KR102361952B1

KR102361952B1 - 상지 재활 가상현실 시스템

Info

Publication number: KR102361952B1
Application number: KR1020200158785A
Authority: KR
Inventors: 송원경; 신준호; 권순철; 안광옥
Original assignee: 대한민국
Priority date: 2020-11-24
Filing date: 2020-11-24
Publication date: 2022-02-15

Abstract

본 발명의 일 형태에 따른 상지 재활 가상현실 시스템은, 상지 편마비 환자를 위한 상지 재활 가상현실 시스템으로서, 환자의 환측의 손이 거치되는 환측 거치 장치; 환자의 건측의 손이 거치되는 건측 거치 장치; 상기 환측 거치 장치의 움직임과 상기 건측 거치 장치의 움직임을 감지하는 감지 장치; 상기 감지 장치의 감지 신호를 기반으로 하여 환측의 팔과 건측의 팔 중 적어도 하나의 움직임을 산출하고, 상기 산출된 움직임을 기반으로 하여 가상의 영상을 생성하는 제어 장치; 및 상기 제어 장치에 의해 생성된 상기 가상의 영상을 표시하는 웨어러블 디스플레이 장치; 를 포함하되, 상기 제어 장치는 환측의 팔과 건측의 팔 중 하나의 팔의 산출된 움직임을 다른 팔의 대칭적인 움직임으로 산출하여 가상의 영상으로 표시하도록 제어하는 미러 테라피 모드 및 환측의 팔의 움직임과 건측의 팔의 움직임을 독립적인 가상의 영상으로 표시하도록 제어하는 바이매뉴얼 모드 중 하나를 선택적으로 동작시킬 수 있다.

Description

상지 재활 가상현실 시스템{UPPER LIMB REHABILITATION VIRTUAL REALITY SYSTEM}

본 발명은 상지 재활 가상 현실 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 상지 편마비 환자를 위한 상지 재활 가상현실 시스템에 관한 것이다.

뇌졸중 또는 교통사고에 의해 뇌의 손상이 발생되면, 그 후유증으로 편마비(hemiplegia)가 발생될 수 있다. 편마비는 뇌의 손상으로 인해 손상된 뇌의 반대편 몸의 근육에 나타나는 마비를 의미한다.

의학 용어로 편마비 환자의 아픈 측은 환측이라 하고, 편마비 환자의 정상적인 측은 건측이라 한다. 이러한 편마비는 발병 후 대략 3개월 이내에 가장 많이 치료될 수 있으며, 6개월까지는 느리게 치료되나, 1년이 지나면 더 이상의 치료되기 어려울 수 있다. 즉, 편마비의 치료의 효과는 얼마나 빨리 재활치료를 받느냐에 달려있다.

편마비 치료를 위한 상지(UPPER LIMB) 편마비 재활치료는 대체적으로 물리치료사에 의하여 수행되나, 물리치료사가 상당한 육체적인 힘을 써야 하는 문제가 있다. 게다가, 상지 편마비 재활치료는 환자의 재활 동기와 의지가 중요하나, 편마비로 인하여 정신적인 고통을 받는 환자에게 반복적이고 기계적인 재활치료로 환자의 재활 동기를 부여하기에 곤란한 문제가 있다.

한편, 상지 편마비 치료를 위한 여러 상지 편마비 재활기구가 개발되고 있으나, 고가의 장비를 이용하게 되어 재활치료 비용이 증가하는 문제가 있고, 종래의 상지 편마비 재활기구는 환자의 상태를 고려하여 맞춤형 재활치료가 곤란하여 효과적인 재활치료를 수행하지 못하는 문제가 있다.

국내등록특허 제10- 1751448호(미러링 재활 로봇)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 물리치료사의 노고를 줄이면서 환자의 재활 동기를 증가시키는 상지 재활 가상현실 시스템을 제공하고자 한다.

또한, 편마비 재활기구의 비용을 줄여 환자에게 재활치료의 비용의 부담을 줄이면서도 환자의 상태에 따른 맞춤형 재활치료가 가능한 상지 재활 가상현실 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 형태에 따른 상지 재활 가상현실 시스템은, 상지 편마비 환자를 위한 상지 재활 가상현실 시스템으로서, 환자의 환측의 손이 거치되는 환측 거치 장치; 환자의 건측의 손이 거치되는 건측 거치 장치; 상기 환측 거치 장치의 움직임과 상기 건측 거치 장치의 움직임을 감지하는 감지 장치; 상기 감지 장치의 감지 신호를 기반으로 하여 환측의 팔과 건측의 팔 중 적어도 하나의 움직임을 산출하고, 상기 산출된 움직임을 기반으로 하여 가상의 영상을 생성하는 제어 장치; 및 상기 제어 장치에 의해 생성된 상기 가상의 영상을 표시하는 웨어러블 디스플레이 장치; 를 포함하되, 상기 제어 장치는 환측의 팔과 건측의 팔 중 하나의 팔의 산출된 움직임을 다른 팔의 대칭적인 움직임으로 산출하여 가상의 영상으로 표시하도록 제어하는 미러 테라피 모드 및 환측의 팔의 움직임과 건측의 팔의 움직임을 독립적인 가상의 영상으로 표시하도록 제어하는 바이매뉴얼 모드 중 하나를 선택적으로 동작시킬 수 있다.

이 때, 상지 재활 가상현실 시스템은, 상기 환측 거치 장치와 상기 건측 거치 장치를 결합시키는 탈착 장치를 더 포함할 수 있다.

이 때, 상기 탈착 장치는, 상기 환측 거치 장치에 구비되고, 자성을 발생시키는 제1 자성체; 상기 환측 거치 장치에 구비되고, 상기 제1 자성체의 반대편에 배치되고, 자성을 발생시키는 제2 자성체; 상기 건측 거치 장치에 구비되고, 상기 제1 자성체의 반대 자성을 발생시키는 제3 자성체; 및 상기 건측 거치 장치에 구비되고, 상기 제3 자성체의 반대편에 배치되고, 상기 제2 자성체의 반대 자성을 발생시키는 제4 자성체를 포함하고, 상기 환측 거치 장치는, 상기 제1 자성체와 상기 제3 자성체 또는 상기 제2 자성체와 상기 제4 자성체에 의해 상기 건측 거치 장치와 탈착 가능하게 결합될 수 있다.

이 때, 상기 제1 자성체 또는 상기 제3 자성체 중 적어도 하나는, 전원 공급에 따라 자성을 발생시키고, 상기 제2 자성체 또는 상기 제4 자성체 중 적어도 하나는, 전원 공급에 따라 자성을 발생시킬 수 있다.

이 때, 상기 제어 장치는, 상기 미러 테라피 모드인 경우, 상기 환측 거치 장치와 상기 건측 거치 장치가 분리되도록 상기 제1 자성체, 상기 제2 자성체, 상기 제3 자성체와 상기 제4 자성체의 자성을 제어할 수 있다.

이 때, 상기 제어 장치는, 상기 바이매뉴얼 모드인 경우, 상기 건측 거치 장치와 상기 환측 거치 장치가 결합되거나 분리되도록 상기 제1 자성체, 상기 제2 자성체, 상기 제3 자성체와 상기 제4 자성체의 자력을 제어할 수 있다.

이 때, 상기 감지 장치는, 환측의 팔의 움직임을 감지하기 위해 상기 환측 거치 장치, 환측의 팔꿈치와 환측의 상체에 장착되는 복수의 환측 트래킹 마크; 건측의 팔의 움직임을 감지하기 위해 상기 건측 거치 장치, 건측의 팔꿈치와 건측의 상체에 장착되는 복수의 건측 트래킹 마크; 및 상기 복수의 환측 트래킹 마크와 상기 복수의 건측 트래킹 마크를 둘러싸고, 상기 복수의 환측 트래킹 마크와 상기 복수의 건측 트래킹 마크의 위치를 감지하도록 감지 신호를 송수신하는 추적 장치를 포함할 수 있다.

