KR20190008678A - 촬영장치를 구비한 재활 치료 기기, 시스템 및 제어방법 - Google Patents

촬영장치를 구비한 재활 치료 기기, 시스템 및 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 촬영장치를 구비한 재활 치료 기기, 시스템 및 제어방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 양상인 재활 치료 장치는, 사용자 신체의 적어도 일부를 이동시켜 재활 치료를 수행하고, 적어도 하나의 마커를 포함하는 운동부; 상기 운동부의 동작을 촬영하는 카메라; 상기 카메라가 촬영한 영상 데이터 내의 상기 적어도 하나의 마커를 인식하고, 상기 인식한 적어도 하나의 마커의 위치 변화를 기초로 상기 재활 치료와 관련된 정보를 추출하는 제어부; 및 상기 제어부의 제어에 따라 상기 추출한 정보를 서버로 전송하는 통신부;를 포함할 수 있다.

Description

촬영장치를 구비한 재활 치료 기기, 시스템 및 제어방법{Continuous Passive Motion Machine and system using vision camera and method thereof}
본 발명은 촬영장치를 구비한 재활 치료 기기, 시스템 및 제어방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 재활 치료 기기에 마커를 부착하고, 촬영장치가 모션 캡쳐를 통해 환자의 재활치료 운동 영상 데이터를 획득하게 되면, 영상처리를 통해 인식한 마커의 위치변화를 기초로 환자의 재활치료 운동과 관련된 정보를 추출하여 이용하는 재활 치료 기기, 시스템 및 제어방법에 관한 것이다.
과학기술과 의료기술의 발달로 인해 국내뿐만 아니라 전 세계적으로 고령화가 빠르게 진행되면서, 고령화 사회를 준비하기 위해 산업 트렌드가 변화하고 있다.
가장 큰 관심을 받는 분야는 헬스케어로, 국민건강보험공단에 따르면 2005년부터 2010년까지 건강보험 진료비 지급자료를 분석한 결과 노인성 질환으로 인한 총 진료비는 271%, 공단부담금은 272.5% 증가한 것으로 나타나 노년층에 대한 헬스케어의 중요성을 실감하게 하고 있다.
노인성 질환 중 가장 대표적인 것 중 하나는 퇴행성 관절질환인데, 최근에는 노년층과 중/장년층뿐만 아니라 젊은 층에서도 발생하고 있다.
이에 대한 주된 원인은 잘못된 자세 습관, 나트륨과 당분의 과다 섭취, 체중 증가, 과중한 업무와 스트레스, 운동 부족 또는 격렬한 운동으로 인한 관절 부상 등을 들 수 있다.
관절은 수술을 하더라도 즉시 회복되는 것이 아니라 이후의 회복치료에 따라 관절운동 범위와 회복의 속도가 달라지기 때문에 재활운동이 매우 중요하다.
그러나 관절 재활 운동 시 많은 통증이 수반되기 때문에 환자 스스로 운동하기가 어려워 결국 구축(Contracture), 염증(Inflammation) 등으로 인해 관절가동범위의 제한(LOM: Limitation Of Motion)이 나타나게 된다.
이를 방지하기 위해 관절가동범위운동이 실시되는데, 가장 보편화된 관절운동은 수동관절가동운동(CPM: Continuous Passive Motion)인데, 이것은 치료사나 기계적 장치 등의 순수한 외적인 힘에 의해 이루어지는 운동으로, 관절강직이 온 환자나 수술 환자들에게 지속적으로 수동적인 움직임을 제공함으로써 관절의 기능을 회복하게 한다.
CPM은 환자 스스로 움직이는 것이 아닌 기계장치에 의한 수동운동이기 때문에 근 피로가 일어나지 않으면서도 관절가동범위(ROM: Range of Motion)를 회복하게 하고 통증 감소 및 합병증 예방에 도움이 됨. 이에 따라 관절질환 환자가 가정에서도 운동할 수 있도록 CPM 기기를 대여해주는 업체도 크게 늘어난 상태이다.
그러나 기존의 CPM 기기는 물리치료사나 환자 본인이 임의로 운동 각도, 속도, 횟수 등을 설정하며, 처음 설정한 운동설정을 환자의 상태에 따라 실시간으로 변경하는 것이 현실적으로 어렵다는 문제점이 있다.
또한, 이러한 문제에 따라 무리한 운동으로 부작용이 발생하거나, 너무 약한 운동으로 재활운동이 제대로 이루어지지 않는 경우가 빈번하다는 문제점도 있다.
또한, CPM 기기만으로는 환자의 회복 정도를 파악할 수 없으므로, 각 환자별 운동 시 통증 여부와 ROM, 횟수, 시간 등의 데이터를 별도 기록관리하지 않는 한 맞춤형 재활치료는 실현이 불가능하다는 문제점도 있다.
따라서 이러한 문제점을 해결할 수 있는 재활 치료 기기, 시스템 및 제어방법에 대한 필요성이 대두되고 있는 실정이다.
대한민국 특허청 등록번호 제 10-1501838 호 대한민국 특허청 등록번호 제10-1646914 호
본 발명은 촬영장치를 구비한 재활 치료 기기, 시스템 및 제어방법을 사용자에게 제공하고자 한다.
구체적으로, 본 발명은 재활 치료 기기에 마커를 부착하고, 촬영장치가 모션 캡쳐를 통해 환자의 재활치료 운동 영상 데이터를 획득하게 되면, 영상처리를 통해 인식한 마커의 위치변화를 기초로 환자의 재활치료 운동과 관련된 정보를 추출하여 이용하는 재활 치료 기기, 시스템 및 제어방법을 사용자에게 제공하고자 한다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상인 재활 치료 장치는, 사용자 신체의 적어도 일부를 이동시켜 재활 치료를 수행하고, 적어도 하나의 마커를 포함하는 운동부; 상기 운동부의 동작을 촬영하는 카메라; 상기 카메라가 촬영한 영상 데이터 내의 상기 적어도 하나의 마커를 인식하고, 상기 인식한 적어도 하나의 마커의 위치 변화를 기초로 상기 재활 치료와 관련된 정보를 추출하는 제어부; 및 상기 제어부의 제어에 따라 상기 추출한 정보를 서버로 전송하는 통신부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 운동부는, 상기 신체의 적어도 일부가 안착되는 안착부; 및 상기 안착부에 의해 고정된 신체의 적어도 일부를 이동시키는 이동부;를 포함하고, 상기 적어도 하나의 마커는 상기 고정된 신체의 관절에 대응하는 상기 이동부 상의 위치 및 상기 이동부의 이동을 지지하는 지점의 위치 중 적어도 하나에 포함될 수 있다.
또한, 상기 카메라는 빛을 조사하는 광원부;를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 마커는 재귀반사용 마커이며, 상기 카메라는, 상기 광원부를 통해 조사된 빛을 반사하는 재귀반사용 마커를 포함하여 상기 운동부의 동작을 촬영할 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나의 마커는, 빛을 조사하는 광원부 또는 특정 주파수의 빛에 대응하여 상기 빛을 산란하는 단색 반사부일 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 인식한 적어도 하나의 마커의 무게중심 좌표를 이용하여 좌표 정규화 작업을 수행하고, 상기 좌표 정규화 작업을 기초로 상기 적어도 하나의 인식한 적어도 하나의 마커의 3차원 위치를 파악하며, 상기 파악한 3차원 위치의 시간에 따른 변화를 이용하여 상기 재활 치료와 관련된 정보를 추출할 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나의 마커의 배치와 관련된 데이터를 저장하는 메모리;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 메모리에 저장된 데이터 중 상기 인식한 적어도 하나의 마커의 위치에 대응되는 제 1 데이터를 결정하고, 상기 제 1 데이터를 기초로 상기 상기 재활 치료와 관련된 정보를 추출할 수 있다.
