KR102298479B1 - 편마비 장애인의 손상측 상지의 자발적 사용을 위한 모티베이션 게임 시스템 및 동작 방법 - Google Patents

편마비 장애인의 손상측 상지의 자발적 사용을 위한 모티베이션 게임 시스템 및 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 편마비 장애인의 손상측 상지의 자발적 사용을 위한 동기를 부여하는 기술적 사상에 관한 것으로서, 일실시예에 따른 모티베이션 게임 시스템은 화면을 표시하고 환자의 터치를 감지하는 터치스크린, 상기 환자의 터치 감지를 서포트 하는 보조 센서, 및 사전에 프로그래밍된 세션들 동안 상기 터치스크린에 타겟들을 표시하고, 상기 표시되는 타겟들에 발생하는 상기 환자의 터치에 상응하는 피드백을 제공하도록 상기 터치스크린을 제어하는 콘트롤러를 포함하고, 상기 콘트롤러는 테스트 세션 동안에 환자의 오른손 상지 또는 왼손 상지가 모두 사용되도록 상기 터치스크린의 일부 영역에서 타겟들이 표시되도록 상기 터치스크린을 제어하고, 상기 표시되는 타겟들에 반응하는 상기 오른손 상지 또는 상기 왼손 상지 각각에 대한 움직임 시간을 측정하고, 상기 각각 측정된 움직임 시간을 상기 테스트 세션에 이어서 제공되는 트레이닝 세션에 이용할 수 있다.

Description

편마비 장애인의 손상측 상지의 자발적 사용을 위한 모티베이션 게임 시스템 및 동작 방법{Motivation game system and operation method for spontaneous use of injured upper limb of hemiplegic disabled person}
본 발명은 상지 훈련을 위한 모티베이션 게임을 제공하는 기술에 관한 것으로서, 특히 편마비 장애인의 손상측 상지의 자발적 사용을 위한 동기를 부여하는 기술적 사상에 관한 것이다.
수학적 및 통계학적 신경재활 계산모델은 뇌졸중 편마비 장애인들의 손상측 상지의 자발적 사용(spontaneous use of the more-affected arm) 및 회복(recovery) 예측에 활용되고 있는 추세이다.
최근에 신경재활 계산모델을 통해 회복에 영향을 미치는 요인들 (예를 들면 훈련의 양이 손상측 상지 기능의 역치를 넘어야 훈련이 끝난 후에도 회복이 계속 일어나는 것)(Han 등， 2008)을 밝혀내거나, 효과적인 훈련 방법(예를 들면 로봇을 사용하여 훈련 할 때, 환자가 낼 수 있는 힘에 따라 로봇이 도와주는 힘을 조절하는 방법 vs 로봇이 항상 도와주는 방법)(Reinkensmeyer. 2007)이 무엇인지 컴퓨터 모델 시뮬레이션올 통해 밝혀냈다.
현재까지 뇌졸중 장애인들의 회복에 대한 연구들이 활발히 진행되고 있지만 실제 임상 연구에서는 실험 대상자 모집, 훈련비용, 훈련 시간 등 상당한 연구비와 연구 인력을 요하고 있어 지속적인 기술 개발에 어려움이 따른다.
이러한 임상 연구의 제한점을 보완하여 뇌졸중 재활에 있어 각각의 가설들을 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 저비용으로 예측해볼 수 있다.
또한, 예측된 계산 모델을 실제 뇌졸중 장애인들에게 적용하여 가설을 검증 후, 재활 치료에 필요한 사항을 추가로 고민해 볼 수 있다.
현재 국내에서 뇌졸중 장애인들을 위한 신경재활 계산모델의 개발이 이뤄지지 않았으며, 적은 숫자의 대상자들을 대상으로 한 소규모 연구들이 주를 이루고 있다.
따라서, 신경재활 계산모델을 통한 가설 검증과 입상 실험 연구 설계를 하여, 뇌졸중 장애인의 회복 기전에 대해 이해하고 효과적인 치료 기술 개발이 필요하다.
손상측 상지의 자발적 사용(spontaneous use)은 뇌졸중 회복을 보여주는 중요한 지표이다. 이러한 자발적 사용을 증가시키기 위한 전통적인 뇌졸중 재활 방법은 손상측 상지를 훈련시켜 손상(impairment)을 줄이고 기능(function)을 증진시켜 자발적인 사용을 증가시키는 것이다.
하지만, 재활 치료가 끝난 후에 손상측 상지를 사용할 수 있지만 사용하지 않는 비사용(non-use)을 보이는 뇌졸중 장애인들이 상당수 존재한다. 또한, 치료시간에는 대부분 손상측 상지의 기능을 증진시키는 치료만 함에 따라서 전통적 재활 방법 이외의 방법들이 하다.
최근에는 환자가 회복하고자 하는 동기(motivation)와 회복과의 관계에 대한 연구가 진행 중이다. 비장애인의 경우 동기가 높은 경우 새로운 작업의 학습이 잘 되는 결과들이 많이 보고된 바 있다. 따라서 뇌졸중 상지 재활 훈련 시, 동기를 자극하는 훈련 방법이 필요하다.