이 때, 상기 감지 장치는, 환측의 팔의 움직임을 감지하기 위해 상기 환측 거치 장치, 환측의 팔꿈치와 환측의 상체에 장착되는 복수의 환측 센서; 및 건측의 팔의 움직임을 감지하기 위해 상기 건측 거치 장치, 건측의 팔꿈치와 건측의 상체에 장착되는 복수의 건측 센서를 포함하고, 상기 복수의 환측 센서와 상기 복수의 건측 센서는 위치 센서, 각도 센서, 3축 각속도 센서 또는 3축 가속도 센서 중 적어도 하나일 수 있다.

이 때, 상지 재활 가상현실 시스템은, 상기 미러 테라피 모드 및 상기 바이매뉴얼 모드를 선택하는 입력 신호를 상기 제어 장치에 전달하는 입력 장치를 더 포함할 수 있다.

이 때, 상기 환측 거치 장치에는 환측의 손의 제1 근전도신호를 측정하는 환측 근전도센서가 구비되고, 상기 건측 거치 장치에는 건측의 손의 제2 근전도신호를 측정하는 건측 근전도센서가 구비될 수 있다.

이 때, 상기 제어 장치는, 상기 환측 근전도센서의 상기 제1 근전도신호와 상기 건측 근전도센서의 상기 제2 근전도신호를 기반으로 하여, 상기 미러 테라피 모드 및 상기 바이매뉴얼 모드 중 하나를 동작시킬 수 있다.

이 때, 상지 재활 가상현실 시스템은, 환자의 신체에 부착되어 전류가 흐르는 전기 자극 장치를 더 포함할 수 있다.

이 때, 상기 제어 장치는, 상기 전기 자극 장치의 상기 전류의 량을 제어할 수 있다.

이 때, 상기 탈착 장치는, 상기 환측 거치 장치 또는 상기 건측 거치 장치 중 하나에 구비되는 걸림부; 및 상기 환측 거치 장치 또는 상기 건측 거치 장치 중 다른 하나에 구비되고, 상기 걸림부가 걸리는 걸림턱을 포함하고, 상기 환측 거치 장치는 상기 걸림부가 상기 걸림턱에 걸림에 따라, 상기 건측 거치 장치와 결합되거나 분리될 수 있다.

본 발명의 상지 재활 가상현실 시스템에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 환측을 가리기 위해 건측의 대칭되는 가상의 영상을 환측으로 제공하거나 건측을 가리기 위해 환측의 대칭되는 가상의 영상을 건측으로 제공하는 미러 테라피 모드와 건측과 환측의 팔의 움직임을 독립적인 가상의 영상을 표시하는 바이매뉴얼 모드가 선택적으로 구현됨으로써, 편마비 환자의 상태에 따라 맞춤형 재활 치료를 환자에게 제공할 수 있다.

둘째, 환측 또는 건측 중 하나의 팔의 움직임을 기반으로 하여 가상의 다양한 영상을 환자에게 제공함에 따라, 환자의 재활 치료의 동기를 높일 수 있게 되어 재활 치료의 효과를 증대한다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 재활 가상현실 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 재활 가상현실 시스템의 블록도이다.
도 3은 실제 환측과 건측을 나타내는 도면이다.
도 4는 건측의 가상 영상과 건측의 대칭적인 가상의 영상을 나타내는 도면이다.
도 5는 건측의 가상 영상과 건측의 대칭적인 가상의 영상이 동작되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 6은 환측의 가상 영상과 환측의 대칭적인 가상의 영상을 나타내는 도면이다.
도 7은 건측 거치 장치와 환측 거치 장치가 결합된 모습을 나타내는 도면이다.
도 8은 건측 거치 장치와 환측 거치 장치가 결합된 다른 모습을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 재활 가상현실 시스템의 동작 순서를 나타내는 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 상지 재활 가상현실 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 건측 거치 장치와 환측 거치 장치가 결합된 다른 구조를 나타내는 도면이다.
도 12는 도 11에 표시된 A부분을 확대한 도면이다.
도 13은 도 11의 건측 거치 장치와 환측 거치 장치가 분리된 모습을 나타내는 도면이다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 재활 가상현실 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 재활 가상현실 시스템의 블록도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 재활 가상현실 시스템(100)은 환측 거치 장치(110), 건측 거치 장치(120), 탈착 장치(130), 감지 장치(150), 제어 장치(170), 웨어러블 디스플레이 장치(140), 입력 장치(171) 및 전기 자극 장치(180)를 포함한다.

상기 환측 거치 장치(110)는 환자의 환측의 손이 거치된다. 상기 환측 거치 장치(110)는 아령(dumbbell) 형상으로 이루어진다. 다만, 상기 환측 거치 장치(110)는 아령 형상에 한정되지 않고, 장갑 형상과 같은 환자의 환측의 손이 거치되는 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 환측 거치 장치(110)는 소정의 중량을 가지는 금속 재질로 이루어진다. 다만, 상기 환측 거치 장치(110)는 금속 재질로 이루어지는 것에 한정되지 않고, 플라스틱 재질과 같이 가벼운 다양한 재질로 이루어질 수 있다.

상기 환측 거치 장치(110)는 제1 거치부(112), 상기 제1 거치부(112)의 일측으로부터 연장되는 제1 환측 플랜지부(111) 및 상기 제1 거치부(112)의 타측으로부터 연장되는 제2 환측 플랜지부(113)를 포함한다.

상기 제1 거치부(112)는 봉 형상으로 이루어진다. 이 때, 상기 제1 거치부(112)의 단면은 원형 또는 사각형과 같은 다각형으로 이루어질 수 있다. 환자의 환측의 손은 상기 제1 거치부(112)에 거치되거나 파지할 수 있다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 상기 제1 거치부(112)는 상기 제1 거치부(112)의 길이방향을 따라 늘어나거나 줄어들 수 있다.

상기 제1 환측 플랜지부(111)는 원통 형상으로 이루어진다. 다만, 상기 제1 환측 플랜지부(111)는 원통 형상으로 이루어지는 것에 한정되지 않고, 육면체와 같이 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.

상기 제2 환측 플랜지부(113)는 상기 제1 환측 플랜지부(111)와 대면하도록 구비된다. 이 때, 상기 제2 환측 플랜지부(113)의 크기와 형상은 상기 제1 환측 플랜지부(111)와 동일하다. 예를 들면, 상기 제1 환측 플랜지부(111)가 원통 형상으로 이루어진 경우, 상기 제2 환측 플랜지부(113)도 원통 형상으로 이루어진다.

상기 건측 거치 장치(120)는 환자의 건측의 손이 거치된다. 상기 건측 거치 장치(120)는 아령(dumbbell) 형상으로 이루어진다. 다만, 상기 건측 거치 장치(120)는 아령 형상에 한정되지 않고, 장갑 형상과 같은 환자의 건측의 손이 거치되는 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 건측 거치 장치(120)는 소정의 중량을 가지는 금속 재질로 이루어진다. 다만, 상기 건측 거치 장치(120)는 금속 재질로 이루어지는 것에 한정되지 않고, 플라스틱 재질과 같이 가벼운 다양한 재질로 이루어질 수 있다.

상기 건측 거치 장치(120)는 제2 거치부(122), 상기 제2 거치부(122)의 일측으로부터 연장되는 제1 건측 플랜지부(121) 및 상기 제2 거치부(122)의 타측으로부터 연장되는 제2 건측 플랜지부(123)를 포함한다.

상기 제2 거치부(122)는 봉 형상으로 이루어진다. 이 때, 상기 제2 거치부(122)의 단면은 원형 또는 사각형과 같은 다각형으로 이루어질 수 있다. 환자의 건측의 손은 상기 제2 거치부(122)에 거치되거나 파지할 수 있다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 상기 제2 거치부(122)는 상기 제2 거치부(122)의 길이방향을 따라 늘어나거나 줄어들 수 있다.

상기 제1 건측 플랜지부(121)는 원통 형상으로 이루어진다. 다만, 상기 제1 건측 플랜지부(121)는 원통 형상으로 이루어지는 것에 한정되지 않고, 육면체와 같이 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.