또한, 상기 추출한 정보는 상기 재활 치료와 관련된 관절가동범위(ROM: Range of Motion) 정보를 포함할 수 있다.
한편, 상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상인 재활 치료 방법은, 적어도 하나의 마커를 포함하는 운동부가 사용자 신체의 적어도 일부를 이동시켜 재활 치료를 수행하는 단계; 카메라가 상기 운동부의 동작을 촬영하는 단계; 제어부가 상기 카메라가 촬영한 영상 데이터 내의 상기 적어도 하나의 마커를 인식하는 단계; 상기 제어부가 상기 인식한 적어도 하나의 마커의 위치 변화를 기초로 상기 재활 치료와 관련된 정보를 추출하는 단계; 및 통신부가 상기 추출한 정보를 서버로 전송하는 단계;를 포함할 수 있다.
한편, 상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 양상인 복수의 재활 치료 장치; 및 상기 복수의 재활 치료 장치와 네트워크를 형성한 서버;를 이용하는 재활 치료 방법에 있어서, 적어도 하나의 마커를 포함하는 운동부가 상기 복수의 재활 치료 장치 각각의 사용자 신체의 적어도 일부를 이동시켜 재활 치료를 수행하는 단계; 상기 복수의 재활 치료 장치 각각의 카메라가 상기 운동부의 동작을 촬영하는 단계; 상기 복수의 재활 치료 장치 각각의 통신부가 상기 카메라가 촬영한 영상 데이터를 상기 서버로 전송하는 단계; 상기 서버가 상기 복수의 재활 치료 장치로부터 수신한 복수의 영상 데이터 각각에 포함된 상기 적어도 하나의 마커를 인식하는 단계; 및 상기 서버가 상기 인식한 적어도 하나의 마커의 위치 변화를 기초로 상기 재활 치료와 관련된 정보를 추출하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명은 촬영장치를 구비한 재활 치료 기기, 시스템 및 제어방법을 사용자에게 제공할 수 있다.
구체적으로, 본 발명은 재활 치료 기기에 마커를 부착하고, 촬영장치가 모션 캡쳐를 통해 환자의 재활치료 운동 영상 데이터를 획득하게 되면, 영상처리를 통해 인식한 마커의 위치변화를 기초로 환자의 재활치료 운동과 관련된 정보를 추출하여 이용하는 재활 치료 기기, 시스템 및 제어방법을 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 환자가 CPM 운동을 수행하는 동안 실제 ROM과 운동속도, 시간, 횟수 등을 영상으로 측정하여 CPM 기기와 연결된 DB에 저장하게 함으로써 치료 데이터의 체계적 보존, 관리, 활용에 용이하고, 이를 바탕으로 개별 환자의 회복속도에 따른 맞춤 치료를 가능하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 저장된 자료는 향후 필요에 따라 클라우드 컴퓨팅 기술을 적용하여 빅데이터화 할 수 있어, 관절질환의 치료와 회복에 대한 연구 자료로서 활용할 수 있을 뿐 아니라 새로운 의료기기의 개발, 원격진료 등에도 활용이 가능하다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명과 관련된 무릎의 퇴행성 관절염의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명과 관련된 무릎 관절용 CPM 기기 및 사용 일례를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명이 제안하는 촬영장치를 구비한 재활 치료 시스템의 블록구성도를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명이 제안하는 촬영장치를 구비한 재활 치료 시스템에 적용되는 운동장치의 블록구성도를 도시한 것이다.
도 5는 도 4에서 설명한 본 발명이 제안하는 운동장치 중 운동 모듈의 구체적인 일례를 도시한 것이다.
도 6은 도 4에서 설명한 본 발명이 제안하는 운동장치에서 촬영장치를 구비한 운동 모듈의 구체적인 일례를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명이 제안하는 촬영장치를 구비한 재활 치료 시스템의 운동장치 및 서버의 블록구성도를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 적용되는 모션 캡쳐를 통한 영상을 획득하는 구체적인 일례를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명과 관련하여 마커의 일례인 재귀반사시트 등을 이용하여 타깃의 위치를 파악하는 구체적인 일례를 도시한 것이다.
도 10은 본 발명이 제안하는 촬영장치를 구비한 재활 치료 시스템의 운동장치에 마커를 부착한 구체적인 일례를 도시한 것이다.
도 11은 본 발명과 관련하여, 모션 캡쳐를 통해 환자의 치료 영상을 획득하고, 영상처리를 통해 인식한 마커의 위치변화를 기초로 환자의 치료와 관련된 정보를 추출 및 저장하는 방법을 설명하는 순서도이다.
도 12는 본 발명과 관련하여 영상처리를 통해 인식한 마커의 위치변화를 기초로 환자의 치료와 관련된 정보를 추출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명과 관련하여, 특징점을 추출하여 마커를 인식함으로써 환자의 치료와 관련된 정보를 추출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명과 관련하여, 3차원 좌표 및 ROM을 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명에 따른 촬영장치를 구비한 재활 치료 시스템을 통해 IOT 기반 융합의료 플랫폼을 제공하는 구체적인 일례를 도시한 것이다.
도 16은 도 15와 관련하여, 본 발명의 촬영장치를 구비한 재활 치료 시스템을 통해 획득된 정보를 융합의료 플랫폼이 병원, 약국, 기기개발 업체 등에 제공하는 방법을 설명하는 순서도이다.
노인성 질환 중 가장 대표적인 것 중 하나는 퇴행성 관절질환인데, 최근에는 노년층과 중/장년층뿐만 아니라 젊은 층에서도 발생하고 있다.
이에 대한 주된 원인은 잘못된 자세 습관, 나트륨과 당분의 과다 섭취, 체중 증가, 과중한 업무와 스트레스, 운동 부족 또는 격렬한 운동으로 인한 관절 부상 등을 들 수 있다.
도 1은 본 발명과 관련된 무릎의 퇴행성 관절염의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 1의 (a)는 정상인의 무릎 관절의 일례를 도시한 것이고, 도 1의 (b)는 초기 퇴행성 관절염의 일례를 도시한 것이며, 도 1의 (c)는 심한 퇴행성 관절염의 일례를 도시한 것이다.
관절은 수술을 하더라도 즉시 회복되는 것이 아니라 이후의 회복치료에 따라 관절운동 범위와 회복의 속도가 달라지기 때문에 재활운동이 매우 중요하다.
그러나 관절 재활 운동 시 많은 통증이 수반되기 때문에 환자 스스로 운동하기가 어려워 결국 구축(Contracture), 염증(Inflammation) 등으로 인해 관절가동범위의 제한(LOM: Limitation Of Motion)이 나타나게 된다.
