KR20180109750A - 웨어러블 장치 및 그것을 포함하는 재활 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 웨어러블 장치는 사용자의 신체 부위에 밀착되어 상기 신체 부위를 지지하는 지지부; 상기 신체 부위에 신경지배근 전기 자극(NMES)을 주거나 자극에 대한 근전도(EMG) 반응을 감지하기 위한 위치를 가변적으로 선택할 수 있는 전극부; 상기 전극부로부터 감지된 근전도(EMG) 신호를 처리하고, 신경지배근 전기 자극(NMES)를 인가하기 위한 신호를 생성하고, PWM(pulse width modulation)에 기초하여 제어 신호를 생성하는 제어부; 및 상기 제어 신호에 의해 제동력을 제공하거나 진동을 발생시키는 제동부를 포함할 수 있다.

Description

웨어러블 장치 및 그것과 통신하는 재활 프로그램 추천 서버{WEARABLE DEVICE AND REHABILITATION PROGRAM RECOMMENDATION SERVER COMMUNICATING WITH THE SAME}
본 발명은 재활 시스템에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 웨어러블 장치 및 그것과 통신하는 재활 프로그램 추천 서버에 관한 것이다.
불의의 사고나 노화 등으로 인해 관절 또는 관절 주변의 근육에 손상이 발생할 수 있다. 다리의 가동범위(ROM: range of motion)를 회복하기 위해 수술 후 재활 운동을 수행하거나 또는 수술 없이 재활 운동을 수행할 수도 있다. 그러나, 기존의 재활 운동은 반복적이므로 지루할 수 있고 고통스러울 수 있다. 따라서, 기존의 반복적인 재활 운동은 재활 기간이 늘어나거나 재활 효과가 감소하는 문제점이 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위해, 재활 로봇을 이용하는 게임과 연동된 재활 운동 방법 그리고 3차원 모션 카메라를 이용하는 게임과 연동된 재활 운동 방법이 제안되었다. 그러나 재활 로봇을 이용하는 재활 운동 방법은 가격이 비싸고 3차원 모션 카메라를 이용하는 재활 운동 방법은 환자의 움직임을 정확하게 측정하지 못하는 단점이 있다. 그리고 상술한 재활 운동 방법들은 공간상의 제약이 존재하므로, 환자가 집에서 재활 운동을 수행하지 못하고 병원과 같은 특정한 장소를 방문해야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 웨어러블 장치 및 그것과 통신하는 재활 프로그램 추천 서버를 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨어러블 장치는 사용자의 신체 부위에 밀착되어 상기 신체 부위를 지지하는 지지부; 상기 신체 부위에 신경지배근 전기 자극(NMES)을 주거나 자극에 대한 근전도(EMG) 반응을 감지하기 위한 위치를 가변적으로 선택할 수 있는 전극부; 상기 전극부로부터 감지된 근전도(EMG) 신호를 처리하고, 신경지배근 전기 자극(NMES)을 인가하기 위한 신호를 생성하고, PWM(pulse width modulation)에 기초하여 제어 신호를 생성하는 제어부; 및 상기 제어 신호에 의해 제동력을 제공하거나 진동을 발생시키는 제동부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 재활 프로그램 추천 서버는 사용자 데이터 베이스, 프로그램 데이터 베이스, 분석부, 및 추천부를 포함할 수 있다. 사용자 데이터 베이스는 웨어러블 장치에서 측정된 재활 운동 정보를 상기 웨어러블 장치를 사용하는 사용자의 개인 정보와 연동시켜 저장할 수 있다. 프로그램 데이터 베이스는 상기 웨어러블 장치 또는 상기 사용자의 사용자 전자 장치에서 실행되기 위한 복수의 재활 프로그램을 저장할 수 있다.
분석부는 상기 재활 운동 정보를 참조하여 재활 달성도를 분석할 수 있다. 추천부는 상기 재활 운동 정보 및 상기 재활 달성도를 참조하여, 상기 복수의 재활 프로그램 중 적어도 하나의 재활 프로그램을 추천할 수 있다. 통신부는 상기 재활 달성도 및 상기 적어도 하나의 재활 프로그램을 상기 사용자 전자 장치로 출력하거나, 상기 사용자 전자 장치로부터 상기 재활 운동 정보를 수신할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 웨어러블 장치는 사용자의 신체를 지지할 수 있고, 사용자가 관절 운동을 수행할 때 제동력, 진동, 또는 구동력을 제공하여 재활 운동 효과를 향상시킬 수 있다. 또한, 신경지배근의 전기자극을 통해 재활 운동의 효과를 높이고 보행 개선 효과까지 기대할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 재활 프로그램 추천 서버는 웨어러블 장치 및 사용자 전자 장치를 이용하여, 사용자에게 적합한 재활 프로그램을 제공하여 재활 운동 효과를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 재활 시스템은 웨어러블 장치를 통해 사용자의 재활 운동 과정을 정확하게 트랙킹(tracking)할 수 있고, 트랙킹한 재활 운동 과정에 따라 적합한 재활 프로그램을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 재활 시스템을 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 2a는 도 1에서 웨어러블 장치를 사용자가 착용한 모습을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 2b는 도 1에서 도시된 웨어러블 장치를 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 3a는 도 1에 도시된 웨어러블 장치의 다른 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 3b는 도 2b에 도시된 전극부의 접착 패드를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 3c는 도 2b에 도시된 전극부의 사용 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 도 2b에서 도시된 제어부의 제어 신호의 파형을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 5a는 도 1에서 도시된 사용자 전자 장치를 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 저장부에 아바타 트레이닝 프로그램을 추가로 포함하는 사용자 전자 장치를 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 6은 도 1에서 도시된 재활 프로그램 추천 서버를 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 재활 시스템을 통해 사용자가 재활 운동을 수행하는 동작을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 재활 시스템을 통해 사용자가 재활 운동을 수행하고, 이에 대한 결과를 확인할 수 있는 인터페이스를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 재활 시스템의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 재활 시스템의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 재활 시스템의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 재활 시스템의 웨어러블 장치를 이용하여 무릎 가동범위(ROM)를 측정하는 방법을 예시적으로 보여준다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 재활 시스템의 웨어러블 장치를 이용하여 근전도(EMG)를 측정하는 방법을 예시적으로 보여준다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 재활 시스템의 사용자 전자 장치를 이용하여 재활 운동을 하는 방법을 예시적으로 보여준다.
아래에서는, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 재활 시스템을 예시적으로 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 재활 시스템(10)은 웨어러블 장치(100), 사용자 전자 장치(200), 및 재활 프로그램 추천 서버(300)를 포함할 수 있다.
웨어러블 장치(100)는 사용자의 신체에 밀착되거나 착용될 수 있다. 웨어러블 장치(100)는 사용자의 재활 운동에 부하를 가하거나 또는 사용자의 재활 운동을 보조할 수 있다. 본 발명의 웨어러블 장치(100)는 반드시 사용자의 재활 운동에만 사용되는 것으로 제한되지 않고, 근육을 강화하기 위한 모든 운동에서도 사용될 수도 있다.
도 1을 참조하면, 사용자는 웨어러블 장치(100)를 무릎 부위에 부착하였으나, 본 발명의 실시 예에 따른 재활 시스템(10) 및 웨어러블 장치(100)는 도시된 무릎에 제한되지 않고, 사용자의 다른 관절 부근에 부착될 수 있다. 예를 들면, 웨어러블 장치(100)는 사용자의 무릎과 손목, 손가락, 팔꿈치, 어깨, 목, 허리, 엉덩이, 발목, 발가락 등과 같은 관절이 있는 모든 부위에 밀착될 수 있다.
웨어러블 장치(100)는 사용자의 재활 운동 정보를 측정하고, 재활 운동 정보를 사용자 전자 장치(200)에 전송할 수 있다. 여기서, 재활 운동 정보는 사용자의 관절 가동범위, 관절 회동 방향, 관절 회동 속도 및 가속도, 관절에 가해지는 토크, 표면 근전도(surface electromyogram), 재활 운동 시간, 또는 사용자의 재활 반복 횟수 등을 포함할 수 있다. 웨어러블 장치(100)는 재활 운동 정보를 사용자 전자 장치(200)에 전송하기 위해, 유선 또는 무선의 방식으로 사용자 전자 장치(200)와 연결될 수 있다.
사용자 전자 장치(200)는 웨어러블 장치(100)로부터 재활 운동 정보를 그리고 재활 프로그램 추천 서버(300)로부터 재활 프로그램을 수신할 수 있다. 여기서, 재활 프로그램은 사용자의 재활 운동을 돕기 위해 게임화된 재활 프로그램일 수 있다. 사용자 전자 장치(200)는 사용자가 재활 운동 결과를 게임 결과로 인식할 수 있도록, 실시간으로 수신된 재활 운동 정보를 수치화하고 재활 프로그램의 인터페이스에 나타낼 수 있다.
실시 예에 있어서, 사용자 전자 장치(200)는 재활 운동 정보를 참조하여 사용자가 재활 운동을 얼마나 수행했는지를 수치화하여 나타낼 수 있다. 그리고 사용자 전자 장치(200)는 네트워크(400)를 통해 재활 운동 정보를 재활 프로그램 추천 서버(300)로 전송할 수 있다. 실시 예에 있어서, 네트워크(400)는 인터넷(Internet)일 수 있다.
사용자 전자 장치(200)는 모바일 폰(mobile phone), 스마트 폰(smart phone), 태블릿(tablet), TV, PC(personal computer) 등일 수 있다. 사용자 전자 장치(200)는 상술한 바에 한정되지 않고, 재활 프로그램을 구동할 수 있고 사용자에게 재활 프로그램의 인터페이스를 디스플레이 상에서 제공할 수 있는 모든 형태의 전자 장치일 수 있다.
