화면에 표시함으로써, 의사 입장에서는 환자의 재활운동량과 운동 각도를 모니터링하여 환자가 실시한 재활운동의 종류별 정확한 진단을 도와주는 재활운동 모니터링을 위한 운동 동작 측정 센서 시스템을 제공하고자 함에 발명의 목적이 있다.

본 발명에 따른 재활운동 모니터링을 위한 운동 동작 측정 센서 시스템은 사용자 한쪽 팔의 어깨, 팔꿈치, 손목 중 복수 개의 위치에 착용되어 한쪽 팔이 움직일 때 각 위치별 좌표를 실시간으로 측정하는 동작센싱부; 사용자의 신체에 착용되며 상기 동작센싱부에서 수신한 복수 개의 위치 좌표를 이용하여 팔이 움직인 제1 각도를 실시간으로 계산하는 각도계산부; 상기 각도계산부가 계산하여 전송한 실시간 제1 각도 변화를 저장하는 관리부; 및 상기 관리부가 저장하는 실시간 제1 각도 변화를 화면에 표시하는 표시부를 포함한다.

사용자 다른쪽 팔의 어깨에 착용되어 상기 한쪽 팔이 움직일 때 몸의 회전이나 기울어짐에 따른 위치 좌표의 변화를 실시간으로 측정하는 기준점센싱부를 더 포함하고, 상기 각도계산부는 상기 기준점센싱부에서 수신한 위치 좌표를 이용하여 다른쪽 팔의 어깨가 움직인 제2 각도를 실시간으로 계산하고, 제1 각도에서 제2 각도를 빼서 제1 각도를 보정한 후 상기 관리부로 전송하는 것을 특징으로 한다.

상기 각도계산부는 다른쪽 팔의 어깨가 움직인 제2 각도와 보정된 제1 각도를 상기 관리부로 전송하고, 상기 관리부는 사용자에 의해 선택된 재활운동의 통증 정도를 사용자로부터 입력 받아 저장하고, 다른쪽 팔의 어깨가 움직인 제2 각도와 보정된 제1 각도를 사용자에 의해 입력된 재활운동의 통증 정도와 함께 상기 표시부에 표시되도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 관리부는 각 재활운동에 필요한 팔 운동의 최소 각도 및 최대 각도를 저장하고, 상기 각도계산부에서 수신한 보정된 제1 각도가 사용자에 의해 선택된 재활운동에 필요한 팔 운동의 최소 각도에 못 미치거나, 최대 각도를 초과하는 경우 상기 표시부를 통해 메시지를 표시하거나, 음성 메시지 형태로 사용자에게 알려주는 것을 특징으로 한다.

상기 관리부에 저장된 각 재활운동에 필요한 팔 운동의 최소 각도를 참고하여 상기 보정된 제1 각도가 재활운동에 필요한 팔 운동의 최소 각도에 못 미치는 재활운동에 대해서는 운동 불량에 해당하는 3등급으로 기록하고, 상기 보정된 제1 각도가 재활운동에 필요한 팔 운동의 최소 각도를 초과하되 최대 각도에서 일정 부분 못 미치는 재활운동에 대해서는 운동 부족에 해당하는 2등급으로 기록하고, 상기 보정된 제1 각도가 재활운동에 필요한 팔 운동의 최소 각도를 초과하고 최대 각도에서 일정 부분 이내에 해당하는 재활운동에 대해서는 운동 양호에 해당하는 1등급으로 기록하고 상기의 각 등급을 표시부에 표시되도록 하는 재활운동등급판단부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 관리부는 사용자로부터 선택된 재활운동에 해당하는 샘플 동작 영상을 상기 표시부에 표시하고, 한쪽 팔의 어깨, 팔꿈치, 손목 중 사용자에 의해 선택된 재활운동의 제1 각도 측정시 필요한 위치에 해당하는 센서 아이디 값을 상기 각도계산부로 전송하며, 상기 각도계산부는 상기 동작 센싱부에서 수신한 복수 개의 위치 좌표 중 상기 관리부에서 수신한 센서 아이디 값을 갖는 센서가 측정한 위치 좌표를 이용하여 팔이 움직인 제1 각도를 실시간으로 계산하여 상기 관리부에 전송하는 것을 특징으로 한다.