이를 방지하기 위해 관절가동범위운동이 실시되는데, 가장 보편화된 관절운동은 수동관절가동운동(CPM: Continuous Passive Motion)으로, 치료사나 기계적 장치 등의 순수한 외적인 힘에 의해 이루어지는 운동으로, 관절강직이 온 환자나 수술 환자들에게 지속적으로 수동적인 움직임을 제공함으로써 관절의 기능을 회복하게 하는 것이다.
관절가동범위운동의 종류로서, 수동관절가동운동(PROM: Passive Range of Motion)이 있다.
수동관절가동운동은 수의적인 근 수축 없이 외력(치료사나 기계장치 등)에 의한 통증범위 내의 관절가동범위 운동이다.
또한, 수동관절가동운동은 골절 후 조기에 필요하며, 1차적 목적은 조직의 구축과 유착을 예방하는 것임. 1970년대 후반에 도입되어 이용되고 있다.
수동관절가동운동은 통증범위를 지나치는 운동범위로 인한 부가적인 손상이 발생할 수 있으며, 환자의 지구력에 따라 조심스럽게 운동을 진전해야 한다.
다른 관절가동범위 운동으로서, 능동보조 관절가동운동(AAROM: Active-Assist Range of Motion)이 있다.
관절가동운동은 주동근이 완전한 움직임을 수행하기에 충분하지 않을 때, 외력의 보조를 받는 능동운동의 형태이다.
또 다른 관절가동범위 운동으로서, 능동관절가동운동(AROM: Active Range of Motion)은 보조나 저항 없이 근육의 능동적 수축에 의해 이루어지는 관절가동범위 운동을 말한다.
능동관절가동운동은 AAROM의 다음 단계로 실행하며, 환자에게 아무런 보조를 주지 않고 스스로의 힘으로 하는 운동이다.
PM은 환자 스스로 움직이는 것이 아닌 기계장치에 의한 수동운동이기 때문에 근 피로가 일어나지 않으면서도 관절가동범위(ROM: Range of Motion)를 회복하게 하고 통증 감소 및 합병증 예방에 도움이 된다.
도 2는 본 발명과 관련된 무릎 관절용 CPM 기기 및 사용 일례를 도시한 것이다.
도 2의 (a) 및 (b)에 도시된 무릎 관절용 CPM 기기는 환자의 상태에 따라 속도, 각도, 시간, 횟수 등을 쉽게 제어할 수 있고, 운동 상태를 확인할 수 있다.
그러나 이러한 CPM 기기 상에 지정한 최대 운동 각도와 환자의 실질적인 관절가동범위의 편차가 크고, CPM 기기를 통해서는 이 차이를 확인하거나 보정할 수 없어 환자의 회복정도를 오판할 소지가 크다는 문제점이 있다.
또한, 실제로 물리치료사나 운동처방사가 CPM 기기 상의 ROM만을 믿고 환자의 통증, 실제 ROM 등을 고려하지 않은 채 무리하게 치료하여 운동 후 통증이 심해지거나 수술부위의 파열, 재발 등 부작용이 발생하고 있다.
또한, 대형병원이나 재활클리닉 등 많은 환자가 공용으로 사용하는 CPM 기기에는 환자 개인별 운동데이터를 저장하는 것이 불가능하고, 물리치료사나 운동처방사의 수기 기록이 병행되어야만 환자별 맞춤 관리가 가능하다.
그러나 현실적으로 CPM 운동 중인 환자의 상태를 실시간으로 점검하면서 기록하는 것은 어렵기 때문에, 환자별 운동치료 이력과 회복정도에 대한 데이터 관리는 불가능에 가깝다는 문제점이 있다.
또한, 도 2의 (b)에 도시된 것과 같이, 환자의 실제 ROM 측정을 위해서는 관절각도계(ROM Goniometer)나, 관절가동범위측정기(ROM 측정기)라는 별도의 장비를 이용해야 하는데, 이러한 방법을 병행한다 하더라도 환자의 회복 정도에 대한 정확한 파악과 데이터 관리 측면에서 여전히 한계가 존재한다.
따라서 본 명세서에서는 이러한 문제점을 해소하고자 치료 보조용 영상을 출력하는 촬영 장치를 구비한 재활치료기기에 대한 것으로, 관절범위운동을 위한 CPM(Continuous Passive Motion) 기기에 모션캡처 기술을 응용하여 환자별 관절운동 데이터를 확보, 관리함으로써, 향후 클라우드 컴퓨팅과 빅데이터 활용 기술과 접목하여 환자 개인별 맞춤치료, 신규 의료기기 개발, 원격진료 등에 활용할 수 있도록 하는 기술을 제안하고자 한다.
한편, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해 무릎에 대한 재활 치료를 구체적인 실시례로 하여 이하 서술하나 본 발명의 내용이 무릎 재활로 제한되는 것은 아니고 환자의 신체 재활과 관련된 다양한 분야에 적용하는 것이 가능하다.
도 3은 본 발명이 제안하는 촬영장치를 구비한 재활 치료 시스템의 블록구성도를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명이 제안하는 촬영장치를 구비한 재활 치료 시스템(10)은 서버(200)와 운동장치(100)를 포함한다.
여기서 운동장치(100)는 환자의 재활을 돕기 위한 운동 장비로서, 도 4를 이용하여 구체적으로 설명한다.
서버(200)는 운동장치(100)와 근거리 통신 또는 원거리 통신하여 서로 데이터를 주고 받는 것이 가능하다.
여기서 근거리 통신은 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, Wi-Fi (Wireless Fidelity) 기술을 포함할 수 있다.
또한, 원거리 통신은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 기술을 포함할 수 있다.
서버(200)는 운동장치(100)로부터 수신한 데이터를 처리 또는 저장하고, 외부의 요청에 따라 처리 또는 저장된 데이터를 제공하는 것이 가능하다.
도 4는 본 발명이 제안하는 촬영장치를 구비한 재활 치료 시스템에 적용되는 운동장치의 블록구성도를 도시한 것이다.
이하의 기술은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier-frequency division multiple access) 등과 같은 다양한 다중 접속 방식(multiple access scheme)에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802.20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. UTRA는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(Long Term Evolution)는 E-UTRA를 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(Advanced)는 LTE의 진화이다. IEEE 802.16m은 IEEE 802.16e의 진화이다.
본 발명에 따른 운동장치(100)는 무선 통신부(110), 모션 캡쳐 영상획득부(120), 사용자 입력부(130), 센싱부(140), 출력부(150), 메모리(160), 운동부(170), 제어부(180) 및 전원 공급부(190) 등을 포함할 수 있다.
단, 도 4에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 단말이 구현될 수도 있다.
이하, 상기 구성요소들에 대해 차례로 살펴본다.
무선 통신부(110)는 운동장치(110)와 무선 통신 시스템 사이 또는 운동장치와 운동장치가 위치한 네트워크 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다.
무선 통신부(110)는 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 운동장치, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다.
상기 무선 신호는, 음성 신호, 화상 신호, 영상 신호, 문자/멀티미디어 메시지 송수신에 따른 다양한 형태의 데이터를 포함할 수 있다.
무선 통신부(110)는 근거리 통신을 이용할 수 있는데, 근거리 통신(short range communication) 기술로 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra-Wideband), ZigBee 등이 이용될 수 있다.
또한, 무선 통신부(110)는 운동장치의 위치를 획득하기 위한 모듈로 동작할 수도 있고, 그의 대표적인 예로는 GPS(Global Position System) 모듈이 있다.
