KR102664217B1

KR102664217B1 - 하지 마비 환자를 위한 재활 의료 시스템 및 이에 포함된 키오스크

Info

Publication number: KR102664217B1
Application number: KR1020230173534A
Authority: KR
Inventors: 양준우
Original assignee: 양준우
Priority date: 2023-12-04
Filing date: 2023-12-04
Publication date: 2024-05-10

Abstract

하지 마비 환자를 위한 재활 의료 시스템 및 이에 포함된 키오스크가 개시된다. 상기 시스템에 포함된 하지 마비 환자를 위한 재활 의료 기기는, 환자의 등을 지지하는 백플레이트; 상기 백플레이트와 결합하고 상기 백플레이트의 하중을 지지하는 하중지지부; 상기 하중지지부와 물리적으로 연결되어 지면에서 상기 하중지지부를 지지하는 거치부; 및 상기 백플레이트의 상측과 결합되어 상기 백플레이트를 소정의 각도로 회전시키고 상기 하중지지부의 하단까지 연장 형성된 메인바디부;를 포함한다.

Description

하지 마비 환자를 위한 재활 의료 시스템 및 이에 포함된 키오스크{REHABILITATION MEDICAL SYSTEM FOR PARALYZED PATIENTS AND KIOSK INCLUDED THEREIN}

본 발명은 하지 마비 환자를 위한 재활 의료 시스템 및 이에 포함된 키오스크에 관한 것이다.

노인인구의 증가와 함께 국내 재활 의료기기 시장 규모는 2020년 기준으로 2조 4천억원 이상의 규모에 이른 이래로 지속적으로 상승하고 있다. 향후에도 인구 노령화 현상이 가속화됨에 따라 노인 인구의 증가가 예상되고 있고, 이러한 노년층을 수용하기 위한 노인 복지 시설과 장애인 시설의 수요 또한 증가세에 있다.

한편, 이러한 노년층은 노화로 인한 하지 근력 저하로 인해 하지 마비에 이르거나 하지마비에 준하는 재활이 필요하며, 노년층 이외에도 각종 사고 등으로 인한 뇌손상, 척추 손상 등으로 인하여 하지 마비에 따른 재활 환자의 비중이 높은 실정이다.

현재 하지 재활 의료기기는 착용형 끈이나 하네스 등을 이용하여 환자를 고정시키고, 환자를 위에서 들고 있는 상태에서(또는 환자가 지지봉으로 몸을 기댄 상태에서) 보행을 유도하는 형태가 대부분이지만 환자가 실제 걷는 환경과 상이한 환경으로 고정된 상태에서 보행 운동을 유도하기 때문에 재활 성과가 늦게 나오거나 효율이 떨어지는 문제가 있다.

또한, 일부 하지 재활 의료기기는 환자가 침상형 베드에 누운 상태에서 일정한 경사를 주는 방식으로 보행 운동을 유도하기도 하지만, 이 경우 침상형 베드에서 경사를 갖고 있어 환자를 머리쪽에서 당겨줄 수 있는 착용형 끈 등이 여전히 필요하고, 발쪽에 경사를 주는 회전축이 있어 정상적인 보행을 방해한다.

또한, 환자의 자연스러운 보행 운동을 유도하더라도 실제로는 환자의 일방향 다리 운동이나 선형 운동에 불과한 경우가 많아 실제 전후상하로 자유롭게 걷는 훈련이 용이하지 않은 경우가 많다.

또한, 기존의 하지 재활 의료기기는 단순히 환자의 보행 운동을 보조하는 역할에 그치기 때문에 환자가 어느정도의 자력으로 보행운동을 하고 있는지에 대한 모니터링이 불가능하고, 실질적으로 이를 관찰하고 운동을 유도하는 전문가의 지도가 필수적인 상황이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 하지 마비 환자를 위한 재활 의료 시스템 및 이에 포함된 키오스크를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은, 하지 마비 환자를 위한 재활 의료 기기를 제공한다.

상기 하지 마비 환자를 위한 재활 의료 기기는, 환자의 등을 지지하는 백플레이트; 상기 백플레이트와 결합하고 상기 백플레이트의 하중을 지지하는 하중지지부; 상기 하중지지부와 물리적으로 연결되어 지면에서 상기 하중지지부를 지지하는 거치부; 및 상기 백플레이트의 상측과 결합되어 상기 백플레이트를 소정의 각도로 회전시키고 상기 하중지지부의 하단까지 연장 형성된 메인바디부;를 포함한다.

상기 메인바디부는, 상기 백플레이트의 상측이 소정의 각도로 회전 지지될 수 있도록 상기 백플레이트의 상측과 인접한 내측에서 상기 백플레이트의 회전 방향을 따라 연장 형성된 호(arc) 형상의 내측홈을 포함한다.

상기 메인바디부는 소정의 두께를 갖고 정면을 향해 개방된 반원형의 형상으로 형성된다.

상기 백플레이트의 상측은 상기 내측홈의 내부에 끼움 결합되어 상기 내측홈을 따라 이동 가능하도록 구성된 돌출회전부;가 배치되고, 상기 돌출회전부는 상기 내측홈과 접하는 부분보다 상기 내측홈의 내부에서 상대적으로 볼록하게 형성됨으로써 상기 내측홈에서 이탈하지 않으면서 상기 내측홈을 따라 이동한다.

상기 하지 마비 환자를 위한 재활 의료 기기는, 상기 백플레이트를 상기 하중지지부와 물리적으로 연결하는 연결부;를 더 포함하되, 상기 연결부는 원기둥형으로 형성되어 상기 백플레이트와 상기 하중지지부를 연결할 수 있다.

상기 연결부는, 상기 백플레이트와 소정의 각도로 회전 가능하도록 결합된다.

상기와 같은 본 발명에 따른 하지 마비 환자를 위한 재활 의료 시스템 및 이에 포함된 키오스크를 이용할 경우에는 환자의 실제 걷는 운동과 가장 유사한 운동을 유도하기 때문에 하지 재활 운동의 성과를 향상시킬 수 있다.

또한, 환자의 재활 운동 과정을 모니터링하고, 이 과정에서 환자의 자력 운동 수준과 근전도 등의 데이터를 함께 수집하여 환자의 종합적인 운동 능력을 평가하기 때문에 재활 계획을 효과적으로 수립하고 환자의 재활 수준에 가장 적합한 재활 운동을 가능하게 하는 장점이 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 하지 마비 환자를 위한 재활 의료 시스템의 개요도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 하지 마비 환자를 위한 재활 의료 기기에 대한 사시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 하지 마비 환자를 위한 재활 의료 기기의 변형된 사시도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 하지 마비 환자를 위한 재활 의료 기기에서 제1 보행 플레이트(209a)의 내측 방향에서 바라본 모습을 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 하지 마비 환자를 위한 재활 의료 기기에서 제1 발지지부와 보행 가이드홈 사이의 결합상태를 정면에서 바라본 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 키오스크의 기능적 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 건강상태 추정모델의 예시를 나타낸 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 키오스크의 하드웨어 구성을 예시적으로 설명하기 위한 블록도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

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.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 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 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 일 실시예에 따른 하지 마비 환자를 위한 재활 의료 시스템의 개요도이다.

도 1을 참조하면, 하지 마비 환자를 위한 재활 의료 시스템(1000)은, 환자를 고정 지지하는 재활 의료 기기(200) 및 재활 의료 기기(200)에 의해 지지되는 환자의 보행을 모니터링하는 키오스크(100)를 포함할 수 있다.

재활 의료 기기(200)는, 환자의 직립 상태를 유지할 수 있도록 환자의 등과 발을 지지할 수 있다. 이때, 재활 의료 기기(200)는, 자력으로 직립 상태를 유지할 수 없는 환자의 직립을 보조할 수 있도록 환자를 소정의 각도로 회전시켜 지지할 수 있다. 이를 위해, 재활 의료 기기(200)는, 환자를 소정의 각도로 회전시키기 위한 모터를 포함할 수 있다.