동기를 높일 수 있는 요소들 중 자기 효능감(self-efficacy: 뇌졸중 장애 인 스스로의 손상측 상지 사용에 대한 기대감， 및 지속성 (perseverance: 손상측 상지 사용의 결과가 좋지 않더라도 지속적으로 사용하는 경향)은 임상에서 상지 재활훈련시 향상 시킬 필요가 있다.
본 발명의 목적은 편마비 장애인의 손상된 상지에 대해 재활 훈련을 위한 동기를 부여하는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 장애인 개별 맞춤형 동기를 부여할 수 있는 훈련계획을 수립하거나, 훈련방법, 재활로봇 기기개발을 위한 기본 정보를 제공하는 것을 목적으로 한다.
일실시예에 따른 모티베이션 게임 시스템은 화면을 표시하고 환자의 터치를 감지하는 터치스크린, 상기 환자의 터치 감지를 서포트 하는 보조 센서, 및 사전에 프로그래밍된 세션들 동안 상기 터치스크린에 타겟들을 표시하고, 상기 표시되는 타겟들에 발생하는 상기 환자의 터치에 상응하는 피드백을 제공하도록 상기 터치스크린을 제어하는 콘트롤러를 포함하고, 상기 콘트롤러는 테스트 세션 동안에 환자의 오른손 상지 또는 왼손 상지가 모두 사용되도록 상기 터치스크린의 일부 영역에서 타겟들이 표시되도록 상기 터치스크린을 제어하고, 상기 표시되는 타겟들에 반응하는 상기 오른손 상지 또는 상기 왼손 상지 각각에 대한 움직임 시간을 측정하고, 상기 각각 측정된 움직임 시간을 상기 테스트 세션에 이어서 제공되는 트레이닝 세션에 이용할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 콘트롤러는, 상기 테스트 세션 동안 상기 오른손 상지 또는 상기 왼손 상지 중에서 손상측 상지에 가까운 영역에서부터 비손상측 상지의 방향에 위치하는 영역에서 상기 타겟들이 순차적으로 표시되도록 상기 터치스크린을 제어할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 콘트롤러는, 상기 터치스크린의 중심에서부터 방사형으로 멀어지는 방향 또는 상기 방사형의 외곽에서 상기 중심으로 모아지는 방향으로 상기 타겟들이 순차적으로 표시되도록 상기 터치스크린을 제어할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 콘트롤러는, 상기 트레이닝 세션 동안 상기 움직임 시간이 반영된 서로 다른 피드백으로서, 펄스 포지티브 피드백(false positive feedback) 또는 펄스 네거티브 피드백(false negative feedback)을 제공하되, 상기 펄스 포지티브 피드백(false positive feedback)은 표시된 타겟이 사라진 직후의 마진 시간 내에 발생한 터치를 상기 표시된 타겟에 대한 터치로 인정하여 제공되는 피드백이고, 상기 펄스 네거티브 피드백(false negative feedback)은 표시된 타겟이 사라지기 직전의 마진 시간 동안 발생한 터치를 상기 표시된 타겟에 대한 터치로 인정하지 않는 피드백을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 콘트롤러는, 상기 트레이닝 세션 동안 타겟이 표시 및 터치되도록 하는 블록들을 제공하되, 상기 제공되는 전체의 블록들 중에서 먼저 제공되는 N개의 블록들에서는 상기 펄스 포지티브 피드백(false positive feedback)을 제공하고, 상기 N개의 블록들 이후에 제공되는 M개의 블록들에서는 상기 펄스 네거티브 피드백(false negative feedback)을 제공할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 콘트롤러는, 손상측 상지의 영역에서 표시되는 타겟에 대해서는 상기 펄스 포지티브 피드백(false positive feedback)을 제공하여 동기부여를 제공하고, 비손상측 상지의 영역에서 표시되는 타겟에 대해서는 상기 펄스 네거티브 피드백(false negative feedback)을 제공하여 손상측 상지의 사용을 촉진할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 콘트롤러는, 상기 트레이닝 세션 동안 손상측 상지의 영역에서 표시되는 타겟에 발생하는 터치에 대해서 점수를 부여하고, 누적된 점수가 목표 점수를 초과하는 경우에 실시간으로 시각적인 바이오 피드백(bio-feedback)을 제공하도록 상기 터치스크린을 제어하고, 상기 트레이닝 세션 종료 시 환자에 대한 현재까지의 점수를 사전에 등록된 다른 사용자와 공유하도록 하는 소셜 컴패러티브 피드백(social-comparative feedback)을 제공할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 콘트롤러는, 상기 트레이닝 세션 동안 복수의 블록들을 제공하되, 한 블록당 복수 회 타겟이 표시 및 터치되도록 설정하고, 최초의 블록은 상기 테스트 세션 동안 측정된 환자의 움직임 시간에 따라 난이도를 조절하고, 상기 최초의 블록 이후에 제공되는 블록들 중에서 현재의 블록은 직전의 블록에서 측정된 환자의 움직임 시간에 따라 난이도를 조절할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 콘트롤러는, 상기 터치스크린에서 타겟들이 표시될 때 손등 또는 손바닥으로 표시되도록 제어할 수 있다.
