KR20140082449A - 네츄럴 인터렉션 기반의 건강 및 재활 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 본 발명은 네츄럴 인터렉션 기반의 건강 및 재활 장치, 이를 포함한 건강 및 재활 시스템, 및 재활 치료 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 건강 및 재활 장치는 건강 및 재활을 위한 가이드 영상을 모니터에 출력시키고, 모니터를 보고 운동을 하는 환자에 대해 실시간으로 비전 촬영 및 재활 움직임 분석을 수행할 수 있다.
Description
본 발명은 네츄럴 인터렉션(Natural Interaction} 기반의 건강 및 재활 장치, 이를 포함한 건강 및 재활 시스템, 및 재활 치료 방법에 관한 것이다.
뇌 병변 환자의 재활치료 중 상지 운동은 상부신경계의 기능이상 후 회복과정에서 나타나는 독특한 협응 패턴을 고려한 운동을 수행하여야 한다. 운동과 같은 특수 목적성 운동에서는 재활 대상자가 운동 방법을 잘 모르기 때문에 의사의 조언과 감독 아래 운동을 수행하기는 하지만, 정량화된 수치적 기준이 없어 운동량 체크가 어렵고, 흥미 유발이 어려워 쉽게 지치며, 지루해 하고 잘못된 운동을 하게 되는 등의 어려움이 있었다.
이러한 맞춤형 운동처방은 환자의 상태에 따라서 달라지기 때문에 환자의 상태를 정확하게 평가하는 것이 기본이 되어야 한다. 평가자는 환자의 상태를 관절가동범위, 근 지구력, 상지 운동평가도구 등을 이용하여 평가하게 되는데 각각의 평가는 상당한 시간을 소모하게 되며, 평가자의 주관에 따라서 정확도가 떨어지는 단점이 있다. 또한, 관절가동범위를 통해 신체수준을 평가하면 치료사가 동반하여 측정도구를 가지고 수행해야 하는 복잡함과 부수적인 장치를 부착해야 하는 번거로움을 수반한다. 또한, 기존의 평가방식은 적게는 5단계에서 보통 10단계 정도의 측정 단위를 가지기 때문에 환자상태가 미세하게 회복될 경우 그 회복 정도를 파악할 수 없다는 단점이 있다. 또한, 뇌 병변 환자의 특성상 상지의 움직임은 협응 패턴을 나타나게 되고, 극 강직으로 인하여 부드러운 움직임이 아니라 왜곡된 움직임을 보이는데 이를 정량적으로 측정하는 방법이 없다.
본 발명의 일 실시 예는 건강 및 재활을 위한 가이드 영상을 모니터에 출력시키고, 모니터를 보고 운동을 하는 사용자에 대해 실시간으로 비전 촬영 및 재활 움직임 분석을 수행할 수 있는 네츄럴 인터렉션 기반의 건강 및 재활 장치, 시스템 및 재활 치료 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 네츄럴 인터렉션 기반의 건강 및 재활 장치에 있어서, 환자의 어깨(shoulder), 팔꿈치(elbow) 및 몸통(torso) 중 적어도 하나의 움직임을 촬영하여 영상 데이터를 생성하는 비전 센서; 상기 생성한 영상 데이터로부터 상기 환자의 움직임에 상응하는 각도 데이터를 추출하는 데이터 추출부; 상기 추출한 각도 데이터로부터, 최대각도, 시간, 평균각도, 떨림, 각속도의 분산, 각속도의 평균, 수평방향의 분산 및 수평방향의 평균 중 적어도 하나를 포함하는 평가 인자를 계산하고, 상기 계산한 평가 인자를 기초로 상기 환자의 움직임 인덱스를 계산하는 평가부; 및 상기 움직임 인덱스를 기초로 상기 환자의 재활 프로그램을 수행하는 재활 프로그램 수행부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 네츄럴 인터렉션 기반의 건강 및 재활 장치는 상기 환자의 움직임을 유도하기 위한 가이드 영상을 디스플레이하고, 상기 재활 프로그램을 디스플레이하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 평가부는, 상기 계산한 움직임 인덱스와 상기 환자의 움직임을 평가한 전문가의 평가 정보와의 상관관계를 계산하고, 상기 계산한 상관관계를 기초로 상기 움직임 인덱스를 보정하는 것을 특징으로 한다.