상기 관리부는 어깨, 팔꿈치, 손목 중 어깨와 팔꿈치에 해당하는 센서 아이디 값을 상기 각도계산부로 전송하고, 상기 각도계산부는 상기 동작센싱부에서 수신한 복수 개의 위치 좌표 중 상기 관리부에서 수신한 어깨와 팔꿈치에 해당하는 센서 아이디 값을 갖는 센서가 측정한 위치 좌표를 이용하여 팔이 움직인 제1 각도를 실시간으로 계산하고, 손목 센서와 팔꿈치 센서 좌표가 연결하는 가상의 제1 직선과 팔꿈치 센서와 어깨 센서 좌표가 연결하는 가상의 제2 직선이 형성하는 팔이 구부러진 제3 각도를 실시간으로 계산하여 상기 관리부에 전송하고, 상기 관리부에 전송된 제3 각도가 소정의 각도 이하로 형성되는 경우 팔이 구부러진 것으로 판단하여 상기 표시부를 통해 메시지를 표시하거나, 음성 메시지 형태로 사용자에게 알려주는 구부러짐판단부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 재활운동 모니터링을 위한 운동 동작 측정 센서 시스템에 의하면, 환자 입장에서는 원하는 재활운동 샘플 영상을 보면서 팔 운동을 할 수가 있어 정확한 동작을 따라 할 수가 있고, 치료를 필요로 하는 팔의 어깨, 팔꿈치, 손목에 위치 좌표를 측정할 수 있는 센서를 각각 착용하여 아픈 팔의 각도 변화를 측정하며, 반대쪽 팔의 어깨에 착용된 기준점 위치 측정 센서를 이용하여 아픈 팔의 각도를 보정함으로써, 재활운동시 몸통의 기울림, 뒤틀림 등에 의해 아픈 팔의 어깨의 각도가 과도하게 측정되는 것을 방지하여 굴곡, 외전, 신전, 내전, 내회전, 외회전 등의 재활운동 시 아픈 팔의 운동 각도를 정확하게 측정할 수가 있다.

이와 같이 측정된 아픈 팔의 운동 각도는 앱에 자동으로 기록되고, 이와 함께 환자는 해당 재활운동 시 통증 정도를 앱에 기록할 수가 있다.

결국, 환자는 자신의 팔 운동 각도를 정확하게 알 수가 있기 때문에 운동 각도를 더욱 향상시키기 위해 재활운동을 더욱 열심히 하게 되어 재활기간이 짧아지게 된다.

의사는 앱에 기록된 환자의 팔 운동 각도 기록, 운동량 및 통증 정도를 조회함으로써, 환자가 재활운동을 제대로 했는지 객관적으로 확인할 수가 있어 재활치료 환자에 대한 정확한 진단 및 처방이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 재활치료 환자가 웨어러블 센서를 착용한 상태에서 팔 운동을 하는 모습을 나타낸 개념도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 재활치료 환자가 웨어러블 센서를 착용하고 몸이 좌측으로 기울어진 상태에서 팔 운동을 하는 모습을 나타낸 개념도
도 3(a)는 본 발명의 일 실시예에 따라 재활치료 환자가 웨어러블 센서를 착용하고 팔이 위쪽으로 구부러진 상태에서 팔 운동을 하는 모습을 나타낸 개념도
도 3(b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 재활치료 환자가 웨어러블 센서를 착용하고 팔이 앞쪽으로 구부러진 상태에서 팔 운동을 하는 모습을 위에서 바라본 개념도
도 4는 본 발명에 따른 재활운동 모니터링을 위한 운동 동작 측정 센서 시스템의 기능 구성도
도 5는 본 발명에 따른 재활운동 모니터링을 위한 운동 동작 측정 센서 시스템을 구성하는 모바일 단말기의 기능 구성도

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

따라서, 몇몇 실시 예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시 예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함하며, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.

또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명한다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 재활운동 모니터링을 위한 운동 동작 측정 센서 시스템은 동작센싱부(100), 각도계산부(200), 관리부(410) 및 표시부(420)를 포함하며, 기준점센싱부(300), 재활운동등급판단부(430) 및 구부러짐판단부(440)를 더 포함할 수 있다. 관리부(410), 표시부(420), 재활운동등급판단부(430) 및 구부러짐판단부(440)는 모바일단말기(400)에서 구현되는 기능이다.

