KR20170135003A - 실시간 상지 관절 운동 추적 장치 및 방법 - Google Patents

실시간 상지 관절 운동 추적 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

실시간 상지 관절 운동 추적 장치 및 방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 상지 관절 운동 추적 장치는, 환자의 스켈레톤 트래킹 데이터를 획득하는 키넥트 센서부, 상기 키넥트 센서부로부터 상기 환자의 스켈레톤 트래킹 데이터를 수신하고, 상기 스켈레톤 트래킹 데이터를 기초로 환자의 적어도 하나의 상지 관절의 위치 변화를 트래킹하고, 상기 환자의 적어도 하나의 상지 관절의 위치 변화를 이용하여 상기 환자의 적어도 하나의 상지 관절의 운동 각도 및 운동 속도를 포함하는 운동 정보를 측정하는 제어부,
및 상기 환자의 적어도 하나의 상지 관절의 운동 정보를 화면 상에 출력하는 디스플레이부를 포함한다.

Description

실시간 상지 관절 운동 추적 장치 및 방법 {APPRATUS AND METHOD FOR REAL-TIME UPPER JOINT MOTION TRACKING}
본 발명은 실시간 상지 관절 운동 추적 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 키넥트 센서를 이용해 환자의 상지 관절의 운동을 추적할 수 있는 실시간 상지 관절 운동 추적 장치 및 방법에 관한 것이다.
유방암, 두경부암 및 폐암 등의 의료 수술 후 환자들에게 목과 어깨의 관절 기능 문제가 호발하고 있으며, 재활치료를 위해서는 환자의 각 상지 관절의 운동 가능 범위를 정확히 측정할 필요가 있다.
종래에 환자의 상지 관절의 운동 가능 범위를 측정할 시에는 각도기를 사용하여 기계적으로 측정해야 하였으므로, 그 측정의 정확도가 측정조건에 따라 저하되는 단점이 있었다. 또한, 환자의 상지 측정 시작 단계와 측정 종료 단계의 관절 운동 각도에 대한 차이값만을 측정할 수 있었으므로 측정 과정에서 매 순간마다의 환자의 상지 관절의 변화를 실시간으로 확인할 수 없는 문제가 있었다.
등록실용신안공보 제20-0212733호, 2000.11.25
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 키넥트 센서를 이용하는 실시간 상지 관절 운동 추적 장치 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 언급된 기술적 과제들을 해결하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 상지 관절 운동 추적 장치는, 환자의 스켈레톤 트래킹 데이터를 획득하는 키넥트 센서부, 상기 키넥트 센서부로부터 상기 환자의 스켈레톤 트래킹 데이터를 수신하고, 상기 스켈레톤 트래킹 데이터를 기초로 환자의 적어도 하나의 상지 관절의 위치 변화를 트래킹하고, 상기 환자의 적어도 하나의 상지 관절의 위치 변화를 이용하여 상기 환자의 적어도 하나의 상지 관절의 운동 각도 및 운동 속도를 포함하는 운동 정보를 측정하는 제어부 및 상기 환자의 적어도 하나의 상지 관절의 운동 정보를 화면 상에 출력하는 디스플레이부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 상지 관절 운동 추적 방법은, 컴퓨터에 의해 구현되는 방법으로서, 키넥트 센서부를 이용해서 환자의 스켈레톤 트래킹 데이터를 획득하는 단계, 상기 스켈레톤 트래킹 데이터를 기초로 상기 환자의 적어도 하나의 상지 관절의 위치 변화를 트래킹하는 단계, 상기 환자의 적어도 하나의 상지 관절의 위치 변화를 이용하여 상기 환자의 적어도 하나의 상지 관절의 운동 각도 및 운동 속도를 포함하는 운동 정보를 측정하는 단계 및 상기 환자의 적어도 하나의 상지 관절의 운동 정보를 화면 상에 출력하는 단계를 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 아래의 효과가 도출될 수 있지만, 본 발명에 따른 효과는 이에 제한되지 않는다.