상기 재활 프로그램 수행부는, 상기 움직임 인덱스를 기초로 상기 환자의 재활에 필요한 게임의 유형 및 난이도를 결정하고, 상기 결정한 난이도의 게임을 상기 재활 프로그램으로서 상기 환자에게 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 네츄럴 인터렉션 기반의 건강 및 재활 장치를 포함한 재활 시스템에 있어서, 환자의 어깨(shoulder), 팔꿈치(elbow) 및 몸통(torso) 중 적어도 하나의 움직임을 촬영하여 영상 데이터를 생성하는 비전 센서; 상기 생성한 영상 데이터로부터 상기 환자의 움직임에 상응하는 각도 데이터를 추출하는 데이터 추출부; 상기 추출한 각도 데이터로부터, 최대각도, 시간, 평균각도, 떨림, 각속도의 분산, 각속도의 평균, 수평방향의 분산 및 수평방향의 평균 중 적어도 하나를 포함하는 평가 인자를 계산하고, 상기 계산한 평가 인자를 기초로 상기 환자의 움직임 인덱스를 계산하는 평가부; 및 상기 움직임 인덱스를 기초로 상기 환자의 재활 프로그램을 수행하는 재활 프로그램 수행부를 포함하는 건강 및 재활 장치,
상기 건강 및 재활 장치와 통신망으로 접속된 통합 관리 서버를 포함하고,
상기 통합 관리 서버는, 상기 환자의 움직임 인덱스 정보를 저장 및 관리하고, 상기 통합 관리 서버에 접속한 전문가 단말과 상기 환자의 움직임 인덱스를 공유하는 것을 특징으로 한다.
상기 통합 관리 서버는, 상기 움직임 인덱스 정보에 기초한 재활 프로그램을 상기 환자의 모바일 단말에 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 네츄럴 인터렉션 기반의 건강 및 재활 장치를 이용한 재활 치료 방법은 환자의 어깨(shoulder), 팔꿈치(elbow) 및 몸통(torso) 중 적어도 하나의 움직임을 촬영하여 영상 데이터를 생성하는 단계; 상기 생성한 영상 데이터로부터 상기 환자의 움직임에 상응하는 각도 데이터를 추출하는 단계; 상기 추출한 각도 데이터로부터, 최대각도, 시간, 평균각도, 떨림, 각속도의 분산, 각속도의 평균, 수평방향의 분산 및 수평방향의 평균 중 적어도 하나를 포함하는 평가 인자를 계산하고, 상기 계산한 평가 인자를 기초로 상기 환자의 움직임 인덱스를 계산하는 단계; 및 상기 움직임 인덱스를 기초로 상기 환자의 재활 프로그램을 수행하는 단계를 포함한다.
상기 재활 치료 방법은 상기 환자의 움직임을 유도하기 위한 가이드 영상을 디스플레이하고, 상기 재활 프로그램을 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 재활 치료 방법은 상기 계산한 움직임 인덱스와 상기 환자의 움직임을 평가한 전문가의 평가 정보와의 상관관계를 계산하고, 상기 계산한 상관관계를 기초로 상기 움직임 인덱스를 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 재활 프로그램 수행 단계는, 상기 움직임 인덱스를 기초로 상기 환자의 재활에 필요한 게임의 유형 및 난이도를 결정하고, 상기 결정한 난이도의 게임을 상기 재활 프로그램으로서 상기 환자에게 제공하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 네츄럴 인터렉션 기반의 건강 및 재활 장치(100)의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 건강 및 재활 장치(100)를 포함한 건강 및 재활 시스템의 개략도이다.
도 3은 도 1 및 2에 도시된 건강 및 재활 장치(100)의 개략적인 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 평가부(103)의 개략적인 구성도이다.
도 5 내지 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 환자의 움직임을 분석하는 예시도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 재활 치료 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 건강 및 재활 시스템의 개략도이다.
도 11 내지 13은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 재활 프로그램을 환자의 모바일 단말에서 수행하는 것을 설명하는 예시 도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 건강 및 재활 장치(100)를 포함한 건강 및 재활 시스템의 개략도이다.
도 3은 도 1 및 2에 도시된 건강 및 재활 장치(100)의 개략적인 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 평가부(103)의 개략적인 구성도이다.
도 5 내지 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 환자의 움직임을 분석하는 예시도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 재활 치료 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 건강 및 재활 시스템의 개략도이다.