다음으로, 도 4을 참조하면, 모션 캡쳐 영상 획득부는 모션 캡쳐를 통해 환자와 관련된 영상을 확보하는 모듈이다.
대표적으로 모션 캡쳐 영상 획득부는 카메라(121) 등이 포함될 수 있다.
카메라(121)는 촬영 모드에서 이미지 센서에 의해 얻어지는 정지영상 또는 동영상 등의 화상 프레임을 처리한다.
또한, 처리된 화상 프레임은 디스플레이부(151)에 표시될 수 있다.
카메라(121)에서 처리된 화상 프레임은 메모리(160)에 저장되거나 무선 통신부(110)를 통하여 서버(200)로 전송될 수 있다.
카메라(121)는 사용 환경에 따라 2개 이상이 구비될 수도 있다.
다음으로, 사용자 입력부(130)는 사용자가 운동장치의 동작 제어를 위한 입력 데이터를 발생시킨다. 사용자 입력부(130)는 키 패드(key pad) 돔 스위치 (dome switch), 터치 패드(정압/정전), 조그 휠, 조그 스위치 등으로 구성될 수 있다.
센싱부(140)는 운동장치의 개폐 상태, 운동장치의 위치, 사용자 접촉 유무, 운동장치의 방위, 운동장치의 가속/감속 등과 같이 운동장치의 현 상태를 감지하여 운동장치의 동작을 제어하기 위한 센싱 신호를 발생시킨다.
출력부(150)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 이에는 디스플레이부(151), 음향 출력 모듈(152) 등이 포함될 수 있다.
디스플레이부(151)는 운동장치에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 운동장치가 촬영 모드인 경우에는 촬영 또는/및 수신된 영상 또는 UI, GUI를 표시한다.
디스플레이부(151)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이들 중 일부 디스플레이는 그를 통해 외부를 볼 수 있도록 투명형 또는 광투과형으로 구성될 수 있다. 이는 투명 디스플레이라 호칭될 수 있는데, 상기 투명 디스플레이의 대표적인 예로는 TOLED(Transparant OLED) 등이 있다. 디스플레이부(151)의 후방 구조 또한 광 투과형 구조로 구성될 수 있다. 이러한 구조에 의하여, 사용자는 운동장치 바디의 디스플레이부(151)가 차지하는 영역을 통해 운동장치 바디의 후방에 위치한 사물을 볼 수 있다.
운동장치의 구현 형태에 따라 디스플레이부(151)이 2개 이상 존재할 수 있다. 예를 들어, 운동장치에는 복수의 디스플레이부들이 하나의 면에 이격되거나 일체로 배치될 수 있고, 또한 서로 다른 면에 각각 배치될 수도 있다.
디스플레이부(151)와 터치 동작을 감지하는 센서(이하, '터치 센서'라 함)가 상호 레이어 구조를 이루는 경우(이하, '터치 스크린'이라 함)에, 디스플레이부(151)는 출력 장치 이외에 입력 장치로도 사용될 수 있다. 터치 센서는, 예를 들어, 터치 필름, 터치 시트, 터치 패드 등의 형태를 가질 수 있다.
터치 센서는 디스플레이부(151)의 특정 부위에 가해진 압력 또는 디스플레이부(151)의 특정 부위에 발생하는 정전 용량 등의 변화를 전기적인 입력신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 터치 센서는 터치 되는 위치 및 면적뿐만 아니라, 터치 시의 압력까지도 검출할 수 있도록 구성될 수 있다.
터치 센서에 대한 터치 입력이 있는 경우, 그에 대응하는 신호(들)는 터치 제어기로 보내진다. 터치 제어기는 그 신호(들)를 처리한 다음 대응하는 데이터를 제어부(180)로 전송한다. 이로써, 제어부(180)는 디스플레이부(151)의 어느 영역이 터치 되었는지 여부 등을 알 수 있게 된다.
음향 출력 모듈(152)은 녹음 모드, 음성인식 모드, 영상 출력 모드 등에서 무선 통신부(110)로부터 수신되거나 메모리(160)에 저장된 오디오 데이터를 출력할 수 있다. 음향 출력 모듈(152)은 운동장치에서 수행되는 기능과 관련된 음향 신호를 출력하기도 한다. 이러한 음향 출력 모듈(152)에는 리시버(Receiver), 스피커(speaker), 버저(Buzzer) 등이 포함될 수 있다.
메모리부(160)는 제어부(180)의 처리 및 제어를 위한 프로그램이 저장될 수도 있고, 입/출력되는 데이터들(예를 들어, 오디오, 정지영상, 동영상 등)의 임시 저장을 위한 기능을 수행할 수도 있다. 상기 메모리부(160)에는 상기 터치스크린 상의 터치 입력시 출력되는 다양한 패턴의 진동 및 음향에 관한 데이터를 저장할 수 있다.
메모리(160)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 운동장치는 인터넷(internet)상에서 상기 메모리(160)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage)와 관련되어 동작할 수도 있다.
운동부(170)는 재활이 필요한 환자의 재활 운동을 지원하는 기능을 제공한다.
본 발명에 따른 운동부(170)는 안착부(171), 구동부(172), 이동부(173) 등을 포함할 수 있다.
먼저, 안착부(171)는 재활 운동이 필요한 환자의 신체 중 적어도 일부를 안착시켜 고정하는 기능을 제공한다.
다음으로, 이동부(173)는 구동부(172)로부터 동력을 전달받고, 안착부(171)를 통해 고정된 환자의 신체 중 일부를 이동시켜 재활 운동을 수행하는 기능을 제공한다.
도 5는 도 4에서 설명한 본 발명이 제안하는 운동장치 중 운동 모듈의 구체적인 일례를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 안착부(171)는 재활 운동이 필요한 환자의 다리 영역을 안착시켜 고정하는 기능을 제공한다.
또한, 도 5를 참조하면, 이동부(173)는 구동부(172)로부터 동력을 전달받고, 안착부(171)를 통해 고정된 환자의 발을 앞뒤로 이동시켜 재활 운동을 수행하는 기능을 제공한다.
또한, 제어부(controller, 180)는 통상적으로 운동장치의 전반적인 동작을 제어한다.
상기 제어부(180)는 상기 터치스크린 상에서 행해지는 필기 입력 또는 그림 그리기 입력을 각각 문자 및 이미지로 인식할 수 있는 패턴 인식 처리를 행할 수 있다.
전원 공급부(190)는 제어부(180)의 제어에 의해 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급한다.
여기에 설명되는 다양한 실시예는 예를 들어, 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록매체 내에서 구현될 수 있다.
하드웨어적인 구현에 의하면, 여기에 설명되는 실시예는 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays, 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 일부의 경우에 본 명세서에서 설명되는 실시예들이 제어부(180) 자체로 구현될 수 있다.
소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능과 같은 실시예들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 메모리(160)에 저장되고, 제어부(180)에 의해 실행될 수 있다.
한편, 본 발명에서는 종래의 문제점을 해소하기 위해, 재활 치료 기기에 마커를 부착하고, 촬영장치가 모션 캡쳐를 통해 환자의 재활치료 운동 영상 데이터를 획득하게 되면, 영상처리를 통해 인식한 마커의 위치변화를 기초로 환자의 재활치료 운동과 관련된 정보를 추출하여 이용하는 재활 치료 기기, 시스템 및 제어방법을 사용자에게 제공하는 것이 목적이다.