동작센싱부(100)는 사용자 한쪽 팔의 어깨, 팔꿈치, 손목 중 복수 개의 위치에 착용되어 한쪽 팔이 움직일 때 각 위치별 좌표를 실시간으로 측정한다. 동작센싱부(100)는 재활치료 환자의 아픈 팔의 어깨, 팔꿈치, 손목에 착용된다. 어깨, 팔꿈치, 손목 모두에 착용될 수도 있고, 어깨와 팔꿈치에만 착용될 수도 있으며, 어깨와 손목에만 착용될 수도 있다.

재활운동의 종류는 굴곡, 외전, 외회전, 내회전, 수평 내전, 수평 외전, 신전 등 다양하며, 각 재활운동 마다 팔 운동 자세가 다르고 측정해야 할 팔의 각도가 다르기 때문에 동작센싱부(100)는 재활운동의 종류에 따라 사용자 한쪽 팔의 어깨, 팔꿈치, 손목 중 두 개 이상의 복수 개의 위치 어디든지 착용될 수 있다.

이와 다르게 한쪽 팔의 어깨, 팔꿈치, 손목의 모든 위치에 센서가 착용되고 필요한 센서의 위치정보를 이용하여 팔 운동의 각도를 측정할 수도 있다. 아래에서 자세하게 살펴보겠다.

어깨, 팔꿈치, 손목의 각 센서는 이동 3축(x축, y축, z축)에 대한 가속도 값을 감지하고, 감지된 가속도 값을 이용하여 실시간으로 이동 위치를 계산할 수 있다. 이 밖에도 x축, y축, z축의 위치를 계산하고 이를 이용할 수 있는 기술이라면 어느 것을 이용하여도 상관없으며, 당업자라면 잘 알 수 있는 내용이므로 자세한 설명은 생략한다.

도 1을 참고하면, 동작센싱부(100)는 재활치료 환자의 오른쪽 어깨에 착용되는 어깨센서(110), 오른쪽 팔꿈치에 착용되는 팔꿈치센서(120), 오른쪽 손목에 착용되는 손목센서(130)로 구성된다. 환자의 오른쪽 팔이 아픈 경우이며, 이 경우 어깨센서(110), 팔꿈치센서(120), 손목센서(130)로 구성되는 동작센싱부(100)는 밴드타입의 탄력소재로 구성되어 쉽게 착용이 가능하고, 밴드타입의 탄력소재 내측 또는 외측에는 x축, y축, z축의 위치를 측정할 수 있는 센서가 구비된다.

어깨센서(110), 팔꿈치센서(120), 손목센서(130)는 천이나 와이어 등으로 서로 연결되어 일체로 형성될 수 있다.

각도계산부(200)는 사용자의 신체에 착용되며 동작센싱부(100)에서 수신한 복수 개의 위치 좌표를 이용하여 팔이 움직인 제1 각도를 실시간으로 계산한다.

도 1을 참고하면, 각도계산부(200)는 환자의 목에 착용되는 밴드타입의 탄력소재 내측 또는 외측에 구비될 수 있다. 이와 달리 환자의 목에 목거리 형태로 구비될 수도 있으며, 가슴 위쪽에서 목에서 가까운 위치 또는 등 위쪽에서 목에 가까운 위치에 구비될 수도 있다. 각도계산부(200)는 어깨센서(110), 팔꿈치센서(120), 손목센서(130) 각각이 측정한 x, y, z 위치 좌표를 유선 또는 무선으로 수신하고, 수신한 각 위치좌표를 이용하여 팔이 움직인 제1 각도를 실시간으로 계산한다.

도 1에서와 같이 팔이 움직인 각도가 0도~180도까지 다양하게 측정될 것이다. 도 1은 외전운동을 나타낸 것으로, 외전운동 시에는 손목센서(130)의 위치좌표값은 제외하고 팔꿈치센서(120)와 어깨센서(110)에서 측정된 x, y, z 위치 좌표만을 이용하여 팔 운동의 각도를 계산할 수 있다.

각도계산부(200)는 블루투스 또는 와이파이 등과 같은 무선통신 모듈을 이용하여 관리부(410)와 정보를 주고 받는다.