상기 제2 건측 플랜지부(123)는 상기 제1 건측 플랜지부(121)와 대면하도록 구비된다. 이 때, 상기 제2 건측 플랜지부(123)의 크기와 형상은 상기 제1 건측 플랜지부(121)와 동일하다. 예를 들면, 상기 제1 건측 플랜지부(121)가 원통 형상으로 이루어진 경우, 상기 제2 건측 플랜지부(123)도 원통 형상으로 이루어진다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 건측 거치 장치(120)는 상기 환측 거치 장치(110)와 동일한 형상으로 이루어진다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 상기 환측 거치 장치(110)의 중량은 상기 건측 거치 장치(120)의 중량보다 크다. 이에 따라, 환자는 환측의 손으로 건측 거치 장치(120)보다 가벼운 환측 거치 장치(110)를 이용함에 따라, 재활치료의 안전사고가 예방된다.

상기 탈착 장치(130)는 상기 환측 거치 장치(110)와 상기 건측 거치 장치(120)를 결합시킨다. 상기 탈착 장치(130)는 제1 자성체(131), 제2 자성체(132), 제3 자성체(133) 및 제4 자성체(134)를 포함한다.

상기 제1 자성체(131)는 상기 환측 거치 장치(110)의 상기 제1 환측 플랜지부(111)의 내부에 구비된다. 상기 제1 자성체(131)는 자성을 발생시킬 수 있다. 이 때, 상기 제1 자성체(131)는 전원 공급에 따라 자성을 발생시키는 전자석이다.

상기 제2 자성체(132)는 상기 환측 거치 장치(110)의 상기 제2 환측 플랜지부(113)의 내부에 구비된다. 즉, 상기 제2 자성체(132)는 상기 제1 거치부(112)를 사이에 두고 상기 제1 자성체(131)의 반대편에 배치된다. 상기 제2 자성체(132)는 자성을 발생시킬 수 있다. 이 때, 상기 제2 자성체(132)는 전원 공급에 따라 자성을 발생시키는 전자석이다.

상기 제3 자성체(133)는 상기 건측 거치 장치(120)의 상기 제1 건측 플랜지부(121)의 내부에 구비된다. 상기 제3 자성체(133)는 상기 제1 자성체(131)의 반대 자성을 발생시킬 수 있다. 이 때, 상기 제3 자성체(133)는 전원 공급에 따라 자성을 발생시키는 전자석이다.

상기 제3 자성체(133)는 자성에 의해 상기 제1 자성체(131)와 인력이 발생됨에 따라, 상기 환측 거치 장치(110)는 상기 건측 거치 장치(120)와 결합된다. 반대로, 상기 제1 자성체(131)의 자성 또는 상기 제3 자성체(133)의 자성이 발생되지 않으면, 상기 환측 거치 장치(110)는 상기 건측 거치 장치(120)와 분리된다.

상기 제4 자성체(134)는 상기 건측 거치 장치(120)의 상기 제2 건측 플랜지부(123)의 내부에 구비된다. 즉, 상기 제4 자성체(134)는 상기 제2 거치부(122)를 사이에 두고 상기 제3 자성체(133)의 반대편에 배치된다. 상기 제4 자성체(134)는 상기 제2 자성체(132)의 반대 자성을 발생시킬 수 있다. 이 때, 상기 제4 자성체(134)는 전원 공급에 따라 자성을 발생시키는 전자석이다.

상기 제4 자성체(134)는 자성에 의해 상기 제2 자성체(132)와 인력이 발생됨에 따라, 상기 환측 거치 장치(110)는 상기 건측 거치 장치(120)와 결합된다. 반대로, 상기 제2 자성체(132)의 자성 또는 상기 제4 자성체(134)의 자성이 발생되지 않으면, 상기 환측 거치 장치(110)는 상기 건측 거치 장치(120)와 분리된다.

상기 감지 장치(150)는 상기 환측 거치 장치(110)의 움직임과 상기 건측 거치 장치(120)의 움직임을 감지한다. 상기 감지 장치(150)는 환측의 팔의 움직임을 감지하기 위해 상기 환측 거치 장치(110), 환측의 팔꿈치와 환측의 상체에 장착되는 복수의 환측 트래킹 마크(161), 건측의 팔의 움직임을 감지하기 위해 상기 건측 거치 장치(120), 건측의 팔꿈치와 건측의 상체에 장착되는 복수의 건측 트래킹 마크(162) 및 상기 복수의 환측 트래킹 마크(161)와 상기 복수의 건측 트래킹 마크(162)의 위치를 감지하도록 감지 신호를 송수신하는 추적 장치(151, 152, 153, 154)를 포함한다.

상기 복수의 환측 트래킹 마크(161)는 제1 환측 트래킹 마크(161a), 제2 환측 트래킹 마크(161b), 제3 환측 트래킹 마크(161c), 제4 환측 트래킹 마크(161d), 제5 환측 트래킹 마크(161e) 및 제6 환측 트래킹 마크(161f)를 포함한다.

상기 제1 환측 트래킹 마크(161a)는 상기 환측 거치 장치(110)의 상기 제1 환측 플랜지부(111)의 일측에 부착된다.

상기 제2 환측 트래킹 마크(161b)는 상기 환측 거치 장치(110)의 상기 제1 환측 플랜지부(111)의 일측의 반대편인 타측에 부착된다.

상기 제3 환측 트래킹 마크(161c)는 상기 환측 거치 장치(110)의 상기 제2 환측 플랜지부(113)의 일측에 부착된다.

상기 제4 환측 트래킹 마크(161d)는 상기 환측 거치 장치(110)의 상기 제2 환측 플랜지부(113)의 일측의 반대편인 타측에 부착된다.

상기 제5 환측 트래킹 마크(161e)는 환자의 환측의 팔꿈치에 부착된다.

상기 제6 환측 트래킹 마크(161f)는 환자의 환측의 상체에 부착된다.

상기 복수의 건측 트래킹 마크(162)는 제1 건측 트래킹 마크(162a), 제2 건측 트래킹 마크(162b), 제3 건측 트래킹 마크(162c), 제4 건측 트래킹 마크(162d), 제5 건측 트래킹 마크(162e) 및 제6 건측 트래킹 마크(162f)를 포함한다.

상기 제1 건측 트래킹 마크(162a)는 상기 건측 거치 장치(120)의 상기 제1 건측 플랜지부(121)의 일측에 부착된다.

상기 제2 건측 트래킹 마크(162b)는 상기 건측 거치 장치(120)의 상기 제1 건측 플랜지부(121)의 일측의 반대편인 타측에 부착된다.

상기 제3 건측 트래킹 마크(162c)는 상기 건측 거치 장치(120)의 상기 제2 건측 플랜지부(123)의 일측에 부착된다.

상기 제4 건측 트래킹 마크(162d)는 상기 건측 거치 장치(120)의 상기 제2 건측 플랜지부(123)의 일측의 반대편인 타측에 부착된다.

상기 제5 건측 트래킹 마크(162e)는 환자의 건측의 팔꿈치에 부착된다.

상기 제6 건측 트래킹 마크(162f)는 환자의 건측의 상체에 부착된다.

상기 추적 장치(151, 152, 153, 154)는 상기 복수의 환측 트래킹 마크(161)와 상기 복수의 건측 트래킹 마크(162)를 둘러싼다. 상기 추적 장치(151, 152, 153, 154)는 제1 추적 장치(151), 제2 추적 장치(152), 제3 추적 장치(153) 및 제4 추적 장치(154)를 포함한다. 상기 추적 장치(151, 152, 153, 154)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 4개로 구성되며, 이외에 상기 감지 신호를 송수신하기 위해 5개 이상의 복수로 구성될 수 있다.

이 때, 상기 제1 추적 장치(151), 상기 제2 추적 장치(152), 상기 제3 추적 장치(153) 및 상기 제4 추적 장치(154)에 의해 둘러싸인 공간은 환측 영역(A)과 건측 영역(B)으로 구획된다. 여기서, 상기 환측 영역(A)은 상기 환측의 팔이 움직이는 공간을 의미하고, 상기 건측 영역(B)은 상기 건측의 팔이 움직이는 공간을 의미한다.