일실시예에 따른 모티베이션 게임 시스템의 동작 방법은 사전에 프로그래밍된 세션들 동안 상기 터치스크린에 타겟들을 표시하는 단계, 상기 표시되는 타겟들에 발생하는 상기 환자의 터치에 상응하는 피드백을 제공하도록 상기 터치스크린을 제어하는 단계를 포함하고, 상기 터치스크린을 제어하는 단계는 테스트 세션 및 트레이닝 세션을 순차적으로 제공하는 단계를 포함하되, 상기 터치스크린을 제어하는 단계는 상기 테스트 세션 동안에 환자의 오른손 상지 또는 왼손 상지가 모두 사용되도록 상기 터치스크린의 일부 영역에서 타겟들이 표시되도록 상기 터치스크린을 제어하는 단계, 상기 표시되는 타겟들에 반응하는 상기 오른손 상지 또는 상기 왼손 상지 각각에 대한 움직임 시간을 측정하고, 상기 각각 측정된 움직임 시간을 상기 테스트 세션에 이어서 제공되는 트레이닝 세션에 이용하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 모티베이션 게임 시스템의 동작 방법은 상기 트레이닝 세션 동안 상기 움직임 시간이 반영된 서로 다른 피드백으로서, 펄스 포지티브 피드백(false positive feedback) 또는 펄스 네거티브 피드백(false negative feedback)을 제공하는 단계를 더 포함하되, 상기 펄스 포지티브 피드백(false positive feedback)은 표시된 타겟이 사라진 직후의 마진 시간 내에 발생한 터치를 상기 표시된 타겟에 대한 터치로 인정하여 제공되는 피드백이고, 상기 펄스 네거티브 피드백(false negative feedback)은 표시된 타겟이 사라지기 직전의 마진 시간 동안 발생한 터치를 상기 표시된 타겟에 대한 터치로 인정하지 않는 피드백을 포함한다.
일실시예에 따른 상기 펄스 포지티브 피드백(false positive feedback) 또는 상기 펄스 네거티브 피드백(false negative feedback)을 제공하는 단계는, 상기 제공되는 전체의 블록들 중에서 먼저 제공되는 N개의 블록들에서는 상기 펄스 포지티브 피드백(false positive feedback)을 제공하는 단계, 및 상기 N개의 블록들 이후에 제공되는 M개의 블록들에서는 상기 펄스 네거티브 피드백(false negative feedback)을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 펄스 포지티브 피드백(false positive feedback) 또는 상기 펄스 네거티브 피드백(false negative feedback)을 제공하는 단계는, 손상측 상지의 영역에서 표시되는 타겟에 대해서 동기부여를 제공하기 위해 상기 펄스 포지티브 피드백(false positive feedback)을 제공하는 단계, 비손상측 상지의 영역에서 표시되는 타겟에 대해서는 손상측 상지의 사용을 촉진하기 위해 상기 펄스 네거티브 피드백(false negative feedback)을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 편마비 장애인의 손상된 상지에 대해 재활 훈련을 위한 동기를 부여하는 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 장애인 개별 맞춤형 동기를 부여할 수 있는 훈련계획을 수립하거나, 훈련방법, 재활로봇 기기개발을 위한 기본 정보를 제공할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 모티베이션 게임 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2a 내지 2c는 모티베이션 게임 시스템의 터치스크린에서 타겟들이 표시되는 영역을 설명하는 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 모티베이션 게임 시스템이 제공하는 세션들을 설명하는 도면이다.
도 4a 내지 4f는 모티베이션 게임 시스템의 실제 구현 예를 설명하는 도면이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일실시예에 따른 모티베이션 게임 시스템(100)을 설명하는 도면이다.
일실시예에 따른 모티베이션 게임 시스템(100)은 편마비 장애인의 손상된 상지에 대해 재활 훈련을 위한 동기를 부여할 수 있다. 또한, 장애인 개별 맞춤형 동기를 부여할 수 있는 훈련계획을 수립하거나, 훈련방법, 재활로봇 기기개발을 위한 기본 정보를 제공할 수 있다.
이를 위해, 모티베이션 게임 시스템(100)은 터치스크린, 보조 센서, 및 콘트롤러를 포함할 수 있다.
이하에서는 도 1을 통해 모티베이션 게임 시스템(100)을 보다 구체적으로 설명한다.
모티베이션 게임 시스템(100)은 터치스크린(150) 상에 타겟(110)들을 표시하고, 환자의 터치를 입력 받아 그에 따른 피드백을 제공할 수 있다.
도 1의 실시예에서는 환자의 터치를 입력받기 위해 마그네틱 센서(110)와 마그네틱 센서 리시버(140)가 사용되었으나, 이는 실시예일 뿐 다양한 형태의 센서들이 사용될 수 있다.
또한, 마그네틱 센서(110)에 더해 환자의 터치를 감지하기 위한 보조 센서들이 추가로 사용될 수도 있다.
캠코더(130)는 환자의 움직임이나 동작을 촬영하기 위한 장비로서, 보조 장비로 사용될 수 있다.
또한, 콘트롤러(미도시)는 터치스크린(150)이 표시하는 타겟을 제어하거나, 타겟의 표시 빈도, 속도, 표시 영역 등을 제어할 수 있다.
구체적으로, 콘트롤러는 사전에 프로그래밍된 세션들 동안 터치스크린(150)에 타겟들을 표시하고, 표시되는 타겟들에 발생하는 환자의 터치에 상응하는 피드백을 제공하도록 터치스크린(150)을 제어할 수 있다.