도 11 내지 13은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 재활 프로그램을 환자의 모바일 단말에서 수행하는 것을 설명하는 예시 도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 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 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 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.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 네츄럴 인터렉션 기반의 건강 및 재활 장치(100)의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 건강 및 재활 장치(100)는 본체와 거치대 형태로 구현할 수 있다. 건강 및 재활 장치(100)는 환자가 화면을 보면서 재활 치료를 수행할 수 있는 디스플레이부(105)와 환자의 움직임을 촬영하는 비전 센서(101)를 포함한다. 본 발명의 일 실시 예에서, 건강 및 재활 장치(100)의
건강 및 재활 장치(100)는 재활 치료를 하고자 하는 환자가 디스플레이부(105)에 표시된 화면에서 가이드 영상, 예를 들면 아바타가 움직이는 동작을 따라하면서, 자신의 신체 부위, 어깨(shoulder), 팔꿈치(elbow), 또는 몸통(torso)을 움직인다. 건강 및 재활 장치(100)는 환자의 움직임을 촬영하여 생성한 영상 데이터를 분석함으로써, 환자의 재활 상태를 수치화하여, 환자에게 제공할 수 있다.
비전 센서(101)는 건강 및 재활 장치(100)에 부착된다. 환자의 몸에 부착되지 않음으로써, 환자의 근육 및 관절의 움직임을 더욱 정확하게 촬영할 수 있다. 여기서, 비전 센서(101)는 카메라 모듈을 포함할 수 있으며, 환자의 움직임을 초당 수 내지 수십 프레임씩 촬영할 수 있다. 또한, 최초 환자의 손 올리기 자세를 인식한 후 인체를 인식할 수도 있으며, 최초 인식 필요 동작 없이 인체를 인식할 수도 있다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에서는, 환자의 몸에 부착하지 않는 무 부착 센서의 형태로 비전 센서(101)가 건강 및 재활 장치(100)에 부착되는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 더욱 정확한 움직임 분석을 위해 환자의 몸에 부착하는 부착형 센서, 예를 들면 글로브(glove) 센서(미도시)를 더 포함하도록 구성하여, 환자의 움직임을 분석할 수도 있다.
건강 및 재활 장치(100)의 구체적인 구성 및 기능은 도 2 내지 4를 참조하여 후술한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 건강 및 재활 장치(100)를 포함한 건강 및 재활 시스템의 개략도이다.
도 2를 참조하면, 건강 및 재활 장치(100), 건강 및 재활 장치(100)와 접속된 통합 관리 서버(110) 및 전문가 단말(120)이 도시되어 있다.
건강 및 재활 장치(100)는 병원 등 재활치료가 필요한 장소에 설치되고, 통합 관리 서버(110)는 건강 및 재활 장치(100)와 소정의 네트워크를 통해 접속된다. 전문가 단말(120)은 의사, 또는 재활치료사의 유무선 단말을 포함하며, 건강 및 재활 장치(100) 및 통합 관리 서버(110)와 통신 가능하다.
환자가 건강 및 재활 장치(100)에 접근하여, 사용자 ID로 로그인하여 재활 프로그램을 위한 등록을 한다. 여기서, 사용자 ID 로그인 방식은 접촉식 또는 비접촉식 카드일 수 있으며, 얼굴 인식, 홍채 인식 등의 생체 인식 방법을 사용할 수 있으며, 환자의 수동 입력을 통해서도 가능함은 물론이다.
건강 및 재활 장치(100)는 환자의 사용자 정보 및 신체, 운동 정보를 조회한다. 예를 들면 환자의 병명, 환자의 재활 이력, 환자의 이전 재활 치료 단계 등을 조회한다.
건강 및 재활 장치(100)는 조회한 사용자 정보에 맞는 재활 치료 프로그램을 수행한다. 통합 관리 서버(110)는 건강 및 재활 장치(100)로부터 재활 치료 프로그램의 수행 결과, 예를 들면 환자의 재활 정도, 훈련 성과 등의 재활 정보를 수신하고, 전문가 단말(120)과 재활 정보를 공유한다. 또한, 환자는 건강 및 재활 장치(100)를 통해 전문가와 프로그램 수행 평가에 대한 의견, 또는 전문 치료사와의 상담을 할 수도 있다. 의사 또는 치료사는 전문가 단말(120)을 통해, 자료 검색, 운동량 분석, 재활 치료 관리, 재활 치료 상담, 치료 프로그램 설정, 치료 프로그램 디자인 등을 수행할 수 있다.