재활 프로그램 추천 서버(300)는 네트워크(400)를 통해 사용자 전자 장치(200)와 연결될 수 있다. 재활 프로그램 추천 서버(300)는 사용자 전자 장치(200)로부터 웨어러블 장치(100)에서 측정된 재활 운동 정보를 수신할 수 있다. 재활 프로그램 추천 서버(300)는 수신된 재활 운동 정보를 참조하여 사전에 저장된 복수의 재활 프로그램 중 사용자에 적합한 재활 프로그램을 추천할 수 있다. 재활 프로그램 추천 서버(300)는 사용자에 적합한 재활 프로그램을 네트워크(400)를 통해 사용자 전자 장치(200)로 전송할 수 있다.
실시 예에 있어서, 재활 프로그램 추천 서버(300)는 적어도 하나 이상의 디스플레이 장치들로부터 재활 운동 정보를 수신할 수 있다. 도 1에서 단지 한 명의 사용자가 도시되어 있으나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다. 재활 프로그램 추천 서버(300)는 복수의 사용자 각각에 부착된 복수의 웨어러블 장치에서 전송된 재활 운동 정보를 각각 수신할 수 있다. 이하, 웨어러블 장치(100), 디스플레이 장치(200), 및 재활 프로그램 추천 서버(300) 각각의 상세한 구조에 대해 설명한다.
도 2a는 도 1에 도시된 웨어러블 장치를 사용자가 착용한 모습을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 2a를 참조하면, 웨어러블 장치(100)는 제 1 지지대(110), 제 2 지지대(120), 및 힌지(hinge, 130)를 포함할 수 있다.
제 1 지지대(110) 및 제 2 지지대(120)는 사용자의 관절을 감싸는 근육과 이어지는 신체 부위를 지지할 수 있다. 실시 예에 있어서, 도시된 바와 같이, 제 1 지지대(110)는 사용자의 허벅지에 밀착되고, 허벅지를 지지할 수 있다. 유사하게, 제 2 지지대(120)는 사용자의 종아리에 밀착되고, 종아리를 지지할 수 있다. 이 때, 제 2 지지대(120)는 제 1 지지대(110)의 일단에 힌지(130)에 의해 결합되어 사용자의 재활 운동에 맞추어 회동 가능할 수 있다.
제 1 지지대(110)는 제 1 밴드(111)를 통해 사용자의 신체(허벅지)에 밀착될 수 있다. 유사하게, 제 2 지지대(120)는 제 2 밴드(121)를 통해 사용자의 신체(종아리)에 밀착될 수 있다. 예를 들면, 제 1 밴드(111)의 일단은 제 1 지지대(110)에 고정될 수 있고, 제 1 밴드(111)의 타단은 사용자가 자신의 신체를 감쌀 수 있게 제 1 지지대(110)와 연결될 수 있는 연결 고리(미도시)를 포함할 수 있다. 제 2 밴드(121)는 제 1 밴드(111)와 동일한 방식으로 제작될 수 있다.
제 1 밴드(111) 및 제 2 밴드(121)는 탄력이 있는 소재로 제작될 수 있다. 예를 들면, 제 1 밴드(111) 및 제 2 밴드(121)는 벨크로(velcro) 타입의 밴드일 수 있다. 따라서, 신체의 두께에 관계없이, 사용자는 제 1 밴드(111) 또는 제 2 밴드(121)를 통해 원하는 신체 부위에 웨어러블 장치(100)를 밀착시킬 수 있다.
제 1 지지대(110) 및 제 2 지지대(120)는 사용자의 신체를 지지할 수 있으므로, 사용자가 올바른 관절의 회동 방향으로 재활 운동을 수행하도록 할 수 있다. 제 1 지지대(110) 및 제 2 지지대(120)는 일종의 부목 역할을 수행할 수 있다. 즉, 제 1 지지대(110) 및 제 2 지지대(120)는 사용자의 관절(예를 들면, 무릎)이 사용자가 의도하지 않은 방향으로 꺾이는 것을 방지할 수 있다.
실시 예에 있어서, 도시된 바와 달리, 제 1 밴드(111)는 제 1 지지대(110)가 외관상 보이지 않도록, 제 1 지지대(110)를 감쌀 수 있다. 유사하게, 제 2 밴드(121)는 제 2 지지대(120)가 외관상 보이지 않도록, 제 2 지지대(120)를 감쌀 수 있다. 또한, 제 1 밴드(111) 및 제 2 밴드(121)는 힌지(130)도 감쌀 수 있다.
힌지(130)는 제 1 지지대(110)의 일단과 제 2 지지대(120)의 일단을 서로 맞물리도록 결합시킬 수 있다. 이를 통해, 제 1 지지대(110) 및 제 2 지지대(120)는 서로 회동이 가능하게 결합될 수 있다. 힌지(130)는 사용자의 관절 부분에 위치할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 힌지축은 사용자의 관절 회동 축과 일치될 수 있다.
도 2b는 도 2a에 도시된 웨어러블 장치를 예시적으로 보여주는 블록도이다. 도 2b를 참조하면, 제 1 지지대(110)는 제 1 전극부(115)를 포함할 수 있고, 제 2 지지대(120)는 제 2 전극부(125)를 포함할 수 있다.
제 1 전극부(115) 및 제 2 전극부(125) 각각은 전기 근육 자극(EMS:electrical muscle stimulation) 또는 신경지배근 전기 자극(NMES:neuromuscular electrical stimulation)을 위한 신호(이하, 근자극 신호라 함)를 사용자의 근육에 전달할 수 있다. 제 1 전극부(115) 및 제 2 전극부(125) 각각은 근자극 신호를 생성하거나, 제어부(135)의 제어에 따라 근자극 신호를 사용자의 근육에 전달할 수 있다.
상술한 근자극 신호는 신체의 안정성을 위해 에너지 크기가 제한된 저주파 신호일 수 있다. 근자극 신호는 사용자의 근육을 자극하여 진통이나 근위축을 방지할 수 있다. 또한, 근자극 신호의 세기, 주파수, 전류 또는 파형은 사용자의 재활 정도에 맞추어 제어부(135)에 의해 조정될 수 있다. 실시 예에 있어서, 제 1 전극부(115) 및 제 2 전극부(125) 각각은 표면 근전도를 측정할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 제 1 전극부(115) 및 제 2 전극부(125)는 근자극 신호를 출력할 수 있도록 제 1 지지대(110) 및 제 2 지지대(120)의 임의의 위치에 각각 배치될 수 있다. 그리고 제1 전극부(115) 및 제 2 전극부(125)는 도 2a에서 전술한 제 1 밴드(111) 및 제 2 밴드(121)의 임의의 위치에 각각 배치될 수도 있다. 또한, 다른 실시 예에 있어서, 힌지(130)도 전극부(미도시)를 포함할 수 있다.
계속해서 도 2b를 참조하면, 힌지(130)는 제동부(131), 구동부(132), 측정부(133), 통신부(134), 및 제어부(135)를 포함할 수 있다. 제동부(131)는 제 1 지지대(110) 및 제 2 지지대(120)의 회동을 방해할 수 있다. 이를 위해, 제동부(131)는 제어부(135)로부터 전력(power) 및 제어 신호를 제공받고, 전력을 이용해 제 1 지지대(110) 및 제 2 지지대(120)의 회동을 제동하는 제동력을 힌지(130)에 제공할 수 있다.
좀 더 구체적으로, 제동부(131)는 제 1 지지대(110) 및 제 2 지지대(120)의 회동의 반대 반향으로 동작하는 모터(미도시)를 포함하거나, 힌지(130)에 밀착될 수 있는 디스크 브레이크(이 경우, 제동력은 마찰력일 수 있다.)를 포함할 수 있다. 제동부(131)는 제어부(135)의 제어에 따라, 제동 정도를 조정할 수 있다.
실시 예에 있어서, 제동부(131)는 제 1 지지대(110), 제 2 지지대(120), 또는 힌지(130)에 진동을 일으킬 수 있다. 즉, 사용자는 재활 운동 수행 중에 제동부(131)에 의한 진동을 느낄 수 있다. 제동부(131)가 제동력을 생성하거나 진동을 일으키는 상세한 동작은 도 4에서 후술한다.
실시 예에 있어서, 제동부(131)는 제 1 지지대(110) 및 제 2 지지대(120)의 회동 범위를 제한할 수도 있다. 이를 위해, 제동부(131)는 제 1 지지대(110) 및 제 2 지지대(120)의 회동 범위가 특정 수치에 도달하면 회동을 제한하는 고정핀을 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 제동부(131)는 EM 브레이크(electromagnetic brake, 미도시)를 포함할 수 있다. EM 브레이크는 힌지(130)에 위치한 브레이크용 마찰판 및 브레이크용 플레이트를 포함할 수 있다. 제어부(135)의 제어 신호에 따라, EM 브레이크는 브레이크용 마찰판과 브레이크용 플레이트를 접촉시키거나 비접촉시킬 수 있다.
구동부(132)는 제 1 지지대(110) 및 제 2 지지대(120)의 회동을 보조할 수 있다. 이를 위해, 구동부(132)는 제어부(135)로부터 전력 및 제어 신호를 제공받고, 전력을 이용해 제 1 지지대(110) 및 제 2 지지대(120)의 회동 방향으로 구동력을 힌지(130)에 제공할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 구동부(132)는 제 1 지지대(110) 및 제 2 지지대(120)의 회동 방향으로 동작하는 모터(미도시)를 포함할 수 있다. 실시 예에 있어서, 구동부(132)와 제동부(131)는 각각 모터를 포함할 수 있다. 구동부(132)는 제어부(135)의 제어 신호에 따라, 구동 정도를 조정할 수 있다.
측정부(133)는 제 1 지지대(110) 및 제 2 지지대(120)의 회동 각도, 회동 속도, 회동 방향, 및 회동 토크(torque)와 같은 재활 운동 정보를 측정할 수 있다. 또한, 측정부(133)는 사용자가 재활 장치(100)를 착용하였는지 여부를 판단할 수 있다. 측정부(133)는 사용자의 재활 운동에 따라, 힌지(130)에 가해지는 힘, 제 1 지지대(110) 및 제 2 지지대(120)에 가해지는 힘을 더 측정할 수 있다. 도시된 바에 의하면, 측정부(133)는 힌지(130)에 배치될 수 있으나, 제 1 지지대(110) 및 제 2 지지대(120)에도 더 배치될 수 있다. 측정부(133)에 의해 측정된 회동 방향은 전술한 제동부(131) 및 구동부(132)의 동작을 조정하는데 사용될 수 있다.
