KR20180056256A - 경직 평가 시스템 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 경직 평가 시스템은, 대상체의 조인트를 기준으로 상기 대상체의 말단부에 부착되고, 상기 말단부의 가속도와 상기 말단부의 각속도를 측정하는 감지부; 측정된 가속도 또는 측정된 각속도에 기초하여 상기 대상체의 근위부와 상기 대상체의 말단부가 이루는 조인트의 각도를 결정하고, 상기 말단부의 움직임이 저항을 받는 경직 시점을 결정하는 처리부; 및 상기 측정된 가속도, 상기 측정된 각속도, 상기 조인트의 각도 또는 상기 경직 시점에 기초하여 경직 평가를 위한 경직 평가 정보를 표시하는 표시부를 포함할 수 있다.

Description

경직 평가 시스템{SYSTEM FOR ASSESSING SPASTICITY}
이하, 실시예들은 경직 평가 시스템에 관한 것이다.
경직(spasticity)이란 신장 반사(stretch reflex)의 과흥분으로 인한 근육 신장 속도에 비례하여 증가하는 근육 긴장을 말한다. 여기서 신장 반사란 골격근을 지속적으로 신장할 때 그 신장에 저항하듯 신장된 근육에 반사적으로 수축이 일어나 긴장이 고조되는 현상을 말한다.
이러한 경직을 평가하기 위한 평가 도구로서 MTS(Modified Tardieu Scale), MAS(Modified Ashworth Scale) 등이 임상 분야에서 사용되고 있다. 그 중 MTS는 근육 경직을 측정하기 위한 평가 도구로서, 술자가 느린 속도와 빠른 속도의 두 가지 속도로 수동적으로 팔 또는 다리를 움직임으로써 경직의 양 및 경직이 느껴지는 저항점의 각도를 기록하여 측정한다.
예를 들어, 한국등록특허 제10-1181077호는 넓적다리 뒷근육 긴장도 및 유연성 평가 장치 및 방법을 개시한다.
일 실시예에 따른 목적은 정확하고 신뢰할 만한 직접적인 MTS 평가를 할 수 있는 경직 평가 시스템을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 단일 관성센서를 포함하는 감지부를 사용함으로써 설정 시간(setup time)을 단축시킬 수 있는 경직 평가 시스템을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 임상 분야에서 용이하게 적용할 수 있는 경직 평가 시스템을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 경직 평가 시스템은, 대상체의 조인트를 기준으로 상기 대상체의 말단부에 부착되고, 상기 말단부의 가속도와 상기 말단부의 각속도를 측정하는 감지부; 측정된 가속도 또는 측정된 각속도에 기초하여 상기 대상체의 근위부와 상기 대상체의 말단부가 이루는 조인트의 각도를 결정하고, 상기 말단부의 움직임이 저항을 받는 경직 시점을 결정하는 처리부; 및 상기 측정된 가속도, 상기 측정된 각속도, 상기 조인트의 각도 또는 상기 경직 시점에 기초하여 경직 평가를 위한 경직 평가 정보를 표시하는 표시부를 포함할 수 있다.
상기 처리부는, 상기 측정된 가속도를 이중적분하여 상기 근위부의 기준조인트를 기준으로 하는 상기 감지부의 위치를 연산하거나, 상기 측정된 각속도를 적분하여 상기 감지부의 각변위를 연산하고, 상기 감지부의 위치 또는 상기 감지부의 각변위에 기초하여 상기 조인트의 각도를 결정할 수 있다.
상기 처리부는, 측정된 각속도의 변화율의 크기를 연산하고, 연산된 변화율의 크기 중 크기가 최대인 변화율에서의 시간을 경직 시점으로 결정할 수 있다.
상기 처리부는, 상기 측정된 각속도가 제1속도인 경우, 상기 조인트의 각도 중 크기가 최대인 조인트의 각도를 가동 각도로 결정하는 제1속도모드; 및 상기 측정된 각속도가 상기 제1속도보다 큰 제2속도인 경우, 상기 경직 시점에서의 조인트의 각도를 걸림 각도로 결정하는 제2속도모드를 포함할 수 있다.