관리부(410)는 각도계산부(200)가 계산하여 전송한 실시간 제1 각도 변화를 저장한다. 관리부(410)는 모바일단말기(400)의 내부에 설치되는 앱 프로그램으로 구현된다. 사용자는 메뉴에서 굴곡, 외전, 외회전, 내회전, 수평 내전, 수평 외전, 신전 중 어느 하나를 선택하여 재활운동을 시작할 수 있으며, 관리부(410)는 각도계산부(200)가 계산하여 전송한 실시간 제1 각도 변화를 이름, 아이디 등과 같은 사용자 정보, 재활운동 일자, 운동시간, 재활운동의 종류와 함께 저장한다.

관리부(410)는 블루투스 또는 와이파이 등과 같은 무선통신 모듈을 이용하여 각도계산부(200)와 정보를 주고 받는다.

표시부(420)는 관리부(410)가 저장하는 실시간 제1 각도 변화를 화면에 표시한다.

기준점센싱부(300)는 사용자 다른쪽 팔의 어깨에 착용되어 한쪽 팔이 움직일 때 몸의 회전이나 기울어짐에 따른 위치 좌표의 변화를 실시간으로 측정한다. 각도계산부(200)는 기준점센싱부(300)에서 수신한 위치 좌표를 이용하여 다른쪽 팔의 어깨가 움직인 제2 각도를 실시간으로 계산하고, 제1 각도에서 제2 각도를 빼서 제1 각도를 보정한 후 관리부(410)로 전송한다.

도 1을 참고하면, 사용자가 반듯하게 서있는 상태에서 팔 운동 하는 상태를 나타낸다. 기준점센싱부(300)는 아프지 않은 팔의 어깨에 밴드타입으로 착용되며, 동작센싱부(100) 및 각도계산부(200)와 서로 연결되어 웨어러블 수트 형태로 일체로 형성될 수 있다. 이 경우는 몸이 어느 한쪽으로 기울어지거나 틀어지지 않은 반듯한 상태로 팔 운동을 하고 있는 상태이다. 반듯한 상태로 운동을 하고 있기 때문에 외쪽 팔의 어깨에 착용된 기준점센싱부(300)가 측정한 x, y, z 위치 좌표의 변화가 거의 없을 것이다. 결국, 각도계산부(200)는 왼쪽 팔의 어깨가 움직인 제2 각도를 실시간으로 계산하고, 오른쪽 팔이 운동한 제1 각도에서 제2 각도를 빼서 제1 각도를 보정하여도 제1 각도 크기의 변화는 거의 없을 것이다.

도 2를 참고하면, 도 1의 경우와 달리 사용자의 몸이 좌측으로 기울어진 상태에서 팔 운동을 하고 있다. 몸이 좌측으로 기울어진 상태에서 팔 운동을 하면 오른쪽 팔에서 측정한 제1 각도는 도 1에서 보다 더 크게 측정될 수도 있다. 그러나, 몸이 좌측으로 기울어진 상태에서 측정을 했기 때문에 제1 각도가 크게 측정된 것이다. 이 경우는 제1 각도를 바르게 보정하는 것이 필요하다.

각도계산부(200)는 기준점센싱부(300)에서 수신한 위치 좌표를 이용하여 왼쪽 팔의 어깨가 움직인 제2 각도를 실시간으로 계산한다. 제1 각도가 140도이고 몸이 반듯할 때와 비교하여 왼쪽 팔의 어깨가 15도 좌측으로 움직인 경우 각도계산부(200)는 140도에서 15도를 빼서 제1 각도를 125도로 보정하는 작업을 한다. 이와 같이 제1 각도를 보정한 후 관리부(410)로 전송한다. 몸이 왼쪽으로 기울어진 상태에서 팔 운동을 했기 때문에 140도로 측정된 것이지 실제 팔 운동의 각도는 125도가 맞기 때문이다.