실시 예에 있어서, 측정부(133)는 엔코더(encoder), 굽힘 센서(bend sensor), 토크 센서(torque sensor), 압력 센서(pressure sensor), 모션 센서(motion sensor), 위치 센서(position sensor), 가속도 센서(acceleration sensor), 자이로 센서(gyro sensor), 또는 중력 가속도 센서(gravitational acceleration sensor) 등을 포함할 수 있다.
측정부(133)는 사용자의 표면 근전도, 사용자의 재활 시간, 또는 사용자의 재활 반복 횟수 등을 더 측정할 수 있다. 도시된 바와 달리, 측정부(133)는 사용자의 표면 근전도를 측정하기 위해 제 1 밴드 및 제 2 밴드(도 2a 참조, 111, 121)에 배치될 수도 있다. 측정부(133)는 제 1 지지대(110) 및 제 2 지지대(120)가 연속해서 회동하는 시간(즉, 사용자의 재활 운동 시간)을 측정할 수 있다. 실시 예에 있어서, 도시되진 않았지만, 웨어러블 장치(100)는 측정부(133)의 측정 결과를 저장하기 위한 저장부를 더 포함할 수 있다.
통신부(134)는 사용자 전자 장치(도 1 참조, 200)와 통신할 수 있다. 통신부(134)는 측정부(133)에 의한 측정 정보(즉, 재활 운동 정보)를 사용자 전자 장치(도 1 참조, 200)로 출력할 수 있다. 또한, 통신부(134)는 출력한 측정 정보에 대한 피드백 정보를 사용자 전자 장치(도 1 참조, 200)로부터 수신할 수 있다.
실시 예에 있어서, 통신부(134)는 CDMA(Code Division Multiple Access), GSM(Global System for Mobile Communication), WCDMA(Wideband CDMA), CDMA-2000, TDMA(Time Division Multiple Access), LTE(Long Term Evolution), Wimax(Worldwide Interoperability for Microwave Access), WLAN(Wireless LAN), UWB(Ultra Wide Band), 블루투스(Bluetooth), WI-DI(Wireless Display) 등과 같은 무선 통신 및 유선 통신을 지원할 수 있다.
제어부(135)는 제 1 전극부 및 제 2 전극부(115, 125), 제동부(131), 구동부(132), 측정부(133), 및 통신부(134)를 제어할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 제어부(135)는 제 1 전극부 및 제 2 전극부(115, 125), 제동부(131), 구동부(132), 측정부(133), 및 통신부(134)에 전력을 제공할 수 있고, 상술한 구성 요소들의 동작 여부를 결정할 수 있다.
실시 예에 있어서, 제어부(135)는 측정부(133)에 의해 측정된 측정 정보 또는 통신부(134)에 수신된 피드백 정보를 참조하여, 제동부(131)의 제동력 또는 진동, 구동부(132)의 구동력, 및 제 1 전극부 및 제 2 전극부(115, 125)의 자극 세기를 조정할 수 있다. 추가로, 제어부(135)는 제동부(131)가 동작하면 구동부(132)의 동작을 중지시키거나, 구동부(132)가 동작하면 제동부(131)의 동작을 중지시킬 수 있다.
실시 예에 있어서, 제어부(135)는 CPU(central processing unit), GPU(graphic processing unit), AP(Application processor) 등을 포함할 수 있고, (system on chip) 또는 ASIC(application-specific integrated circuit) 형태로 제공될 수 있다.
실시 예에 있어서, 도시된 바와 달리, 제동부(131), 구동부(132), 측정부(133), 통신부(134), 및 제어부(135)는 힌지(130)에 위치하지 않고 제 1 지지대(110) 또는 제 2 지지대(120)에 위치할 수도 있다. 좀 더 구체적으로, 제동부(131)는 힌지(130)에 연결된 와이어(미도시)의 장력을 조정하여 제동력을 생성하거나 진동을 일으킬 수 있다.
도 3a는 도 1에 도시된 웨어러블 장치의 다른 실시 예를 보여준다. 도 3a를 참조하면, 웨어러블 장치(100)는 무릎 보호대 형태로, 사용자가 재활 운동을 할 때 무릎 주변 부위를 안정적으로 지지할 수 있다.
도 3a의 웨어러블 장치(100)는 2단 벨크로 스트랩 방식으로, 허벅지와 종아리 부위에서의 고정력을 유지하고, 동시에 센서를 사용자의 피부에 밀착시켜 장치의 오작동을 방지할 수 있다. 도 3a의 웨어러블 장치(100)는 지지대를 삽입함으로, 무릎 부위가 좌우로 흔들리는 것을 방지할 수 있다. 도 3a의 웨어러블 장치(100)는 기능성 전기 자극(FES)을 효과적으로 가할 수 있도록 위치 가변 전극부를 가질 수 있다. 또, 도 3a의 웨어러블 장치는 배터리 상태를 표시하기 위한 배터리 표시부를 포함할 수 있다.
도 3a의 웨어러블 장치(100)는 자극을 주기 위한 전극과 자극에 대한 반응을 감지하기 위한 전극이 전극 어레이(array) 형태로 배열될 수 있다. 제어부는 이 어레이 형태의 전극을 통해 근전도 신호를 측정하거나 근자극 신호를 전달하는 위치를 선택하여 명령을 내릴 수 있다. 도 3a의 웨어러블 장치(100)는 IMU 센서와 EMG 센서, 그리고 FES 자극기를 포함할 수 있다.
IMU 센서는 기울어짐을 감지하기 위한 센서로, Roll, Pitch, Yaw로 이루어진 Euler 각을 알고, 정교한 각도의 자세 데이터를 제공할 수 있다. IMU 센서는 적절한 시점에 기능성 전기 자극을 주기 위해, 사용자의 다리 움직임을 측정할 수 있다. EMG 센서는 사용자의 근전도 신호를 측정하기 위한 센서이다. EMG 센서를 통해, 사용자의 근육 신호 주파수 및 근육 피로도 등을 분석할 수 있다.
FES 센서는 전류세기(Amplitude), 주파수(Pulse per Seconds), 동작폭(Pulse Interval), 램프(Ramp), 전체 작동 시간(Total time) 등의 자극을 범위를 정해서 인가할 수 있다. 예를 들면, 전류세기는 0~70mA (조절단위: 1/5/10mA) 범위로, 주파수는 20~999Hz (조절단위: 1/10/100Hz) 범위로, 동작폭은 0.1~6.5s (조절단위: 1/5/10s) 범위로, 램프는 1~10000ms (조절단위: 1/10/100ms) 범위로, 그리고 전체 작동 시간은 1~59m (조절단위: 1/5/10m) 범위로 하여, 기능성 전기 자극을 인가할 수 있다.
도 3b는 도 1에 도시된 웨어러블 장치의 또 다른 실시 예로서, 웨어러블 장치의 전극부가 접착 패드로 구성된 예를 보여주는 도면이다. 웨어러블 장치(100)의 전극부는 사용자의 피부에 안정적으로 부착되고 유지되는 건식 전극 패드를 포함할 수 있다. 전극부는 건식 고점착성 소재를 이용하여 동일한 방식으로 제작될 수 있다.
전극부는 사용자의 생체 신호(예를 들면, 근전도 신호)를 수집하거나, 사용자의 근육에 전기 근육 자극(EMS)이나 신경지배근 전기 자극(NMES)을 위한 근자극 신호를 전달할 수 있다. 전극부의 접착 패드는 사용자의 생체 신호나 근자극 신호를 효과적으로 얻거나 전달하기 위해 건식 고점착성 소재를 사용하여 제작될 수 있다. 예를 들어, 전극부는 비금속 소재(탄소나노소재)를 이용하여, 전도성 건식 점착 전극 패드 형태로 제작될 수 있다.
도 3b에서는 전극부가 사각형으로 되어 있으나, 이에 국한되지 않고 원형이나 타원형 등 다른 모양으로 제작될 수 있다. 또한, 전극부의 접착 패드는 도 3b에서 보는 바와 같이, 얇은 시트 형태에 버섯 모양의 미세한 섬모 구조를 가짐으로, 사용자의 다양한 피부 상태 및 환경(땀이나 물로 인해 습윤 또는 굴곡이 있는 피부 형태)에 크게 영향을 받지 않고 안정적으로 피부에 접착할 수 있다.
전극부의 접착 패드는 유연한 전도성 구조물로 물리적인 변형이나 습윤한 환경에서도 접착력 및 전기적 특성을 유지할 수 있기 때문에, 운동을 하거나 물 속에서도 안정적으로 생체 신호를 측정할 수 있다.
도 3c는 도 1에 도시된 웨어러블 장치의 또 다른 실시 예로서, 전극부가 릴 형태로 구성된 예를 도면이다. 릴형 전극부는 피부에 부착하는 전극의 위치를 변경할 수 있도록 해준다. 사용자는 릴형 전극부를 통해 근전도 신호를 측정하거나 근자극 신호를 전달하는 피부 접착 부위를 자유롭게 변경할 수 있다.
도 3c를 참조하면, 평상 시에 릴형 전극부는 지지대(도 2a 참조, 110, 120) 또는 밴드(111, 121)의 슬롯에 수납될 수 있다. 그리고 사용 시에 릴형 전극부는 슬롯에서 나와, 릴이 늘어날 수 있는 최대 범위 내에서 원하는 피부 접착 부위에 부착될 수 있다. 릴형 전극부의 릴에는 전선이 감겨 있고, 전선을 통해 생체 신호나 근자극 신호가 전달될 수 있다. 도 3c에 도시된 릴형 전극부는 슬롯에 보관되고 릴 방식으로 전선을 정리함으로, 보관이 용이하고 편리하게 사용할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 재활 시스템(10)은 하드웨어 측면에서, 다양한 형태로 구현되는 웨어러블 장치(100)를 포함할 수 있다. 또한, 웨어러블 장치(100)의 전극부도 힌지를 포함한 지지대형 전극부, 어레이형 전극부, 접착 패드형 전극부, 그리고 릴형 전극부 등 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 재활 시스템(10)은 웨어러블 장치(100)의 전극부를 어레이형 또는 릴형으로 구현함으로, 사용자 맞춤형 자극 패턴(또는 파형)과 최적의 자극 위치를 찾을 수 있다. 재활 시스템(10)은 사용자 맞춤형 프로세스를 수행할 수 있는 프로그램 또는 소프트웨어를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 재활 시스템(10)은 사용자에 맞는 자극 위치를 찾고, 최적의 기능적 반응이 나오는 파라미터를 설정하고, 이를 통해 사용자 맞춤형 추천 재활 프로그램을 제공할 수 있다. 본 발명의 재활 시스템(10)은 다음과 같은 단계로 수행될 수 있다.