통합 관리 서버(110)는 의료기관 연계 시스템, 예를 들면 OCS(order communication system), 또는 EMR(electronic medical record)와 재활 정보를 공유하여, 환자의 상태에 따른 처방, 진단 기록 등을 저장할 수도 있다.
통합 관리 서버(110)는 장애인 또는 의료 커뮤니케이션 시스템을 제공하여, 언제 어디서나 유무선으로 재활 정보를 환자 또는 의사에게 제공할 수 있으며, 치료사용 훈련 프로그램 관리 도구, 사용자용 훈련 프로그램 수행 도구를 제공할 수 있다. 또한, 통합 관리 서버(110)는 재활 의학, 건강 관리, 생활 체육, 가상 트레이너, 가상 전문의, 치료사 등의 재활 의료 포털 서비스를 제공할 수도 있다.
도 3은 도 1 및 2에 도시된 건강 및 재활 장치(100)의 개략적인 구성도이다.
도 3을 참조하면, 건강 및 재활 장치(100)는 데이터 추출부(102), 평가부(103) 및 재활 프로그램 수행부(104)를 포함한다.
데이터 추출부(102)는 비전 센서(101)가 촬영한 환자의 어깨(shoulder), 팔꿈치(elbow), 또는 몸통(torso)의 움직임에 상응하는 영상 데이터로부터 환자의 움직임에 상응하는 각도 데이터를 추출한다. 여기서, 각도 데이터는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다양한 가이드 움직임들, 예를 들면 디스플레이부에 디스플레이되는 아바타의 움직임을 따라 수행될 수 있다. 예를 들면 손바닥을 뒤집어서 귀로 가져가기, 팔을 뻗어서 반대편 무릎에 손 가져가기, 손을 골반 옆으로 가져가기, 앞으로 나란히 하기, 팔 몸통 붙이고 손바닥 뒤집기 등의 아바타의 움직임을 따라 하는 환자의 각도 데이터일 수 있다.
평가부(103)는 데이터 추출부(102)에서 추출한 각도 데이터로부터, 최대각도(Maximum Angle), 시간(Time to the angle specified), 평균각도(Average Angle), 떨림(Number of Decline), 각속도의 분산(Variance of Angle Velocity), 각속도의 평균(Average of Angle Velocity), 수평방향의 분산(Variance of Horizontal Range) 및 수평방향의 평균(Average of Horizontal Range) 중 적어도 하나를 포함하는 평가 인자를 계산한다. 그리고, 계산한 평가 인자를 기초로 환자의 움직임 인덱스를 계산한다.
도 4를 참조하면, 평가부(103)는 평가 인자 계산부(106), 스코어 계산부(107) 및 상관 관계 계산부(108)를 포함한다.
평가 인자 계산부(106)는 각도 데이터로부터 전술한 8가지의 평가 인자들을 계산한다.
평가 인자 계산부(106)는 각도 데이터로부터 최대 각도와 시간을 계산한다. 최대 각도와 시간은 근육의 강도를 평가하는 기준으로, 근육의 수축으로 인하여 발행하는 힘, 얼마나 높이, 얼마나 빨리 운동하는지를 측정하는 요소이다.
평가 인자 계산부(106)는 각도 데이터로부터 평균 각도와 떨림을 계산한다. 평균 각도와 떨림은 일정한 속도와 강도의 운동을 지속할 수 있는 힘과, 높은 각도에서 운동을 지속할 수 있는 능력을 측정하는 요소이다.
평가 인자 계산부(106)는 각도 데이터로부터 각속도의 분산과 각속도의 평균을 계산한다. 각속도의 분산과 각속도의 평균은 팔의 수직방향의 움직임의 정밀도와, 등속성 운동 여부와 각속도의 빠르기로 수직 방향의 정확도를 측정하는 요소이다.
평가 인자 계산부(106)는 각도 데이터로부터 수평 방향의 분산과 수평방향의 평균을 계산한다. 수평 방향의 분산과 수평 방향의 평균은 팔의 수평 방향 움직임의 정밀도와 운동 중 팔 움직임의 수평방향 균일 정도를 측정하는 요소이다.