상기 처리부는, 상기 가동 각도, 상기 걸림 각도 및 상기 경직 시점에 기초하여 상기 경직 평가 정보 중 경직 평가 점수를 결정할 수 있다.
상기 표시부는, 상기 측정된 각속도가 목표 속도에 도달하였는지 여부를 표시할 수 있다.
상기 감지부는, 가속도계 및 각속도계를 구비한 관성 센서를 포함할 수 있다.
상기 경직 평가 시스템은, 상기 측정된 가속도 및 상기 측정된 각속도를 상기 처리부로 전달하는 통신 모듈을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 경직 평가 시스템은 정확하고 신뢰할 만한 직접적인 MTS 평가를 할 수 있다.
일 실시예에 따른 경직 평가 시스템은 설정 시간(setup time)을 단축시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 경직 평가 시스템은 임상 분야에서 용이하게 적용할 수 있다.
일 실시예에 따른 경직 평가 시스템의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 경직 평가 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 감지부를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 조인트의 각도를 결정하는 방식을 나타낸 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 경직 시점을 결정하는 방식을 나타낸 그래프이다.
도 5는 일 실시예에 따른 표시부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재한 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 경직 평가 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 일 실시예에 따른 감지부를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 경직 평가 시스템(1)은, 대상체의 조인트를 기준으로 대상체의 말단부를 반복 회전시킴으로써 조인트의 각도와 경직 시점을 측정하여 평가 도구에 따른 경직 평가 점수를 제시하는 데 사용되는 것으로, 도 1에는 인체의 무릎 관절(knee joint)을 중심으로 정강이(shank)를 회전시키는 모습이 도시되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고 경직 평가 시스템(1)은 인체의 팔꿈치 관절(elbow joint)을 중심으로 로어 암(lower arm)을 회전시킬 때에도 사용될 수 있다. 경직 평가 시스템(1)은, 감지부(11), 처리부(12) 및 표시부(13)를 포함할 수 있다.
감지부(11)는, 대상체(O)의 조인트(J)를 기준으로 대상체(O)의 말단부(D)에 부착되어 말단부(D)의 가속도(acceleration)와 말단부(D)의 각속도(angular velocity)를 측정할 수 있다. 예를 들어, 감지부(11)는, 말단부(D)의 3축 방향(x, y, z)의 선형가속도(linear acceleration)를 각각 측정할 수 있는 가속도계(accelerometer)와 3축 방향(x, y, z)에 관한 각속도를 각각 측정할 수 있는 각속도계(gyroscope)를 포함하는 관성 센서(inertial sensor) 또는 관성 측정장치(inertial measurement unit)일 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 감지부(11)는 감지부(11)가 부착된 위치를 측정하고 경직 시점(catch time)을 감지함으로써, 경직 평가에 있어서 높은 정확성과 신뢰성을 보장할 수 있다.
또한, 감지부(11)는, 복수개가 아닌 단일의 관성센서로서, 대상체(O)의 말단부(D)에만 부착될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 복수개의 관성센서가 대상체(O)의 근위부(P)와 말단부(D)에 각각 부착되는 경우보다, 단일의 관성센서를 사용함으로써 설정 시간이 현저하게 단축되어 임상 분야에서 용이하게 적용될 수 있다.