또한, 재활 의료 기기(200)는, 환자의 보행을 보조할 수 있는 보행 보조동력부(예를 들어 도 5에 따른 구동모터(224)가 해당할 수 있음)를 더 포함할 수 있다. 보행 보조동력부는 환자의 보행에 따른 발의 이동방향에 따른 방향으로 동력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 보행 보조동력부는, 환자의 발과 인접한 곳에 설치됨으로써 발의 움직임에 상응하는 동력을 부가할 수 있다.

본 발명에서 환자는, 뇌졸중, 척수손상 등 중추신경계질환 환자로서 초기재활이 요구되는 환자이거나, 보행이 불안정하여 훈련이 필요한 환자일 수 있다.

재활 의료 기기(200)는, 환자의 현재 건강 상태를 측정하는 센싱 모듈이 설치될 수 있다. 예를 들어, 센싱 모듈은 환자의 골격근의 수축이나 이완에 따라 발생하는 전기적 신호를 측정하는 근전도 센서(Electromyography seonsor, EMG), 환자의 심장에 대한 심박수를 측정하는 심전도 센서(Electrocardiograph sensor, ECG)를 포함할 수 있다. 근전도 센서는 환자의 발이나 종아리측에 접촉하도록 배치됨으로써 발이나 종아리에서의 근육의 수축 또는 이완을 전기적 신호로서 감지할 수 있다. 심전도 센서는 환자의 가슴에 접촉하도록 배치됨으로써 심박수를 측정할 수 있다. 재활 의료 기기(200)는, 센싱 모듈을 이용하여 환자의 발이나 종아리에 위치한 근육의 수축 또는 이완을 나타내는 근전도 데이터 및 심박수를 나타내는 심박 데이터를 포함하는 측정 데이터를 획득할 수 있다.

추가적인 실시예에서, 센싱 모듈은 환자의 발 바닥측에 배치됨으로써 환자의 족저압(발바닥의 영역별 압력)을 측정하는 족저압 측정기(Foot Pressure Measurement system)을 더 포함할 수 있다. 측정 데이터는 족저압 측정기를 통해 측정된 족저압 데이터를 더 포함할 수 있다.

재활 의료 기기(200)는, 환자에게 외부 전기자극을 마비된 근육에 부여하여 근육 수축을 유발함으로써 기능적 움직임을 유도하는 기능적 전기자극기(Functional Electronical Stimulation, FES)가 더 설치될 수 있다. 예를 들어, 기능적 전기자극기는 환자의 발이나 종아리측에 접촉하도록 배치됨으로써 환자의 발이나 종아리에 대한 기능적 움직임을 유도할 수 있다. 즉, 재활 의료 기기(200)는, 기능적 전기자극기를 이용하여 보행에 필요한 근육이 제 기능을 할 수 있도록 보조하고, 해당 근육의 위축을 방지 또는 지연시켜 근육의 기능 퇴화를 방지하고 근육의 발달을 유도할 수 있다.

또한, 재활 의료 기기(200)는, 기능적 전기자극기를 이용하여 환자의 발이나 종아리에 대한 전기자극을 부여하고, 전기자극의 부여에 따른 변화를 근전도 센서를 이용하여 측정함으로써 전기자극에 따른 근전도 데이터의 변화량을 나타내는 근전도 변화 데이터를 획득할 수도 있다. 따라서 측정 데이터는, 근전도 변화 데이터를 포함할 수 있다.

키오스크(100)는, 재활 의료 기기(200)의 일측에 배치되어 재활 의료 기기(200)에 지지된 환자를 촬영하고, 재활 의료 기기(200)와 통신하여 획득한 측정 데이터를 기반으로 환자의 보행 상태를 모니터링할 수 있다.

키오스크(100)는, 환자를 촬영하기 위한 카메라(102)가 배치된 바디프레임부(101), 바디프레임부(101)를 지면 상에서 지지하는 바디 지지부(105), 및 바디 지지부(105)와 바디프레임부(101)를 서로 물리적으로 연결하여 바디프레임부(101)의 하중을 바디 지지부(105)로 전달하는 바디 연결부(104)를 포함할 수 있다.

카메라(102)는, 바디프레임부(101)의 상측 중앙에서 키오스크(100)의 전면을 촬영하도록 배치될 수 있다.

바디프레임부(101)는, 환자의 보행 상태를 모니터링한 결과를 표시하는 디스플레이 패널(103)이 배치될 수 있다.

디스플레이 패널(103)은 패널의 전면과 후면이 서로 투명하게 빛을 투과하는 투과 영역을 갖는 투명 표시 패널일 수 있다.

구체적인 실시예에서, 디스플레이 패널(103)은, 다수의 데이터 라인(DL~DLm) 및 다수의 게이트 라인(GL1~GLn)이 배치되고, 다수의 서브픽셀(Sub Pixel)이 배치된 투명표시패널과, 다수의 데이터 라인(DL~DLm)을 구동하는 데이터 드라이버와, 다수의 게이트 라인(GL1~GLn)을 구동하는 게이트 드라이버와, 데이터 드라이버 및 게이트 드라이버를 제어하는 타이밍 컨트롤러 등을 포함할 수 있다. 여기서, 데이터 드라이버 및 게이트 드라이버는 서브픽셀을 구동하기 위한 드라이버에 해당한다.

데이터 드라이버는 다수의 데이터 라인으로 데이터 전압을 공급함으로써 다수의 데이터 라인을 구동한다. 게이트 드라이버는 다수의 게이트 라인으로 스캔 신호를 순차적으로 공급함으로써,다수의 게이트 라인을 순차적으로 구동한다. 타이밍 컨트롤러는 데이터 드라이버 및 게이트 드라이버로 각종 제어신호를 공급함으로써 데이터 드라이버 및 게이트 드라이버를 제어한다. 이러한 타이밍 컨트롤러는 각 프레임에서 구현하는 타이밍에 따라 스캔을 시작하고, 외부에서 입력되는 입력 영상 데이터를 데이터 드라이버에서 사용하는 데이터 신호 형식에 맞게 전환하여 전환된 영상 데이터를 출력하고, 스캔에 맞춰 적당한 시간에 데이터 구동을 통제한다.

게이트 드라이버는 타이밍 컨트롤러의 제어에 따라 온(On) 전압 또는 오프(Off) 전압의 스캔 신호를 다수의 게이트 라인으로 순차적으로 공급하여 다수의 게이트 라인을 순차적으로 구동한다.

게이트 드라이버는 구동 방식이나 투명표시패널 설계 방식 등에 따라서, 투명 표시 패널의 일 측에만 위치할 수도 있고, 경우에 따라서는, 양측에 위치할 수도 있다. 또한, 게이트 드라이버는 하나 이상의 게이트 드라이버 집적회로(Gate Driver Integrated Circuit)를 포함할 수 있다.

각 게이트 드라이버 집적회로는, 테이프 오토메티드 본딩(TAB: Tape Automated Bonding) 방식 또는 칩 온 글래스(COG) 방식으로 투명 표시 패널의 본딩 패드(Bonding Pad)에 연결되거나, GIP(Gate In Panel) 타입으로 구현되어 투명 표시 패널에 직접 배치될 수도 있으며, 경우에 따라서, 투명 표시 패널에 집적화되어 배치될 수도 있다.

각 게이트 드라이버 집적회로는, 칩 온 필름(COF: Chip On Film) 방식으로 구현될 수 있다. 이 경우, 각 게이트 드라이버 집적회로에 해당하는 게이트 구동 칩은 연성 필름에 실장되고, 연성 필름의 일 단이 투명 표시 패널에 본딩될 수 있다.

데이터 드라이버는, 특정 게이트 라인이 열리면, 타이밍 컨트롤러로부터 수신한 영상 데이터를 아날로그 형태의 데이터 전압으로 변환하여 다수의 데이터 라인으로 공급함으로써, 다수의 데이터 라인을 구동한다.

데이터 드라이버는, 적어도 하나의 소스 드라이버 집적회로(Source Driver Integrated Circuit)를 포함하여 다수의 데이터 라인을 구동할 수 있다.

각 소스 드라이버 집적회로는, 테이프 오토메티드 본딩(TAB: Tape Automated Bonding) 방식 또는 칩 온 글래스(COG) 방식으로 투명 표시 패널의 본딩 패드(Bonding Pad)에 연결되거나, 투명 표시 패널에 직접 배치될 수도 있으며, 경우에 따라서, 투명 표시 패널에 집적화되어 배치될 수도 있다.