각도계산부(200)는 다른쪽 팔의 어깨가 움직인 제2 각도와 보정된 제1 각도를 관리부(410)로 전송하고, 관리부(410)는 사용자에 의해 선택된 재활운동의 통증 정도를 사용자로부터 입력 받아 저장하고, 다른쪽 팔의 어깨가 움직인 제2 각도와 보정된 제1 각도를 사용자에 의해 입력된 재활운동의 통증 정도와 함께 표시부(420)에 표시되도록 한다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 각도계산부(200)는 왼쪽 팔(아프지 않은 팔)의 어깨가 움직인 제2 각도(예를 들어, 15도)와 보정된 제1 각도(예를 들어, 140도 - 15도 = 125도)를 모바일단말기(400)의 관리부(410)로 전송한다. 사용자는 앱을 통해 재활운동시 통증이 어느 정도 인지를 입력하게 된다. 관리부(410)는 왼쪽 팔의 어깨가 움직인 제2 각도와 보정된 제1 각도를 사용자가 입력한 재활운동의 종류 및 통증 정도와 함께 표시부(420)에 표시한다. 이때 관리부(410)는 각도계산부(200)가 계산하여 전송한 실시간 제1 각도의 변화를 이용하여 해당 재활운동의 반복 횟수를 자동으로 카운트하고, 표시부(420)에 재활운동의 종류 및 통증 정도와 함께 표시할 수 있다. 이를 통해 사용자 및 의사는 재활운동의 운동량을 확인할 수 있다.

사용자 및 의사는 표시부(420)에 표시된 내용을 보고, 재활운동 상태를 확인할 수가 있다.

관리부(410)는 각 재활운동에 필요한 팔 운동의 최소 각도 및 최대 각도를 저장하고, 각도계산부(200)에서 수신한 보정된 제1 각도가 사용자에 의해 선택된 재활운동에 필요한 팔 운동의 최소 각도에 못 미치거나, 최대 각도를 초과하는 경우 표시부(420)를 통해 메시지를 표시하거나, 음성 메시지 형태로 사용자에게 알려준다.

예를 들면, 외전 재활운동의 경우 필요한 팔 운동의 최소 각도는 70도, 최대 각도는 150도를 저장하고, 각도계산부(200)에서 수신한 보정된 제1 각도가 사용자에 의해 선택된 외전 재활운동에 필요한 최소 각도인 70도에 못미치거나, 최대 각도인 150도를 초과하는 경우 표시부(420)를 통해 메시지를 표시하거나, 음성 메시지 형태로 사용자에게 알려줌으로써, 사용자는 자신이 지금 하고 있는 외전 재활운동 팔 운동의 각도가 너무 미흡한지, 적당한지, 과도한지 등을 쉽게 알 수가 있다.

재활운동등급판단부(430)는 관리부(410)에 저장된 각 재활운동에 필요한 팔 운동의 최소 각도를 참고하여 보정된 제1 각도가 재활운동에 필요한 팔 운동의 최소 각도에 못 미치는 재활운동에 대해서는 운동 불량에 해당하는 3등급으로 기록하고, 보정된 제1 각도가 재활운동에 필요한 팔 운동의 최소 각도를 초과하되 최대 각도에서 일정 부분 못 미치는 재활운동에 대해서는 운동 부족에 해당하는 2등급으로 기록하고, 보정된 제1 각도가 재활운동에 필요한 팔 운동의 최소 각도를 초과하고 최대 각도에서 일정 부분 이내에 해당하는 재활운동에 대해서는 운동 양호에 해당하는 1등급으로 기록하고 상기의 각 등급을 표시부(420)에 표시되도록 한다.

재활운동등급판단부(430)는 모바일단말기(400)에 설치되는 앱 프로그램으로 구현된다. 예를 들어, 사용자가 모바일단말기(400)에 설치된 앱에서 외전을 선택하고 재활운동을 시작하는 경우 외전 재활운동에 필요한 팔 운동의 최소 각도가 70도인데, 보정된 제1 각도가 70도에 못 미치는 경우 운동불량에 해당하는 3등급으로 기록한다. 보정된 제1 각도가 70도를 초과하되 최대 각도인 150도의 70%에 못미치는 경우 즉, 70도에서 105도 사이에 해당하는 경우, 운동 부족에 해당하는 2등급으로 기록할 수 있다. 그리고 보정된 제1 각도가 외전 재활운동에 필요한 최소 각도인 70도를 초과하고, 최대 각도인 150도의 70%를 초과하는 경우, 즉 105도를 초과하는 경우 운동 양호에 해당하는 1등급으로 기록하고, 각 등급을 표시부(420)에 표시할 수 있다.