처리부(12)는, 감지부(11)에서 측정된 가속도 또는 측정된 각속도에 기초하여 대상체(O)의 근위부(P)와 대상체(O)의 말단부(D)가 이루는 조인트의 각도를 결정할 수 있고, 말단부(D)의 움직임이 저항을 받는 경직 시점을 결정할 수 있다. 처리부(12)가 조인트의 각도와 경직 시점을 결정하는 방식에 대하여는 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
표시부(13)는, 감지부(11)에서 측정된 가속도 또는 측정된 각속도, 처리부(12)에서 결정된 조인트의 각도 또는 경직 시점에 기초하여 경직 평가를 위한 경직 평가 정보를 표시할 수 있다. 여기서, 경직 평가 정보란, 말단부(O)의 각속도, 조인트의 각도, 경직 시점뿐만 아니라, 이에 기초하여 평가 도구(예를 들어, MTS 방식)에 따라 평가된 평가 점수도 포함할 수 있다. 표시부(13)가 표시하는 경직 평가 정보에 대하여는 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.
일 실시예에 따른 경직 평가 시스템(1)은, 통신 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있다. 통신 모듈은, 감지부(11)에서 측정된 가속도와 측정된 각속도를 처리부(12)로 전달할 수 있다. 예를 들어, 통신 모듈은, 무선 통신 모듈(wireless communication module)로서, 블루투스(Bluetooth) 방식을 이용할 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 사용자가 경직 평가 시스템(1)을 사용할 때, 유선통신(wire communication) 방식을 사용할 때보다 공간 절약을 도모할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 조인트의 각도를 결정하는 방식을 나타낸 도면이다. 본원에서, 조인트의 각도(angle of joint)는, 일반적으로 대상체(O)의 근위부(P)와 대상체의 말단부(D) 사이에 이루는 각도 중 예각을 말한다.
도 3을 함께 참조하면, 대상체(O)의 조인트(J)를 기준으로, 대상체(O)의 근위부(P)는 길이 L1을 갖는 링크로서, 대상체(O)의 말단부(D)는 길이 L2를 갖는 링크로서 모델링(modeling)될 수 있다. 이 경우, 기준면은 x축을 포함하고, y축에 교차하는 면, 즉 대상체(O)의 시상면(sagittal plane)으로 설정될 수 있으며, 대상체(O)가 기준면 위에 배치되는 것으로 생각될 수 있다. 이 때, 기준면에 대하여 대상체(O)의 근위부(P)가 이루는 각도를 θ1, 기준면에 대하여 대상체(O)의 말단부(P)가 이루는 각도를 θ2라 하면, 경직 평가 시스템(1)에서 θ1은 고정값(fixed value)으로, θ2는 변동값(variable value)으로 정해진다. 다시 말하면, 사용자는 대상체(O)의 근위부(P)를 기준면에 대하여 고정 및 유지시킨 상태에서 조인트(J)를 기준으로 말단부(D)만을 회전시킬 수 있다.
이러한 전제에서, 처리부(12)는, 측정된 가속도를 이중적분하여 근위부(P)의 기준조인트(HJ)를 기준으로 하는 감지부(11)의 위치를 연산하고, 감지부(11)의 위치에 기초하여 조인트의 각도(φ)를 결정할 수 있다. 기준조인트(HJ)를 기준으로 하는 감지부(11)의 위치를 (x, y)라고 하면, 감지부(11)가 기준면에 대하여 이루는 각도(θT)는,
Figure pat00001
이므로, 근위부(P)가 기준면에 대하여 이루는 각도(θ1)는,
Figure pat00002
이고, 코사인 룰(cosine rule)에 의하여, 조인트의 각도(φ)는,
Figure pat00003
이다.
Figure pat00004
이므로, 앞서 결정된 각도들에 기초하여 말단부(D)가 기준면에 대하여 이루는 각도(θ2)를 결정할 수 있으며, 말단부(D)가 기준면에 대하여 이루는 각도(θ2)는 말단부(D)가 조인트(J)를 기준으로 회전됨에 따라 그 값이 변할 수 있다.
또한, 처리부(12)는, 측정된 각속도를 적분하여 감지부(11)의 각변위(angular displacement)를 연산하고, 감지부(11)의 각변위에 기초하여 조인트의 각도(φ)를 결정할 수 있다. 이러한 각변위는, 조인트(J)를 기준으로 말단부(D)에 부착된 감지부(11)의 각속도를 적분함으로써 결정될 수 있고, 이 때의 각변위는 초기 상태에서 경직 시점까지의 말단부(D)의 각도(φ)가 된다.