또한, 각 소스 드라이버 집적회로는, 칩 온 필름(COF: Chip On Film) 방식으로 구현될 수 있다. 이 경우, 각 소스 드라이버 집적회로에 해당하는 소스 구동 칩은 연성 필름에 실장되고, 연성 필름의 일 단은 적어도 하나의 소스 인쇄회로기판(Source Printed Circuit Board)에 본딩되고, 타 단은 투명 표시 패널에 본딩된다.

소스 인쇄회로기판은 연성 플랫 케이블(FFC: Flexible Flat Cable) 또는 연성 인쇄 회로(FPC: Flexible Printed Circuit) 등의 연결 매체를 통해 컨트롤 인쇄회로기판(Control Printed Circuit Board)과 연결된다.

컨트롤 인쇄회로기판에는, 타이밍 컨트롤러가 배치된다. 컨트롤 인쇄회로기판에는, 투명표시패널, 데이터 드라이버 및 게이트 드라이버 등으로 각종 전압 또는 전류를 공급해주거나 공급할 각종 전압 또는 전류를 제어하는 전원 컨트롤러(미 도시)가 더 배치될 수 있다.

위에서 언급한 소스 인쇄회로기판과 컨트롤 인쇄회로기판은, 하나의 인쇄회로기판으로 되어 있을 수도 있다. 본 실시예들에 따른 디스플레이 패널(103)는 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device), 유기발광표시장치(Organic Light Emitting Display Device, 이하 OLED) 등일 수 있다. 더욱 바람직하게, 디스플레이 패널(103)은 유기발광표시장치(OLED)일 수 있다.

한편, 투명표시패널은 복수의 투명부가 있는 투명영역과 투명하지 않은 불투명영역으로 구성될 수 있고, 투명영역에는 복수의 투명부가 매트릭스 타입으로 배열된다. 여기서, 복수의 투명부가 매트릭스 타입으로 배열된다는 것과 관련하여, 동일한 행(Row)에 배열된 여러 개의 투명부는 하나의 투명부 행이라고 하고, 동일한 열(Column)에 배열된 여러 개의 투명부는 하나의 투명부 열이라고 한다. 불투명영역은 빛이 발광 되는 발광영역과 빛이 발광 되지 않는 비 발광영역으로 이루어져 있다. 비 발광영역에는 컬럼 배선들(Column Lines)이 배치되는 컬럼 배선 영역(CLA: Column Line Area)이 존재할 수 있다.

컬럼 배선 영역은 투명부 열 사이의 영역이다. 즉, 컬럼 배선들은 투명부 열 사이마다 배치된다. 컬럼 배선들은 열 방향으로 배치되는 데이터 라인, 각종 전압 배선 등을 포함한다. 발광영역에는 각 서브픽셀의 발광부가 위치할 수 있다. 각 서브픽셀은, 일 예로, 적색 빛을 발광하는 적색 서브픽셀일 수도 있고, 녹색 빛을 발광하는 녹색 서브픽셀일 수도 있으며, 청색 빛을 발광하는 청색 서브픽셀일 수도 있고, 경우에 따라서, 적색, 녹색 및 청색 이외의 다른 색상(예: 흰색, 노란색 등)의 빛을 발광하는 서브픽셀일 수도 있다. 각 서브픽셀은 해당 색상의 빛이 나오는 발광부와 트랜지스터 등의 회로 소자가 배치되어 발광부에서 빛이 나오도록 해주는 회로부를 포함한다. 예를 들어, 본 실시예들에 따른 투명 표시 패널에 3가지 색상(제1색상, 제2색상, 제3색상)의 서브픽셀이 존재하는 경우, 제1색상 서브픽셀은 제1색상 발광부와 제1색상 회로부를 포함하고, 제2색상 서브픽셀은 제2색상 발광부와 제2색상 회로부를 포함하며, 제3색상 서브픽셀은 제3색상 발광부와 제3색상 회로부를 포함할 수 있다.

각 서브픽셀의 발광부는 각 서브픽셀마다 해상 색상의 빛을 내는 영역을 의미할 수 있으며, 각 서브픽셀마다 존재하는 픽셀전극(예: 애노드)을 의미할 수도 있고, 픽셀전극이 배치된 영역을 의미할 수도 있다. 각 서브픽셀의 회로부는 각 서브픽셀의 픽셀전극으로 전압 또는 전류를 공급해주어 발광부에서 빛이 나도록 해주는 트랜지스터 등을 포함하는 회로를 의미하거나 이러한 회로가 배치된 영역을 의미할 수도 있다.

본 실시예들에 따른 투명표시패널에서, 여러 가지 색상(예: 적색, 녹색, 청색 등)의 서브픽셀 중에서 적어도 한 가지 색상의 서브픽셀의 발광부는 컬럼 배선 영역에 위치할 수 있다. 예를 들어, 본 실시예들에 따른 투명표시패널에 3가지 색상의 서브픽셀이 배치되는 경우, 제1색상 발광부, 제2색상 발광부 및 제3색상 발광부 중 적어도 하나는 컬럼 배선 영역에 위치하거나 컬럼 배선 영역과 중첩되어 위치할 수 있다.

바디프레임부(101)는, 디스플레이 패널(103)의 투명 표시 패널과 일체로서 구성되거나, 투명 표시 패널의 윤곽선을 따라 연장 형성됨으로써 일체감있게 투명 표시 패널과 결합될 수 있고, 투명한 재질(예를 들어, 유리나 PVC 등)로 구성될 수 있다.

카메라(102)는, 적어도 하나 또는 복수개로 구성될 수 있다. 예를 들어, 카메라(102)는 서로 일정한 거리만큼 좌우 또는 상하로 이격하여 배치된 한쌍의 카메라 모듈들로 구성될 수 있다. 이때, 한쌍의 카메라 모듈들은 사이의 이격 거리를 기반으로 각각에서 촬영된 영상 데이터를 서로 정합하여 거리 데이터를 생성할 수 있다. 예를 들어, 카메라(102)는 촬영 대상물(예를 들어 환자)을 촬영한 2차원 이미지 영상과 해당 2차원 이미지 영상을 구성하는 각 픽셀에 대응하는 거리를 촬영한 뎁스 카메라일 수 있다. 다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 뎁스 카메라 이외에도 일반적인 2차원 평면 영상을 촬영하는 주지된 카메라 모듈이 활용될 수도 있다.

디스플레이 패널(103)은, 카메라(102)를 통해 촬영된 환자에 대한 영상 이미지를 기반으로, 환자의 현재 보행 상태를 표시할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 패널(103)은, 환자의 현재 보행 상태를 가상의 3차원 아바타를 통해 모델링하고, 모델링된 3차원 아바타를 통해 환자의 현재 보행 상태를 재현함으로써, 환자의 현재 보행 상태를 표시할 수 있다.

키오스크(100)는, 재활 의료 기기(200)를 이용하는 환자의 현재 재활 운동 상태를 체크하고, 환자의 재활 운동에 따른 보행 상태에 대한 분석을 수행할 수 있다.

예를 들어, 키오스크(100)는, 환자에 대한 영상 이미지를 기반으로 환자의 보행 자세를 결정하고, 환자의 보행 자세와 측정 데이터를 기반으로 환자의 현재 보행 자세에서의 자력 수준을 결정할 수 있다. 여기서 자력 수준은 환자가 보행하는데 자신의 힘이 기여하는 정도를 나타내는 지표로서 환자가 순수하게 자신의 힘으로 보행할 때의 자력 수준을 100%로 정의할 수 있다.

구체적인 실시예에서 키오스크(100)는, 자력 수준 100%에 해당할 때의 보행 자세와 측정 데이터를 현재 시점에서 환자의 보행 자세 및 측정 데이터와 비교하고, 비교 결과에 따른 보행 자세의 차이 및 측정 데이터의 차이를 종합한 값이 클수록 자력수준을 0%에 가깝도록 설정함으로써, 100%를 기준으로 환자 자신의 힘이 보행하는 데 기여하는 정도를 나타내는 비율인 자력 수준을 정의할 수 있다.