이를 통해서 사용자와 의사는 재활운동의 종류와 운동상태가 운동불량인지, 운동부족인지, 운동양호인지를 쉽게 파악할 수가 있다.

관리부(410)는 사용자로부터 선택된 재활운동에 해당하는 샘플 동작 영상을 표시부(420)에 표시하고, 한쪽 팔의 어깨, 팔꿈치, 손목 중 사용자에 의해 선택된 재활운동의 제1 각도 측정시 필요한 위치에 해당하는 센서 아이디 값을 각도계산부(200)로 전송한다.

관리부(410)는 모바일단말기(400)에 앱 프로그램 형태로 구현되며, 모바일단말기(400)의 메모리에는 각종 재활운동 샘플 영상을 저장할 수 있다. 사용자가 외전을 선택하면 샘플 동작 영상이 디스플레이 되어 사용자는 영상을 보고 따라할 수 있다.

사용자가 외전 재활운동을 선택한 경우 관리부(410)는 외전 재활운동의 팔 운동 각도인 제1 각도 측정시 필요한 위치에 해당하는 팔꿈치센서(120)와 어깨센서(110) 아이디 값을 각도계산부(200)로 전송한다. 물론, 손목센서(130) 아이디 값도 전송할 수 있으나, 외전 운동은 팔 운동의 각도를 측정하는 것이 중요하기 때문에 팔꿈치와 어깨의 위치값이 중요하고, 손목 위치값은 덜 중요하기 때문에 손목센서(130) 아이디 값은 전송하지 않을 수 있다.

각도계산부(200)는 동작센싱부(100)에서 수신한 복수 개의 위치 좌표 중 관리부(410)에서 수신한 센서 아이디 값을 갖는 센서가 측정한 위치 좌표를 이용하여 팔이 움직인 제1 각도를 실시간으로 계산하여 관리부(410)에 전송한다.

즉, 각도계산부(200)는 동작센싱부(100)의 손목센서(130), 팔꿈치센서(120), 어깨센서(110) 모두에서 위치 좌표값을 수신할 수 있으나, 관리부(410)에서 수신한 팔꿈치센서(120)와 어깨센서(110) 아이디 값을 갖는 센서가 측정한 위치 좌표를 이용하여 팔이 움직인 제1 각도를 실시간으로 계산하여 관리부(410)에 전송할 수 있다. 즉, 각도계산부(200)는 손목센서(130)가 측정한 위치값을 수신하더라도 이 값은 제외하고 팔꿈치센서(120)와 어깨센서(110)가 측정한 위치값만을 이용하여 팔이 움직인 제1 각도를 실시간으로 계산하여 관리부(410)에 전송할 수 있다.

관리부(410)는 어깨, 팔꿈치, 손목 중 어깨와 팔꿈치에 해당하는 센서 아이디 값을 각도계산부(200)로 전송한다.

각도계산부(200)는 동작센싱부(100)에서 수신한 복수 개의 위치 좌표 중 관리부(410)에서 수신한 어깨와 팔꿈치에 해당하는 센서 아이디 값을 갖는 센서가 측정한 위치 좌표를 이용하여 팔이 움직인 제1 각도를 실시간으로 계산하여 관리부(410)에 전송하고, 손목센서(130)와 팔꿈치센서(120) 좌표가 연결하는 가상의 제1 직선과 팔꿈치센서(120)와 어깨센서(110) 좌표가 연결하는 가상의 제2 직선이 형성하는 팔이 구부러진 제3 각도를 실시간으로 계산하여 관리부(410)에 전송한다.

도 3을 참고하면, 도 3(a)는 팔이 위쪽으로 구부러져 제3 각도(α)를 형성하고, 도 3(b)는 팔이 앞쪽으로 구부러져 제3 각도(β)를 형성한 모습을 볼 수 있다. 각도계산부(200)는 팔이 위로 구부러진 경우 제3 각도(α)를 실시간으로 계산하여 관리부(410)에 전송하고, 팔이 앞으로 구부러진 경우 제3 각도(β)를 실시간으로 계산하여 관리부(410)로 전송할 것이다.

구부러짐판단부(440)는 관리부(410)에 전송된 제3 각도가 소정의 각도 이하로 형성되는 경우 팔이 구부러진 것으로 판단하여 표시부(420)를 통해 메시지를 표시하거나, 음성 메시지 형태로 사용자에게 알려준다.