상기 추적 장치(151, 152, 153, 154)는 감지 신호를 상기 환측 영역(A)과 상기 건측 영역(B)으로 상기 감지 신호를 송수신한다. 이 때, 상기 감지 신호는 적외선과 같은 전자기파이고, 이외에 초음파와 같이 상기 복수의 환측 트래킹 마크(161)와 상기 복수의 건측 트래킹 마크(162)를 감지하는 다양한 신호일 수 있다.

상기 추적 장치(151, 152, 153, 154)는 환측의 손의 움직임을 상기 제1 환측 트래킹 마크(161a), 상기 제2 환측 트래킹 마크(161b), 상기 제3 환측 트래킹 마크(161c) 및 상기 제4 환측 트래킹 마크(161d)의 위치를 감지하는 상기 감지신호를 송수신한다. 이 때, 상기 제1 환측 트래킹 마크(161a), 상기 제2 환측 트래킹 마크(161b), 상기 제3 환측 트래킹 마크(161c)와 상기 제4 환측 트래킹 마크(161d)가 상기 환측의 손을 둘러싸도록 배치된다. 이에 따라, 상기 추적 장치(151, 152, 153, 154)는 상기 제1 환측 트래킹 마크(161a), 상기 제2 환측 트래킹 마크(161b), 상기 제3 환측 트래킹 마크(161c) 및 상기 제4 환측 트래킹 마크(161d)의 위치를 정밀하게 감지하여, 환측의 손의 움직임을 정밀하게 감지할 수 있다.

또한, 상기 추적 장치(151, 152, 153, 154)는 상기 제1 환측 트래킹 마크(161a), 상기 제2 환측 트래킹 마크(161b), 상기 제3 환측 트래킹 마크(161c) 및 상기 제4 환측 트래킹 마크(161d)의 위치와 더불어, 상기 제5 환측 트래킹 마크(161e)의 위치를 감지하여, 환측의 팔의 굽힘 정도와 상체로부터의 환측의 팔의 각도 등의 환측의 팔의 움직임을 정밀하게 감지할 수 있다.

또한, 상기 추적 장치(151, 152, 153, 154)는 상기 제1 환측 트래킹 마크(161a), 상기 제2 환측 트래킹 마크(161b), 상기 제3 환측 트래킹 마크(161c), 상기 제4 환측 트래킹 마크(161d)와 상기 제5 환측 트래킹 마크(161e)의 위치와 더불어, 상기 제6 환측 트래킹 마크(161f)의 위치를 감지하여, 환측의 팔의 움직임에 따라 상체의 움직임을 파악하게 되므로, 환측의 팔의 움직임을 정밀하게 감지할 수 있다.

마찬가지로, 상기 추적 장치(151, 152, 153, 154)는 건측의 손의 움직임을 상기 제1 건측 트래킹 마크(162a), 상기 제2 건측 트래킹 마크(162b), 상기 제3 건측 트래킹 마크(162c) 및 상기 제4 건측 트래킹 마크(162d)의 위치를 감지하는 상기 감지신호를 송수신한다. 이 때, 상기 제1 건측 트래킹 마크(162a), 상기 제2 건측 트래킹 마크(162b), 상기 제3 건측 트래킹 마크(162c)와 상기 제4 건측 트래킹 마크(162d)가 상기 건측의 손을 둘러싸도록 배치된다. 이에 따라, 상기 추적 장치(151, 152, 153, 154)는 상기 제2 건측 트래킹 마크(162a), 상기 제2 건측 트래킹 마크(162b), 상기 제3 건측 트래킹 마크(162c) 및 상기 제4 건측 트래킹 마크(162d)의 위치를 정밀하게 감지하여, 환측의 손의 움직임을 정밀하게 감지할 수 있다.

또한, 상기 추적 장치(151, 152, 153, 154)는 상기 제2 건측 트래킹 마크(162a), 상기 제2 건측 트래킹 마크(162b), 상기 제3 건측 트래킹 마크(162c) 및 상기 제4 건측 트래킹 마크(162d)의 위치와 더불어, 상기 제5 건측 트래킹 마크(162e)의 위치를 감지하여, 건측의 팔의 굽힘 정도와 상체로부터의 건측의 팔의 각도 등의 건측의 팔의 움직임을 정밀하게 감지할 수 있다.

또한, 상기 추적 장치(151, 152, 153, 154)는 상기 제1 건측 트래킹 마크(162a), 상기 제2 건측 트래킹 마크(162b), 상기 제3 건측 트래킹 마크(162c), 상기 제4 건측 트래킹 마크(162d)와 상기 제5 건측 트래킹 마크(162e)의 위치와 더불어, 상기 제6 건측 트래킹 마크(162f)의 위치를 감지하여, 건측의 팔의 움직임에 따라 상체의 움직임을 파악하게 되므로, 건측의 팔의 움직임을 정밀하게 감지할 수 있다.

상기 제어 장치(170)는 상기 감지 장치(150)와 전기적으로 연결되어 상기 감지 장치(150)로부터 감지 신호를 전달받는다. 상기 제어 장치(170)는 상기 감지 신호를 기반으로 하여 환측의 팔과 건측의 팔 중 적어도 하나의 움직임을 산출한다. 즉, 상기 제어 장치(170)는 환측의 팔의 움직임을 산출하거나 건축의 팔의 움직임을 산출한다.

이 때, 상기 제어 장치(170)는 환측의 팔과 건측의 팔 중 하나의 팔의 산출된 움직임을 다른 팔의 대칭적인 움직임으로 산출한다. 예를 들면, 상기 제어 장치(170)는 건측의 팔의 산출된 움직임을 기반으로 하여 건측의 팔의 대칭적인 움직임을 산출한다. 그리고, 상기 제어 장치(170)는 상기 건측의 팔의 산출된 움직임과 상기 건측의 팔의 산출된 대칭적인 움직임을 기반으로 하여 가상의 영상을 생성하는 미러 테라피 모드로 동작된다. 즉, 상기 제어 장치(170)는 환측의 팔의 움직임이 배제된 가상의 영상을 생성하여, 환자에게 환측의 팔의 움직임을 건측의 팔의 움직임으로 착각하도록 유도한다. 반대로, 상기 제어 장치(170)는 상기 환측의 팔의 산출된 움직임을 기반으로 하여 환측의 팔의 대칭적인 움직임을 산출한다. 그리고, 상기 제어 장치(170)는 상기 환측의 팔의 산출된 움직임과 상기 환측의 팔의 산출된 대칭적인 움직임을 기반으로 하여 가상의 영상을 생성한다. 즉, 상기 제어 장치(170)는 건측의 팔의 움직임이 배제된 가상의 영상을 생성하여, 환자에게 건측의 팔의 움직임을 환측의 팔의 움직임으로 착각하도록 유도한다.

또한, 상기 제어 장치(170)는 환측의 팔의 산출된 움직임과 건측의 팔의 산출된 움직임을 기반으로 하여 환측의 팔의 움직임과 건측의 팔의 움직임을 독립적인 가상의 영상으로 생성하는 바이매뉴얼 모드로 동작된다. 즉, 상기 제어 장치(170)의 바이매뉴얼 모드에서는, 상기 제어 장치(170)의 미러 테라피 모드와 달리, 환측의 팔의 움직임과 건측의 팔의 움직임을 개별적으로 가상의 영상으로 생성한다.

또한, 상기 제어 장치(170)는 상기 미러 테라피 모드와 상기 바이매뉴얼 모드가 선택적으로 동작된다. 이에 따라, 상기 상지 재활 가상현실 시스템(100)은 환자의 상태에 따라 환측의 움직임을 가리거나 건측의 움직임을 가리거나 또는 환측의 움직임과 건측의 움직임을 모두 보여주게 되어 재활치료의 효과를 높일 수 있다.

한편, 상기 제어 장치(170)는 상기 미러 테라피 모드인 경우, 상기 환측 거치 장치(110)와 상기 건측 거치 장치(120)가 분리되도록 상기 제1 자성체(131), 상기 제2 자성체(132), 상기 제3 자성체(133)와 상기 제4 자성체(134)의 자성을 제어한다. 예를 들면, 상기 제어 장치(170)는 상기 제1 자성체(131), 상기 제2 자성체(132), 상기 제3 자성체(133)와 상기 제4 자성체(134)의 전원의 공급을 제어한다.