키오스크(100)는, 측정 데이터와 보행 자세를 이용하거나, 측정 데이터와 보행 자세 및 자력 수준을 이용하여 환자의 재활 방향을 결정할 수 있다. 예를 들어, 키오스크(100)는, 재활 방향으로서, 보행 자세에 대한 교정 데이터(현재 측정된 환자의 발이나 종아리, 또는 허리 중심 위치를 기준으로 발이나 종아리, 또는 허리 중심 위치에 대한 교정된 위치를 지시하는 데이터), 보행 보조동력부에서 제공할 동력에너지의 크기(예를 들어, 해당 보행 보조동력부를 구성하는 동력 모터의 구동값), 및/또는 환자의 재활 훈련 스케쥴링 데이터(1주 또는 1달의 재활 훈련 횟수와 시간 등을 지시하는 데이터)를 결정할 수 있다.

도 2는 일 실시예에 따른 하지 마비 환자를 위한 재활 의료 기기에 대한 사시도이다. 도 3은 일 실시예에 따른 하지 마비 환자를 위한 재활 의료 기기의 변형된 사시도이다.

이하 도 2 내지 도 3에서 도시된 방향인 정면, 후방, 좌측, 우측, 상측, 하측은 환자가 재활 의료 기기(200)에 고정 지지되었을 때 환자를 기준으로 표시한 방향으로 해석될 수 있다. 예를 들어, 정면은 환자가 바라보는 방향이고, 좌측은 환자의 왼쪽 방향일 수 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 하지 마비 환자를 위한 재활 의료 기기(200)는, 환자의 등을 지지하는 백플레이트(204), 백플레이트(204)와 결합하고 백플레이트(204)의 하중을 지지하는 하중지지부(205), 하중지지부(205)와 물리적으로 연결되어 지면에서 하중지지부(205)를 지지하는 거치부(202), 및 백플레이트(204)의 상측과 결합되어 백플레이트(204)를 소정의 각도로 회전시키고 하중지지부(205)의 하단까지 연장 형성된 메인바디부(201)를 포함할 수 있다.

백플레이트(204)는, 환자의 등을 안정적으로 지지하도록 환자의 머리 뒤부터 엉덩이측까지 연장 형성된 판(plate)으로서, 직사각형으로 형성될 수 있다. 이때, 백플레이트(204)는 모서리가 라운드형으로 완만하게 형성될 수 있다.

재활 의료 기기(200)는, 백플레이트(204)를 하중지지부(205)와 물리적으로 연결하는 연결부(207)를 더 포함할 수 있다. 연결부(207)는 원기둥형으로 형성되어 백플레이트(204)와 하중지지부(205)를 연결할 수 있고, 하중지지부(205)는 연결부(207)와 결합가능하도록 후방을 향해 돌출 형성된 돌출부(도면기호 미도시)를 포함할 수 있다. 돌출부에 형성된 홈에 원기둥형의 연결부(207)가 지면방향에서 소정의 각도(예를 들어 0도 내지 30도 사이의 각도)로 끼움 결함될 수 있다.

연결부(207)는, 백플레이트(204)와 소정의 각도로 회전 가능하도록 결합될 수 있다. 예를 들어, 연결부(207)는 백플레이트(204)의 하측 배면측에 형성된 회전축 결합부(미도시)에 배치된 회전축을 통해 백플레이트(204)와 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 회전축은 소정의 각도로 회전 및 복귀를 수행하는 동력모터와 물리적으로 접촉되어 회전하거나, 동력모터의 회전축과 일체로 구성될 수도 있다.

따라서, 백플레이트(204)는, 회전축 결합부에 배치된 회전축을 따라 소정의 각도로 회전 가능하게 구성될 수 있다. 이때, 백플레이트(204)의 회전각도를 측정하는 각도측정센서가 배치될 수 있다. 예를 들어, 각도측정센서는 회전축 결합부의 회전축에 인접하도록 배치되어 회전축의 직접적인 회전각을 측정하거나, 백플레이트(204)의 상측 말단에 설치된 가속도 센서 또는 자이로 센서를 이용하여 가속도 또는 각속도를 이용한 상대적인 회전각을 측정하는 방식이 사용될 수도 있다. 측정 데이터는 각도측정센서를 이용하여 측정한 백플레이트(204)의 회전각 데이터를 포함할 수 있다. 여기서, 백플레이트(204)의 회전각은 백플레이트(204)가 서있는 상태(즉 환자가 서있는 상태에서 등과 평행하게 수직한 상태로 받치고 있는 상태)를 0도로 정의하고, 백플레이트가 지면과 평행하게 회전한 상태(즉, 환자가 지면과 평행하게 누워있는 상태)를 90도로 정의할 수 있다.

이때, 백플레이트(204)의 회전에 따른 하중이 연결부(207)에 집중됨에 따른 연결부(207)의 훼손을 방지하고, 안정적으로 백플레이트(204)의 회전을 보조하기 위하여, 메인바디부(201)는 백플레이트(204)의 상측이 소정의 각도로 회전 지지될 수 있도록 백플레이트(204)의 상측과 인접한 내측에서 백플레이트(204)의 회전 방향을 따라 연장 형성된 호(arc) 형상의 내측홈(203)을 포함할 수 있다.

메인바디부(201)는, 내측홈(203)과 상응하도록 내측홈(203)보다 긴 호 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 메인바디부(201)는 소정의 두께를 갖고 정면을 향해 개방된 반원형의 형상으로 형성될 수 있다. 구체적인 구현례에서, 메인바디부(201)는, 반원형의 일단과 타단이 각각 상측과 하측방향에서 서로 마주보도록 형성될 수 있다.

백플레이트(204)의 상측은 내측홈(203)의 내부에 끼움 결합되어 내측홈(203)을 따라 이동 가능하도록 구성된 돌출회전부(도면기호 미도시)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 돌출회전부는 내측홈(203)과 접하는 부분보다 내측홈(203)의 내부에서 상대적으로 볼록하게 형성됨으로써 내측홈(203)에서 이탈하지 않으면서 내측홈(203)을 따라 이동하도록 구성될 수 있다. 추가적인 구현례에서 돌출회전부는 내측홈(203)과 접하는 부분에 원형의 기어가 배치되고, 내측홈(203)을 따라 형성된 톱니를 따라 기어가 회전함으로써 돌출회전부가 흔들림없이 안정적으로 내측홈(203)을 따라 이동하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 돌출회전부는 내측홈(201)과 접하는 부분을 중심으로 상측과 하측 방향으로 점차 볼록하게 형성될 수 있다.

즉, 도 2에 도시된 환자가 도 3과 같이 누운 형태로 회전하는 것과 같이, 백플레이트(204)의 상측이 내측홈(203)의 내부에 끼움 결합되기 때문에 백플레이트(204)의 회전에 따른 환자의 무게를 연결부(207)와 분산하여 분담하고, 이를 통해 매우 부드러운 회전이 가능하도록 보조할 수 있다.

또한, 백플레이트(204)의 하측 방향에서 환자의 무게를 분담하지 않고, 백플레이트(204)의 상측과 백플레이트(204)의 하측 배면측에서만 무게를 분담하기 때문에 환자의 다리쪽이 하중으로부터 자유롭고 이 때문에 환자가 보행 운동을 할 때 환자의 하중을 분담하기 위한 구조물의 영향을 받지 않아 자유로운 보행 운동을 가능하게 할 수 있다.

또한, 백플레이트(204)가 서있는 상태(회전각도 0도)에서는 환자가 자력으로 선 상태를 유지하는 힘이 가장 크게 들어가지만, 백플레이트(204)가 90도에 가깝게 회전할수록 환자가 누워있게 되므로, 실질적으로 보행 운동에서 서있는데 들어가는 환자의 자력이 크게 경감될 수 있다.