도 6은 도 4에서 설명한 본 발명이 제안하는 운동장치에서 촬영장치를 구비한 운동 모듈의 구체적인 일례를 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 운동부(170)의 일 측면에 카메라(121)가 배치되고, 배치된 카메라(121)는 모션 캡쳐를 통해 환자의 재활치료 운동 영상 데이터를 획득할 수 있다.
한편, 본 출원의 발명자는 의사/물리치료사 요구사항에 대해 조사를 진행하였고, 면담 결과 응답자의 100%가 데이터 기록이 필요하다고 답하였으나, 이 중 40%만이 재활치료 데이터를 기록하고 있다고 응답하였다.
그러나 잘못된 CPM 운동이나 도수치료로 인해 환자와 마찰이 발생할 경우의 대응 자료는 없다고 응답하였기 때문에, 데이터에 대한 신뢰도는 매우 낮은 것으로 파악되었다.
또한, 응답자의 대부분은 체계적 재활치료 관리와 의료분쟁 예방과 해결을 위해 환자의 운동 데이터를 자동기록·관리할 수 있는 CPM 기기가 필요하다고 답하였다.
또한, 본 출원의 발명자는 환자의 요구사항에 대해 조사를 진행하였고, 관절수술 후 CPM 기기를 통한 재활운동 시 기기 상의 ROM과 실제 환자의 ROM에 차이가 큰 것이 현실이며, CPM 기기 대여를 원하는 환자들의 “실각도가 잘 나오는 CPM 기기를 찾는다.”는 요구를 쉽게 접할 수 있었다.
또한, 심한 경우 CPM 기기 상의 ROM과 실제 환자 ROM이 최대 40° 이상 차이가 나기 때문에 치료효과가 떨어지고, 이런 경우 운동치료사가 직접 도수치료를 병행해야 하고, 관절각도계를 구비하여 ROM을 직접 확인해야 하므로 치료도구 구비와 환자 회복 정도의 파악에 어려움이 많은 것으로 확인되었으며, 관절질환 환자 및 관절수술 환자 커뮤니티에서는 CPM 기기 상의 각도와 실각도 간에 차이가 있다는 재활치료 후기를 확인할 수 있었다.
따라서 본 출원의 발명자는 사용자의 요구를 사전에 파악하고, 실제 ROM을 실시간으로 정확하게 측정할 수 있는 CPM 개발을 위해 모션캡쳐 기술을 응용한 영상획득 및 영상처리 방식을 접목하기로 하였다.
도 7은 이러한 조사된 니즈를 반영한 시스템에 관한 것으로, 도 7은 본 발명이 제안하는 촬영장치를 구비한 재활 치료 시스템의 운동장치 및 서버의 블록구성도를 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 본 발명이 제안하는 촬영장치를 구비한 재활 치료 시스템(10)은 CPM 기기(170)에 영상획득을 위한 VISION H/W(120)와 영상처리 S/W(180)를 결합한 새로운 CPM 시스템이다.
도 7을 참조하면, VISION H/W(120)를 통해서는 환자의 운동영상을 획득하고, 영상처리 S/W(180)를 이용해 환자의 운동영상을 분석하여 운동 횟수, 시간, 속도 및 최대/최소 ROM 등의 데이터를 저장할 수 있다.
이를 연결된 서버(200)의 DB에 저장하고 어플리케이션(APP)을 통해 확인할 수 있도록 함으로써 치료 데이터의 체계적 보존, 관리, 활용을 용이하게 하며, 이를 바탕으로 개별 환자의 회복속도에 따른 맞춤 치료를 가능하게 할 수 있다.
본 촬영장치를 구비한 재활 치료 시스템(10)은 운동 중 실시간 측정이 가능하도록 하고, 지정한 운동 횟수/속도/시간뿐만 아니라 실제 환자의 ROM/횟수/속도/시간 및 통증여부까지 서버(200)에 저장할 수 있다.
또한, DB에 자동 저장되므로 치료이력 관리와 환자별 맞춤치료 용이하다.
또한, 본 기술은 서버(200) 단에서 의료용 빅데이터와 클라우드 컴퓨팅 기술을 접목하여 구현되므로, 산업 트렌드와 시장 요구에 맞는 시의 적절성을 갖추었으며, 혁신적 기능과 편의성을 제공하는 창의적 기술이다.
본 발명이 제안하는 촬영장치를 구비한 재활 치료 시스템(10)을 기초로, 영상처리 S/W를 통해 환자의 실제 ROM과 운동속도·시간·횟수 등의 데이터를 추출할 수 있기 때문에, CPM 기기와 실제 환자의 운동 각도가 일치하지 않아 발생하는 문제를 방지할 수 있다.
즉, 치료과정에서 운동데이터가 객관적인 수치로 남기 때문에 환자 자신과 운동치료사 모두 회복정도에 대해 정확하게 알 수 있고, 환자별로 적절한 맞춤치료가 가능한 데이터 인프라를 구축할 수 있게 된다.
한편, 명세서에서 제안하는 본 기술 구현을 위해서는 CPM 기기의 기구 설계 및 제어, 모터 제어 등의 기본적인 CPM 구동 기술에 영상획득과 분석을 위한 VISION H/W, S/W, DB로의 전송에 사용되는 클라우드 컴퓨팅과 저장된 데이터 확인을 위한 어플리케이션 개발 기술, 전송된 데이터를 저장·보관하는 빅데이터 구축 기술 등이 필요하다.
본 기술의 완전한 구현을 위해서는 모든 기술이 긴밀하게 융합하여야 하며, 이를 통해 기존 제품의 한계를 극복하며 사용자 편의성과 제품 자체의 기능을 크게 향상시킬 수 있고, 나아가 의료서비스의 질 향상 및 향후 새로운 치료법이나 신규 의료기기의 개발에 기여할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 카메라(121)의 영상 획득과 관련하여, 모션캡쳐 기술을 적용한다.
본 기술에서 영상획득을 위해 응용할 모션캡쳐 기술은 대부분 게임, 영화, 애니메이션 등의 엔터테인먼트 분야에서 활용되나, 본 기술에서는 의료영상을 획득하는데 이용한다.
또한 본 발명에서는 환자의 운동영상 획득을 위해 센서가 아닌 광학적 방식(재귀반사지 타깃)을 활용하는 기법을 적용한다.
먼저, 도 8은 본 발명에 적용되는 모션 캡쳐를 통한 영상을 획득하는 구체적인 일례를 도시한 것이다.
도 8의 (a) 내지 (d)를 참조하면, 모션캡쳐 방식은 물체에 센서를 부착하여 물체의 동작을 인식하는 접촉식 동작인식 기술로, 영화의 CG 등에서 사용하며 비교적 정확한 동작을 인식할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에서는 마커(300)를 운동장치(100)에 부착하여 환자의 재활 치료 동작을 인식하는 방법을 제안한다.
본 발명이 제안하는 마커(300)는 크게 3가지 방식이 적용될 수 있다. 단, 본 발명이 제안하는 마커(300)의 내용이 3가지 방식으로만 제한되는 것은 아니고 보다 다양한 방법이 적용될 수도 있다.
본 발명이 제안하는 마커(300)는 빛을 외부에 발산할 수 있는 요소가 적용되면 되고, 이에 따른 3가지 방식은 다음과 같다.