특히, 콘트롤러는 테스트 세션과 트레이닝 세션을 구분지어 제공할 수 있다.
일실시예에 따르면, 콘트롤러는 테스트 세션 동안에 환자의 오른손 상지 또는 왼손 상지가 모두 사용되도록 터치스크린(150)의 일부 영역에서 타겟들이 표시되도록 터치스크린(150)을 제어할 수 있다.
또한, 콘트롤러는 표시되는 타겟들에 반응하는 오른손 상지 또는 왼손 상지 각각에 대한 움직임 시간을 측정하고, 각각 측정된 움직임 시간을 테스트 세션에 이어서 제공되는 트레이닝 세션에 이용할 수 있다.
측정된 움직임 시간을 테스트 세션에 이용하는 실시예는 도 3에서 보다 구체적으로 설명한다.
도 2a 내지 2c는 모티베이션 게임 시스템의 터치스크린에서 테스트 세션 동안 타겟들이 표시되는 영역을 설명하는 도면이다.
도 2a를 살펴보면, 도면부호 210에 해당하는 영역에서 타겟이 표시된 이후 화살표를 따라 도면부호 220에 해당하는 영역으로 순차적으로 타겟이 표시될 수 있다. 이에 환자는 오른손 상지에서부터 왼쪽 상지를 움직이면서 표시되는 타겟들을 터치할 수 있다.
일실시예에 따른 콘트롤러는 테스트 세션 동안 오른손 상지 또는 왼손 상지 중에서 손상측 상지에 가까운 영역에서부터 비손상측 상지의 방향에 위치하는 영역에서 타겟들이 순차적으로 표시되도록 터치스크린을 제어할 수 있다.
만약, 오른손 상지가 손상측이라면, 도 2a와 같이 손상측 상지로부터 비손상측 상지로 움직임이 유도될 수 있도록 콘트롤러가 타겟의 표시를 제어할 수 있다.
도 2b는 타겟이 표현되는 다른 실시예를 나타낸다.
콘트롤러는 터치스크린의 중심에서부터 방사형으로 멀어지는 방향 또는 방사형의 외곽에서 중심으로 모아지는 방향으로 타겟들이 순차적으로 표시되도록 터치스크린을 제어할 수 있다.
도면부호 230에서는 테스트 세션 동안 터치스크린의 중심에서부터 화면의 외곽으로 방사형으로 뻗어 나가는 형태로 타겟이 표현될 수 있다.
도면부호 230의 실시예에서는 리액션 시간이 증가하며, 오른손 또는 왼손의 선택 변화 가능성이 증가할 수 있다.
한편, 도면부호 240에서는 터치스크린의 중심에서부터 왼쪽 또는 오른쪽의 방사형에서 타겟을 선별적으로 표시하여 손의 바꿈(switch)가 유동적으로 일어나도록 콘트롤러가 제어할 수 있다. 모티베이션 게임 시스템은 도면부호 230 및 240을 통해 손의 바꿈이 유동적으로 일어나는지를 관찰할 수 있다.
도 2c는 타겟이 표현하는 또 다른 실시예를 나타낸다.
도 2c에 도시된 바와 같이 콘트롤러는 터치스크린에서 타겟들이 표시될때, 손등 또는 손바닥 그림으로 표시되도록 하여 오른손 또는 왼손의 회내, 회외 동작을 유도하도록 터치스크린을 제어할 수 있다.
모티베이션 게임 시스템은 테스트 세션 동안 환자별 움직임 시간을 측정할 수 있다. 움직임 시간은 타겟이 표시되는 시간에서부터 터치가 발생하는 시간을 포함할 수 있다.
모티베이션 게임 시스템은 테스트 세션이 완료되면, 트레이닝 세션을 제공할 수 있다.
또한, 모티베이션 게임 시스템의 콘트롤러는 트레이닝 세션 동안에 펄스 포지티브 피드백(false positive feedback) 또는 펄스 네거티브 피드백(false negative feedback)을 제공할 수 있다.
펄스 포지티브 피드백 또는 펄스 네거티브 피드백은 트레이닝 세션 동안 움직임 시간이 반영된 서로 다른 피드백으로 해석될 수 있다.
특히, 펄스 포지티브 피드백은 표시된 타겟이 사라진 직후의 마진 시간 내에 발생한 터치를 표시된 타겟에 대한 터치로 인정하여 제공되는 피드백이다.
예를 들어, 움직임 시간이 A초라고 가정하고, A초에서 a시간 내외에서 발생한 터치가 인정되는 경우를 고려할 수 있다.
만약, 마진 시간이 b라고 가정 한다면, 펄스 포지티브 피드백은 타겟 표시 이후 'A-a-b'초와 'A+a+b' 초 이내에 발생하는 터치에 대해서 모두 터치로 인정하여 제공하는 피드백에 해당한다.
또한, 펄스 네거티브 피드백은 타겟 표시 이후 'A-a+b'초와 'A+a-b' 초 이내에 발생하는 터치에 대해서만 터치로 인정하여 제공하는 피드백에 해당한다.
즉, 펄스 네거티브 피드백은 표시된 타겟이 사라지기 직전의 마진시간 동안 발생한 터치를 상기 표시된 타겟에 대한 터치로 인정하지 않는 피드백을 포함한다.