첫째로, 재활 시스템(10)은 목표로 설정된 기능적 반응(예를 들면, 관절각 또는 근육활성도)이 획득될 때까지 자극 위치를 바꿈으로, 사용자 개개인마다 최적화된 자극의 위치를 찾을 수 있다. 둘째로, 재활 시스템(10)은 전류세기(Amplitude), 주파수(Pulse per Seconds), 동작폭(Pulse Interval), 램프(Ramp), 전체 작동 시간(Total time) 등의 파라미터를 변경해가면서 최적의 기능적 반응(예를 들면, 관절각 또는 근육활성도)이 나오는 파라미터를 설정할 수 있다. 셋째로, 재활 시스템(10)은 최적화된 전극 위치와 파라미터를 기초로, 사용자 맞춤형 재활 운동을 수행할 수 있다.
예로서, 본 발명의 실시 예에 따른 재활 시스템(10)은 다리의 가동범위(ROM)를 측정함으로, 관절각 회복 운동을 수행할 수 있다. 본 발명의 재활 시스템(10)은 다리의 가동범위가 기준 미달 시에 전기 자극을 인가하거나, 사용자 맞춤형 재활 운동 프로그램을 제공함으로, 효과적으로 관절각 회복 운동을 할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 재활 시스템(10)은 근전도(EMG)를 측정을 통한 등척성 운동(isometric exercise)을 수행할 수 있다. 재활 시스템(10)은 사용자가 다리 근육에 힘을 주는 일정 시간 동안 근육활성도를 측정할 수 있다. 재활 시스템(10)은 등척성 운동의 근육활성도가 기준 미달 시에 전기 자극을 인가하거나 사용자 맞춤형 재활 운동 프로그램을 제공할 수 있다.
도 4는 도 2b에서 도시된 제어부의 제어 신호의 파형을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 4는 도 2b를 참조하여 설명될 것이다. 가로축은 시간을 나타내고 세로축은 제어 신호의 세기(전압 단위)를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 제어 신호는 제 1 구간(t0~t1), 제 2 구간(t1~t2), 제 3 구간(t2~t3), 제 4 구간(t3~t4), 및 제 5 구간(t4~t5)으로 나누어질 수 있다. 제어부(135)는 제어 신호를 생성할 수 있고, 제동부(131)는 제어 신호에 기초하여 제동력을 제공하거나 진동을 일으킬 수 있다.
제 1 내지 제 3 구간(t0~t3)에서, 제어부(135)는 제어 신호의 듀티 사이클(duty cycle)을 100%로 설정할 수 있다. 제어 신호의 듀티 사이클이 100%이면, 제동부(131)는 제어 신호에 응답하여 제 1 지지대(110) 및 제 2 지지대(120)의 회동을 제동하는 제동력을 생성할 수 있다. 이 때, 제어 신호의 세기와 제동력의 세기는 비례할 수 있다.
예시적으로, 제 1 구간(t0~t1)에서 사용자가 받는 제동력은 제 3 구간(t2~t3)에서 사용자가 받는 제동력보다 작을 수 있다. 즉, 제어부(135)는 제동부(131)가 제동력을 생성하도록 제어 신호의 듀티 사이클을 100%로 조정할 수 있다. 또한, 제어부(135)는 제동력의 세기를 조정하기 위해 제어 신호의 세기를 조정할 수 있다.
제 4 내지 제 5 구간(t3~t5)에서, 제어부(135)는 제어 신호의 듀티 사이클을 50%로 설정할 수 있다. 다만, 상술한 50%는 예시적인 것에 불과하고, 제어부(135)는 제어 신호의 듀티 사이클을 100%가 아닌 임의의 값으로 설정할 수도 있다. 제어 신호의 듀티 사이클이 100% 미만이면, 제동부(131)는 제어 신호에 응답하여 사용자가 느낄 수 있는 진동을 일으킬 수 있다. 이 때, 제어 신호의 주파수와 제동력의 세기는 비례할 수 있다.
예시적으로, 제 4 구간(t3~t4)에서 사용자가 받는 진동의 세기는 제 5 구간(t4~t5)에서 사용자가 받는 진동의 세기보다 작을 수 있다. 또한, 제어 신호의 진폭과 제동력의 세기도 비례할 수 있다. 즉, 제어부(135)는 제동부(131)가 진동을 일으키도록 제어 신호의 듀티 사이클을 100% 미만의 값으로 조정할 수 있다. 또한, 제어부(135)는 진동의 세기를 조정하기 위해 제어 신호의 세기 및 주파수를 조정할 수 있다.
웨어러블 장치(100)는 지지부, 전극부, 제동부, 그리고 제어부를 포함할 수 있다. 지지부는 사용자의 신체 부위에 밀착되어 신체 부위를 지지할 수 있다. 전극부는 신체 부위에 자극을 주거나 자극에 대한 반응을 감지하기 위한 복수의 센서를 포함한다. 전극부는 전기 근육 자극(EMS) 또는 신경지배근 전기 자극(NMES)을 위한 근자극 신호를 신체 부위에 인가할 수 있다. 제동부는 전극부로부터 입력된 근자극 신호를 기초로 제어 신호를 생성하고, 제어 신호의 듀티 사이클(duty cycle)에 따라 지지부의 회동에 제동력을 제공하거나 지지부에 진동을 일으킬 수 있다.
제동부가 제동력을 제공할지 또는 진동을 일으킬지를 결정하기 위해, PWM(pulse width modulation)에 기초하여 제어 신호의 듀티 사이클을 조정하는 제어부를 포함할 수 있다. 정리하면, 제어부(135)는 PWM(pulse width modulation)을 수행하여 제어 신호를 조정할 수 있다. 조정된 제어 신호에 따라, 제동부(131)는 제동력을 생성하거나 진동을 일으킬 수 있다.
도 5a는 도 1에서 도시된 사용자 전자 장치를 예시적으로 보여주는 블록도이다. 도 5a를 참조하면, 사용자 전자 장치(200)는 통신부(210), 저장부(220), 디스플레이(230), 및 제어부(240)를 포함할 수 있다.
통신부(210)는 웨어러블 장치의 통신부(도 2b 참조, 134)와 동일한 기능을 수행할 수 있다. 통신부(210)는 웨어러블 장치의 통신부(도 2b 참조, 134)로부터 재활 운동 정보 및 프로그램 추천 서버(도 1 참조, 300)로부터 적합한 재활 프로그램을 수신할 수 있다. 추가로, 통신부(210)는 수신된 재활 운동 정보를 재활 프로그램 추천 서버(300)로 전송할 수 있다.
저장부(220)는 재활 프로그램 또는 상태 측정 프로그램(221), 웨어러블 장치 사용 방법(222), 재활 운동 정보 또는 재활 목표 또는 재활 일정(223) 등 재활과 관련된 정보가 저장될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 저장부(220)는 재활 프로그램 추천 서버(300)로부터 수신된 적어도 하나 이상의 재활 프로그램들, 상태 측정 프로그램, 그리고 웨어러블 장치(도 1 참조, 100)의 사용 방법을 저장할 수 있다. 여기서, 상태 측정 프로그램은 최초로 재활 운동을 시작하는 사람의 상태를 파악하기 위한 프로그램을 의미한다. 다만, 상태 측정 프로그램은 기존에 재활 운동을 수행하던 환자가 자신의 상태를 파악하기 위해 사용될 수도 있다.
그리고 웨어러블 장치에 따라 복수의 사용 방법이 저장부(220)에 저장될 수도 있다. 또한, 저장부(220)는 웨어러블 장치(100)로부터 전송된 재활 운동 정보를 저장할 수 있다. 저장부(220)는 제어부(240)의 제어에 따라 저장된 정보 또는 프로그램을 디스플레이(230) 또는 제어부(240)에 제공할 수 있다.
실시 예에 있어서, 저장부(220)는 사용자의 개인 정보를 저장할 수 있다. 여기서, 개인 정보는 사용자의 주민등록번호, 생년월일, 성별, 이름, 암호, 지문 등의 개인을 식별할 수 있는 정보 및 키, 몸무게, 혈압, 지병, 나이 등의 건강 관련 정보를 포함할 수 있다. 반복적인 재활 운동에 따라, 사용자는 사용자 전자 장치(200)를 이용해 게임화된 재활 프로그램을 수행할 수 있다.
이때, 사용자 전자 장치(200)는 현재 사용자가 기존의 재활 운동을 수행하던 사용자인지 아닌지를 기존에 저장된 개인 정보를 참조하여 판단할 수 있다. 만약, 새로운 사용자가 재활 운동을 수행하는 경우, 저장부(220)에는 새로운 사용자에 대한 개인 정보가 저장될 수 있다.
실시 예에 있어서, 저장부(220)는 EPROM(erasable programmable read-only memory), EERROM(electrically erasable programmable read-only memory), 낸드 플래시 메모리(nand flash memory), 노어 플래시 메모리(nor flash memory), PRAM(phase-change memory), ReRAM(resistive random access memory), FeRAM(ferroelectric random access memory) 등과 같은 불휘발성 반도체 메모리 소자, 또는 DRAM(dynamic random access memory), SRAM(static random access memory) 등과 같은 휘발성 반도체 메모리 소자를 포함할 수 있다
디스플레이(230)는 제어부(240)의 제어에 따라, 재활 프로그램의 인터페이스, 상태 측정 프로그램의 인터페이스, 웨어러블 장치 사용방법, 사용자의 개인 정보를 입력 받기 위한 인터페이스 등을 표시할 수 있다. 이 때, 재활 프로그램의 인터페이스 상에서는 사용자에 의해 수행된 재활 운동 결과, 재활 목표, 재활 일정 등이 표시될 수 있다. 이를 통해, 사용자는 자신이 얼만큼 재활 운동을 수행하였는지, 현재 자신이 회동할 수 있는 관절의 가동범위(ROM)가 얼마나 되는지, 자신의 재활 달성도는 얼마인지 등을 확인할 수 있다.