또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 상기 환측 거치 장치(110)가 환자의 환측의 손이 아닌 건측의 손에 거치되고, 상기 건측 거치 장치(120)가 환자의 건측의 손이 아닌 환측의 손에 거치될 수 있다. 이 때, 상기 제어 장치(170)는 상기 환측 거치 장치(110)의 움직임과 상기 건측 거치 장치(120)의 움직임의 크기를 비교하여, 상기 환측 거치 장치(110)의 큰 움직임을 기반으로 건측의 팔의 움직임을 산출하고, 상기 건측 거치 장치(120)의 작은 움직임을 기반으로 환측의 팔의 움직임을 산출한다. 이에 따라, 환자가 상기 환측 거치 장치(110)와 상기 건측 거치 장치(120)를 반대로 거치한 경우에도, 상기 제어 장치(170)는 환측의 팔의 움직임과 건측의 팔의 움직임을 산출하게 되므로, 환자의 사용의 편의성이 확보된다.

상기 웨어러블 디스플레이 장치(140)는 환자의 머리에 착용되고, 환자의 안면에 가상의 영상을 표시한다. 상기 웨어러블 디스플레이 장치(140)는 예를 들어, 헤드 마운트 디스플레이(HMD; Head Mounted Display)이다. 또한, 상기 제어 장치(170)는 상기 웨어러블 디스플레이 장치(140)에 구비될 수 있다. 상기 웨어러블 디스플레이 장치(140)는 상기 제어 장치(170)와 전기적으로 연결된다. 상기 웨어러블 디스플레이 장치(140)는 상기 제어 장치(170)에 의해 생성된 상기 가상의 영상을 표시한다.

상기 입력 장치(171)는 상기 제어 장치(170)와 전기적으로 연결된다. 상기 입력 장치(171)는 상기 미러 테라피 모드 및 상기 바이매뉴얼 모드를 선택하는 입력 신호를 상기 제어 장치(170)에 전달한다. 상기 입력 장치(171)는 상기 건측 거치 장치(120)에 구비되어 환자의 누름 동작을 수행하는 버튼 구조로 이루어질 수 있다. 다만, 상기 입력 장치(171)는 상기 건측 거치 장치(120)에 구비되는 것에 한정되지 않고, 스마트폰과 같은 별도의 전자 장치에 해당될 수 있고, 별도의 전자 장치로 이루어진 상기 입력 장치(171)는 상기 제어 장치(170)에 무선적으로 상기 입력 신호를 전송할 수 있다.

상기 전기 자극 장치(180)는 환자의 신체에 부착된다. 예를 들면, 상기 전기 자극 장치(180)는 환자의 머리, 환측 또는 건측 등 적어도 하나에 부착된다. 상기 전기 자극 장치(180)는 환자의 신체에 부착되어 전류가 흐르도록 구비된다. 이에 따라, 상기 전기 자극 장치(180)는 환자의 뇌, 환측의 근육 또는 건측의 근육에 전기 자극을 가하여 재활치료의 효과를 높일 수 있다.

그리고, 상기 전기 자극 장치(180)는 상기 제어 장치(170)와 전기적으로 연결된다. 상기 제어 장치(170)는 상기 전기 자극 장치(180)가 부착된 신체의 부위 또는 환자의 상태에 따라 상기 전기 자극 장치(180)의 상기 전류의 량을 제어한다.

도 3은 실제 환측과 건측을 나타내는 도면이고, 도 4는 건측의 가상 영상과 건측의 대칭적인 가상의 영상을 나타내는 도면이고, 도 5는 건측의 가상 영상과 건측의 대칭적인 가상의 영상이 동작되는 모습을 나타내는 도면이다.

먼저, 도 3을 참조하면, 상기 환측 거치 장치(110)는 제1 고정 부재(114) 및 환측 근전도센서(115)를 포함하고, 상기 건측 거치 장치(120)는 제2 고정 부재(124) 및 건측 근전도센서(116)를 포함한다.

상기 제1 고정 부재(114)는 환측의 손을 상기 환측 거치 장치(110)에 고정시킨다. 상기 제1 고정 부재(114)는 밴드(band) 형상으로 이루어진다. 상기 제1 고정 부재(114)는 상기 환측의 손, 상기 제1 환측 플랜지부(111)와 상기 제2 환측 플랜지부(113)를 감싸면서 상기 환측 거치 장치(110)에 탈착 가능하게 결합된다. 다만, 상기 제1 고정 부재(114)는 밴드 형상으로 이루어진 것에 한정되지 않고, 상기 환측의 손을 상기 환측 거치 장치(110)에 고정시킬 수 있는 다양한 형상으로 이루어진다. 또한, 상기 제1 고정 부재(114)는 탄력성을 가진 고무 재질로 이루어질 수 있다.

상기 제1 고정 부재(114)는 환측의 손으로 상기 환측 거치 장치(110)를 잡지 못하는 경우, 환측의 손을 상기 환측 거치 장치(110)에 안정적으로 거치시킨다.

상기 제2 고정 부재(124)는 건측의 손을 상기 건측 거치 장치(120)에 고정시킨다. 상기 제2 고정 부재(124)는 밴드(band) 형상으로 이루어진다. 상기 제2 고정 부재(124)는 상기 건측의 손, 상기 제1 건측 플랜지부(121)와 상기 제2 건측 플랜지부(123)를 감싸면서 상기 건측 거치 장치(120)에 탈착 가능하게 결합된다. 다만, 상기 제2 고정 부재(124)는 밴드 형상으로 이루어진 것에 한정되지 않고, 상기 건측의 손을 상기 건측 거치 장치(120)에 고정시킬 수 있는 다양한 형상으로 이루어진다. 또한, 상기 제2 고정 부재(124)는 탄력성을 가진 고무 재질로 이루어질 수 있다.

상기 제2 고정 부재(124)는 건측의 손이 상기 건측 거치 장치(120)를 잡은 상태를 안정적으로 유지시킨다.

상기 환측 근전도센서(115)는 상기 제1 고정 부재(114)에 구비된다. 상기 환측 근전도센서(115)는 환측의 손의 제1 근전도신호를 측정한다. 다만, 상기 환측 근전도센서(115)는 상기 제1 고정 부재(114)에 구비되는 것에 한정되지 않고, 환측의 팔의 다양한 위치에 부착될 수 있다.

상기 건측 근전도센서(116)는 상기 제2 고정 부재(124)에 구비된다. 상기 건측 근전도센서(116)는 건측의 손의 제2 근전도신호를 측정한다. 다만, 상기 건측 근전도센서(116)는 상기 제2 고정 부재(124)에 구비되는 것에 한정되지 않고, 환측의 팔의 다양한 위치에 부착될 수 있다.

그리고, 상기 제어 장치(170, 도 2 참조)는, 상기 환측 근전도센서(115)의 상기 제1 근전도신호와 상기 건측 근전도센서(116)의 상기 제2 근전도신호를 기반으로 하여, 상기 미러 테라피 모드 및 상기 바이매뉴얼 모드 중 하나를 동작시킨다. 즉, 상기 제어 장치(170, 도 2 참조)는, 상기 제1 근전도신호와 상기 제2 근전도신호를 기반으로 하여, 환자의 상태를 판단한다. 예를 들면, 상기 제1 근전도신호가 상기 제2 근전도신호에 비하여 미약한 경우, 상기 바이매뉴얼 모드 중 상기 환측 거치 장치(110)와 상기 건측 거치 장치(120)가 결합된 상태에서, 환측의 손에 무리가 가해지지 않도록 환측의 손의 움직임을 점진적으로 강화하는 재활치료를 수행한다.

다음으로, 상기 제어 장치(170, 도 2 참조)는 도 3에 도시된 실제의 환측의 움직임과 건측의 움직임을 기반으로 하여, 가상의 영상을 생성한다. 그리고, 상기 웨어러블 디스플레이 장치(140, 도 1 참조)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 환측 화면(A1)과 건측 화면(B1)에는 상기 가상의 영상을 생성한다. 여기서, 상기 환측 화면(A1)에는 환자에게 환측의 움직임으로 착각하도록 가상의 환측의 움직임의 영상이 표시되고, 상기 건측 화면(B1)에는 환자에게 건측의 움직임으로 착각하도록 가상의 건측의 움직임의 영상이 표시된다.