도 3은 일실시예에 따른 모티베이션 게임 시스템이 제공하는 세션들을 설명하는 도면이다.
모티베이션 게임 시스템은 콘트롤러를 통해 트레이닝 세션 동안 타겟이 표시 및 터치되도록 하는 블록들을 제공할 수 있다. 또한, 콘트롤러는 제공되는 전체의 블록들 중에서 먼저 제공되는 N개의 블록들에서는 펄스 포지티브 피드백(false positive feedback)을 제공하고, N개의 블록들 이후에 제공되는 M개의 블록들에서 펄스 네거티브 피드백(false negative feedback)을 제공할 수 있다.
구체적으로, 모티베이션 게임 시스템은 테스트 세션(310)과 트레이닝 세션(320)을 서로 다른 시간대에 구분 지어 제공할 수 있다. 예를 들면, 테스트 세션(310)을 먼저 제공하고, 테스트 세션(310) 동안에 분석된 환자의 움직임 시간을 이용해서 트레이닝 세션(320)을 제공할 수 있다.
예를 들어, 콘트롤러는 테스트 세션(310) 동안에 오른손 상지가 사용되도록 하는 블록(311), 왼손 상지가 사용되도록 하는 블록(312), 양손 상지가 사용되도록 하는 블록(313)을 제공할 수 있다. 블록이라 함은 타겟의 표시가 미리 정해진 횟수만큼 표시되는 시간 구간으로 해석될 수 있다.
이때 콘트롤러는 블록(311), 블록(312), 블록(313)을 순차적으로 제공할 수도 있고, 다른 순서대로 제공할 수도 있다. 또한, 블록(311), 블록(312), 블록(313) 중에서 일부의 블록만을 제공할 수도 있다.
다음으로, 콘트롤러는 트레이닝 세션(320)을 통해 펄스 포지티브 피드백 또는 펄스 네거티브 피드백을 제공하는 복수의 블록들을 제공할 수 있다.
일예로, 콘트롤러는 블록1 내지 블록5를 트레이닝 세션(320) 동안 제공할 수 있다. 특히, 콘트롤러는 블록1 내지 블록4에서는 펄스 포지티브 피드백(321)를 제공하도록 터치스크린을 제어할 수 있다. 또한, 블록5에서는 펄스 네거티브 피드백(322)를 제공하도록 터치스크린을 제어할 수 있다.
블록1 내지 블록5 동안 모티베이션 게임 시스템은 환자의 운동을 유도할 수 있다.
구체적으로, 모티베이션 게임 시스템은 블록1 내지 블록4 동안 손상측 상지의 영역에서 표시되는 타겟에 대해서 펄스 포지티브 피드백(false positive feedback)을 제공하여 동기부여를 제공할 수 있다. 즉, 다소 미스터치가 발생하더라도 터치가 발생한 것으로 인식하게 하여, 긍정적인 피드백을 제공함으로써 환자로 하여금 동기부여를 제공할 수 있다.
한편, 모티베이션 게임 시스템은 블록5 동안 비손상측 상지의 영역에서 표시되는 타겟에 대해서는 펄스 네거티브 피드백(false negative feedback)을 제공하여 손상측 상지의 사용을 촉진하도록 할 수 있다.
손상측 상지 또는 비손상측 상지는 테스트 세션(310)에서 측정된 움직임 시간을 통해 식별이 가능하다.
만약, 오른손이 손상측 상지라면, 모티베이션 게임 시스템의 콘트롤러는 블록1 내지 블록4에서 오른손 상지가 움직일 수 있도록 터치스크린 상의 우측면의 영역을 중심으로 타겟이 표시되도록 제어할 수 있다.
일실시예에 따른 콘트롤러는, 터치스크린을 제어하여 트레이닝 세션 동안 손상측 상지의 영역에서 표시되는 타겟에 발생하는 터치에 대해서 점수를 부여하고, 누적된 점수가 목표 점수를 초과하는 경우에 실시간으로 시각적인 바이오 피드백(bio-feedback)을 제공할 수 있다.
또한, 콘트롤러는 트레이닝 세션 종료 시 환자에 대한 현재까지의 점수를 사전에 등록된 다른 사용자와 공유하도록 하는 소셜 컴패러티브 피드백(social-comparative feedback)을 제공할 수도 있다.
일실시예에 따른 콘트롤러는 트레이닝 세션 동안 복수의 블록들을 제공할 수 있다. 이때, 콘트롤러는 한 블록당 복수 회 타겟이 표시 및 터치되도록 설정하고, 최초의 블록은 상기 테스트 세션 동안 측정된 환자의 움직임 시간에 따라 난이도를 조절할 수 있다. 또한, 최초의 블록 이후에 제공되는 블록들 중에서 현재의 블록은 직전의 블록에서 측정된 환자의 움직임 시간에 따라 난이도를 조절할 수 있다.
일실시예에 따른 모티베이션 게임 시스템의 동작 방법은 사전에 프로그래밍된 세션들 동안 상기 터치스크린에 타겟들을 표시하고, 표시되는 타겟들에 발생하는 상기 환자의 터치에 상응하는 피드백을 제공하도록 상기 터치스크린을 제어할 수 있다.