(1) 재귀반사시트 및 조명을 이용한 방식
(2) 자체적으로 발광하는 조명 방식
(3) 특정 주파수에 대응한 단색을 산란하는 방식
먼저, “(1) 재귀반사시트 및 조명을 이용한 방식”은 운동장치(100)의 카메라(121)에 조명부가 별도로 구비되고, 재귀반사시트가 운동장치(100)의 적어도 일부에 부착된다.
이때, 조명부가 출력한 빛을 받은 재귀반사시트가 상기 빛을 반사시킴으로써, 마커(300)의 위치를 카메라(121)가 촬영할 수 있게 되는 방식이다.
다음으로, “(2) 자체적으로 발광하는 조명 방식”은 마커(300) 자체가 조명부의 역할을 하는 방식이다.
즉, 전원공급부(190)로부터 전원을 공급받은 마커(300)가 자체적으로 빛을 발산하게 되고, 카메라(121)는 이를 촬영함으로써 마커(300)의 위치 및 위치 변화를 파악할 수 있게 된다.
두 번째 방식에서는 별도의 조명부를 카메라(121)가 구비할 필요가 없게 된다.
또한, “(3) 특정 주파수에 대응한 단색을 산란하는 방식”은 카메라(121)에 별도로 조명부를 구비하는 것도 가능하고, 조명부 없이 자연광을 이용하여 마커(300)가 빛을 산란하는 것도 가능하다.
즉, 마커(300)를 특정 주파수에만 빛을 산란시키는 재질로 구성하고, 카메라(121)의 조명부로부터 수신한 빛 또는 자연광에 대응하는 특정 빛을 산란하게 되고, 카메라(121)는 이를 촬영하여, 마커(300)의 위치 및 위치 변화 등을 파악할 수 있게 된다.
이하에서는, 도면을 참조하여, "(1) 재귀반사시트 및 조명을 이용한 방식"에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 9는 본 발명과 관련하여 마커의 일례인 재귀반사시트 등을 이용하여 타깃의 위치를 파악하는 구체적인 일례를 도시한 것이다.
본 제안 기술에서는 모션캡쳐 방식을 응용하여, 센서를 부착하는 대신 재귀반사(Retro-reflective)지를 이용해 각형, 사각형 및 반구형의 타깃을 제작하여 CPM 기기(100)에 부착할 계획이다.
본 발명에 적용되는 재귀반사 기술은 주로 파장이 다른 광원을 이용하여 거리를 측정하기 위해 사용하는데, 노면표지/도로표지판 등의 인식성을 향상시키거나 지하시설물의 3차원 위치측정 등에 이용된다.
재귀반사는 입사한 광선을 광원 그대로 되돌려보내는 반사이며, 어느 방향에서 빛이 들어오더라도 광원의 방향으로 빛을 반사한다.
이러한 특성 때문에 굴곡이 심한 도로의 표지판이나 야간도로 작업 표시판 등에 주로 사용되며, 야간 작업자의 안전용품에도 널리 사용되고 있다.
도 9의 (a) 및 (b)를 참조하면, 재귀반사시트를 이용한 도로표지판의 일례가 도시되어 있다.
또한, 도 9의 (c) 및 (d)를 참조하면, 모션캡쳐 방식에서의 센서를 재귀반사지로 대체하고, 카메라를 이용해 촬영하여 영상 처리할 경우, 센서를 부착한 것과 유사한 방식으로 동작을 인식할 수 있는 일례로서 골프 동작을 인식하는 일례가 도시되어 있다.
도 8 및 도 9에서 설명한 모셥 캡쳐를 통한 영상 획득 방법과 마커를 적용하기 위해 도 10을 참조한다.
도 10은 본 발명이 제안하는 촬영장치를 구비한 재활 치료 시스템의 운동장치에 마커를 부착한 구체적인 일례를 도시한 것이다.
도 10을 참조하면, 도 6에서 설명한 카메라(121) 및 운동장치(170) 이외에 이동부(173)의 적어도 일부 영역에 마커(300)를 부착하는 일례가 도시되어 있다.
본 발명에서는 기존의 모션캡쳐 방식에서의 센서를 마커(재귀반사지, 300)로 대체하고, 카메라(121)를 이용해 촬영하여 영상 처리하는 방법을 적용한다.
도 10에 도시된 것과 같이, 마커(300)는 환자의 관절 부분에 대응하는 이동부(173)의 위치에 복수로 배치될 수 있다.
이하에서는, 전술한 본 발명이 제안하는 촬영장치를 구비한 재활 치료 시스템(10)의 구성을 기초로 본 발명에서 제안하는 영상 처리, 저장 및 공유 방법에 대해 구체적으로 설명한다.
도 11은 본 발명과 관련하여, 모션 캡쳐를 통해 환자의 치료 영상을 획득하고, 영상처리를 통해 인식한 마커의 위치변화를 기초로 환자의 치료와 관련된 정보를 추출 및 저장하는 방법을 설명하는 순서도이다.
도 11을 참조하면, 가장 먼저, 운동부(170)의 적어도 일부에 마커(300)를 부착하는 단계(S110)가 진행된다.
전술한 것과 같이, 마커(300)는 환자의 관절 부분에 대응하는 이동부(173)의 위치에 복수로 배치될 수 있다.
이후, 환자가 운동부(170)를 통해 재활치료 운동을 수행하는 단계(S120)가 진행된다.
이때, vision 카메라(121)가 모션 캡쳐를 통해, 환자의 재활치료 운동 영상 데이터를 획득하게 된다(S130).
이후, 운동장치(100)의 제어부(180) 또는 서버에서 운동 영상 데이터 내의 특징점을 추출하고, 추출한 특징점을 기초로 마커(300)를 인식하는 단계(140)가 진행된다.
S140 단계 이후, 제어부(180) 또는 서버(200)는 인식한 마커(300)의 위치변화를 기초로 환자의 재활치료 운동과 관련된 정보를 추출하는 단계(S150)를 수행하고, 추출한 정보를 저장하게 된다(S160).
S140 단계 및 S150와 관련하여, 도 12는 본 발명과 관련하여 영상처리를 통해 인식한 마커의 위치변화를 기초로 환자의 치료와 관련된 정보를 추출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 12의 (a)를 참조하면, 본 발명에 적용될 수 있는 마커(300)의 구체적인 형태가 도시되고, 도 12의 (b)를 참조하면, 복수의 마커(300)가 부착된 운동장치(100)가 도시된다.
또한, 도 12의 (c)를 참조하면, vision 카메라(121)가 모션 캡쳐를 통해, 환자의 재활치료 운동 영상 데이터를 획득하게 되고, 도 12의 (d)를 참조하면 제어부(180) 등에 의한 영상처리의 일례가 도시된다.
이 경우 초음파 센서와 달리 정확한 근거리 측정이 가능하고, 실내 조명 등과 같은 외부 환경의 영향을 적게 받을 수 있다.
또한, 다른 모션캡쳐 장비나 TOF(Time Of Flight) 카메라 등과 비교하여 소형화가 가능하며, 적은 비용으로도 구현이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 도 13은 본 발명과 관련하여, 특징점을 추출하여 마커를 인식함으로써 환자의 치료와 관련된 정보를 추출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 13을 참조하면, 단순화된 영상처리 방식을 이용한 거리인식 방법이 도시된다.