상기 제어 장치(170, 도 2 참조)는 건측의 움직임을 기반으로 하여 상기 건측 화면(B1)에 표시하기 위한 건측의 가상의 영상을 생성한다. 그리고, 상기 제어 장치(170, 도 2 참조)는 상기 건측의 대칭적인 가상의 영상을 생성한다. 이 때, 상기 건측의 대칭적인 가상의 영상은 상기 환측 화면(A1)에 표시된다. 즉, 상기 환측 화면(A1)은 실제의 환측의 움직임을 가리면서 건측의 움직임과 유사하게 표시됨에 따라, 환자의 손상된 뇌세포의 기능을 다른 뇌세포가 대신하게 되는 뇌가소성을 촉진시킨다.

그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 환측 화면(A1)에는 환자는 상기 환측 화면(A1)에 표시된 건측의 대칭적인 가상의 영상과 상기 건측 화면(B1)에 표시된 건측의 가상의 영상을 따라 환측과 건측을 움직이는 재활 치료를 수행한다. 이 때, 상기 제어 장치(170, 도 2 참조)는 상기 환측 화면(A1)과 건측 화면(B1)에 상기 건측의 움직임에 대한 대칭적인 가상의 영상과 건측의 움직임에 대한 가상의 영상과 더불어, 학습 공간 또는 자연 공간과 같은 다양한 가상의 배경 화면을 표시하도록 제어하여 환자의 심리를 안정감을 제공한다.

또한, 상기 제어 장치(170, 도 2 참조)는 상기 환측 화면(A1)에 상기 가상의 영상에 의해 표시된 가상의 건측 거치 장치(120')를 대신하여 숟가락과 같은 일상생활의 영위에 필요한 다양한 가상의 물건의 형상을 표시하도록 제어하고, 마찬가지로, 상기 건측 화면(B1)에 상기 가상의 영상에 의해 표시된 건측 거치 장치(120)를 대신하여 다양한 가상의 물건의 형상을 표시하도록 제어할 수 있다.

도 6은 환측의 가상 영상과 환측의 대칭적인 가상의 영상을 나타내는 도면이다.

상기 제어 장치(170, 도 2 참조)는 도 3에 도시된 실제의 환측의 움직임과 건측의 움직임을 기반으로 하여, 상기 환측 화면(A1)에 표시하기 위한 환측의 가상의 영상을 생성한다. 그리고, 상기 제어 장치(170, 도 2 참조)는 상기 환측의 대칭적인 가상의 영상을 생성한다. 이 때, 도 4에 도시된 환측 화면(A1)과 건측 화면(B1)과 달리, 상기 환측 화면(A1)에는 상기 환측의 가상의 영상이 표시되고, 상기 건측 화면(B1)에는 상기 환측의 대칭적인 가상의 영상이 표시된다. 즉, 건측 화면(B1)에는 건측의 움직임을 가리게 됨에 따라, 환자가 환측의 움직임만을 중점적으로 보게 되어 환자의 뇌가 인지하는 착각 정도를 증대에 따른 뇌가소성을 촉진한다.

도 7은 건측 거치 장치와 환측 거치 장치가 결합된 모습을 나타내는 도면이다.

먼저, 상기 제어 장치(170, 도 2 참조)는 환측의 움직임을 기반으로 하여 환측의 가상의 영상을 생성하고, 건측의 움직임을 기반으로 하여 건측의 가상의 영상을 생성하는 바이매뉴얼 모드로 동작된다.

그리고, 상기 제어 장치(170, 도 2 참조)는 환측의 가상의 영상을 상기 환측 화면(A1)에 표시하도록 제어하고, 건측의 가상의 영상을 상기 건측 화면(B1)에 표시하도록 제어한다.

이 때, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 환측 거치 장치(110)는, 상기 제1 자성체(131)와 상기 제3 자성체(133)에 의한 인력에 의해 상기 건측 거치 장치(120)와 결합된다. 그리고, 상기 환측 거치 장치(110)와 상기 건측 거치 장치(120)가 결합됨에 따라, 환자가 환측 거치 장치(110)와 건측 거치 장치(120)를 통해 환측의 움직임과 건측의 움직임을 대칭적으로 수행하게 된다. 즉, 환측의 움직임과 건측의 움직임을 대칭적으로 수행하게 되어, 뇌의 인지 능력을 개선하는 뇌가소성을 촉진한다.

또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 상기 환측 거치 장치(110)와 상기 건측 거치 장치(120)는 별도의 웨어러블 로봇 장치에 연결되어 구동력을 제공받아 동작될 수 있다.

도 8은 건측 거치 장치와 환측 거치 장치가 결합된 다른 모습을 나타내는 도면이다.

도 8을 참조하면, 상기 환측 거치 장치(110)의 상기 제1 환측 플랜지부(111)는 상기 제1 자성체(131)와 상기 제3 자성체(133)의 인력에 의해 상기 건측 거치 장치(120)의 상기 제1 건측 플랜지부(121)와 결합된다.

그리고, 상기 환측 거치 장치(110)의 상기 제2 환측 플랜지부(113)는 상기 제2 자성체(132)와 상기 제4 자성체(134)의 인력에 의해 상기 건측 거치 장치(120)의 상기 제2 건측 플랜지부(123)와 결합된다.

상기 제1 환측 플랜지부(111)가 상기 제1 건측 플랜지부(121)와 결합되면서 동시에 상기 제2 환측 플랜지부(113)가 상기 제2 건측 플랜지부(123)와 결합됨에 따라, 상기 환측 거치 장치(110)가 상기 건측 거치 장치(120)와 안정적으로 결합된다.

또한, 상기 제1 환측 플랜지부(111)가 상기 제1 건측 플랜지부(121)와 결합되면서 상기 제2 환측 플랜지부(113)가 상기 제2 건측 플랜지부(123)와 결합됨에 따라, 상기 환측 거치 장치(110)는 상기 건측 거치 장치(120)와 나란하게 배치된다. 상기 환측 거치 장치(110)가 상기 건측 거치 장치(120)와 나란하게 배치됨에 따라, 환측의 손과 건측의 손이 서로 모아지게 된다.

이 때, 상기 제어 장치(170, 도 7 참조)는 상기 환측 거치 장치(110)와 상기 건측 거치 장치(120)를 대신하여 다른 물체의 가상의 영상으로 표시하도록 제어한다. 예를 들면, 상기 다른 물체는 성화봉송용 성화봉이고, 환자는 가상의 영상인 성화봉을 들어올리는 움직임을 통해 재활치료를 수행한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 재활 가상현실 시스템의 동작 순서를 나타내는 흐름도이다.

도 9를 참조하면, 상기 제어 장치(170, 도 2 참조)는 상기 바이매뉴얼 모드(S120), 건측의 이미지를 대칭적으로 표시하는 미러 테라피 모드(S140) 및 환측의 이미지를 대칭적으로 표시하는 미러 테라피 모드(S150) 중 하나가 선택된다. 여기서, 이미지는 영상을 지칭한다.

먼저, 상기 제어부(170, 도 2 참조)는 상기 환측 거치 장치(110, 도 1 참조)와 상기 건측 거치 장치(120, 도 1 참조)의 결합 여부를 판단하는 단계(S110)를 수행한다.

상기 환측 거치 장치(110, 도 1 참조)가 상기 건측 거치 장치(120, 도 1 참조)와 결합된 경우, 상기 제어 장치(170, 도 7 참조)는 환측의 이미지와 건측의 이미지를 독립적으로 표시하는 바이매뉴얼 모드(S120)를 수행한다.