키넥트 센서를 이용하여 환자의 스켈레톤 트래킹 데이터를 기초로 환자의 상지 관절의 위치 변화를 트래킹하므로, 환자의 상지 관절의 운동 정보를 실시간으로 보다 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 실시간으로 측정된 환자의 상지 관절의 운동 정보를 이용하여, 의사가 환자의 상지 관절의 정량적인 회복 경과를 보다 정확하게 평가할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 상지 관절 운동 추적 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 키넥트 센서부에 의한 스켈레톤 트래킹 데이터의 획득을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 상지 관절 운동 추적 방법을 도시하는 순서도이다.
도 4는 환자의 상지 관절의 운동 각도 및 운동 속도를 포함하는 운동 정보를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 환자의 미리 정해진 동작을 검출하여 환자의 상지 관절의 위치 변화의 트래킹을 개시 또는 종료하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 실시간 상지 관절 운동 추적 장치 및 방법에 대해 설명하기로 한다. 도 1에 본 발명의 실시예에 따른 실시간 상지 관절 운동 추적 장치(10)에 대한 개략적인 구성을 나타내는 도면이 도시된다.
도 1을 참조하면, 실시간 상지 관절 운동 추적 장치(10)는 키넥트 센서부(100), 제어부(200), 디스플레이부(300) 및 저장부(400)를 포함한다.
키넥트 센서부(100)는 환자의 스켈레톤 트래킹 데이터를 획득할 수 있다. 키넥트 센서부(100)는 RGB 카메라 모듈(미도시) 및 3차원 깊이 센서(미도시)로 구성될 수 있다. 3차원 깊이 센서(미도시)는 적외선 송출부(미도시)와 적외선 수신부로 구성될 수 있다.
제어부(200)는 키넥트 센서부(100)로부터 환자의 스켈레톤 트래킹 데이터를 수신하고, 스켈레톤 트래킹 데이터를 기초로 환자의 적어도 하나의 상지 관절의 위치 변화를 트래킹할 수 있다. 예를 들어, 환자의 상지 관절은 견갑골과 상완골을 연결하는 어깨 관절, 척골과 상원골을 연결하는 팔꿈치 관절, 요골과 수근골을 연결하는 손목 관절 및 수근골과 중수골을 연결하는 손가락 관절이 해당할 수 있다. 제어부(200)는 환자의 적어도 하나의 상지 관절의 위치 변화를 이용하여 환자의 적어도 하나의 상지 관절의 운동 각도 및 운동 속도를 포함하는 운동 정보를 측정할 수 있다. 제어부(200)는 스켈레톤 트래킹 데이터를 기초로 환자의 미리 정해진 동작을 검출하면 상술한 운동 정보의 측정을 개시하거나 종료할 수 있다. 환자의 미리 정해진 동작은 주먹을 두번 쥐었다 피는 동작, 두손을 가슴 앞으로 모았다가 펼치는 동작, 만세를 부르는 동작 등으로 설정될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
디스플레이부(300)는 제어부(200)에 의해 측정된 환자의 적어도 하나의 상지 관절의 운동 정보를 화면 상에 출력할 수 있다. 디스플레이부(300)에 출력되는 값으로는 환자의 신상 정보, 치료 이력, 각 상지 관절을 중심으로 하는 골격의 운동 각도 및 골격의 운동 속도 등이 포함될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
디스플레이부(300)는 액정 디스플레이 (liquid crystal display), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수도 있으며, 구현 형태에 따라 디스플레이부가 2개 이상 존재할 수도 있다.
저장부(400)는 환자의 스켈레톤 트레킹 데이터, 환자의 상지 관절의 위치 변화 정보, 환자의 상지 관절의 운동 각도 및 운동 속도를 포함하는 운동 정보 및 그 밖의 임의의 데이터 및/또는 정보를 저장할 수 있다.