재활 의료 기기(200)는, 환자를 백플레이트(204)에 고정하는 고정부를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 고정부는 백플레이트(204)의 좌측과 우측에서 정면 방향으로 돌출 형성된 제1 고정부(213a)와 제2 고정부(213b)를 포함할 수 있다. 고정부는, 백플레이트(204)에서 지지되는 환자의 겨드랑이를 통과하는 위치에 배치될 수 있으며, 이를 통해 환자가 서있는 상태에서 환자의 하중을 지지하면서 환자를 백플레이트(204)에 고정시킬 수 있다. 이때, 더욱 안정적인 지지가 가능하도록 재활 의료 기기(200)는, 환자의 정면에서 제1 고정부(213a)와 제2 고정부(213b)와 결합하는 벨트를 더 포함할 수 있다. 벨트는 백플레이트(204)의 좌측과 우측에 돌출 형성된 제1 고정부(213a) 및 제2 고정부(213b)와 체결 결합될 수 있다.

추가적인 실시예에서, 고정부(213)는 백플레이트(204)의 하측 일단에서 정면 방향으로 돌출 형성된 제3 고정부(미도시)를 더 포함할 수도 있고, 제3 고정부와 벨트가 추가로 체결 결합될 수도 있다. 또한, 고정부(213)는 백플레이트(204)의 좌측과 우측에서 정면방향으로 돌출 형성되고 제1 고정부(213a)와 제2 고정부(213b) 각각의 상단에 배치되는 제4 고정부와 제5 고정부를 더 포함할 수도 있다. 제4 고정부 및 제5 고정부와 벨트가 체결 결합될 수도 있다. 제4 고정부와 제5 고정부는 각각 환자의 양측 어깨 방향에서 돌출형성됨으로써 환자가 더욱 고정된 안정감을 느끼게 할 수 있다.

재활 의료 기기(200)는, 백플레이트(204)의 좌측 또는 우측에서 정면을 향해 연장형성된 디스플레이 거치부(212)를 통해 지지되는 표시장치(211)를 더 포함할 수 있다.

표시장치(211)는, 키오스크(100)의 측정 데이터를 표시하거나, 키오스크(100)에서 표시하는 데이터들 중 적어도 일부를 표시할 수 있다.

재활 의료 기기(200)는, 환자의 발바닥 측에서 환자의 발을 지지하는 발 지지부(210)를 포함할 수 있다. 발 지지부(210)는 환자의 오른쪽 발을 지지하는 제1 발 지지부(210a) 및 환자의 왼쪽 발을 지지하는 제2 발 지지부(210b)를 포함할 수 있다. 제1 발지지부(210a)와 제2 발지지부(210b)는 각각 환자의 발과 벨트나 끈 등 기타 다른 고정 체결구를 이용하여 환자의 발에서 이탈되지 않도록 고정될 수 있다.

재활 의료 기기(200)는, 발 지지부(210)의 바깥쪽 측면에서 발 지지부(210)와 결합되는 보행 플레이트(209)를 더 포함할 수 있다.

보행 플레이트(209)는, 제1 발지지부(210a)의 우측에서 제1 발지지부(210a)와 결합되는 제1 보행 플레이트(209a) 및 제2 발지지부(210b)의 좌측에서 제2 발지지부(210b)와 결합되는 제2 보행 플레이트(209b)를 포함할 수 있다.

제1 보행 플레이트(209a)와 제2 보행 플레이트(209b)는 발 지지부(210)를 중심으로 서로 마주보게 배치될 수 있고, 서로 대칭되는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어 제1 보행 플레이트(209a)와 제2 보행 플레이트(209b)는 각각 소정의 두께를 갖는 평판형으로 형성되되, 상측이 완만하게 돌출되는 곡선으로 형성되고 하측은 발 지지부(210)와 평행한 직선으로 형성될 수 있다.

보행 플레이트(209)는 백플레이트(204)의 하측에서 백플레이트(204)와 결합되어 백플레이트(204)의 하측 방향으로 연장 형성된 플레이트 고정부(208)에 고정될 수 있다. 플레이트 고정부(208)는 환자의 보행 운동에 방해가 되지 않도록 폭(width)이 소정의 길이 이하의 막대형으로 형성될 수 있고, 플레이트 고정부(208)의 하측 말단은 각각 좌우로 연장 형성되어 제1 보행 플레이트(209a) 및 제2 보행 플레이트(209b)와 고정 결합될 수 있다.

선택적인 실시예에서, 플레이트 고정부(208)는 길이 방향으로 신축 가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 플레이트 고정부(208)는, 서로 다른 복수개의 반경(또는 내경)을 갖는 막대들이 서로 끼움 결합되도록 구성됨으로써 복수개의 막대들이 끼움 결합 상태에서 반경(또는 내경) 내측 공간으로 삽입되거나 토출되는 형태로 신축 가능하게 구성될 수 있다. 플레이트 고정부(208)가 길이 방향으로 신축 가능하게 구성됨으로써 환자의 키에 맞게 환자의 발을 발 지지부(210)에 고정하는 데 유리할 수 있다.

도 4는 일 실시예에 따른 하지 마비 환자를 위한 재활 의료 기기에서 제1 보행 플레이트(209a)의 내측 방향에서 바라본 모습을 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 발 지지부(210)는 보행 플레이트(209)의 내측면 상에 형성된 보행 가이드홈(221)을 따라 이동 가능하도록 보행 플레이트(209)와 결합될 수 있다.

예를 들어, 도 4에 도시된 것과 같이 제1 발지지부(210a)는, 제1 보행 플레이트(209a)의 내측면 상에 형성된 보행 가이드홈(221)을 따라 이동 가능하도록 제1 보행 플레이트(209a)와 결합될 수 있다. 예를 들어, 보행 가이드홈(221)에 표시된 화살표 방향의 경로를 따라 제1 발지지부(210a)는 이동 가능할 수 있다.

제1 발지지부(210a)는 보행 가이드홈(221)에 끼움 결합될 수 있고, 보행 가이드홈(221)에서 이탈하지 않도록 보행 가이드홈(221)의 폭보다 긴 폭을 갖는 끼움부(222)를 일 측에 포함할 수 있다. 즉, 끼움부(222)가 보행 가이드홈(221) 내측에 삽입됨으로써 제1 발지지부(210a)가 보행 가이드홈(221)에 결합될 수 있다. 일 예시에서 끼움부(222)는 구형으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

같은 방식으로, 제2 발지지부(210b)는, 제2 보행 플레이트(209b)의 내측면 상에 형성된 보행 가이드홈(221)을 따라 이동 가능하도록 제2 보행 플레이트(209b)와 결합될 수 있다.

여기서 도면에서는 하나의 보행 가이드홈(221)이 제1 보행 플레이트(209a)의 내측면 상에 형성되는 것으로 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 환자의 키와 습관에 따른 다양한 보행 형태를 반영할 수 있도록 보행 가이드홈(221)은 제1 보행 플레이트(209a)의 내측면 상에 복수개 형성될 수도 있고, 복수개의 보행 가이드홈들 중 서로 인접한 2개의 보행 가이드홈들을 서로 연통시키는 적어도 하나의 연통홈이 형성될 수도 있다. 연통홈은 인접한 2개의 보행 가이드홈들을 서로 연통시켜 제1 발지지부(210a)가 이동 가능하게 구성될 수 있으며, 선택적으로 2개의 보행 가이드홈들 사이에서 폐쇄됨으로써 제1 발지지부(210a)의 이동을 차단시킬 수 있다. 연통홈들을 선택적으로 폐쇄시킬 수 있도록 구성함으로써 보행 운동을 하고자 하는 보행 가이드홈(221)을 설정할 수 있다.

도 5는 일 실시예에 따른 하지 마비 환자를 위한 재활 의료 기기에서 제1 발지지부와 보행 가이드홈 사이의 결합상태를 정면에서 바라본 도면이다. 또한, 도 5에서 좌측확대부분은 제1 발지지부(210a)가 있는 좌측방향에서 원형 점선표시영역을 바라본 모습을 확대한 것이다.

환자마다 자력으로 보행 운동을 하기 어려운 경우가 많기 때문에 환자에 따라 보행 운동에 필요한 힘을 보조하는 것이 요구된다.

이를 위해 본 발명의 일 실시예에서는 보행 가이드홈(221) 내측에서 보행 가이드홈(221)을 따라 회전하는 회동기어(223)가 제1 발지지부(210a)에 결합될 수 있다.