또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 상기 바이매뉴얼 모드(S120)는 반드시 상기 환측 거치 장치(110, 도 1 참조)가 상기 건측 거치 장치(120, 도 1 참조)와 결합된 경우에만 한정되지 않고, 상기 환측 거치 장치(110, 도 1 참조)가 상기 건측 거치 장치(120, 도 1 참조)와 분리된 상태에서, 환측의 움직임의 가상 이미지와 건측의 움직임의 이미지를 비대칭적으로 표시하도록 수행된다.

상기 제어 장치(170, 도 7 참조)는 상기 건측의 대칭적인 이미지와 상기 환측의 대칭적인 이미지 중 하나를 선택하기 위하여 상기 건측의 대칭적인 이미지를 환측에 제공여부를 판단하는 단계(S130)를 수행한다.

상기 제어 장치(170, 도 7 참조)는 상기 건측의 대칭적인 이미지를 환측에 제공여부에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 건측의 이미지를 대칭적으로 표시하는 미러 테라피 모드(S150)를 수행한다.

또한, 제어 장치(170, 도 7 참조)는 상기 환측의 대칭적인 이미지를 건측에 제공여부에 따라, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 환측의 이미지를 대칭적으로 표시하는 미러 테라피 모드(S150)를 수행한다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 상지 재활 가상현실 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 재활 가상현실 시스템(200)은 환측 거치 장치(210), 건측 거치 장치(220), 감지 장치(260), 제어 장치(170, 도 2 참조) 및 웨어러블 디스플레이 장치(240)를 포함하고, 전술한 실시예의 구성요소와 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 설명은 전술한 설명을 대체하기로 하고, 감지 장치(260)를 중점적으로 설명하기로 한다.

상기 감지 장치(260)는 복수의 환측 센서(261a, 261b, 261c, 261d) 및 복수의 건측 센서(262a, 262b, 262c, 262d)를 포함한다. 여기서, 상기 복수의 환측 센서(261a, 261b, 261c, 261d)와 상기 복수의 건측 센서(262a, 262b, 262c, 262d)는 위치 센서, 각도 센서, 3축 각속도 센서 또는 3축 가속도 센서 중 적어도 하나일 수 있다.

상기 복수의 환측 센서(261a, 261b, 261c, 261d)는 제1 환측 센서(261a), 제2 환측 센서(261b), 제3 환측 센서(261c) 및 제4 환측 센서(261d)를 포함한다.

상기 제1 환측 센서(261a)는 상기 환측 거치 장치(210)의 일측에 배치되고, 상기 제2 환측 센서(261b)는 상기 환측 거치 장치(210)의 타측에 배치된다. 상기 제1 환측 센서(261a)와 상기 제2 환측 센서(261b)는 환측의 손의 위치와 움직임을 정밀하게 감지한다.

상기 제3 환측 센서(261c)는 상기 환측의 팔꿈치에 부착된다. 상기 제3 환측 센서(261c)는 상기 제1 환측 센서(261a)와 상기 제2 환측 센서(261b)와 함께 환측의 팔의 위치와 움직임을 감지한다.

상기 제4 환측 센서(261d)는 상기 환측의 상체에 부착된다. 상기 제4 환측 센서(261d)는 환측의 팔의 움직임에 따른 환측의 상체의 움직임을 감지하여, 상기 제3 환측 센서(261c)에 의해 감지된 환측의 팔의 움직임에 대한 감지 신호를 상기 제4 환측 센서(261d)에 의해 감지된 환측의 상체의 움직임을 고려하여 보정한다.

상기 복수의 건측 센서(262a, 262b, 262c, 262d)는 제1 건측 센서(262a), 제2 건측 센서(262b), 제3 건측 센서(262c) 및 제4 건측 센서(262d)를 포함한다.

상기 제1 건측 센서(262a)는 상기 건측 거치 장치(220)의 일측에 배치되고, 상기 제2 건측 센서(262b)는 상기 건측 거치 장치(220)의 타측에 배치된다. 상기 제1 건측 센서(262a)와 상기 제2 건측 센서(262b)는 건측의 손의 위치와 움직임을 정밀하게 감지한다.

상기 제3 건측 센서(262c)는 상기 건측의 팔꿈치에 부착된다. 상기 제3 건측 센서(262c)는 상기 제1 건측 센서(262a)와 상기 제2 건측 센서(262b)와 함께 건측의 팔의 위치와 움직임을 감지한다.

상기 제4 건측 센서(262d)는 상기 건측의 상체에 부착된다. 상기 제4 건측 센서(262d)는 건측의 팔의 움직임에 따른 건측의 상체의 움직임을 감지하여, 상기 제3 건측 센서(262c)에 의해 감지된 건측의 팔의 움직임에 대한 감지 신호를 상기 제4 건측 센서(262d)에 의해 감지된 환측의 상체의 움직임을 고려하여 보정한다.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 건측 거치 장치와 환측 거치 장치가 결합된 다른 구조를 나타내는 도면이고, 도 12는 도 11에 표시된 A부분을 확대한 도면이고, 도 13은 도 11의 건측 거치 장치와 환측 거치 장치가 분리된 모습을 나타내는 도면이다.

도 11 내지 도 13을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상지 재활 가상현실 시스템은 환측 거치 장치(110'), 건측 거치 장치(120'), 탈착 장치(130, 도 2 참조), 감지 장치(150, 도 2 참조), 제어 장치(170, 도 2 참조) 및 웨어러블 디스플레이 장치(140, 도 2 참조)를 포함하고, 전술한 실시예의 구성요소와 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 설명은 전술한 설명으로 대체하고, 환측 거치 장치(110'), 건측 거치 장치(120') 및 탈착 장치(130, 도 2 참조)를 중점적으로 설명하기로 한다.

상기 환측 거치 장치(110')는 전술한 실시예와 달리, 상기 환측 거치 장치(110')의 내부에 자성체를 구비하지 않는다. 마찬가지로, 상기 건측 거치 장치(120')는 전술한 실시예에 달리, 상기 건측 거치 장치(120')의 내부에 자성체를 구비하지 않는다.

상기 탈착 장치(130, 도 2 참조)는 걸림부(114') 및 상기 걸림부(114')가 걸리는 걸림턱(124')를 포함한다.

상기 걸림부(114')는 상기 환측 거치 장치(110') 또는 상기 건측 거치 장치(120') 중 하나에 구비된다. 예를 들면, 상기 걸림부(114')는 상기 환측 거치 장치(110')의 제1 환측 플랜지부(111'), 상기 환측 거치 장치(110')의 환측 제2 플랜지부(113'), 상기 건측 거치 장치(120')의 제1 건측 플랜지부(121'), 상기 건측 거치 장치(120')의 제2 건측 플랜지부(123') 중 적어도 하나에 구비된다. 설명의 편의를 위해, 도 11 내지 도 13에서는 상기 걸림부(114')가 상기 환측 거치 장치(110')의 상기 환측 플랜지부(111')와 상기 환측 거치 장치(110')의 환측 제2 플랜지부(113')에 구비된 것을 표시하였을 뿐, 상기 걸림부(114')는 상기 건측 거치 장치(120')의 제1 건측 플랜지부(121')와 상기 건측 거치 장치(120')의 제2 건측 플랜지부(123')에 구비될 수 있다.

상기 걸림부(114')는 상기 제1 환측 플랜지부(111')의 외측면으로부터 돌출되고, 고리 형상으로 이루어진다.

상기 걸림턱(124')은 상기 환측 거치 장치(110') 또는 상기 건측 거치 장치(120') 중 다른 하나에 구비된다. 예를 들면, 상기 걸림부(121a)가 상기 환측 거치 장치(110')에 구비되는 경우, 상기 걸림턱(124')은 상기 건측 거치 장치(120')에 구비된다. 반대로, 상기 걸림부(121a)가 상기 건측 거치 장치(120')에 구비되는 경우, 상기 걸림턱(124')은 상기 환측 거치 장치(110')에 구비된다.

상기 건측 거치 장치(120')에는 상기 걸림부(114')가 일차적으로 삽입되는 제1 걸림홈(121a')이 형성된다. 그리고, 상기 건측 거치 장치(120')에는 상기 제1 걸림홈(121a')과 수직 방향으로 연통되는 상기 제2 걸림홈(121b')이 형성된다. 이 때, 상기 걸림턱(124)는 상기 제2 걸림홈(121b')에 구비된다. 그리고, 상기 걸림부(114')의 단부(111b')는 상기 걸림턱(124)에 걸리면, 상기 환측 거치 장치(110')는 상기 건측 거치 장치(120')와 결합된다.