실시 예에 있어서, 디스플레이(230)는 유기 발광 디스플레이 패널(organic light emitting display panel), 액정 디스플레이 패널(liquid crystal display panel), 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel), 전기영동 디스플레이 패널(electrophoretic display panel), 또는 일렉트로웨팅 디스플레이 패널(electrowetting display panel) 등을 포함할 수 있다.
제어부(240)는 사용자 전자 장치(200)에 포함된 구성 요소들을 구동하거나, 재활 프로그램, 및 상태 측정 프로그램을 실행시킬 수 있다. 이를 위해, 제어부(240)는 사용자 전자 장치(200)에 포함된 구성 요소들을 제어하는 컨트롤러들, 인터페이스들, 그래픽 엔진 등을 포함할 수 있다. 제어부(240)는 SoC 또는 ASIC 형태로 제공될 수 있다.
제어부(240)는 재활 프로그램을 구동시켜, 재활 프로그램의 인터페이스를 디스플레이(230)에 표시할 수 있다. 제어부(240)는 통신부(210)에서 수신된 재활 운동 정보를 실시간으로 재활 프로그램의 인터페이스 상에 수치화할 수 있다. 또한, 제어부(240)는 재활 프로그램 추천 서버(300)로부터 수신하여 저장부(220)에 저장된 재활 목표, 재활 일정 등을 재활 프로그램의 인터페이스 상에 같이 표시할 수 있다.
제어부(240)는 상태 측정 프로그램을 구동시켜, 상태 측정 프로그램의 인터페이스를 디스플레이(230)에 표시할 수 있다. 제어부(240)는 실시간으로 통신부(210)에서 수신된 상태 측정 정보를 상태 측정 프로그램의 인터페이스 상에 수치화할 수 있다.
제어부(240)는 재활 프로그램 추천 서버(300)로부터 추천된 재활 프로그램에 따라 재활 운동 정보에 대한 피드백 정보를 전송하기 위해, 통신부(210)를 제어할 수 있다. 즉, 통신부(210)는 제어부(240)의 제어에 따라, 피드백 정보를 웨어러블 장치(도 1 참조, 100)에 전송할 수 있다.
도 5b는 도 5a에 도시된 저장부에 아바타 트레이닝 프로그램을 추가로 포함하는 사용자 전자 장치를 예시적으로 보여주는 블록도이다. 도 5b를 참조하면, 사용자 전자 장치(200)의 저장부(220)는 아바타 트레이닝 프로그램(224)을 포함할 수 있다.
아바타 트레이닝 프로그램(224)은 웨어러블 장치(도 1 참조, 100)를 통해 관절 가동범위, 관절 가동 속도, 관절 토크, 표면 근전도 정보 등과 같은 트레이닝 데이터를 수집할 수 있다. 또한, 아바타 트레이닝 프로그램(224)은 표준화 데이터 평가부, 기능성 전기 자극을 사용자에게 제공하기 위한 전기 자극부, 그리고 기계 학습 알고리즘 등이 복합적으로 활용될 수 있다.
예를 들면, 사용자가 웨어러블 장치(100)를 착용하면, 사용자 전자 장치(도 1 참조, 200)의 디스플레이(230)에 가상 트레이너와 사용자 아바타가 표시될 수 있다. 여기에서, 사용자 아바타는 실시간으로 사용자의 움직임 또는 운동을 디스플레이(230)에 반영할 수 있다. 가상 트레이너는 관절 가동 범위, 관절 가동 속도, 관절 토크, 표면 근전도 등과 같은 트레이닝 데이터를 이용하여 얻은 트레이닝 가이드를 사용자에게 제공할 수 있다.
가상 트레이너는 사용자에게 현실(reality)에 3차원 가상 이미지를 겹쳐서 보여주거나(AR: Augmented Reality), 현실이 아닌 가상의 이미지를 보여주거나(VR: Virtual Reality), 이 둘을 결합하여 보여줄 수 있다(MR: Mixed Reality). 사용자는 디스플레이(230)를 통해 가상 트레이너와 사용자 아바타를 보며 재활 운동을 할 수 있다.
아바타 트레이닝 프로그램(224)은 트레이닝 데이터와 전문 의료인 혹은 의료 기관을 통해 직접 또는 간접적으로 제시된 표준화 데이터를 비교 또는 대조할 수 있다. 이를 통해 아바타 트레이닝 프로그램(224)은 사용자에게 최적화된 전류세기(Amplitude), 주파수(Pulse per Seconds), 동작폭(Pulse Interval), 램프(Ramp), 전체 작동 시간(Total time)을 도출하거나 설정하고, 웨어러블 장치(100)를 통해 사용자에게 전기 자극을 줄 수 있다.
아바타 트레이닝 프로그램(224)은 최적의 전류강도, 주파수, 동작폭, 램프, 전체 작동 시간 등을 도출하는 과정에서 수집된 트레이닝 데이터와 전문 의료인 또는 의료 기관을 통해 얻은 표준화 데이터를 기계 학습 알고리즘을 통해 데이터 베이스화 할 수 있다. 예를 들면, 아바타 트레이닝 프로그램(224)은 전기 자극 값을 아바타 트레이닝 과정 전반에 걸쳐 실시간 혹은 주기적으로 측정함으로, 사용자에게 적합한 최적의 전기 자극 트레이닝 데이터를 얻을 수 있다.
한편, 아바타 트레이닝 프로그램(224)은 설치된 재활 프로그램(221)에 포함되어 있을 수도 있다. 아바타 트레이닝 프로그램(224)은 사용자 전자 장치(200)에 이미 설치되어 있거나, 재활 프로그램 추천 서버(도 1 참조, 300)로부터 다운로드 받아 설치할 수 있다. 이 경우에, 설치된 재활 프로그램(211)은 사용자의 재활 운동에 특화된 게임화된 재활 프로그램과 재활 치료 및 교정에 적합한 아바타 트레이닝 프로그램을 모두 포함할 수 있다.
도 6은 도 1에서 도시된 재활 프로그램 추천 서버를 예시적으로 보여주는 블록도이다. 도 6을 참조하면, 재활 프로그램 추천 서버(300)는 사용자 데이터 베이스(310), 프로그램 데이터 베이스(320), 분석부(330), 추천부(340), 및 통신부(350)를 포함할 수 있다.
사용자 데이터 베이스(310)는 웨어러블 장치(도 1 참조, 100)에서 측정된 재활 운동 정보를 저장할 수 있다. 이 때, 재활 운동 정보는 사용자의 개인 정보와 연동되어 저장될 수 있다. 또한, 사용자 데이터 베이스(310)는 다른 웨어러블 장치에서 측정된 재활 운동 정보를 저장할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 재활 시스템(도 1 참조, 10)은 복수의 사용자가 이용할 수 있으므로, 재활 운동 정보는 사용자의 개인 정보와 연동되어 분류될 필요가 있다.
사용자 데이터 베이스(310)에 저장되는 재활 운동 정보는 분석부(330)에 의해 분류될 수 있다. 실시 예에 있어서, 분석부(330)에 의해 개인별로 재활 운동 정보가 분류되어 사용자 데이터 베이스(310)에 저장될 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 분석부(330)에 의해 사용자가 웨어러블 장치(도 1 참조, 100)를 착용한 부위별로 재활 운동 정보가 분류되어 사용자 데이터 베이스(310)에 저장될 수 있다.
프로그램 데이터 베이스(320)는 복수의 재활 프로그램, 복수의 상태 측정 프로그램, 및 웨어러블 장치의 사용 방법에 대한 정보를 저장할 수 있다. 또한, 프로그램 데이터 베이스(320)는 아바타 트레이닝 프로그램을 저장할 수 있다. 아바타 트레이닝 프로그램은 사용자가 쉽게 재활 프로그램을 수행할 수 있도록 트레이닝 가이드를 제공할 수 있다.
복수의 재활 프로그램은 사용자의 효과적인 재활을 위해 일종의 게임 프로그램일 수 있다. 사용자는 단순하게 힘든 재활 프로그램을 수행하는 대신에 프로그램 데이터 베이스(320)에 저장된 게임화된 재활 프로그램을 수행할 수 있다.
실시 예에 있어서, 복수의 재활 프로그램 각각은 서로 난이도가 상이할 수 있다. 즉, 사용자들 각각의 재활 달성도가 상이하므로, 재활 달성도에 따라 난이도가 상이한 복수의 재활 프로그램이 프로그램 데이터 베이스(320)에 저장될 수 있다. 또한, 재활 부위마다 상이한 복수의 재활 프로그램이 프로그램 데이터 베이스(320)에 저장될 수 있다. 또한, 게임 콘텐츠(contents)에 따른 상이한 복수의 재활 프로그램이 프로그램 데이터 베이스(320)에 저장될 수 있다.
복수의 상태 측정 프로그램은 사용자의 상태를 측정하기 위한 프로그램이다. 가령, 본 발명의 재활 시스템을 처음 이용하는 사용자에게 적합한 재활 프로그램을 추천하기 위해, 사용자의 상태를 측정하는 프로그램이 필요하다. 뿐만 아니라, 기존의 사용자가 자신의 재활이 어느 정도까지 진행되었는지 확인할 수 있도록, 사용자의 상태를 측정하는 프로그램이 필요하다.
따라서, 사용자는 재활 운동을 수행하기 전에, 사용자 전자 장치(도 1 참조, 200)에서 표시되는 상태 측정 프로그램의 인터페이스에 따라 웨어러블 장치(도 1 참조, 100)를 움직일 수 있다. 상술한 움직임에 따라, 웨어러블 장치(도 1 참조, 100)에서 측정된 상태 정보가 사용자 데이터 베이스(310)에 저장될 수 있다.