스코어 계산부(107)는 계산한 평가 인자를 기초로 환자의 움직임 인덱스를 계산한다. 평가부(103)는 움직임 인덱스를 계산하기 위해, 다양한 가이드 움직임들을 통해 트레이닝 데이터를 산출한다.
예를 들면, 가이드 움직임이 아래 표 1 에 도시된 90도 앞으로 나란히 하기인 경우에 대해 설명한다.
최대각도 (Maximum Angle: MA): 환자가 들어올릴 수 있는/움직일 수 있는 shoulder/elbow/torso의 최대 각도로서, 환자가 80 프레임 동안 측정된 각도 중 최대 각도가 73도라면, 이 환자의 최대각도는 73도로 판단하고, 환자가 40 프레임 만에 A04에서 목표로 하는 각도인 90도에 도달했다면, 이 환자의 최대각도는 90도라고 판정한다.
시간(Time to the angle specified: T)은 정해진 각도까지 움직이는데 걸리는 시간으로서, 환자가 80 프레임 동안 목표로 하는 90도에 도달하지 못해 80 프레임 전부를 사용했다면, 이 환자의 시간은 80 프레임이고, 환자가 80 프레임 중 70 프레임 만에 목표로 하는 90도에 도달한다면 이 환자의 시간은 70 프레임이다.
평균각도(Average Angle: AA)는 촬영된 프레임에서 shoulder/elbow/torso가 위치한 각도의 평균으로서, 각 프레임에 해당하는 각도들의 평균이다.
떨림(Degree of Vibration: DV)은 총 촬영된 프레임에서 각도의 변화율이 음수로 측정된 횟수로서, Xn은 n번째 프레임에서 측정된 각도이고, n번째 프레임의 각속도는 Xn-Xn - 1으로 계산되고, 각속도<0인 프레임의 개수가 떨림을 나타낸다.
각속도의 분산(Variance of Angle Velocity: VAV)은 등속성 근력측정 시스템 원리에 입각하여 측정된 프레임 간 각속도의 분산으로 계산한다.
각속도의 평균(Average of Angle Velocity: AAV)은 등속성 근력측정 시스템 원리에 입각하여 측정된 프레임 간 각속도의 평균이다.
Variance of Horizontal Range (VHR)은 촬영된 프레임에서 shoulder/torso가 주어진 재활운동 평면과 orthogonal한 평면으로부터 떨어져서 움직인 각도의 분산이다.
Average of Horizontal Range (AHR)는 촬영된 프레임에서 shoulder/torso가 주어진 재활운동 평면과 orthogonal한 평면으로부터 떨어져서 움직인 각도의 평균 이다.
움직임 인덱스는 전술한 8가지 요소들을 PCA(Principal Component Analysis)를 통해서 만든 하나의 값을 나타낸다. 8가지 요소들 중 최대각도와 시간을 이용하여 근력(Muscular Strength)을 계산할 수 있고, 평균각도와 떨림을 이용하여 근지구력(Muscular Endurance)을 계산할 수 있고, 또한 각속도의 분산과 평균으로 수직 정밀도 (Vertical Precision)를 계산할 수 있고, VHR과 AHR을 이용하여 수평 정밀도(Horizontal Precision)를 계산할 수 있다.
예를 들면 Shoulder/torso의 움직임 인덱스는 다음과 같이 계산할 수 있다.
근력 = 0.875 * 최대각도 - 0.950 * 시간
근지구력 = 0.730 * 평균각도 - 0.919 * 떨림
수직 정밀도 = 0.760 * 각속도의 평균 - 0.659 * 각속도의 분산
수평 정밀도 = -0.762 * VHR - 0.792 * AHR
움직임 인덱스 = 근력 + 근지구력 + 수직 정밀도 + 수평 정밀도
Elbow의 움직임 인덱스는 다음과 같이 계산할 수 있다.
근력 = 0.875 * 최대각도 - 0.950 * 시간
근지구력 = 0.730 * 평균각도 - 0.919 * 떨림
수직 정밀도 = 0.760 * 각속도의 평균 - 0.659 * 각속도의 분산
움직임 인덱스 = 근력 + 근지구력 + 수직 정밀도
상관 관계 계산부(108)는 스코어 계산부(107)가 계산한 움직임 인덱스와 환자의 움직임을 직접 평가한 전문가 또는 의사가 점수와의 상관관계를 기초로 움직임 인덱스를 보정한다. 즉, 건강 및 재활 장치(100)가 평가한 환자의 움직임 인덱스에 전문가가 직접 평가한 평가 점수를 반영한다.