도 5를 참조하면, 제1 발지지부(210a)는 보행 가이드홈(221)의 내측 두께를 형성하는 접촉면(226)과 접하는 회동기어(223)와 결합될 수 있다.

회동기어(223)는 구동모터(224)와 구동축(225)을 공유하도록 서로 연결될 수 있다. 구동모터(224)는 끼움부(222)의 내부에 배치될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 제1 발지지부(210a)의 내부에 배치될 수도 있다.

보행 가이드홈(221)의 내측 두께를 형성하는 접촉면(226)에는 복수개의 돌기들이 회동기어(223)의 외측에 형성된 기어홈들과 맞물리도록 배치될 수 있고, 이를 통해 회동기어(223)가 회전하면, 회동기어(223)에 결합되어 있는 제1 발지지부(210a)가 보행 가이드홈(221)의 내측 두께를 형성하는 접촉면(226)을 따라 이동할 수 있다.

이때, 보행 가이드홈(221)의 내측 두께를 형성하는 접촉면(226)은 회동기어(223)를 중심으로 상하에 위치한 면일 수 있고, 따라서, 회동기어(223)는 상하에 위치한 접촉면(226)들 각각에 형성된 돌기들과 맞물리면서 회전할 수 있다.

한편, 도면에 도시하지 않았으나, 구동모터(224)는 별도의 전원부와 전기적으로 연결됨으로써 전원을 공급받을 수 있고, 전원부에서 공급하는 전류 또는 전압의 크기에 따라 회전력(Torque)이 제어될 수 있다.

따라서, 구동모터(224)의 회전력을 환자의 보행 자력 수준에 따라 적절히 조절함으로써 환자별로 가장 최적의 하지 재활 훈련이 가능하게 할 수 있다.

또한, 재활 의료 기기(200)는, 회동기어(223)의 회전력을 측정하는 토크 감지센서를 더 포함할 수 있다. 토크감지센서는 회동기어(223)에 인접하게 보행 가이드홈(221)의 내측에 배치될 수 있으나 설계에 따라 다양하게 변경 적용 가능할 수 있다. 측정 데이터는, 토크감지센서를 이용하여 측정한 회동기어(223)의 회전력을 포함할 수 있다.

도 6은 일 실시예에 따른 키오스크의 기능적 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

도 6을 참조하면, 키오스크(100)는, 재활 의료 기기(200)와 연동하여 환자 데이터를 수집하는 환자 데이터 수집부(101), 수집된 환자 데이터를 이용하여 환자의 보행 운동에 대한 자력수준을 추정하는 자력수준 추정부(102), 추정된 자력수준과 환자 데이터를 이용하여 환자의 보행자세를 결정하는 모행자세 모사부(103), 결정된 보행자세와 자력수준, 및 환자 데이터를 이용하여 환자의 건강상태를 결정하는 건강상태 결정부(104), 결정된 건강 상태를 이용하여 환자에 대하여 개인화된 재활 스케쥴을 결정하는 재활 스케쥴링부(105), 및 보행자세, 자력 수준, 환자 데이터, 및 건강 상태를 디스플레이 패널을 통해 표시하는 표시부(106)를 포함할 수 있다.

환자 데이터는, 재활 의료 기기(200)와 근거리 무선 통신 또는 유선 통신을 이용하여 획득한 측정 데이터 및 카메라(102)를 이용하여 환자의 보행 모습을 촬영하여 획득한 영상 데이터를 포함할 수 있다.

측정 데이터는, 센싱 모듈을 이용하여 환자의 발이나 종아리에 위치한 근육의 수축 또는 이완을 나타내는 근전도 데이터, 심박수를 나타내는 심박 데이터, 족저압 측정기를 통해 측정된 족저압 데이터, 전기자극에 따른 근전도 데이터의 변화량을 나타내는 근전도 변화 데이터, 각도측정센서를 이용하여 측정한 백플레이트(204)의 회전각, 및/또는 토크감지센서를 이용하여 측정한 회동기어(223)의 회전력을 포함할 수 있다.

자력수준 추정부(102)는, 환자 데이터를 이용하여 자력수준을 추정할 수 있다.

예를 들어, 자력수준 추정부(102)는, 토크 감지 센서를 이용하여 측정된 회전력과 전원부로부터 구동모터(224)에 공급된 전류 또는 전압의 크기에 대응하는 구동모터(224)의 회전력 사이의 비율에 기반하여 환자의 제1 자력 수준을 결정할 수 있다. 전원부로부터 구동모터(224)에 공급된 전류 또는 전압의 크기에 대응하는 구동모터(224)의 회전력은, 소정의 크기를 갖는 전류 또는 전압이 인가되었을 때 별도의 외력이 작용하지 않은 상태에서 발생하는 구동모터(224)의 회전력으로서, 전류 또는 전압에 대응하는 회전력을 다수 측정하는 방식으로 데이터 테이블을 생성하고, 생성된 데이터 테이블을 미리 키오스크(100)에 저장하고, 참조함으로써 결정될 수 있다.

여기서 결정되는 제1 자력 수준은 환자가 보행 운동 방향에 어느정도 기여하는지를 나타내는 지표로서 0과 100 사이의 퍼센트 값으로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 전원부로부터 공급된 전류 또는 전압의 크기에 대응하는 구동모터(224)의 회전력 대비 토크 감지 센서를 이용하여 측정된 회전력의 비율이 100%을 초과하는 값을 제1 자력 수준으로 결정할 수 있다.

수학식 1에서, Tsp는 전원부로부터 공급된 전류 또는 전압의 크기에 대응하는 구동모터(224)의 회전력이고, Tss는 토크 감지 센서를 이용하여 측정된 회전력이고, FS1은 제1 자력수준이다.

또한, 자력수준 추정부(102)는, 백플레이트(204)의 회전 각도에 기초하여 제2 자력수준을 결정할 수 있다. 예를 들어, 회전각도가 0도(즉, 백플레이트(204)가 서있는 상태)인 경우 제2 자력수준을 0%로 설정하고, 회전각도가 90도에 가까울수록 100%에 해당하도록 제2 자력수준을 결정할 수 있다. 예를 들어, 제2 자력수준은 하기 수학식에 따라 결정될 수 있다.

수학식 1에서 θ는 백플레이트(204)의 회전각도(단위: 도)로서 0과 90 사이의 값이고, Fs는 제2 자력수준이다.

자력수준 추정부(102)는, 제1 자력수준과 제2 자력수준을 이용하여 환자가 보행운동에 기여하는 종합 자력수준을 결정할 수 있다. 예를 들어, 종합 자력수준은 하기 수학식 3과 같이 결정될 수 있다.

보행자세 모사부(103)는, 환자의 보행 모습을 촬영한 영상 데이터를 기반으로 환자에 대응하는 스켈레톤 데이터를 생성하고, 생성된 스켈레톤 데이터를 포함하는 3차원 가상 아바타를 생성하고, 생성된 3차원 가상 아바타의 스켈레톤 데이터에서 발과 종아리, 무릎, 허벅지 부분에 대한 보행 운동을 3D 모델링할 수 있다.

여기서, 스켈레톤 데이터는, 환자의 보행 모습에서 각 관절 부위 및 그 관절부위를 연결하는 막대형 스켈레톤을 특정한 데이터로서, 현재 주지된 다양한 라이브러리(library)를 통해 영상에서 스켈레톤 데이터를 추출하는 소스코드가 공개되어 있으므로 통상의 기술자는 알려진 소스코드를 활용해 획득할 수 있다.

예를 들어, 가상 아바타의 발과 종아리, 무릎, 허벅지 부분의 스켈레톤 데이터에 영상 데이터에서 생성한 환자에 대응하는 스켈레톤 데이터를 대입시키는 방식으로 환자의 보행자세를 모사하여 가상 아바타의 보행운동을 3D 모델링할 수 있다.