예를 들어, 제3 각도(α 또는 β)가 120도 이하로 형성되는 경우 팔이 곧게 펴지지 못하고 구부러진 것으로 판단하여 표시부(420)를 통해 알려주거나, 음성 메시지 형태로 사용자에게 알려줄 것이다. 팔이 구부러진 상태에서 외전 재활운동을 하면 올바른 효과를 보기 어렵기 때문이다.

오십견환자 및 어깨 수술환자에게 가장 중요한 것은 어깨 관절 각도의 회복이다. 이를 위해서는 병원뿐만 아니라 가정에서 지속적인 재활운동의 반복이 가장 중요하다. 그러나 환자들은 가정에서 운동할 때 동작이 부정확하고 팔 운동의 각도가 미흡하여 재활치료의 효과가 감소되고 재활기간이 길어지게 된다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 재활운동 모니터링을 위한 운동 동작 측정센서 시스템의 의하면, 환자는 자신의 팔 운동 각도를 정확하게 알 수가 있기 때문에 운동 각도를 더욱 향상시키기 위해 재활운동을 더욱 열심히 하게 되어 재활기간이 짧아지게 된다.

의사는 앱에 기록된 환자의 팔 운동 각도 기록, 운동량 및 통증 정도를 조회함으로써, 환자가 재활운동을 제대로 했는지 객관적으로 확인할 수가 있어 재활치료 환자에 대한 정확한 진단 및 처방이 가능하다.

지금까지 본 발명을 바람직한 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

그리고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 특정되는 것이며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 동작센싱부
110: 어깨센서
120: 팔꿈치센서
130: 손목센서
200: 각도계산부
300: 기준점센싱부
400: 모바일단말기
410: 관리부
420: 표시부
430: 재활운동등급판단부
440: 구부러짐판단부

Claims (7)