재활 프로그램 수행부(104)는 평가부(103)에서 계산한 움직임 인덱스를 기초로 환자의 재활 프로그램을 수행한다. 여기서, 재활 프로그램은 환자의 현재 상태에 맞는 재활 운동, 재활 게임, 처방 등일 수 있다. 또한, 움직임 인덱스를 기초로 환자의 재활에 필요한 게임의 유형, 게임의 난이도를 조절할 수 있다.
도 5 내지 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 환자의 움직임을 분석하는 예시도이다.
도 5를 참조하면, 환자의 움직임을 분석하기 위해, 건강 및 재활 장치(100)에서 가이드 영상, 아바타를 통해 팔 옆으로 들기를 수행하도록 지시한다. 가이드 영상을 따라 하는 환자의 움직임을 통해 다음 표 2와 같은 움직임 분석을 수행한다.
도 6을 참조하면, 환자의 움직임을 분석하기 위해, 건강 및 재활 장치(100)에서 가이드 영상, 아바타를 통해 앞으로 나란히 하기를 수행하도록 지시한다. 가이드 영상을 따라 하는 환자의 움직임을 통해 이전 설명한 표 1과 같은 움직임 분석을 수행하여, 환자의 움직임을 분석한 움직임 인덱스를 계산한다.
도 7 및 8을 참조하면, 환자의 움직임 상태에 따른 평가를 한 후, 움직임 인덱스에 기초한 재활 프로그램을 제공한다. 예를 들면 움직임 인덱스를 통해 평가한 후, 현재 환자의 상태에 맞는 재활 훈련, 예를 들면 팔 뻗어서 반대 무릎에 손 올리기, 팔 옆으로 펴기 등과 같은 재활 프로그램을 수행할 수 있다.
도 8에 도시된 것처럼, 재활 프로그램 수행에 따라 환자의 상태에서 환자의 발전 정보 또는 향상 정보를 함께 표시해 줄 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 재활 치료 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 재활 치료 방법은, 단계 900에서, 사용자 로그인을 통해 환자를 인식하고, 단계 902에서, 사용자 정보 및 신체 운동 정보를 조회한다. 단계 904에서, 재활 프로그램을 수행한다. 단계 906에서, 프로그램 수행 평가를 한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 재활 치료 방법은 인체의 골격/근육의 움직임 및 운동을 비전 센서를 통해 영상 데이터를 생성하고, 생성한 영상 데이터를 분석하여 재활 인덱스 정보로 산출하여, 인덱스 정보를 환자의 재활 치료에 반영함으로써, 정확한 재활 움직임 분석, 이에 따른 재활 상태 평가 및 적절한 재활 프로그램을 수행할 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 건강 및 재활 시스템의 개략도이다.
도 10을 참조하면, 건강 및 재활 시스템(1000)은 건강 및 재활 장치(1010), 건강 및 재활 장치와 접속된 통합 관리 서버(1020)와, 통합 관리 서버(1020)와 통신망을 통해 접속된 전문가 단말(1030), 환자의 단말(1011 내지 1013)을 포함한다.
환자의 단말(1011 내지 1013)은 환자의 휴대 단말, 개인 컴퓨터 등일 수 있다. 즉, 환자는 건강 및 재활 장치(1010)를 통해 자신의 재활 상태를 분석하고, 자신의 재활 치료 정보를 저장 및 관리하고 있는 통합 관리 서버(1020)에 접속하여, 전문가 단말(1030), 즉 의사와 환자가 재활 프로그램의 상황을 공유하고, 상호 작용할 수 있다.
또한, 환자의 단말(1011)을 통해 재활 프로그램 애플리케이션을 구현하여, 재활 환자의 운동 프로그램 진행도, 운동 관절 범위의 진척도 등을 함께 공유할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 건강 및 재활 시스템(1000)은 건강 및 재활 장치(1010)와 통합 관리 서버(1020)와 통신망, 예를 들면 인터넷을 통해 병원에서 퇴원 후 자택에서 재활 운동을 지속 수행하고, 의사의 피드백을 받을 수 있다. 또한, 애플리케이션을 통해 TV와 연동하는 콘솔 방식의 애플리케이션으로도 구현할 수 있다.