이와 같은 방식에 의하면, 대상체(O)의 조인트(J)를 기준으로 근위부(P)와 말단부(D)를 개개의 링크(link)로서 모델링하여 조인트의 각도(φ)를 결정하고, 이에 기초하여 평가 도구(e.g. MTS)에 따라 경직 평가를 하면 더욱 정확하고 신뢰성 있는 평가 점수를 획득할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 경직 시점을 결정하는 방식을 나타낸 그래프이다.
도 4를 함께 참조하면, 경직 평가가 수행되는 시간(t)에 따른 조인트의 각도(φ)의 각속도의 미분값, 즉 각가속도(α)의 그래프가 도시된다. 소정 시간 동안에, 사용자는 일정한 속도로 대상체(O)의 조인트(J)를 기준으로 대상체(O)의 말단부(D)를 회전시킬 수 있다. 이 과정에서, 대상체(O)의 말단부(D)의 움직임이 저항을 받는 시점(Ts)에서 말단부(D)의 각속도의 변화율(α)이 급격하게 변할 수 있다. 처리부(12)는, 이와 같이 연산되는 각속도의 변화율의 크기 중 크기가 최대인 변화율(Amax)에서의 시간(Ts)을 경직 시점으로 결정할 수 있다.
일 실시예에 따른 처리부(12)는, 위와 같이 결정된 조인트의 각도(φ)와 경직 시점(Ts)에 기초하여 평가 도구에 따른 경직 평가 점수를 결정할 수 있다. 평가 도구 중 MTS(Modified Tardieu Scale)를 사용하는 경우를 예시적으로 설명한다.
본원에서의 MTS에 따르면, 처리부(12)는, 사용자가 대상체(O)의 조인트(J)를 기준으로 제1속도(V1)로 대상체(O)의 말단부(D)를 회전시킬 때, 조인트의 각도(φ)의 전 가동 범위(full range of motion)인 가동 각도(R2)를 획득하는 제1속도모드 및 사용자가 대상체(O)의 조인트(J)를 기준으로 제1속도(V1)보다 큰 제2속도(V2)에서 말단부(D)의 움직임이 저항을 받는 경직 시점(Ts)에서의 조인트의 각도인 걸림 각도(R1)를 획득하는 제2속도모드를 포함할 수 있다. 여기서, 제1속도(V1)와 제2속도(V2)는, 사용자의 편의성과 대상체(O)의 개개인의 특성에 따라 결정될 수 있다. 사용자가 제1속도(V1) 또는 제2속도(V2)로 대상체(O)의 조인트(J)를 기준으로 말단부(D)를 회전시키는 경우, 처리부(12)는, 측정된 각속도가 제1속도(V1)인 경우, 조인트의 각도(φ) 중 크기가 최대인 조인트의 각도(φmax)를 가동 각도(R2)로 결정할 수 있고, 측정된 각속도가 제2속도(V2)인 경우, 결정된 경직 시점(Ts)에서의 조인트의 각도를 걸림 각도(R1)로 결정할 수 있다.