도 2는 키넥트 센서부에 의한 스켈레톤 트래킹 데이터의 획득을 설명하기 위한 도면이다. 실시간 상지 관절 운동 추적 장치(10)의 키넥트 센서부(100) 는 3차원 깊이센서(미도시)를 통해 환자의 신체를 스캔하고, 스캔된 환자의 상지 관절을 화소로 매핑하여 스켈레톤 트래킹 데이터를 획득할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 상지 관절 운동 추적 방법을 도시하는 순서도이다. 실시간 상지 관절 운동 추적 방법은 환자의 키넥트 센서부(100)를 이용해서 스켈레톤 트래킹 데이터를 획득하는 단계(S21), 키넥트 센서부(100)로부터 환자의 스켈레톤 트래킹 데이터를 수신하는 단계(S22), 스켈레톤 트래킹 데이터를 기초로 환자의 상지 관절의 위치 변화를 트래킹하는 단계(S23), 환자의 상지 관절의 운동 각도 및 운동 속도를 포함하는 운동 정보를 측정하는 단계(S25) 및 환자의 상지 관절의 운동 정보를 화면 상에 출력하는 단계(S27)를 포함하여 동작할 수 있다.
스켈레톤 트래킹 데이터는 키넥트 센서부(100)로 측정될 수 있는 환자의 신체 구조의 중심선을 산정하여 스켈레톤화 하고 스켈레톤화한 신체 구조 각 관절의 위치를 중심으로 뼈대가 연장된 방향 정보를 획득한 뒤 움직임 정보를 같이 통합하여 벡터화시킨 데이터를 말한다.
스켈레톤 트래킹 데이터를 기초로 환자의 상지 관절의 위치 변화를 트래킹 하는 단계(S23)에서, 스켈레톤 데이터를 환자의 각 상지 관절의 3차원 좌표값으로 매핑시켜, 각 상지 관절이 실시간으로 운동하는 경로, 회전 방향 등을 모니터링 할 수 있다. 이 때, 가슴선, 어깨 관절, 팔꿈치 관절, 손목 관절 및 손가락 관절 각 부분의 위치와 운동 경로가 저장부(400)에 저장될 수 있다.
환자의 상지 관절의 운동 각도 및 운동 속도를 포함하는 운동 정보를 측정하는 단계(S25)에서, 실시간으로 변화하는 각 상지 관절의 운동 상태와 시간을 동시에 매칭시켜 상지 관절의 운동 각도 및 운동 속도가 동시에 측정될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 실시간 상지 관절 운동 추적 방법은 스켈레톤 트래킹 데이터를 기초로 환자의 미리 정해진 동작을 검출하여 환자의 적어도 하나의 상지 관절의 위치 변화의 트래킹을 개시하는 단계(s24) 또는 종료하는 단계(s26)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 환자의 미리 정해진 동작은 주먹을 두번 쥐었다 피는 동작, 두손을 가슴 앞으로 모았다가 펼치는 동작, 만세를 부르는 동작 등으로 설정될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
도 4는 환자의 상지 관절의 운동 각도 및 운동 속도를 포함하는 운동 정보를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 상지 관절의 운동 각도 및 운동 속도를 측정할 시 환자의 특정 상지 관절을 기준으로 할 수 있다. 어깨 관절을 기준으로 할 경우 상완골의 회전 각도와 회전 방향을 측정할 수 있고, 팔꿈치 관절을 기준으로 할 경우 척골의 회전 각도와 회전 방향을 측정할 수 있고, 손목 관절을 기준으로 할 경우 수근골의 회전 각도와 회전 방향을 측정할 수 있으며, 손가락 관절을 기준으로 할 경우 중수골의 회전 각도와 회전 방향을 측정할 수 있다.
도 4에서는 팔꿈치 관절을 중심으로 설명한다. 제어부(200)는 임의의 시점(t1)에서의 팔꿈치 관절의 운동 각도(θ1) 및 운동 속도를 포함한 운동 정보를 수신할 수 있다. 제어부(200)는 다른 임의의 시점(t2)에서의 환자의 팔꿈치 관절의 운동 각도(θ2) 및 운동 속도를 측정할 수 있다.