모티베이션 게임 시스템의 동작 방법은 터치스크린을 제어하기 위해, 테스트 세션 및 트레이닝 세션을 순차적으로 제공하고, 터치스크린을 제어하기 위해 테스트 세션 동안에 환자의 오른손 상지 또는 왼손 상지가 모두 사용되도록 터치스크린의 일부 영역에서 타겟들이 표시되도록 터치스크린을 제어할 수 있다.
또한, 모티베이션 게임 시스템의 동작 방법은 표시되는 타겟들에 반응하는 오른손 상지 또는 왼손 상지 각각에 대한 움직임 시간을 측정하고, 각각 측정된 움직임 시간을 테스트 세션에 이어서 제공되는 트레이닝 세션에 이용할 수 있다.
도 4a 내지 4f는 모티베이션 게임 시스템의 실제 구현 예를 설명하는 도면이다.
도면부호 401에서 보는 바와 같이, 모티베이션 게임 시스템은 터치스크린 상에 새훈련 또는 불러오기의 옵션을 제공할 수 있다.
만약, 새훈련이 선택되는 경우 트레이닝 세션이 터치스크린 상에 제공될 수 있다. 불러오기가 선택되는 경우, 이전에 저장했던 트레이닝 세션 또는 테스트 세션이 불러와 실행될 수 있다.
다음으로, 모티베이션 게임 시스템은 도면부호 402 및 도면부호 403을 통해 환자 정보를 입력하기 위한 화면을 터치스크린에 제공할 수 있다.
도면부호 402에서는 신상정보로서 아이디, 성별, 생년월일, 환측, 기타 사항을 입력할 수 있는 항목들을 표시하고 환자로부터 해당 항목들에 대한 정보를 입력 받아 기록하고 데이터베이스로 유지할 수 있다.
또한, 도면부호 403에서는 그룹 및 세부 내용으로서, 그룹 설정, 팔 길이, 역치 설정 등의 정보를 입력받고 신상정보와 연관지어 데이터베이스로 유지할 수 있다.
또한, 도면부호 404에서는 훈련 날짜를 설정하기 위한 화면이 제공되고, 환자는 자신이 원하는 훈련 날짜를 선택하고 해당 날짜에 트레이닝 세션을 이용할 수 있다.
도면부호 405에서는 트레이닝 세션이 시작되기 전 기기에 대한 설명이 표시되고, 도면부호 406에서는 다음 화면으로서 트레이닝 세션의 평가를 설명할 수 있다. 예를 들어, 트레이닝 세션이 시작되기 전의 기기 설명에서는 타겟으로 활용될 수 있는 객체로서 두더지, 고양이, 너구리와 같은 동물들이 표시될 수 있다.
도면부호 406의 화면에서 게임시작 아이콘이 터치되면, 트레이닝 세션이 실행될 수 있다.
도면부호 407에서는 두더지를 타겟으로 활용한 트레이닝 세션이 실행되는 화면을 나타낸다. 터치스크린 상의 각 영역에서는 타겟(두더지)가 표시되고, 환자는 이를 터치함으로써 트레이닝 세션이 진행될 수 있다.
이 과정에서 앞서 설명한 블록1 내지 블록5가 순차적으로 진행될 수 있다.
각각의 블록에서는 100회 정도의 타겟 표시가 수행될 수 있고, 손상측 상지에 대한 펄스 포지티브 피드백과, 비손상측 상지에 대한 펄스 네거티브 피드백이 제공될 수 있다.
도면부호 408 내지 409에서는 테스트 세션의 결과에 해당하는 평가 설명이 표시될 수 있다. 도면부호 408에서는 오른손 상지에 대한 평가 설명이, 도면부호 409에서는 왼손 상지에 대한 평가 설명이 표시될 수 있다.
도면부호 410에서는 훈련 설명을 나타낼 수 있다. 훈련 설명에서는 트레이닝 세션 동안에 수행되는 전체의 블록들 중에서 현재 어떤 블록에 위치하는지에 대한 정보가 표시될 수 있다. 도면부호 410의 실시예에서는 현재 블록1이 진행되었음을 나타낼 수 있고, 게임시작 아이콘을 재선택 하는 경우 블록2가 연이어 실행될 수 있다.
다음으로, 도 4f의 도면부호 411은 전체 블록들 중에서 펄스 네거티브 피드백이 제공되는 블록5가 실행됨을 나타낸다.
또한, 도면부호 412는 트레이닝 세션 동안 블록1 내지 블록5를 모두 수행한 결과를 나타낼 수 있다. 결과에는 터치를 성공한 횟수, 획득한 점수, 및 평균 움직임 시간 등의 정보가 표시될 수 있다.
오른손만을 이용하게끔 하여 타켓을 터치하거나, 왼손만을 이용하여 타켓을 터치할 수 있다. 또한, 자유롭게 선택하여 타켓을 터치하는 블록3을 수행 오른손 왼손 상지의 움직임 시간을 측정하여 훈련 시 두더지가 나왔다가 들어가는 시간을 조절할 때 이용할 수 있다.
트레이닝 세션의 총 5블록 한 블록 당 100번 타켓을 터치하도록 설정 이전 블록에서 측정한 움직임 시간(MD)을 활용하여 난이도 조절이 가능하다. 특히, 블록1에서 블록4번째 블록까지는 펄스 포지티브 피드백을 이용하여 트레이닝을 진행하고 마지막 5번째 블록에서는 펄스 네거티브 피드백을 제공하여 실패를 경험함에도 불구하고 환자의 손상 측을 어느 정도까지 사용할 것인지에 대한 지속성(perseverance)을 평가할 수 있다.