환자는 자신의 스마트 폰, 도 10에 도시된 환자 단말(1011)의 애플리케이션을 통해 옥외 운동, 운동 평가, 진도 관리 등의 재활 프로그램을 수행할 수 있다. 도 11 내지 13에는 환자의 단말(1011)의 재활 애플리케이션의 예시로서, 나의 재활, 전체 스케줄, 재활 메도, 재활 평가표 등을 통해 자신의 재활 전체 스케줄, 재활 평가표 등을 용이하게 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 프로세서, 프로그램 데이터를 저장하고 실행하는 메모리, 디스크 드라이브와 같은 영구 저장부(permanent storage), 외부 장치와 통신하는 통신 포트, 터치 패널, 키(key), 버튼 등과 같은 사용자 인터페이스 장치 등을 포함할 수 있다. 소프트웨어 모듈 또는 알고리즘으로 구현되는 방법들은 상기 프로세서상에서 실행 가능한 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드들 또는 프로그램 명령들로서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체 상에 저장될 수 있다. 여기서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로 마그네틱 저장 매체(예컨대, ROM(read-only memory), RAM(random-access memory), 플로피 디스크, 하드 디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예컨대, 시디롬(CD-ROM), 디브이디(DVD: Digital Versatile Disc)) 등이 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템들에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 판독 가능한 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 매체는 컴퓨터에 의해 판독가능하며, 메모리에 저장되고, 프로세서에서 실행될 수 있다.
본 발명에서 인용하는 공개 문헌, 특허 출원, 특허 등을 포함하는 모든 문헌들은 각 인용 문헌이 개별적으로 및 구체적으로 병합하여 나타내는 것 또는 본 발명에서 전체적으로 병합하여 나타낸 것과 동일하게 본 발명에 병합될 수 있다.
본 발명의 이해를 위하여, 도면에 도시된 바람직한 실시 예들에서 참조 부호를 기재하였으며, 본 발명의 실시 예들을 설명하기 위하여 특정 용어들을 사용하였으나, 특정 용어에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 당업자에 있어서 통상적으로 생각할 수 있는 모든 구성 요소들을 포함할 수 있다.
본 발명은 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들은 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 또는/및 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 하나 이상의 마이크로프로세서들의 제어 또는 다른 제어 장치들에 의해서 다양한 기능들을 실행할 수 있는, 메모리, 프로세싱, 로직(logic), 룩 업 테이블(look-up table) 등과 같은 직접 회로 구성들을 채용할 수 있다. 본 발명에의 구성 요소들이 소프트웨어 프로그래밍 또는 소프트웨어 요소들로 실행될 수 있는 것과 유사하게, 본 발명은 데이터 구조, 프로세스들, 루틴들 또는 다른 프로그래밍 구성들의 조합으로 구현되는 다양한 알고리즘을 포함하여, C, C++, 자바(Java), 어셈블러(assembler) 등과 같은 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능적인 측면들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명은 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. “매커니즘”, “요소”, “수단”, “구성”과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 상기 용어는 프로세서 등과 연계하여 소프트웨어의 일련의 처리들(routines)의 의미를 포함할 수 있다.