프로그램 데이터 베이스(320)에는 다양한 웨어러블 장치의 사용 방법들이 사전에 저장될 수 있다. 이는 웨어러블 장치의 사용 방법은 웨어러블 장치가 부착될 수 있는 위치마다 상이하기 때문이다. 프로그램 데이터 베이스(320)에 저장된 웨어러블 장치의 사용 방법은 사용자 전자 장치(도 1 참조, 200)에 전송될 수 있다.
분석부(330)는 상태 측정 프로그램에 따라 웨어러블 장치에서 측정된 상태 정보를 참조하여, 사용자에 적합한 재활 목표 및 재활 일정을 모델링(modeling)할 수 있다. 분석부(330)는 사용자 데이터 베이스(310)에 저장된 재활 운동 정보를 참조하여 재활 달성도를 분석할 수 있다. 분석부(330)는 누적된 재활 운동 정보를 참조하여 사용자의 다음 재활 운동에 따른 예상 재활 달성도를 더 분석할 수도 있다. 분석부(330)는 상태 정보 및 재활 운동 정보를 참조하여 전에 모델링된 재활 목표 및 재활 일정을 재조정할 수 있다.
실시 예에 있어서, 분석부(330)는 사용자 데이터 베이스에 저장된 재활 운동 정보를 비교할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 분석부(330)는 어떤 사용자의 무릎 관절 가동범위(ROM: range of motion)와 다른 사용자의 무릎 관절 가동범위를 비교할 수 있다. 분석부(330)의 비교 결과는 사용자 전자 장치(도 1 참조, 200)로 전송될 수 있다. 전송된 비교 결과는 사용자 전자 장치(도 1 참조, 200)에서 실행되는 게임화된 재활 프로그램의 인터페이스에서 사용자에게 제공될 수 있다. 따라서, 분석부(330)의 비교는 사용자의 재활 운동 의욕을 높이기 위해 사용될 수 있다.
실시 예에 있어서, 분석부(330)는 사용자 데이터 베이스(310)에 저장된 여러 사용자들의 재활 운동 정보를 웨어러블 장치(도 1 참조, 100)의 착용 부위별로 분류할 수 있다. 분석부(330)는 분류된 재활 운동 정보를 참조하여 사용자들의 평균 재활 진행도, 평균 재활 달성도 등을 분석할 수 있다. 분석부(330)는 사용자들의 평균 재활 진행도, 평균 재활 달성도를 참조하여, 개인별 재활 일정 및 재활 목표를 수립할 수 있다.
추천부(340)는 상태 측정 프로그램에 따라 웨어러블 장치에서 측정된 상태 정보를 참조하여, 복수의 재활 프로그램 중 사용자에 적합한 재활 프로그램을 추천할 수 있다. 또한, 추천부(340)는 분석부(330)의 분석 결과를 더 참조하여, 복수의 재활 프로그램 중 사용자에 적합한 재활 프로그램을 다시 추천할 수 있다. 이 때, 사용자의 재활 달성도에 따라, 기존에 추천된 재활 프로그램은 다른 재활 프로그램으로 변경될 수 있다.
실시 예에 있어서, 분석부(330)는 상술한 분석 결과들(재활 목표 및 재활 일정 모델링 또는 재조정, 비교 결과, 분류 결과, 평균 재활 진행도 분석, 평균 재활 달성도 분석, 등)을 도출하기 위해, 기계학습 알고리즘(machine learning algorithm)을 사용할 수 있다. 유사하게, 추천부(340)도 추천 동작(사용자에 적합한 적어도 하나의 재활 프로그램 도출)을 위해, 기계학습 알고리즘을 사용할 수 있다. 이를 위해, 분석부(330) 및 추천부(340) 각각은 CPU, AP 등을 포함할 수 있고, SoC 또는 ASIC 형태로 제공될 수 있다.
통신부(350)는 네트워크(도 1 참조, 400)를 통해 사용자 전자 장치(도 1 참조, 200)와 통신할 수 있다. 통신부(350)는 전술한 다양한 방식의 유선 또는 무선의 통신을 지원할 수 있다. 통신부(350)는 웨어러블 장치(도 1 참조, 100)에서 측정된 재활 운동 정보를 수신하고, 분석부(330)의 분석 결과, 추천부(340)의 추천 결과, 또는 아바타 트레이닝 프로그램을 사용자 전자 장치(도 1 참조, 200)로 전송할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 재활 시스템을 통해 사용자가 재활 운동을 수행하는 동작을 예시적으로 보여주는 도면이다. 실시 예에 있어서, 사용자의 재활 운동에 따라, 사용자 전자 장치(200)의 디스플레이(230) 상의 게임 캐릭터가 달리기를 수행할 수 있다. 다만, 게임화된 재활 프로그램의 콘텐츠는 도 7에서 도시된 것에 한정되지 않는다.
사용자 전자 장치(200)는 무릎 재활 운동 정보를 수신하고, 실행 중인 재활 프로그램에서, 게임 캐릭터의 달리기 속도를 조정할 수 있다. 즉, 무릎 관절의 가동범위(ROM)와 무릎 관절의 회동 속도에 따라, 게임 캐릭터의 달리기 속도가 변경될 수 있다. 사용자 전자 장치(200)는 웨어러블 장치(100)의 제동력 구동력, 진동의 세기, 또는 근자극 신호의 세기 등을 조정하기 위해, 무릎 재활 운동 정보를 참조하여 피드백 정보를 웨어러블 장치(100)로 전송할 수 있다. 피드백 정보에 따라, 사용자는 동적으로 웨어러블 장치(100)로부터 구동력, 제동력, 진동, 또는 근자극 신호를 받을 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 재활 시스템을 통해 사용자가 재활 운동을 수행하고, 이에 대한 결과를 확인할 수 있는 인터페이스를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 8을 참조하면, 디스플레이(230)에 재활 운동 정보가 수치화되어 나타날 수 있다.
도 8을 참조하면, 재활 수행 시간(play time), 반복 횟수(reps), 반응 시간(reaction time), 성공률(success rate), 게임 스코어(game score), 총 재활 달성도(total achievement) 등이 디스플레이(230)에 표시될 수 있다. 다만, 도 8에 도시된 수치들, 인터페이스 구성 및 항목 등은 예시적인 것에 불과하고, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 재활 시스템의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 도 9는 어느 사용자가 본 발명의 재활 시스템을 처음으로 사용하는 경우에 관한 것이다. 도 9는 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명될 것이다.
S110 단계 내지 S160 단계는 사용자가 웨어러블 장치(100)를 착용하는 단계를 나타내고, S210 단계 내지 S240 단계는 사용자의 상태를 측정하는 단계를 나타낸다. 착용 단계와 상태 측정 단계는 합쳐서 사용자가 재활 운동을 수행하기 전에 필요한 준비 단계로 볼 수 있다. S310 단계 내지 S330 단계는 사용자의 재활 운동에 따라 재활 프로그램을 추천하는 단계를 나타낸다. 이하, 각 세부 단계를 상세하게 설명한다.
S110 단계에서, 사용자 전자 장치(200)는 사용자의 정보를 수신할 수 있다. 사용자의 정보는 전술한 사용자의 개인 정보를 의미한다. S110 단계에서, 사용자의 개인 정보를 입력 받기 위한 인터페이스가 디스플레이(도 5 참조, 230)에 표시될 수 있다.
S120 단계에서, 사용자 전자 장치(200)는 입력 받은 사용자 정보를 재활 프로그램 추천 서버(300)로 전송할 수 있다. 이를 위해, 사용자 전자 장치(200)의 통신부(도 5 참조, 210)와 재활 프로그램 추천 서버(300)의 통신부(도 6 참조, 350)는 서로 통신할 수 있다.
S130 단계에서, 재활 프로그램 추천 서버(300)는 수신된 사용자 정보를 저장할 수 있다. 사용자 정보는 향후 사용자의 재활 운동에 따른 재활 운동 정보와 연계될 수 있다.
S140 단계에서, 사용자 전자 장치(200)는 디스플레이(도 5 참조, 230)에 재활 장치 사용 정보를 표시할 수 있다. 재활 장치 사용 정보는 사전에 사용자 전자 장치(200)에 저장되어 있을 수 있다. 이 경우, S140 단계는 S130 단계 전에 수행될 수도 있다. 다른 예로서, 사용자 전자 장치(200)는 재활 프로그램 추천 서버(300)로부터 재활 장치 사용 정보를 수신할 수 있다.
S150 단계에서, 사용자 전자 장치(200)는 웨어러블 장치(100)로부터 착용 정보를 수신할 수 있다. 즉, 웨어러블 장치(100)의 측정부(도 3 참조, 133)는 착용 정보에 따라 사용자가 올바르게 웨어러블 장치(100)를 착용하였는지를 측정할 수 있다. 이후, 착용 정보는 사용자 전자 장치(200)로 전송될 수 있다.
S160 단계에서, 재활 프로그램 추천 서버(300)는 상태 측정 프로그램을 전송할 수 있다. 도 9를 참조하면, S160 단계는 S150 단계와 같이 실행되는 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않고, S160 단계는 S130 단계 이후부터 착용 단계가 종료되기 전까지 중 임의의 단계에서 수행될 수 있다.
S210 단계에서, 사용자 전자 장치(200)는 상태 측정 프로그램을 실행할 수 있다. 상태 측정 프로그램은 사용자가 재활하고자 하는 부위에 따라 재활 프로그램 추천 서버(300)에 의해 선택된 프로그램일 수 있다.
S220 단계에서, 웨어러블 장치(100)는 사용자가 상태 측정 프로그램에서 나타나는 각종 동작들을 수행하면, 그에 관한 사용자의 상태 측정 정보를 측정할 수 있다. 상술한 측정은 웨어러블 장치(100)의 측정부(도 3 참조, 134)에 의해 수행될 수 있다. 상태 측정 프로그램은 재활 프로그램이 아니라 사용자의 상태를 측정하기 위한 프로그램이다. 사용자는 상태 측정 프로그램에 따라, 예를 들면, 무릎 가동범위(ROM: range of motion)나 근전도(EMG: eledromyogram) 등을 측정하기 위한 동작을 수행할 수 있다.