이때, 보행자세 모사부(103)는, 제1 자력수준 및 제2 자력수준을 이용하여 3D 모델링된 가상 아바타의 보행운동을 보정할 수 있다. 예를 제1 자력수준과 제2 자력수준에 따른 스켈레톤 데이터의 보정값들(위치 보정치)을 미리 내부 데이터테이블로 생성 및 저장한 후 결정된 제1 자력수준 및 제2 자력수준에 따른 보정값들을 이용하여 스켈레톤 데이터를 보정하여 가상 아바타의 보행운동을 3D 모델링할 수 있다. 이를 통해, 자력수준에 따라 보행 자세가 달라지는 부분이 가상 아바타에 반영됨으로써 관리자가 자력수준이 향상됨에 따라 환자의 보행자세가 어떻게 달라지는지 확인할 수 있고, 이를 통해 효과적인 재활 운동을 유도하는 것이 가능할 수 있다.

건강상태 결정부(104)는, 보행자세와 자력수준, 및 환자 데이터를 이용하여 환자의 건강상태를 결정할 수 있다.

일 실시예에서, 건강상태 결정부(104)는, 미리 설정된 기간 이내의 보행자세와 자력수준 및 환자데이터를 비교함으로써 환자의 건강상태를 결정할 수 있다. 예를 들어, 건강상태 결정부(104)는, 보행자세에 따른 스켈레톤 데이터의 변화량(각 부위의 위치 변화량), 자력수준의 변화량, 및 환자 데이터에 포함된 근전도 데이터, 심박 데이터, 족저압 데이터, 근전도 변화 데이터, 각도측정센서를 이용하여 측정한 백플레이트(204)의 회전각, 및/또는 토크감지센서를 이용하여 측정한 회동기어(223)의 회전력의 변화량을 기반으로 건강상태가 호전되고 있는지 악화되고 있는지를 결정할 수 있다.

예를 들어, 자력수준이 증가 추세에 있고, 스켈레톤 데이터의 변화량이 오차 범위 내에서 유지되고 있으며, 근전도 데이터, 심박 데이터, 족저압 데이터 등이 미리 설정된 건강상태 좋음에 해당하는 범위 내에 있는 경우 건강상태가 좋음으로 결정할 수 있다.

건강상태 결정부(104)는, 환자의 건강상태를 좋음/양호/나쁨/악화 등으로 미리 설정된 복수의 단계들로 구분하고, 구분된 단계들마다 보행자세와 자력수준 및 환자데이터의 변화량 범위를 미리 설정하고, 설정된 범위들 중 현재 환자에 대해 측정된 보행자세와 자력수준 및 환자데이터가 어느 범위에 속하는지를 판단하는 방식으로 건강상태를 결정할 수 있다.

한편, 건강상태 결정부(104)는, 미리 설정된 기간 이내의 보행자세와 자력수준 및 환자데이터 중 적어도 일부를 이용하여 입력 데이터를 생성하고, 생성된 입력 데이터를 미리 지도학습된 인공신경망 기반의 건강상태 추정모델(10)에 입력하고, 건강상태 추정모델(10)의 출력에 기초하여 건강상태를 결정할 수도 있다.

이를 위해, 건강상태 추정모델(10)은, 훈련 입력값과 훈련 출력값의 페어(pair)로 구성된 훈련 데이터를 이용하여 미리 지도학습될 수 있다. 이때, 훈련 입력값은 환자들을 대상으로 미리 설정된 기간 이내의 보행자세와 자력수준 및 환자데이터 중 적어도 일부를 수집하여 얻어진 입력 데이터를 훈련 입력값으로 활용하고, 동일한 기간 동안 해당 환자들의 실제 건강상태를 나타낼 수 있는 정밀 건강진단결과를 이용하여 해당 환자의 건강상태를 좋음/양호/나쁨/악화 등으로 미리 설정된 복수의 단계들 중 하나로 정의하여 훈련 출력값을 구성할 수 있다.

건강상태 추정모델(10)은, 훈련입력값이 입력되었을 때 얻어지는 출력 데이터 및 정답으로서 제공되는 훈련 출력값을 이용하여 손실 함수(loss fuction)을 연산하고, 연산된 손실 함수의 결과값이 최소화되도록 지도학습될 수 있다. 여기서 최소화되도록 지도학습하는 과정은, 손실함수의 결과값이 최소화되도록 건강상태 추정모델(10)을 구성하는 각 계층들을 구성하는 노드들의 가중치를 재조정하는 과정일 수 있다.

건강상태 추정모델(10)은, 딥러닝 기반의 인공신경망으로서, Recurrent Neural Network (RNN), Long Short-Term Memory (LSTM), Autoencoder, Variational Autoencoder (VAE), Deep Residual Network (DRN), Generative Adversarial Network (GAN) 등이 활용될 수 있으며, Recurrent Neural Network (RNN) 또는 Long Short-Term Memory (LSTM) 기반의 인공신경망을 활용하는 것이 바람직할 수 있다. 이때, Recurrent Neural Network (RNN) 또는 Long Short-Term Memory (LSTM) 기반의 인공신경망은 다양한 소스코드들이 이미 공개되어 있고 접근 가능하므로, 통상의 기술자들은 이미 알려진 이러한 인공신경망들 중 하나를 성능평가를 통해 선정하고 활용하는 것이 가능하다. 다만, 소정의 기간 동안의 데이터를 기반으로 건강 상태를 추정하기 때문에 시계열적 데이터 예측에 유리한 Long Short-Term Memory (LSTM) 기반의 인공신경망이 바람직할 수 있다.

또한, 건강상태 결정부(104)는, 별도로 페어링된 환자 또는 보호자의 모바일 단말과 연동하여 건강상태에 따른 건강 관리 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 미리 저장된 건강상태별 추천 음식, 추천 훈련강도, 추천 훈련량 등을 참조하여 현재 환자의 건강상태에 상응하는 건강 관리 정보를 생성하여 모바일 단말에 제공할 수 있다.

한편, 본 명세서 전체에서 키오스크(100)의 동작이나 기능들 중 적어도 일부는 재활 의료 기기(200)와 통합되어 일체로서 구성될 수도 있다. 즉, 재활 의료 기기(200) 내부에 설치된 컨트롤 박스를 이용하여 동작할 수도 있으며, 컨트롤 박스는 키오스크(100)의 동작이나 하드웨어 구성 중 전부 또는 일부를 포함하도록 구현될 수 있다.

도 7은 일 실시예에 따른 건강상태 추정모델의 예시를 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하면, 건강상태 추정모델(10)은, 입력 데이터를 구성하는 행렬의 각 열들을 입력 벡터(X)로서 순차적으로 입력받고, 입력받은 입력 벡터(X)의 성분값 개수와 동일한 개수(N)의 입력 노드들로 구성되는 입력층(11), 입력층(11)으로부터 전달받은 출력값들을 이용하여 산출된 출력 벡터(Y`)를 출력층(13)에 전달하는 은닉층(12), 및 출력 벡터(Y`)에 활성화 함수를 적용하여 출력 벡터(Y`)에 대응하는 확률(p)을 결정하고, 결정된 확률(p)이 가장 높은 출력 벡터(Y`)를 출력하는 출력층(13)을 포함할 수 있다. 본 발명에서 인공 신경망(10)을 구성하는 노드들 각각은 본 발명이 속하는 기술분야에서 흔히 사용하는 표현인 뉴런(neuron)이라는 용어로도 혼용하여 지칭될 수 있다.

구체적으로, 건강상태 추정모델(10)은, 훈련 입력값으로 제공된 매트릭스의 각 열들을 입력 벡터(X)로서 순차 입력받으면, 은닉층(12)의 출력으로서 획득되는 출력 벡터(Y`)와 훈련 출력값을 벡터화하여 생성된 훈련출력벡터(Y)를 사용하여 손실함수(loss function)을 연산하고, 연산된 손실함수의 결과값이 최소화되도록 지도학습된다.

예를 들어, 손실 함수(H(Y,Y`))는, 크로스 엔트로피(Cross Entropy) 함수일 수 있다. 출력 벡터(Y`)와 훈련출력벡터(Y) 사이의 크로스 엔트로피(H(Y,Y`))는 다음의 수학식 4과 같이 정의될 수 있다.

수학식 4에서 Ym은 훈련출력벡터(Y)의 m(m은 1 이상의 자연수)번째 성분이고, Y`m은 출력 벡터(Y`)의 m번째 성분일 수 있다.