본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, “필수적인”, “중요하게” 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
본 발명의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 “상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 마지막으로, 본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
100: 건강 및 재활 장치
101: 비전 센서
105: 디스플레이부
110: 통합 관리 서버
120: 전문가 단말
101: 비전 센서
105: 디스플레이부
110: 통합 관리 서버
120: 전문가 단말
Claims (10)
- 네츄럴 인터렉션 기반의 건강 및 재활 장치에 있어서,
환자의 어깨(shoulder), 팔꿈치(elbow) 및 몸통(torso) 중 적어도 하나의 움직임을 촬영하여 영상 데이터를 생성하는 비전 센서;
상기 생성한 영상 데이터로부터 상기 환자의 움직임에 상응하는 각도 데이터를 추출하는 데이터 추출부;
상기 추출한 각도 데이터로부터, 최대각도, 시간, 평균각도, 떨림, 각속도의 분산, 각속도의 평균, 수평방향의 분산 및 수평방향의 평균 중 적어도 하나를 포함하는 평가 인자를 계산하고, 상기 계산한 평가 인자를 기초로 상기 환자의 움직임 인덱스를 계산하는 평가부; 및
상기 움직임 인덱스를 기초로 상기 환자의 재활 프로그램을 수행하는 재활 프로그램 수행부를 포함하는 것을 특징으로 하는 네츄럴 인터렉션 기반의 건강 및 재활 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 환자의 움직임을 유도하기 위한 가이드 영상을 디스플레이하고, 상기 재활 프로그램을 디스플레이하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 네츄럴 인터렉션 기반의 건강 및 재활 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 평가부는,
상기 계산한 움직임 인덱스와 상기 환자의 움직임을 평가한 전문가의 평가 정보와의 상관관계를 계산하고, 상기 계산한 상관관계를 기초로 상기 움직임 인덱스를 보정하는 것을 특징으로 하는 네츄럴 인터렉션 기반의 건강 및 재활 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 재활 프로그램 수행부는,
상기 움직임 인덱스를 기초로 상기 환자의 재활에 필요한 게임의 유형 및 난이도를 결정하고, 상기 결정한 난이도의 게임을 상기 재활 프로그램으로서 상기 환자에게 제공하는 것을 특징으로 하는 네츄럴 인터렉션 기반의 건강 및 재활 장치. - 네츄럴 인터렉션 기반의 건강 및 재활 장치를 포함한 재활 시스템에 있어서,
상기 건강 및 재활 장치는,
환자의 어깨(shoulder), 팔꿈치(elbow) 및 몸통(torso) 중 적어도 하나의 움직임을 촬영하여 영상 데이터를 생성하는 비전 센서; 상기 생성한 영상 데이터로부터 상기 환자의 움직임에 상응하는 각도 데이터를 추출하는 데이터 추출부; 상기 추출한 각도 데이터로부터, 최대각도, 시간, 평균각도, 떨림, 각속도의 분산, 각속도의 평균, 수평방향의 분산 및 수평방향의 평균 중 적어도 하나를 포함하는 평가 인자를 계산하고, 상기 계산한 평가 인자를 기초로 상기 환자의 움직임 인덱스를 계산하는 평가부; 및 상기 움직임 인덱스를 기초로 상기 환자의 재활 프로그램을 수행하는 재활 프로그램 수행부를 포함하고,
상기 건강 및 재활 장치와 통신망으로 접속된 통합 관리 서버를 더 포함하고,
상기 통합 관리 서버는,
상기 환자의 움직임 인덱스 정보를 저장 및 관리하고, 상기 통합 관리 서버에 접속한 전문가 단말과 상기 환자의 움직임 인덱스를 공유하는 것을 특징으로 하는 재활 시스템. - 제 5 항에 있어서,
상기 통합 관리 서버는,
상기 움직임 인덱스 정보에 기초한 재활 프로그램을 상기 환자의 모바일 단말에 제공하는 것을 특징으로 하는 재활 시스템. - 네츄럴 인터렉션 기반의 건강 및 재활 장치를 이용한 재활 치료 방법에 있어서,
환자의 어깨(shoulder), 팔꿈치(elbow) 및 몸통(torso) 중 적어도 하나의 움직임을 촬영하여 영상 데이터를 생성하는 단계;
상기 생성한 영상 데이터로부터 상기 환자의 움직임에 상응하는 각도 데이터를 추출하는 단계;
상기 추출한 각도 데이터로부터, 최대각도, 시간, 평균각도, 떨림, 각속도의 분산, 각속도의 평균, 수평방향의 분산 및 수평방향의 평균 중 적어도 하나를 포함하는 평가 인자를 계산하고, 상기 계산한 평가 인자를 기초로 상기 환자의 움직임 인덱스를 계산하는 단계; 및
상기 움직임 인덱스를 기초로 상기 환자의 재활 프로그램을 수행하는 단계를 포함하는 재활 치료 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 환자의 움직임을 유도하기 위한 가이드 영상을 디스플레이하고, 상기 재활 프로그램을 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재활 치료 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 계산한 움직임 인덱스와 상기 환자의 움직임을 평가한 전문가의 평가 정보와의 상관관계를 계산하고, 상기 계산한 상관관계를 기초로 상기 움직임 인덱스를 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재활 치료 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 재활 프로그램 수행 단계는,
상기 움직임 인덱스를 기초로 상기 환자의 재활에 필요한 게임의 유형 및 난이도를 결정하고, 상기 결정한 난이도의 게임을 상기 재활 프로그램으로서 상기 환자에게 제공하는 것을 특징으로 하는 재활 치료 방법.
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