또한, 상지 관절의 운동 정보는 각 상지 관절의 3차원 위치 좌표값을 이용해서 산출될 수도 있다. 제어부(200)는 임의의 시점(t1)에서의 팔꿈치 관절의 3차원 위치 좌표값(x1, y1, z1)을 획득할 수 있다. 제어부(200)는 다른 임의의 시점(t2)에서의 팔꿈치 관절의 3차원 위치 좌표값(x2, y2, z2)을 산출할 수 있다. 제어부(200)는 임의의 양 시점(t1, t2)에서의 3차원 위치 좌표값의 변화를 이용해 환자의 각 상지 관절의 운동 각도 및 운동 속도를 측정할 수 있다. 또는, 특정 시점에서의 운동 각도 및 운동 속도를 각각 산출할 수 있다. 환자의 팔꿈치 관절 이외의 환자의 상지 각 관절(어깨 관절, 손목 관절 및 손가락 관절)에 대해서도 동일한 방법으로 운동 각도 및 운동 속도를 산출할 수 있다.
도 5는 환자의 미리 정해진 동작을 검출하여 환자의 상지 관절의 위치 변화의 트래킹을 개시 또는 종료하는 것을 설명하기 위한 도면이다. 상지 관절의 위치 변화의 트래킹을 개시 또는 종료하기 위한 환자의 미리 정해진 동작은 주먹을 두번 쥐었다 펴는 동작, 두손을 가슴 앞으로 모았다가 펼치는 동작, 만세를 부르는 동작 등으로 설정될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 환자의 미리 정해진 동작이 검출되면 제어부(200)는 환자의 적어도 하나의 상지 관절의 위치 변화의 트래킹을 개시할 수 있다. 또한, 환자의 미리 정해진 동작이 검출되면 제어부(200)는 환자의 상지 관절의 위치 변화의 트래킹을 종료할 수 있다. 환자의 상지 관절의 위치 변화의 트래킹을 개시하는 동작과 종료하는 동작은 서로 동일하거나 다를 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 실시간 상지 관절 운동 추적 장치
100: 키넥트 센서부
200: 제어부
300: 디스플레이부
400: 저장부

Claims (4)

  1. 환자의 스켈레톤 트래킹 데이터를 획득하는 키넥트 센서부;
    상기 키넥트 센서부로부터 상기 환자의 스켈레톤 트래킹 데이터를 수신하고, 상기 스켈레톤 트래킹 데이터를 기초로 환자의 적어도 하나의 상지 관절의 위치 변화를 트래킹하고, 상기 환자의 적어도 하나의 상지 관절의 위치 변화를 이용하여 상기 환자의 적어도 하나의 상지 관절의 운동 각도 및 운동 속도를 포함하는 운동 정보를 측정하는 제어부; 및
    상기 환자의 적어도 하나의 상지 관절의 운동 정보를 화면 상에 출력하는 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 상지 관절 운동 추적 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 스켈레톤 트래킹 데이터를 기초로 상기 환자의 미리 정해진 동작을 검출하고, 상기 환자의 미리 정해진 동작에 상응하여 상기 환자의 적어도 하나의 상지 관절의 위치 변화의 트래킹을 개시하거나 종료하는 것을 특징으로 하는 상지 관절 운동 추적 장치.
  3. 컴퓨터에 의해 구현되는 방법으로서, 키넥트 센서부를 이용해서 환자의 스켈레톤 트래킹 데이터를 획득하는 단계;
    상기 스켈레톤 트래킹 데이터를 기초로 상기 환자의 적어도 하나의 상지 관절의 위치 변화를 트래킹하는 단계;
    상기 환자의 적어도 하나의 상지 관절의 위치 변화를 이용하여 상기 환자의 적어도 하나의 상지 관절의 운동 각도 및 운동 속도를 포함하는 운동 정보를 측정하는 단계; 및
    상기 환자의 적어도 하나의 상지 관절의 운동 정보를 화면 상에 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 상지 관절 운동 추적 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스켈레톤 트래킹 데이터를 기초로 상기 환자의 미리 정해진 동작을 검출하고, 상기 환자의 미리 정해진 동작에 상응하여 상기 환자의 적어도 하나의 상지 관절의 위치 변화의 트래킹을 개시하거나 종료하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 상지 관절 운동 추적 방법.
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