입력층(11)은 입력 벡터(X)를 입력받고, 입력받은 입력 벡터(X)의 성분들 각각에 대하여, 입력 노드들과 대응하는 하나 이상의 연결 강도값들을 적용하여 은닉층(12)에 전달할 수 있다.

예를 들어, 입력 노드들 각각에 대응하는 하나 이상의 연결 강도값들은 N×M의 크기를 갖는 제1 연결강도 행렬(W_N×M)로 표현할 수 있다. 이때, N은 입력노드들과 동일한 개수일 수 있고, M은 N보다 1/10 배 이하로 충분히 작게 설정된다. 제1 연결강도 행렬(W_N×M)은 임의의 초기값으로 설정된 후 지도학습을 통해 지속적으로 갱신되는 파라미터일 수 있다.

종합하면, 입력층(11)은 입력받은 입력 벡터(X)에 제1 연결강도 행렬(W_N×M)을 행렬곱 연산하여 얻어진 중간 연산 벡터(X)을 은닉층(12)에 전달할 수 있다.

은닉층(12)은, 입력층(11)으로부터 전달받은 중간 연산 벡터(X)에서 획득되는 특징 벡터(feature vector, F)에 은닉 노드들 각각에 대응하는 하나 이상의 연결 강도를 적용하여 출력 벡터(Y`)를 생성하고, 생성된 출력 벡터(Y`)를 출력층(13)에 전달할 수 있다.

예를 들어, 은닉층(12)은, 중간 연산 벡터(X)로부터 아래 수학식 5를 만족하는 대각 행렬(diagonal matrix)인 특징 벡터(F)를 획득할 수 있다.

수학식 5에서, R는 대각 행렬인 특징 벡터(F)와 중간 연산 벡터(X) 사이에 수학식 5에 따른 관계를 가역적으로 만족시키는 행렬로서, 좌표변환행렬에 해당한다. 수학식 5에 따른 연산은 대각화 연산의 하나로 지칭될 수 있으며, 통상의 기술자에게 쉽게 이해될 수 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.

이때, 은닉 노드들 각각에 대응하는 하나 이상의 연결 강도값들은 M×Q의 크기를 갖는 제2 연결강도 행렬(U_M×Q)로 표현할 수 있다. 즉, 제2 연결강도 행렬(UM×Q)은 M개의 차원으로 사상된 특징 벡터(F)를 다시 Q개의 차원으로 늘린다. Q는 M보다 10배 이상 충분히 큰 값으로 설정된다.

한편, 제2 연결강도 행렬(U_M×Q)의 초기값은 임의의 값으로 설정된 후, 특징 벡터(F)와 제2 연결강도 행렬(U_M×Q) 사이의 행렬곱 연산하여 생성된 출력 벡터(Y`)가 훈련 출력값인 훈련출력벡터(Y)가 되도록 지속적으로 갱신될 수 있다. 즉, 제2 연결강도 행렬(U_M×Q)도 훈련 데이터를 지속적으로 지도학습함에 따라 갱신되는 파라미터일 수 있다.

즉, 은닉층(12)은, 입력층(11)으로부터 전달받은 중간 연산 벡터(X)를 특징 벡터로 변환하고, 특징 벡터에 대하여 연결강도를 적용하여 출력 벡터(Y`)를 생성하므로, 마치 CNN(convolutional neural network)의 특징 추출을 담당하는 컨볼루셔널 레이어와 유사한 기능을 은닉층(12)에서 수행하도록 구성할 수 있다.

출력층(13)은, 은닉층(12)으로부터 전달받은 출력 벡터(Y`)에 활성화 함수를 적용함으로써 출력 벡터(Y`)에 대응하는 확률(p)을 결정하고, 결정된 확률(p)이 가장 높은 출력 벡터(Y`)를 출력할 수 있다. 활성화 함수는 다양한 범위를 가지는 값들을 0과 1 사이의 값으로 확대 또는 축소함으로써 확률로 변환하는 효과가 있다. 예를 들어, 활성화 함수는, ReLU 함수 또는 Softmax 함수일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

도 7은 일 실시예에 따른 키오스크의 하드웨어 구성을 예시적으로 설명하기 위한 블록도이다.

도 7을 참조하면, 키오스크(100)는, 적어도 하나의 프로세서(110) 및 적어도 하나의 프로세서(110)가 적어도 하나의 동작(operation)을 수행하도록 지시하는 명령어들(instructions)을 저장하는 메모리(120)를 포함할 수 있다.

상기 적어도 하나의 동작은 전술한 키오스크(100)의 동작이나 기능부들 중 적어도 하나의 동작을 포함할 수 있다.

여기서 적어도 하나의 프로세서(110)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(120)는 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(120)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중 하나일 수 있다.

키오스크(100)는, 상기 적어도 하나의 동작을 수행하기 위한 임시 데이터, 입력 데이터, 중간처리 데이터, 출력 데이터 등을 저장하는 저장 장치(160)를 더 포함할 수 있다. 저장 장치(160)는, 플래시메모리(flash-memory), 하드디스크 드라이브(HDD), 솔리드 스테이트 드라이브(SSD), 또는 각종 메모리 카드(예를 들어, micro SD 카드) 등일 수 있다.

또한, 키오스크(100)는, 무선 네트워크를 통해 통신을 수행하는 송수신 장치(transceiver)(130)를 포함할 수 있다. 또한, 키오스크(100)는 입력 인터페이스 장치(140), 출력 인터페이스 장치(150, 예를 들어 디스플레이 패널(103)과 동일할 수 있음) 등을 더 포함할 수 있다. 키오스크(100)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(170)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.

본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.

컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함될 수 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

또한, 상술한 방법 또는 장치는 그 구성이나 기능의 전부 또는 일부가 결합되어 구현되거나, 분리되어 구현될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 키오스크
101: 바디프레임부
102: 카메라
103: 디스플레이 패널
104: 바디 연결부
105: 바디 지지부
200: 재활 의료 기기
201: 메인바디부
202: 거치부
203: 내측홈
204: 백플레이트
205: 하중지지부

Claims

하지 마비 환자를 위한 재활 의료 기기로서,
환자의 등을 지지하는 백플레이트;
상기 백플레이트와 결합하고 상기 백플레이트의 하중을 지지하는 하중지지부;
상기 하중지지부와 물리적으로 연결되어 지면에서 상기 하중지지부를 지지하는 거치부; 및
상기 백플레이트의 상측과 결합되어 상기 백플레이트를 소정의 각도로 회전시키고 상기 하중지지부의 하단까지 연장 형성된 메인바디부;를 포함하는,
하지 마비 환자를 위한 재활 의료 기기.
청구항 1에서,
상기 메인바디부는,
상기 백플레이트의 상측이 소정의 각도로 회전 지지될 수 있도록 상기 백플레이트의 상측과 인접한 내측에서 상기 백플레이트의 회전 방향을 따라 연장 형성된 호(arc) 형상의 내측홈을 포함하는,
하지 마비 환자를 위한 재활 의료 기기.
청구항 2에서,
상기 메인바디부는 소정의 두께를 갖고 정면을 향해 개방된 반원형의 형상으로 형성되는,
하지 마비 환자를 위한 재활 의료 기기.
청구항 3에서,
상기 백플레이트의 상측은 상기 내측홈의 내부에 끼움 결합되어 상기 내측홈을 따라 이동 가능하도록 구성된 돌출회전부;가 배치되되,
상기 돌출회전부는 상기 내측홈과 접하는 부분보다 상기 내측홈의 내부에서 상대적으로 볼록하게 형성됨으로써 상기 내측홈에서 이탈하지 않으면서 상기 내측홈을 따라 이동하는,
하지 마비 환자를 위한 재활 의료 기기.
청구항 4에서,
상기 백플레이트를 상기 하중지지부와 물리적으로 연결하는 연결부;를 더 포함하되, 상기 연결부는 원기둥형으로 형성되어 상기 백플레이트와 상기 하중지지부를 연결할 수 있고,
상기 연결부는, 상기 백플레이트와 소정의 각도로 회전 가능하도록 결합되는,
하지 마비 환자를 위한 재활 의료 기기.