펄스 포지티브 피드백에서는 두더지가 나왔다 들어가는 시간을 인위적으로 조절하여, 손상측 상지를 사용 시 두더지를 잡아야 하는 정해진 시간의 10% 정도 늦게 도달하였을 경우에도 성공하였다는 펄스 포지티브 피드백을 제공할 수 있다.
반대로 비손상측 상지를 사용하였을 때에는 10% 정도 더 빨리 도달해야지만 펄스 포지티브 피드백을 제공할 수 있다. 본 명세서에서의 10%는 단순히 설정한 시간이고 추후 파일럿을 통해 10-30% 정도 범위에서 조절될 수 있음
예를 들어, 펄스 네거티브 피드백은 정해진 시간안에 두더지를 잡았음에도 불구하고 실패함을 알리는 펄스 네거티브 피드백을 제공 편마비 장애인이 인식을 하지 못할 만큼의 조작(예, 10%의 시간 조절)을 통해 피드백을 제공하여 환자의 상지 선택에 따라 동기부여를 조절할 수 있다.
또한, 콘트롤러는 각 블록의 마지막 즈음에 손상 측 상지 부근으로 타켓을 여러 개를 띄어 놓고 빠르게 손상측 상지를 사용하여 연달아 과제를 성공할 수 있도록 할 수 있다. 이는 콤보의 개념으로서, 콤보의 세션이 끝나고 난 다음 타켓은 어느쪽 상지를 사용할 것인지 관찰할 수 있다.
콘트롤러는 손상측 상지를 사용했을 경우 펄스 포지티브 피드백을 제공하여 환자들에게 성공을 하게끔 만들어 동기부여를 제공할 수 있다. 또한, 비손상측을 사용하였을 경우 펄스 네거티브 피드백을 주어 손상 측사용을 더 촉진할 수 있다.
결국, 본 발명을 이용하면 편마비 장애인의 손상된 상지에 대해 재활 훈련을 위한 동기를 부여하는 시스템을 제공할 수 있다. 또한, 장애인 개별 맞춤형 동기를 부여할 수 있는 훈련계획을 수립하거나, 훈련방법, 재활로봇 기기개발을 위한 기본 정보를 제공할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (13)

  1. 화면을 표시하고 환자의 터치를 감지하는 터치스크린;
    상기 환자의 터치 감지를 서포트 하는 보조 센서; 및
    사전에 프로그래밍된 세션들 동안 상기 터치스크린에 타겟들을 표시하고, 상기 표시되는 타겟들에 발생하는 상기 환자의 터치에 상응하는 피드백을 제공하도록 상기 터치스크린을 제어하는 콘트롤러를 포함하고,
    상기 콘트롤러는
    테스트 세션 동안에 환자의 오른손 상지 또는 왼손 상지가 모두 사용되도록 상기 터치스크린의 일부 영역에서 타겟들이 표시되도록 상기 터치스크린을 제어하고,
    상기 표시되는 타겟들에 반응하는 상기 오른손 상지 또는 상기 왼손 상지 각각에 대한 움직임 시간을 측정하고, 상기 각각 측정된 움직임 시간을 상기 테스트 세션에 이어서 제공되는 트레이닝 세션에 이용하며,
    상기 트레이닝 세션 동안 상기 움직임 시간이 반영된 서로 다른 피드백으로서, 펄스 포지티브 피드백(false positive feedback) 또는 펄스 네거티브 피드백(false negative feedback)을 제공하되,
    상기 펄스 포지티브 피드백(false positive feedback)은 표시된 타겟이 사라진 직후의 마진 시간 내에 발생한 터치를 상기 표시된 타겟에 대한 터치로 인정하여 제공되는 피드백이고,
    상기 펄스 네거티브 피드백(false negative feedback)은 표시된 타겟이 사라지기 직전의 마진 시간 동안 발생한 터치를 상기 표시된 타겟에 대한 터치로 인정하지 않는 피드백인 것을 특징으로 하는 모티베이션 게임 시스템.
  2. 제1항에 있어서
    상기 콘트롤러는,
    상기 테스트 세션 동안 상기 오른손 상지 또는 상기 왼손 상지 중에서 손상측 상지에 가까운 영역에서부터 비손상측 상지의 방향에 위치하는 영역에서 상기 타겟들이 순차적으로 표시되도록 상기 터치스크린을 제어하는 모티베이션 게임 시스템.
  3. 제1항에 있어서
    상기 콘트롤러는,
    상기 터치스크린의 중심에서부터 방사형으로 멀어지는 방향 또는 상기 방사형의 외곽에서 상기 중심으로 모아지는 방향으로 상기 타겟들이 순차적으로 표시되도록 상기 터치스크린을 제어하는 모티베이션 게임 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서
    상기 콘트롤러는,
    상기 트레이닝 세션 동안 타겟이 표시 및 터치되도록 하는 블록들을 제공하되,
    상기 제공되는 전체의 블록들 중에서 먼저 제공되는 N개의 블록들에서는 상기 펄스 포지티브 피드백(false positive feedback)을 제공하고,
    상기 N개의 블록들 이후에 제공되는 M개의 블록들에서는 상기 펄스 네거티브 피드백(false negative feedback)을 제공하는 모티베이션 게임 시스템.