도 13의 (a) 내지 (d)를 참조하면, 다수의 카메라(121)를 통해 입력된 영상으로부터 CPM 기기(100)에 부착된 재귀반사지 타깃을 추출하고, 추출된 타깃으로부터 2차원 및 3차원 변환 등의 영상처리 기술을 통해 정확한 3차원 좌표를 측정하여 거리를 인식하는 과정이 진행된다.
도 13에 도시된 것과 같이, 마커(300)의 형태는 서로 다르게 구성될 수 있다.
예를 들어, 환자의 무릎이 있는 부위에는 네모 모양의 마커 1을 부착하고, 발 부위에는 반원 모양의 마커 2를 부착하며, 허벅지 부위에는 세모 모양의 마커 3을 부착할 수 있다.
이때, 카메라(121)를 통해 촬영한 영상에서 마커 1, 마커 2 및 마커 3의 종류가 구분하여 파악되는 경우, 신체의 특정 부위의 위치 변화 등을 더 효율적으로 파악하는 것이 가능하다.
도 14는 3차원 좌표 및 ROM을 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 14를 참조하면, 타깃 인식 과정은, 입력 영상의 이미지를 2D, 3D 변환 처리를 통해 이미지를 가공하고, 가공처리된 이미지로부터 특징점(Feature)을 추출하며, 추출된 특징점으로부터 타깃 인식하는 과정을 통해 수행된다.
또한, 도 14를 참조하면, 거리인식 및 ROM 정보 추출 과정은 이미지로부터 2D, 3D 변환 영상 처리를 이용하여 타깃을 인식하고, 인식된 타깃의 무게중심 좌표를 이용하여 좌표 정규화 작업을 수행하며, 정규화 좌표를 이용하여 3차원 거리를 인식하고, ROM 정보 등 필요 정보를 추출하는 단계로 수행된다.
필요 정보를 추출하는 경우, 메모리(160) 또는 서버(200)에 미리 저장된 패턴을 이용하여 파악하는 방식이 적용될 수 있다.
즉, 환자의 움직임 동작에 따른 마커(300)의 위치 배열 패턴과 관련된 데이터를 메모리(160) 또는 서버(200)가 미리 저장하고, 도 14 등에서 설명한 것과 같이, 현재의 마커(300)의 배치를 확인하며, 메모리(160) 또는 서버(200)에 저장된 복수의 데이터 중 현재의 마커(300) 배치에 따른 환자의 운동 현 상태를 파악할 수 있다.
이를 통해, 파악한 환자의 운동 현 상태가 의사가 원하는 재활 치료 단계에 대응하는지 여부 등에 대해 확인하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에 따른 기술은 재귀반사지를 이용하므로 배경과 타깃을 쉽게 구분하여 처리할 수 있다.
또한, 입력영상으로부터 타깃을 인식하고 추출하는 방식은 사용자의 팔을 인식하는 것보다 빠르게 처리가 가능하고, 특정 모양의 타깃을 처리하므로 사용자와는 무관하게 영상을 처리할 수 있으며, 3차원 공간을 2차원 영상으로 투사하는 과정에서의 정보 손실을 최소화할 수 있다.
한편, 본 발명에 적용되는 비젼 카메라(121)는 광학식 영상획득을 위해, 재귀반사 마커(300)에 빛을 보내고 이를 받아들여 영상을 촬영할 수 있는 VISION H/W일 수 있고, 일반적으로 VISION H/W(120)는 CCD 카메라(121), LED 조명(미도시), 렌즈(미도시), 컨트롤러(180)를 지칭하는 것일 수도 있다.
VISION H/W SYSTEM(120)은 CPM 기기(100)와 결합하면 위치가 고정되므로, 움직이는 CPM 프레임과 환자의 영상 촬영 시 서로 거리가 다른 여러 마커로부터 특정 위치의 카메라로 들어오는 빛의 균일도를 확보하는 구조를 취할 수 있다.
한편, 도 15는 본 발명에 따른 촬영장치를 구비한 재활 치료 시스템을 통해 IOT 기반 융합의료 플랫폼을 제공하는 구체적인 일례를 도시한 것이다.
전술한 방법을 통해 복수의 환자로부터 획득된 정보는 환자의 단말(스마트폰), 병원의 PC 제어 프로그램, 서버 관리 프로그램 등에 공유됨으로써, IOT 기반 융합의료 플랫폼으로서의 기능을 제공할 수 있다.
먼저, 환자가 사용하는 스마트폰 어플리케이션과 관련하여, 주요 환자가 고령자임을 감안하여 직관적이고 심플한 디자인으로 누구나 쉽게 조작이 가능하도록 디자인하고, 개인별 운동 자료를 볼 수 있도록 하고, 통계 자료를 이용하여 치료 효과를 한눈에 확인 할 수 있도록 개발된 GUI 환경이 플랫폼을 통해 제공될 수 있다.
또한, PC 제어 프로그램으로서, 병원에서 사용 시 의사 및 물리치료사 등 기기를 조작하는 사용자가 기기의 상태 및 환자의 운동현황을 한눈에 파악할 수 있도록 개발하고, 다수의 환자 운동정보를 쉽게 파악할 수 있도록 개발하며, 카메라(121)를 통하여 환자의 운동상태를 실시간으로 확인 가능하도록 개발된 GUI 환경이 플랫폼을 통해 제공될 수 있다.
또한, 서버 관리 프로그램과 관련하여, 서버(200)의 웹 연결을 통하여 운동정보를 통합 관리 시스템 개발하고, 기기(100)의 가동시간, AS정보 등 관리 시스템을 개발하며, 기존 운동치료 정보를 활용하여 환자별 맞춤 치료를 제공하는 UI 환경이 플랫폼을 통해 제공될 수 있다.
한편, 도 16은 도 15와 관련하여, 본 발명의 촬영장치를 구비한 재활 치료 시스템을 통해 획득된 정보를 융합의료 플랫폼이 병원, 약국, 기기개발 업체 등에 제공하는 방법을 설명하는 순서도이다.
도 16을 참조하면, 가장 먼저, 서버(200)와 복수의 운동장치(100)가 네트워크를 형성하는 단계(S210)를 수행할 수 있다.
이후, 복수의 운동장치(100)로부터 서버(200)가 운동 영상 데이터를 수신하는 단계(S220)가 진행된다.
S220 단계 이후, 도 11에서 설명한 방법을 기초로, 서버(200)가 복수의 운동 영상 데이터를 통해 복수의 환자와 관련된 재활치료 운동과 관련된 정보를 추출하여 저장하는 단계(S230)를 수행한다.
이후, 병원 요청 시, 환자의 재활 진행 정보에 대한 정보를 서버(200)가 병원에 제공하는 단계(S240)가 진행될 수 있다.
S240 단계를 통해, 환자가 병원으로부터 현재 상태에 대응된 최적의 치료를 받고 있는 것인지 여부에 대해 확인할 수 있고, 병원은 의료 사고 등의 문제가 발생하는 경우, S240 단계로부터 획득된 정보를 기초로 병원 측에 문제가 없음을 입증하는 것이 가능하.
또한, 병원 요청 시, 환자의 과거 재활치료와 관련된 히스토리 정보를 병원에 제공하는 단계(S250)가 진행될 수 있다.