1. 치료를 필요로 하는 한쪽 팔의 어깨, 팔꿈치, 손목 중 복수 개의 위치에 위치 좌표를 측정할 수 있는 센서를 각각 착용하여 아픈 팔의 각도 변화를 측정하며, 반대쪽 팔의 어깨에 착용된 기준점 위치 측정 센서를 이용하여 아픈 팔의 각도를 보정함으로써, 재활운동시 몸통의 기울림, 뒤틀림에 의해 아픈 팔의 어깨 각도가 과도하게 측정되는 것을 방지하여 재활운동 시 아픈 팔의 운동 각도를 정확하게 측정할 수가 있는 재활운동 모니터링을 위한 운동 동작 측정 센서 시스템으로서,
   사용자 한쪽 팔의 어깨, 팔꿈치, 손목 중 복수 개의 위치에 착용되어 한쪽 팔이 움직일 때 각 위치별 좌표를 실시간으로 측정하는 동작 센싱부;
   사용자의 신체에 착용되며 상기 동작 센싱부에서 수신한 복수 개의 위치 좌표를 이용하여 상기 한쪽 팔이 움직인 제1 각도를 실시간으로 계산하는 각도계산부;
   상기 각도계산부가 계산하여 전송한 실시간 제1 각도 변화를 저장하는 관리부; 및
   상기 관리부가 저장하는 실시간 제1 각도 변화를 화면에 표시하는 표시부를 포함하되,
   사용자의 다른쪽 팔의 어깨에 착용되어 상기 한쪽 팔이 움직일 때 몸의 회전이나 기울어짐에 따른 위치 좌표의 변화를 실시간으로 측정하는 기준점 센싱부를 더 포함하고,
   상기 각도계산부는 상기 기준점 센싱부에서 수신한 위치 좌표를 이용하여 다른쪽 팔의 어깨가 움직인 제2 각도를 실시간으로 계산하고, 제1 각도에서 제2 각도를 빼서 제1 각도를 보정한 후 상기 관리부로 전송하며,
   상기 기준점센싱부는 아프지 않은 다른쪽 팔의 어깨에 착용되며, 상기 동작센싱부 및 각도계산부와 서로 연결되어 웨어러블 수트 형태의 일체로 형성되고, 상기 각도계산부는 아프지 않은 다른쪽 팔의 어깨가 움직인 제2 각도를 계산하고, 제1 각도에서 제2 각도를 빼서 아픈 팔의 실제 팔 운동 각도에 해당하는 제1 각도를 보정한 후 상기 관리부로 전송하는 것을 특징으로 하는 재활운동 모니터링을 위한 운동 동작 측정 센서 시스템.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 각도계산부는 다른쪽 팔의 어깨가 움직인 제2 각도와 보정된 제1 각도를 상기 관리부로 전송하고,
   상기 관리부는 사용자에 의해 선택된 재활운동의 통증 정도를 사용자로부터 입력 받아 저장하고, 다른쪽 팔의 어깨가 움직인 제2 각도와 보정된 제1 각도를 사용자에 의해 입력된 재활운동의 통증 정도와 함께 상기 표시부에 표시되도록 하는 것을 특징으로 하는 재활운동 모니터링을 위한 운동 동작 측정 센서 시스템.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 관리부는 각 재활운동에 필요한 팔 운동의 최소 각도 및 최대 각도를 저장하고, 상기 각도계산부에서 수신한 보정된 제1 각도가 사용자에 의해 선택된 재활운동에 필요한 팔 운동의 최소 각도에 못 미치거나, 최대 각도를 초과하는 경우 상기 표시부를 통해 메시지를 표시하거나, 음성 메시지 형태로 사용자에게 알려주는 것을 특징으로 하는 재활운동 모니터링을 위한 운동 동작 측정 센서 시스템.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 관리부에 저장된 각 재활운동에 필요한 팔 운동의 최소 각도를 참고하여 상기 보정된 제1 각도가 재활운동에 필요한 팔 운동의 최소 각도에 못 미치는 재활운동에 대해서는 운동 불량에 해당하는 3등급으로 기록하고, 상기 보정된 제1 각도가 재활운동에 필요한 팔 운동의 최소 각도를 초과하되 최대 각도에서 일정 부분 못 미치는 재활운동에 대해서는 운동 부족에 해당하는 2등급으로 기록하고, 상기 보정된 제1 각도가 재활운동에 필요한 팔 운동의 최소 각도를 초과하고 최대 각도에서 일정 부분 이내에 해당하는 재활운동에 대해서는 운동 양호에 해당하는 1등급으로 기록하고 상기의 각 등급을 표시부에 표시되도록 하는 재활운동등급판단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재활운동 모니터링을 위한 운동 동작 측정 센서 시스템.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 관리부는 사용자로부터 선택된 재활운동에 해당하는 샘플 동작 영상을 상기 표시부에 표시하고, 한쪽 팔의 어깨, 팔꿈치, 손목 중 사용자에 의해 선택된 재활운동의 제1 각도 측정시 필요한 위치에 해당하는 센서 아이디 값을 상기 각도계산부로 전송하며,
   상기 각도계산부는 상기 동작 센싱부에서 수신한 복수 개의 위치 좌표 중 상기 관리부에서 수신한 센서 아이디 값을 갖는 센서가 측정한 위치 좌표를 이용하여 팔이 움직인 제1 각도를 실시간으로 계산하여 상기 관리부에 전송하는 것을 특징으로 하는 재활운동 모니터링을 위한 운동 동작 측정 센서 시스템.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 관리부는 어깨, 팔꿈치, 손목 중 어깨와 팔꿈치에 해당하는 센서 아이디 값을 상기 각도계산부로 전송하고,
   상기 각도계산부는 상기 동작 센싱부에서 수신한 복수 개의 위치 좌표 중 상기 관리부에서 수신한 어깨와 팔꿈치에 해당하는 센서 아이디 값을 갖는 센서가 측정한 위치 좌표를 이용하여 팔이 움직인 제1 각도를 실시간으로 계산하고, 손목 센서와 팔꿈치 센서 좌표가 연결하는 가상의 제1 직선과 팔꿈치 센서와 어깨 센서 좌표가 연결하는 가상의 제2 직선이 형성하는 팔이 구부러진 제3 각도를 실시간으로 계산하여 상기 관리부에 전송하고,
   상기 관리부에 전송된 제3 각도가 소정의 각도 이하로 형성되는 경우 팔이 구부러진 것으로 판단하여 상기 표시부를 통해 메시지를 표시하거나, 음성 메시지 형태로 사용자에게 알려주는 구부러짐판단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재활운동 모니터링을 위한 운동 동작 측정 센서 시스템.

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