그리고, 상기 제1 걸림홈(121a')에는 상기 걸림부(114')가 상기 제1 걸림홈(121a)에서 이탈되는 것을 방지하는 스토퍼(121e')가 구비된다. 상기 스토퍼(121e')의 일측에는 스프링(121d')이 접촉된다. 상기 스프링(121d')은 상기 스토퍼(121e')를 상기 환측 거치 장치(110')를 향하는 방향으로 가압한다.

이 때, 상기 건측 거치 장치(120')에는 상기 제1 걸림홈(121a')과 연통되면서 상기 건측 거치 장치(120')의 외측으로 개구된 스토퍼홈(121c')이 형성된다.

상기 스토퍼(121e')에는 상기 스토퍼홈(121c')을 따라 연장되면서 상기 건측 거치 장치(120')의 외측에 돌출된 조작부(121f')가 형성된다.

도 13에 도시된 바와 같이, 상기 조작부(121f')는 상기 스토퍼(121e')가 상기 스프링(121d')을 가압하는 방향으로 이동되면, 상기 스토퍼(121e')는 상기 걸림부(114')와 이격된다. 이 때, 상기 환측 거치 장치(110')가 상기 걸림부(114')의 단부(111b')가 돌출된 방향과 반대 방향으로 이동되면, 상기 걸림부(114')가 상기 걸림턱(124')의 걸림으로부터 해제된다. 그리고, 상기 환측 거치 장치(110')는 상기 건측 거치 장치(120')와 분리된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

100: 상지 재활 가상현실 시스템 110: 환측 거치 장치
120: 건측 거치 장치 130: 탈착 장치
140: 웨어러블 디스플레이 장치 150: 감지 장치
170: 제어 장치

Claims

상지 편마비 환자를 위한 상지 재활 가상현실 시스템으로서,
환자의 환측의 손이 거치되는 환측 거치 장치;
환자의 건측의 손이 거치되는 건측 거치 장치;
상기 환측 거치 장치의 움직임과 상기 건측 거치 장치의 움직임을 감지하는 감지 장치;
상기 감지 장치의 감지 신호를 기반으로 하여 환측의 팔과 건측의 팔 중 적어도 하나의 움직임을 산출하고, 상기 산출된 움직임을 기반으로 하여 가상의 영상을 생성하는 제어 장치; 및
상기 제어 장치에 의해 생성된 상기 가상의 영상을 표시하는 웨어러블 디스플레이 장치; 를 포함하되,
상기 제어 장치는 환측의 팔과 건측의 팔 중 하나의 팔의 산출된 움직임을 다른 팔의 대칭적인 움직임으로 산출하여 가상의 영상으로 표시하도록 제어하는 미러 테라피 모드 및 환측의 팔의 움직임과 건측의 팔의 움직임을 독립적인 가상의 영상으로 표시하도록 제어하는 바이매뉴얼 모드 중 하나를 선택적으로 동작시키는, 상지 재활 가상현실 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 환측 거치 장치와 상기 건측 거치 장치를 결합시키는 탈착 장치를 더 포함하는, 상지 재활 가상현실 시스템.
제2 항에 있어서,
상기 탈착 장치는,
상기 환측 거치 장치에 구비되고, 자성을 발생시키는 제1 자성체;
상기 환측 거치 장치에 구비되고, 상기 제1 자성체의 반대편에 배치되고, 자성을 발생시키는 제2 자성체;
상기 건측 거치 장치에 구비되고, 상기 제1 자성체의 반대 자성을 발생시키는 제3 자성체; 및
상기 건측 거치 장치에 구비되고, 상기 제3 자성체의 반대편에 배치되고, 상기 제2 자성체의 반대 자성을 발생시키는 제4 자성체를 포함하고,
상기 환측 거치 장치는, 상기 제1 자성체와 상기 제3 자성체 또는 상기 제2 자성체와 상기 제4 자성체에 의해 상기 건측 거치 장치와 탈착 가능하게 결합되는, 상지 재활 가상현실 시스템.
제3 항에 있어서,
상기 제1 자성체 또는 상기 제3 자성체 중 적어도 하나는, 전원 공급에 따라 자성을 발생시키고,
상기 제2 자성체 또는 상기 제4 자성체 중 적어도 하나는, 전원 공급에 따라 자성을 발생시키는, 상지 재활 가상현실 시스템.
제4 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 미러 테라피 모드인 경우, 상기 환측 거치 장치와 상기 건측 거치 장치가 분리되도록 상기 제1 자성체, 상기 제2 자성체, 상기 제3 자성체와 상기 제4 자성체의 자성을 제어하는, 상지 재활 가상현실 시스템.
제5 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 바이매뉴얼 모드인 경우, 상기 건측 거치 장치와 상기 환측 거치 장치가 결합되거나 분리되도록 상기 제1 자성체, 상기 제2 자성체, 상기 제3 자성체와 상기 제4 자성체의 자력을 제어하는, 상지 재활 가상현실 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 감지 장치는,
환측의 팔의 움직임을 감지하기 위해 상기 환측 거치 장치, 환측의 팔꿈치와 환측의 상체에 장착되는 복수의 환측 트래킹 마크;
건측의 팔의 움직임을 감지하기 위해 상기 건측 거치 장치, 건측의 팔꿈치와 건측의 상체에 장착되는 복수의 건측 트래킹 마크; 및
상기 복수의 환측 트래킹 마크와 상기 복수의 건측 트래킹 마크를 둘러싸고, 상기 복수의 환측 트래킹 마크와 상기 복수의 건측 트래킹 마크의 위치를 감지하도록 감지 신호를 송수신하는 추적 장치를 포함하는, 상지 재활 가상현실 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 감지 장치는,
환측의 팔의 움직임을 감지하기 위해 상기 환측 거치 장치, 환측의 팔꿈치와 환측의 상체에 장착되는 복수의 환측 센서; 및
건측의 팔의 움직임을 감지하기 위해 상기 건측 거치 장치, 건측의 팔꿈치와 건측의 상체에 장착되는 복수의 건측 센서를 포함하고,
상기 복수의 환측 센서와 상기 복수의 건측 센서는 위치 센서, 각도 센서, 3축 각속도 센서 또는 3축 가속도 센서 중 적어도 하나인, 상지 재활 가상현실 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 미러 테라피 모드 및 상기 바이매뉴얼 모드를 선택하는 입력 신호를 상기 제어 장치에 전달하는 입력 장치를 더 포함하는, 상지 재활 가상현실 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 환측 거치 장치에는 환측의 손의 제1 근전도신호를 측정하는 환측 근전도센서가 구비되고,
상기 건측 거치 장치에는 건측의 손의 제2 근전도신호를 측정하는 건측 근전도센서가 구비되는, 상지 재활 가상현실 시스템.
제10 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 환측 근전도센서의 상기 제1 근전도신호와 상기 건측 근전도센서의 상기 제2 근전도신호를 기반으로 하여, 상기 미러 테라피 모드 및 상기 바이매뉴얼 모드 중 하나를 동작시키는, 상지 재활 가상현실 시스템.
제1 항에 있어서,
환자의 신체에 부착되어 전류가 흐르는 전기 자극 장치를 더 포함하는, 상지 재활 가상현실 시스템.
제12 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 전기 자극 장치의 상기 전류의 량을 제어하는, 상지 재활 가상현실 시스템.
제2 항에 있어서,
상기 탈착 장치는,
상기 환측 거치 장치 또는 상기 건측 거치 장치 중 하나에 구비되는 걸림부; 및
상기 환측 거치 장치 또는 상기 건측 거치 장치 중 다른 하나에 구비되고, 상기 걸림부가 걸리는 걸림턱을 포함하고,
상기 환측 거치 장치는 상기 걸림부가 상기 걸림턱에 걸림에 따라, 상기 건측 거치 장치와 결합되거나 분리되는, 상지 재활 가상현실 시스템.