S250 단계를 통해, 환자는 특정 병원에서 치료를 받다가 다른 병원으로 옮기는 경우, 직전의 치료 단계에서 바로 다음 치료 단계로 정확한 정보를 기초로 넘어갈 수 있다는 장점이 보장된다.
또한, 환자의 재활 진행 정도에 대응한 처방 정보를 약국에 제공하는 단계(S260)가 진행될 수 있다.
S260 단계를 통해, 약국에서 병원으로부터 환자의 현재 상태에 대응되는 처방 정보를 신속하게 수신하는 것이 가능해진다.
또한, 기기개발 업체 요청에 대응한 재활치료 정보를 기기개발 업체에 제공하는 단계(S270)가 진행될 수 있다.
S270 단계를 기초로, 기기개발 업체가 환자들의 니즈 등을 파악하여 기기를 개발하고자 하는 경우, 서버(200)로부터 환자 관련 특정 데이터를 수신하고, 이를 기초로 기기를 개발하는 것이 가능해진다.
전술한 본 발명에 따른 촬영장치를 구비한 재활 치료 기기, 시스템 및 제어방법을 기초로, 재활 치료 기기에 마커를 부착하고, 촬영장치가 모션 캡쳐를 통해 환자의 재활치료 운동 영상 데이터를 획득하게 되면, 영상처리를 통해 인식한 마커의 위치변화를 기초로 환자의 재활치료 운동과 관련된 정보를 추출하여 이용하는 재활 치료 기기, 시스템 및 제어방법을 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 환자가 CPM 운동을 수행하는 동안 실제 ROM과 운동속도, 시간, 횟수 등을 영상으로 측정하여 CPM 기기와 연결된 DB에 저장하게 함으로써 치료 데이터의 체계적 보존, 관리, 활용에 용이하고, 이를 바탕으로 개별 환자의 회복속도에 따른 맞춤 치료를 가능하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 저장된 자료는 향후 필요에 따라 클라우드 컴퓨팅 기술을 적용하여 빅데이터화 할 수 있어, 관절질환의 치료와 회복에 대한 연구 자료로서 활용할 수 있을 뿐 아니라 새로운 의료기기의 개발, 원격진료 등에도 활용이 가능하다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.
하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.

Claims (10)

  1. 사용자 신체의 적어도 일부를 이동시켜 재활 치료를 수행하고, 적어도 하나의 마커를 포함하는 운동부;
    상기 운동부의 동작을 촬영하는 카메라;
    상기 카메라가 촬영한 영상 데이터 내의 상기 적어도 하나의 마커를 인식하고, 상기 인식한 적어도 하나의 마커의 위치 변화를 기초로 상기 재활 치료와 관련된 정보를 추출하는 제어부; 및
    상기 제어부의 제어에 따라 상기 추출한 정보를 서버로 전송하는 통신부;를 포함하는 재활 치료 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 운동부는,
    상기 신체의 적어도 일부가 안착되는 안착부; 및
    상기 안착부에 의해 고정된 신체의 적어도 일부를 이동시키는 이동부;를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 마커는 상기 고정된 신체의 관절에 대응하는 상기 이동부 상의 위치 및 상기 이동부의 이동을 지지하는 지점의 위치 중 적어도 하나에 포함되는 것을 특징으로 하는 재활 치료 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 카메라는 빛을 조사하는 광원부;를 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 마커는 재귀반사용 마커이며,
    상기 카메라는, 상기 광원부를 통해 조사된 빛을 반사하는 재귀반사용 마커를 포함하여 상기 운동부의 동작을 촬영하는 것을 특징으로 하는 재활 치료 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 마커는,
    빛을 조사하는 광원부 또는 특정 주파수의 빛에 대응하여 상기 빛을 산란하는 단색 반사부인 것을 특징으로 하는 재활 치료 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 인식한 적어도 하나의 마커의 무게중심 좌표를 이용하여 좌표 정규화 작업을 수행하고,
    상기 좌표 정규화 작업을 기초로 상기 적어도 하나의 인식한 적어도 하나의 마커의 3차원 위치를 파악하며,
    상기 파악한 3차원 위치의 시간에 따른 변화를 이용하여 상기 재활 치료와 관련된 정보를 추출하는 것을 특징으로 하는 재활 치료 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 마커의 배치와 관련된 데이터를 저장하는 메모리;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 메모리에 저장된 데이터 중 상기 인식한 적어도 하나의 마커의 위치에 대응되는 제 1 데이터를 결정하고,
    상기 제 1 데이터를 기초로 상기 상기 재활 치료와 관련된 정보를 추출하는 것을 특징으로 하는 재활 치료 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 추출한 정보는 상기 재활 치료와 관련된 관절가동범위(ROM: Range of Motion) 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 재활 치료 장치.
  8. 복수의 재활 치료 장치; 및 상기 복수의 재활 치료 장치와 네트워크를 형성한 서버;를 포함하는 재활 치료 시스템에 있어서,
    상기 복수의 재활 치료 장치 각각은,
    사용자 신체의 적어도 일부를 이동시켜 재활 치료를 수행하고, 적어도 하나의 마커를 포함하는 운동부;
    상기 운동부의 동작을 촬영하는 카메라; 및
    상기 카메라가 촬영한 영상 데이터를 상기 서버로 전송하는 통신부;를 포함하고,
    상기 서버는 상기 복수의 재활 치료 장치로부터 수신한 복수의 영상 데이터 각각에 포함된 상기 적어도 하나의 마커를 인식하고, 상기 인식한 적어도 하나의 마커의 위치 변화를 기초로 상기 재활 치료와 관련된 정보를 추출하는 것을 특징으로 하는 재활 치료 시스템.
  9. 적어도 하나의 마커를 포함하는 운동부가 사용자 신체의 적어도 일부를 이동시켜 재활 치료를 수행하는 단계;
    카메라가 상기 운동부의 동작을 촬영하는 단계;
    제어부가 상기 카메라가 촬영한 영상 데이터 내의 상기 적어도 하나의 마커를 인식하는 단계;
    상기 제어부가 상기 인식한 적어도 하나의 마커의 위치 변화를 기초로 상기 재활 치료와 관련된 정보를 추출하는 단계; 및
    통신부가 상기 추출한 정보를 서버로 전송하는 단계;를 포함하는 재활 치료 방법.
  10. 복수의 재활 치료 장치; 및 상기 복수의 재활 치료 장치와 네트워크를 형성한 서버;를 이용하는 재활 치료 방법에 있어서,
    적어도 하나의 마커를 포함하는 운동부가 상기 복수의 재활 치료 장치 각각의 사용자 신체의 적어도 일부를 이동시켜 재활 치료를 수행하는 단계;
    상기 복수의 재활 치료 장치 각각의 카메라가 상기 운동부의 동작을 촬영하는 단계;
    상기 복수의 재활 치료 장치 각각의 통신부가 상기 카메라가 촬영한 영상 데이터를 상기 서버로 전송하는 단계;
    상기 서버가 상기 복수의 재활 치료 장치로부터 수신한 복수의 영상 데이터 각각에 포함된 상기 적어도 하나의 마커를 인식하는 단계; 및
    상기 서버가 상기 인식한 적어도 하나의 마커의 위치 변화를 기초로 상기 재활 치료와 관련된 정보를 추출하는 단계;를 포함하는 재활 치료 방법.
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