  6. 제1항에 있어서
    상기 콘트롤러는,
    손상측 상지의 영역에서 표시되는 타겟에 대해서는 상기 펄스 포지티브 피드백(false positive feedback)을 제공하여 동기부여를 제공하고,
    비손상측 상지의 영역에서 표시되는 타겟에 대해서는 상기 펄스 네거티브 피드백(false negative feedback)을 제공하여 손상측 상지의 사용을 촉진하는 것을 특징으로 하는 모티베이션 게임 시스템.
  7. 제1항에 있어서
    상기 콘트롤러는,
    상기 트레이닝 세션 동안 손상측 상지의 영역에서 표시되는 타겟에 발생하는 터치에 대해서 점수를 부여하고, 누적된 점수가 목표 점수를 초과하는 경우에 실시간으로 시각적인 바이오 피드백(bio-feedback)을 제공하도록 상기 터치스크린을 제어하고,
    상기 트레이닝 세션 종료 시 환자에 대한 현재까지의 점수를 사전에 등록된 다른 사용자와 공유하도록 하는 소셜 컴패러티브 피드백(social-comparative feedback)을 제공하는 모티베이션 게임 시스템.
  8. 제1항에 있어서
    상기 콘트롤러는,
    상기 트레이닝 세션 동안 복수의 블록들을 제공하되, 한 블록당 복수 회 타겟이 표시 및 터치되도록 설정하고, 최초의 블록은 상기 테스트 세션 동안 측정된 환자의 움직임 시간에 따라 난이도를 조절하고, 상기 최초의 블록 이후에 제공되는 블록들 중에서 현재의 블록은 직전의 블록에서 측정된 환자의 움직임 시간에 따라 난이도를 조절하는 것을 특징으로 하는 모티베이션 게임 시스템.
  9. 제1항에 있어서
    상기 콘트롤러는,
    상기 터치스크린에서 타겟들이 표시될 때 손등 또는 손바닥으로 표시되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모티베이션 게임 시스템.
  10. 사전에 프로그래밍된 세션들 동안 터치스크린에 타겟들을 표시하는 단계; 및
    상기 표시되는 타겟들에 발생하는 환자의 터치에 상응하는 피드백을 제공하도록 상기 터치스크린을 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 터치스크린을 제어하는 단계는 테스트 세션 및 트레이닝 세션을 순차적으로 제공하는 단계를 포함하되,
    상기 터치스크린을 제어하는 단계는 상기 테스트 세션 동안에 환자의 오른손 상지 또는 왼손 상지가 모두 사용되도록 상기 터치스크린의 일부 영역에서 타겟들이 표시되도록 상기 터치스크린을 제어하는 단계;
    상기 표시되는 타겟들에 반응하는 상기 오른손 상지 또는 상기 왼손 상지 각각에 대한 움직임 시간을 측정하고, 상기 각각 측정된 움직임 시간을 상기 테스트 세션에 이어서 제공되는 트레이닝 세션에 이용하는 단계를 포함하며,
    상기 트레이닝 세션 동안 상기 움직임 시간이 반영된 서로 다른 피드백으로서, 펄스 포지티브 피드백(false positive feedback) 또는 펄스 네거티브 피드백(false negative feedback)을 제공하는 단계를 더 포함하되,
    상기 펄스 포지티브 피드백(false positive feedback)은 표시된 타겟이 사라진 직후의 마진 시간 내에 발생한 터치를 상기 표시된 타겟에 대한 터치로 인정하여 제공되는 피드백이고,
    상기 펄스 네거티브 피드백(false negative feedback)은 표시된 타겟이 사라지기 직전의 마진 시간 동안 발생한 터치를 상기 표시된 타겟에 대한 터치로 인정하지 않는 피드백인 것을 특징으로 하는 모티베이션 게임 시스템의 동작 방법.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서
    상기 펄스 포지티브 피드백(false positive feedback) 또는 상기 펄스 네거티브 피드백(false negative feedback)을 제공하는 단계는,
    상기 제공되는 전체의 블록들 중에서 먼저 제공되는 N개의 블록들에서는 상기 펄스 포지티브 피드백(false positive feedback)을 제공하는 단계; 및
    상기 N개의 블록들 이후에 제공되는 M개의 블록들에서는 상기 펄스 네거티브 피드백(false negative feedback)을 제공하는 단계를 포함하는 모티베이션 게임 시스템의 동작 방법.
  13. 제10항에 있어서
    상기 펄스 포지티브 피드백(false positive feedback) 또는 상기 펄스 네거티브 피드백(false negative feedback)을 제공하는 단계는,
    손상측 상지의 영역에서 표시되는 타겟에 대해서 동기부여를 제공하기 위해 상기 펄스 포지티브 피드백(false positive feedback)을 제공하는 단계;
    비손상측 상지의 영역에서 표시되는 타겟에 대해서는 손상측 상지의 사용을 촉진하기 위해 상기 펄스 네거티브 피드백(false negative feedback)을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모티베이션 게임 시스템의 동작 방법.
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US20100179453A1 (en) * 2008-11-14 2010-07-15 University Of Southern California Upper Limb Measurement and Rehabilitation Method and System

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