S230 단계 및 S240 단계에서, 웨어러블 장치(100)는 측정된 상태 정보를 사용자 전자 장치(200)로 전송할 수 있다. 그리고 사용자 전자 장치(200)는 수신된 상태 정보를 다시 재활 프로그램 추천 서버(300)로 전송할 수 있다. 실시 예에 있어서, 웨어러블 장치(100)는 측정된 상태 정보를 재활 프로그램 추천 서버(300)로 곧바로 전송할 수도 있다.
S310 단계에서, 재활 프로그램 추천 서버(300)는 수신된 상태 정보를 저장하고 분석할 수 있다. 이 때, 사용자 데이터 베이스(도 6 참조, 310)에는 수신된 상태 정보가 S130 단계에서 수신된 사용자 정보와 연계되어 저장될 수 있다. 분석부(도 6 참조, 330)는 사용자 데이터 베이스(도 6 참조, 310)에 저장된 사용자의 상태 정보를 참조하여, 현재 사용자의 상태를 분석할 수 있다. 특히, 현재 사용자의 상태를 분석하기 위해, 분석부(도 6 참조, 330)는 현재 사용자의 상태 정보뿐만 아니라, 사용자 데이터 베이스(도 6 참조, 310)에 저장된 다른 사용자의 상태 정보 또는 재활 운동 정보를 참조할 수 있다.
좀 더 구체적으로, 분석부(도 6 참조, 330)는 다른 사용자의 상태 정보 또는 재활 운동 정보와 현재 사용자의 상태 정보를 비교할 수 있다. 분석부(도 6 참조, 330)는 현재 사용자의 상태가 다른 재활 환자들의 평균 재활 수준에 근접한지 이에 미치지 못하는지 등을 분석할 수 있다.
S320 단계에서, 재활 프로그램 추천 서버(300)는 사용자에 적합한 재활 프로그램을 도출할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 추천부(도 6 참조, 340)는 분석부(도 6 참조, 330)의 분석 결과를 참조하여, 프로그램 데이터 베이스(도 6 참조, 320)에 저장된 복수의 재활 프로그램 중 적합한 재활 프로그램을 선택할 수 있다.
S330 단계에서, 재활 프로그램 추천 서버(300)는 사용자에 적합한 재활 프로그램을 사용자 전자 장치(200)로 전송할 수 있다. 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 재활 시스템의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 도 10에는 도 9에서 설명된 S110 단계 내지 S330 단계가 수행된 후의 단계들이 도시되어 있다.
S410 단계 내지 S460 단계는 사용자가 재활 운동을 수행하는 단계를 나타낸다. S510 단계 내지 S530 단계는 사용자의 재활 운동을 분석하고 적합한 재활 프로그램을 추천하는 단계를 나타낸다. 도 10은 도 3 내지 도 6 및 도 9를 참조하여 설명될 것이다.
S410 단계에서, 사용자 전자 장치(200)는 재활 프로그램을 실행할 수 있다. 여기서, 재활 프로그램은 재활 프로그램 추천 서버(300)에 의해 추천되고, S330 단계(도 9 참조)에서 전송된 프로그램이다.
S420 단계에서, 사용자 전자 장치(200)는 웨어러블 장치(100)를 설정할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 사용자 전자 장치(200)는 게임화된 재활 프로그램에서 실행되는 게임 과정에 따라 제동부(도 3 참조, 131)의 제동력 또는 진동의 세기, 구동부(도 3 참조, 132)의 구동력, 또는 제 1 전극부 및 제 2 전극부(115, 125)의 자극 세기를 조절하기 위한 설정 정보를 웨어러블 장치(420)로 전송할 수 있다. 사용자 전자 장치(200)는 사용자가 재활 운동을 수행하는 동안, 설정 정보를 웨어러블 장치(100)에 실시간으로 전송할 수 있다.
S430 단계에서, 웨어러블 장치(100)는 재활 프로그램에 따라 수행되는 사용자의 재활 운동에 따라, 재활 운동 정보를 측정할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 재활 운동 정보는 측정부(도 1 참조, 133)에 의해 실시간으로 측정될 수 있다.
S440 단계에서, 웨어러블 장치(100)는 재활 운동 정보를 사용자 전자 장치(200)에 전송할 수 있다. 웨어러블 장치(100)는 사용자가 재활 운동을 수행하는 동안, 재활 운동 정보를 사용자 전자 장치(200)에 실시간으로 전송할 수 있다.
사용자 전자 장치(200)는 재활 운동 정보를 디스플레이(도 5 참조, 230)에 표시할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 재활 운동 정보는 수치화되어 디스플레이(도 5 참조, 230)에 표시될 수 있다. 특히, 재활 운동 정보가 실시간으로 웨어러블 장치(100)로부터 전송됨에 따라, 수치화된 재활 운동 정보가 계속해서 디스플레이(도 5 참조, 230)에 표시될 수 있다. 즉, 사용자는 지루할 수 있는 재활 운동을 마치 게임을 하는 것처럼 수행할 수 있다.
S460 단계에서, 사용자 전자 장치(200)는 사용자가 재활 운동을 수행함에 따라 발생된 모든 재활 운동 정보를 재활 프로그램 추천 서버(300)로 전송할 수 있다. 실시 예에 있어서, 사용자가 재활 프로그램에 따라 특정한 게임을 수행한 후에 누적된 재활 운동 정보가 재활 프로그램 추천 서버(300)로 전송될 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 사용자 전자 장치(200)는 실시간으로 재활 운동 정보를 수신하면서, 동시에 수신된 재활 운동 정보를 실시간으로 재활 프로그램 추천 서버(300)로 전송할 수도 있다.
S510 단계에서, 재활 프로그램 추천 서버(300)는 수신된 재활 운동 정보를 저장하고 분석할 수 있다. 이 때, 사용자 데이터 베이스(도 6 참조, 310)에는 수신된 재활 운동 정보가 S130 단계(도 9 참조)에서 수신된 사용자 정보와 연계되어 저장될 수 있다. 전술한대로, 분석부(도 6 참조, 3330)는 재활 운동 정보를 참조하여, 사용자의 재활 운동 정보를 분석할 수 있다.
또한, 분석부(도 6 참조, 330)는 사용자 데이터 베이스(도 6 참조, 310)에 저장된 다른 사용자의 상태 정보 또는 재활 운동 정보를 참조하여, 현재 사용자의 재활 운동 정보를 분석할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 분석부(도 6 참조, 330)는 다른 사용자의 상태 정보 또는 재활 운동 정보와 현재 사용자의 재활 운동 정보를 비교할 수 있다. 분석부(도 6 참조, 330)는 현재 사용자의 재활 운동 결과가 다른 재활 환자들에 비해 뛰어난지 등을 판단할 수 있다.
S520 단계에서, 재활 프로그램 추천 서버(300)는 사용자에 적합한 재활 프로그램을 도출할 수 있다. 사용자가 재활 운동을 반복하여 수행하고 재활이 점진적으로 진행되므로, 재활 프로그램 추천 서버(300)는 사용자의 재활 달성도에 따라 적합한 재활 프로그램을 추천할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 추천부(도 6 참조, 340)는 분석부(도 6 참조, 330)의 분석 결과를 참조하여, 프로그램 데이터 베이스(도 6 참조, 320)에 저장된 복수의 재활 프로그램 중 적합한 재활 프로그램을 선택할 수 있다.
S530 단계에서, 재활 프로그램 추천 서버(300)는 사용자에 적합한 재활 프로그램을 사용자 전자 장치(200)로 전송할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 재활 시스템의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 도 11은 재활 시스템을 이전에 사용하였던 기존 사용자가 다시 재활 시스템에 따라 재활 운동을 수행하는 경우에 관한 것이다.
S610 단계 내지 S650 단계는 사용자가 웨어러블 장치(100)를 착용하는 단계를 나타내고, S710 단계 내지 S760 단계는 사용자가 재활 운동을 수행하는 단계를 나타내고, S810 단계 내지 S830 단계는 사용자의 재활 운동에 따라 재활 프로그램 추천 서버(300)가 재활 프로그램을 추천하는 단계를 나타낸다.
S610 단계에서, 사용자 전자 장치(200)는 사용자 정보를 수신하고 사용자를 식별할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 사용자 전자 장치(200)는 기존 사용자에게 지문을 입력할 수 있는 인터페이스, 암호를 입력할 수 있는 인터페이스, 암호화된 패턴을 입력할 수 있는 인터페이스 등 사용자를 식별할 수 있는 다양한 인터페이스들을 실행할 수 있다.
S620 단계에서, 사용자 전자 장치(200)는 사용자 정보를 재활 프로그램 추천 서버(300)로 전송할 수 있다. 이 때 전송되는 사용자 정보는 사용자의 개인 정보를 의미할 수 있다.
S630 단계에서, 재활 프로그램 추천 서버(300)는 사용자 정보를 확인하고 해당 사용자의 이전 재활 운동 정보를 사용자 전자 장치(200)로 전송할 수 있다. 이 단계에서, 사용자 전자 장치(200)는 사용자가 이전에 수행하였던 재활 운동 결과, 다른 사용자와의 비교 결과 등을 디스플레이(도 5 참조, 230)에 표시할 수 있다.