처리부(12)는, 위와 같이 결정된 가동 각도(R2), 걸림 각도(angle of catch, AOC, R1) 및 경직 시점(Ts)에 기초하여 평가 점수를 결정할 수 있다. 예를 들어, 평가 점수는, 6개의 척도(scale)로서, i) 말단부(D)의 움직임이 전혀 저항을 받지 않는 상태를 0점, ii) 말단부(D)의 움직임이 약간의 저항을 받으나 가동 각도(R2)에서 정확한 걸림 각도(R1)가 생기지 않는 상태를 1점, iii) 가동 각도(R2)에서 정확한 걸림 각도(R1)가 생성되며 말단부(D)의 움직임이 저항을 받는 상태를 2점, iv) 정확한 걸림 각도(R1)에서 경직 시점(Ts)이 10초 이하인 상태를 3점, v) 정확한 걸림 각도(R1)에서 경직 시점(Ts)이 10초 이상인 상태를 4점, vi) 말단부(D)의 움직임이 완전히 저항을 받아 가동 각도(R2)가 거의 0°인 상태를 5점으로 평가될 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 표시부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 표시부(13)는, 감지부(11)에서 측정된 각속도가 목표 속도(target velocity)에 도달하였는지 여부를 표시할 수 있다. 여기서, 목표 속도는, 경직 평가 시 요구되는 속도로 설정될 수 있으며, 조인트의 전 가동 범위를 측정하기 위한 제1속도(V1)와 걸림 각도를 결정하기 위한 제2속도(V2)로 설정될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 사용자는, 대상체(O)의 말단부(D)를 회전시키는 각속도가 제1속도 또는 제2속도에 도달하였는지 여부를 실시간으로 모니터링하면서 경직 평가를 올바르게 수행하고 있는지 여부를 가시적으로 피드백, 특별하게는 비주얼 피드백(visual-feedback)을 받을 수 있다. 또한, 표시부(13)는, 사용자에게 참고적으로 정보를 전달하기 위하여, 제1속도(V1), 제2속도(V2), 걸림 각도(R1), 저항점 각도(R2), 경직 시점(Ts) 또는 평가 점수를 표시할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 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.
1 : 경직 평가 시스템
11 : 감지부
12 : 처리부
13 : 표시부

Claims (8)

  1. 대상체의 조인트를 기준으로 상기 대상체의 말단부에 부착되고, 상기 말단부의 가속도와 상기 말단부의 각속도를 측정하는 감지부;
    측정된 가속도 또는 측정된 각속도에 기초하여 상기 대상체의 근위부와 상기 대상체의 말단부가 이루는 조인트의 각도를 결정하고, 상기 말단부의 움직임이 저항을 받는 경직 시점을 결정하는 처리부; 및
    상기 측정된 가속도, 상기 측정된 각속도, 상기 조인트의 각도 또는 상기 경직 시점에 기초하여 경직 평가를 위한 경직 평가 정보를 표시하는 표시부를 포함하는 경직 평가 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리부는, 상기 측정된 가속도를 이중적분하여 상기 근위부의 기준조인트를 기준으로 하는 상기 감지부의 위치를 연산하거나, 상기 측정된 각속도를 적분하여 상기 감지부의 각변위를 연산하고, 상기 감지부의 위치 또는 상기 감지부의 각변위에 기초하여 상기 조인트의 각도를 결정하는 경직 평가 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 처리부는, 측정된 각속도의 변화율의 크기를 연산하고, 연산된 변화율의 크기 중 크기가 최대인 변화율에서의 시간을 경직 시점으로 결정하는 경직 평가 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 측정된 각속도가 제1속도인 경우, 상기 조인트의 각도 중 크기가 최대인 조인트의 각도를 가동 각도로 결정하는 제1속도모드; 및
    상기 측정된 각속도가 상기 제1속도보다 큰 제2속도인 경우, 상기 경직 시점에서의 조인트의 각도를 걸림 각도로 결정하는 제2속도모드를 포함하는 경직 평가 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 처리부는, 상기 가동 각도, 상기 걸림 각도 및 상기 경직 시점에 기초하여 상기 경직 평가 정보 중 경직 평가 점수를 결정하는 경직 평가 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 표시부는, 상기 측정된 각속도가 목표 속도에 도달하였는지 여부를 표시하는 경직 평가 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 감지부는, 가속도계 및 각속도계를 구비한 관성 센서를 포함하는 경직 평가 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 측정된 가속도 및 상기 측정된 각속도를 상기 처리부로 전달하는 통신 모듈을 더 포함하는 경직 평가 시스템.
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