이하, S640 단계 및 S650 단계 각각은 도 9의 S140 단계 및 S150 단계와 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 그리고 S710 단계 내지 S760 단계 그리고 S810 단계 내지 S830 단계는 각각 도 10에서 설명된 S410 단계 내지 S460 단계 그리고 S510 단계 내지 S530 단계와 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 재활 시스템의 웨어러블 장치를 이용하여 무릎 가동범위(ROM)를 측정하는 방법을 예시적으로 보여준다. 도 12는 수동 가동범위(passive ROM) 측정 방법과 능동 가동범위(active ROM) 측정 방법을 보여준다. 수동 가동범위 측정에서는, 의료진이나 주변인의 도움으로 재활하고자 하는 다리의 가동범위가 측정될 수 있다. 능동 가동범위 측정에서는, 주변인의 도움없이 사용자 스스로 재활하고자 하는 다리의 가동범위가 측정될 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 재활 시스템의 웨어러블 장치를 이용하여 근전도(EMG)를 측정하는 방법을 예시적으로 보여준다. 도 13을 참조하면, 사용자 보인 스스로 재활하고자 하는 다리를 가능한 최대 범위로 움직이는 동안 근육에서 발생하는 근육 전기 신호를 측정한다. 근전도는 무릎 굽힘 측정과 무릎 펴기 측정을 통해 구할 수 있다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 재활 시스템의 사용자 전자 장치를 이용하여 재활 운동을 하는 방법을 예시적으로 보여준다. 본 발명의 재활 시스템(10)은 도 12 및 도 13에서 설명한 무릎 가동범위(ROM)와 근전도(EMG) 등을 측정한 다음에, 사용자 전자 장치(200)를 이용하여 재활 운동을 할 수 있다.
사용자는 사용자 전자 장치(200)를 통해 재활 희망 부위에 대한 현재 상태, 누적 데이터, 기능 향상도를 확인할 수 있다. 또한, 본 발명의 재활 시스템(10)은 웨어러블 장치(100)를 착용한 사용자의 일반적인 재활 운동 시 근육의 움직임을 보조해주는 기능성 전기 자극(FES: functional electrical stimulation) 프로그램을 설정하거나 수행할 수 있다.
도 14를 참조하면, 사용자 전자 장치(200)는 사용자 재활 목적 부위에 대한 가동범위(ROM), 근전도(EMG) 및 기능성 전기 자극(FES)과 관련된 정보를 사용자에게 실시간으로 제공할 수 있다. 가동범위(ROM)와 근전도(EMG)의 수치는 도 12 및 도 13에서 측정한 초기 측정값을 기초로 표시될 수 있다.
가동범위와 근전도 수치는 재활 운동 과정에서 지속적으로 측정되며, 재활 운동을 수행한 이후에 최신 정보로 자동으로 업데이트될 수 있다. 가동범위와 근전도를 선택적으로 측정하는 경우에는, 사용자 전자 장치(200)의 디스플레이(230)에 표시되는 '측정하기(measure)'을 통해 다시 측정하고 정보를 업데이트할 수 있다.
계속해서 도 14를 참조하면, 사용자 전자 장치(200)는 디스플레이(230)에 기능성 전기 자극(FES)을 수행하기 위한 버튼부를 포함할 수 있다. 도 14의 예에서, 사용자는 'Activate' 버튼을 통해 기능성 전기 자극을 활성화할 수 있다.
도 15는 도 14에 도시된 기능성 전기 자극 기능을 사용하는 방법을 예시적으로 보여준다. 도 15에서 보는 바와 같이, 사용자는 사용자 전자 장치(200)의 디스플레이(230)를 보면서, 전류강도(Amplitude), 주파수(Pulse), 동작폭(Pulse Interval), 램프(Ramp), 그리고 전체 작동 시간(Total Time)을 각각 증가 또는 감소하면서, 기능성 전기 자극을 수행할 수 있다.
도 15를 참조하면, 본 발명은 기능성 전기 자극(FES)을 활성화함과 동시에 사용자 전자 장치(200)를 통해 실시간으로 EMG 신호를 수신하여 모니터링할 수 있다. 사용자 전자 장치(200)의 디스플레이(230)에 EMG 그래프가 나타나고, EMG 그래프 위에 기능성 전기 자극(FES)의 시작(start)과 중지(stop)가 세로 구분선으로 표시될 수 있다.
위에서 설명한 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 예들이다. 본 발명에는 위에서 설명한 실시 예뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경하거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들도 포함될 것이다. 또한, 본 발명에는 상술한 실시 예들을 이용하여 앞으로 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다.
10: 재활 시스템
100: 웨어러블 장치
110, 120: 제 1 지지대, 제 2 지지대
130: 힌지
200: 사용자 전자 장치
210: 통신부
220: 저장부
230: 디스플레이
240: 제어부
300: 재활 프로그램 추천 서버
310: 사용자 데이터 베이스
320: 프로그램 데이터 베이스
330: 분석부
340: 추천부
350: 통신부

Claims (16)

  1. 사용자의 신체 부위에 밀착되어 상기 신체 부위를 지지하는 지지부;
    상기 신체 부위에 신경지배근 전기 자극(NMES)을 주거나 자극에 대한 근전도(EMG) 반응을 감지하기 위한 위치를 가변적으로 선택할 수 있는 전극부;
    상기 전극부로부터 감지된 근전도(EMG) 신호를 처리하고, 신경지배근 전기 자극(NMES)를 인가하기 위한 신호를 생성하고, PWM(pulse width modulation)에 기초하여 제어 신호를 생성하는 제어부; 및
    상기 제어 신호에 의해 제동력을 제공하거나 진동을 발생시키는 제동부를 포함하는 웨어러블 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극부는 상기 사용자에 맞는 신경지배근 전기 자극의 위치나 근전도 반응 감지 위치를 찾기 위한 가변형 전극을 포함하는 웨어러블 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전극부의 가변형 전극은 전극 어레이 형태로 배열되는 웨어러블 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 전극부의 가변형 전극은 평상 시에는 슬롯에 수납되고, 사용 시에 릴 방식으로 부착 위치를 변경하는 웨어러블 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 신체 부위에 인가되는 자극의 위치를 변경해 가면서 상기 사용자에 맞는 자극의 위치를 찾고, 복수의 파라미터를 변경해 가면서 목표로 설정된 기능적 반응에 도달하는 파라미터 값을 설정하고, 상기 목표로 설정된 기능적 반응에 도달하지 못한 경우에 상기 신체 부위에 전기 자극 신호를 인가하는 웨어러블 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 듀티 사이클을 100%로 조정하여 상기 제동부가 상기 제동력을 제공하도록 결정하고, 상기 제어부는 상기 듀티 사이클을 100% 미만의 값으로 조정하여 상기 제동부가 상기 진동을 일으키도록 결정하는 웨어러블 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제어 신호의 세기를 조정하여 상기 제동력의 세기를 조정하고, 상기 제어 신호의 세기 및 주파수를 조정하여 상기 진동의 세기를 조정하는 웨어러블 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지부의 회동에 구동력을 제공하는 구동부;
    상기 지지부의 회동 각도를 측정하는 측정부; 및
    상기 측정부의 측정 정보를 외부의 사용자 전자 장치로 출력하고, 상기 측정 정보에 대한 피드백 정보를 상기 외부의 사용자 전자 장치로부터 수신하는 통신부를 더 포함하되,
    상기 제어부는 상기 피드백 정보에 기초하여 상기 제동력, 상기 구동력, 및 전기 자극 신호의 전류와 파형을 조정하는 웨어러블 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 측정부는 상기 지지부의 회동 범위, 회동 속도 및 가속도, 회동 방향, 회동 토크(torque), 상기 사용자의 표면 근전도, 상기 사용자의 재활 시간, 또는 상기 사용자의 재활 반복 횟수를 더 측정하는 웨어러블 장치.
  10. 웨어러블 장치에서 측정된 재활 운동 정보를 상기 웨어러블 장치를 사용하는 사용자의 개인 정보와 연동시켜 저장하는 사용자 데이터 베이스;
    상기 웨어러블 장치 또는 상기 사용자의 사용자 전자 장치에서 실행되기 위한 복수의 재활 프로그램을 저장하는 프로그램 데이터 베이스;
    상기 재활 운동 정보를 참조하여 재활 달성도를 분석하는 분석부;
    상기 재활 운동 정보 및 상기 재활 달성도를 참조하여, 상기 복수의 재활 프로그램 중 적어도 하나의 재활 프로그램을 추천하는 추천부; 및
    상기 재활 달성도 및 상기 적어도 하나의 재활 프로그램을 상기 사용자 전자 장치로 출력하거나, 상기 사용자 전자 장치로부터 상기 재활 운동 정보를 수신하는 통신부를 포함하는 재활 프로그램 추천 서버.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 재활 운동 정보는 상기 사용자가 상기 웨어러블 장치를 착용한 부위에 대응하는 관절의 가동범위, 회동 속도 및 회동 가속도, 회동 방향, 회동 토크(torque), 표면 근전도, 근력, 재활 시간, 또는 재활 반복 횟수를 포함하는 재활 프로그램 추천 서버.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 프로그램 데이터 베이스는 상기 사용자 전자 장치에서 실행되기 위한 상태 측정 프로그램을 더 저장하고,
    상기 분석부는 상기 상태 측정 프로그램에 따라 상기 웨어러블 장치에서 측정된 상태 정보를 참조하여, 상기 사용자에 대한 재활 목표 및 재활 일정을 모델링하고,
    상기 추천부는 상기 상태 정보를 참조하여, 상기 복수의 재활 프로그램 중 상기 사용자에 적어도 하나의 재활 프로그램을 추천하는 재활 프로그램 추천 서버.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 분석부는 상기 재활 운동 정보, 상기 재활 목표, 및 상기 재활 일정을 참조하여, 상기 사용자의 다음 재활에 따른 예상 재활 달성도를 더 분석하는 재활 프로그램 추천 서버.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 분석부는 상기 상태 정보 및 상기 재활 운동 정보를 참조하여, 상기 재활 목표 및 상기 재활 일정을 조정하는 재활 프로그램 추천 서버.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 프로그램 데이터 베이스는 상기 웨어러블 장치의 사용 정보를 더 저장하고,
    상기 통신부는 상기 사용 정보를 상기 사용자 전자 장치로 더 출력하는 재활 프로그램 추천 서버.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 프로그램 데이터 베이스는 상기 사용자 전자 장치에서 실행되기 위한 아바타 트레이닝 프로그램을 더 저장하고,
    상기 통신부는 상기 아바타 트레이닝 프로그램을 상기 사용자 전자 장치로 제공하는 재활 프로그램 추천 서버.
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