KR20200028237A - 발음 교정 및 언어 치료를 위한 구개운동 센싱모듈 및 모니터링 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 발음교정 모니터링 시스템은 구강 내의 입 천장에 배치되는 센싱 모듈(100); 상기 센싱 모듈(100)을 통해 측정된 신호들을 변환하고 연산하는 신호처리부(200); 및 상기 센싱 모듈(100)과 신호처리부(200)를 통한 센싱 정보를 통해 혀의 위치를 표현해 주는 모니터링부(300);를 포함하고, 상기 센싱 모듈(100)은, 구강 내부의 천장을 따라 배열되는 복수의 감지 센서(110), 상기 복수의 감지 센서(110)가 배치되는 연성 기판(120), 상기 연성 기판(120)을 둘러싸도록 형성되는 생체 적합성 코팅층(130) 및 상기 연성 기판(120)의 양측에 연결된 상태에서 구강 내의 치아 상에 분리 가능하게 결합되는 고정 걸이(140)를 포함하고, 상기 복수의 감지 센서(110)는 구강 내의 혀 위치에 따라 압력 내지 거리를 측정함으로써 혀 위치를 검출하여 상기 모니터링부(300)에 전달한다.

Description

발음 교정 및 언어 치료를 위한 구개운동 센싱모듈 및 모니터링 시스템{Palatal motion sensing module and monitoring system for pronunciation correction and speech therapy}

본 발명은 조음 장애 환자 또는 일반인을 대상으로 하는 발음교정 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구강 내 입천장에 배치되는 센싱 모듈을 삽입하고 환자의 발음에 따라 상기 센싱 모듈에 접촉하는 혀의 상태를 모니터링하여 올바른 발음 교정을 유도하는 방안에 관한 것이다.

일반적으로 말소리 장애를 가지고 있는 아동 또는 성인의 경우에, 일련의 과정을 거쳐 조음 치료를 받게 된다.

조음 치료를 실시하기 위해서는 반드시 각 음소에 해당하는 정확한 조음점에 조음자, 구체적으로는 혀의 설단, 전설, 후설 등이 바르게 위치하는지 확인함으로써 환자 또는 대상자의 조음 능력을 살펴야 한다.

따라서, 조음 치료에 있어서 환자의 구강 내부에서의 혀의 위치는 매우 중요한 요소이며, 말소리 장애 환자의 경우에 자신의 잘못된 조음 위치 정보를 시각적으로 확인하여 그 상태를 임의적으로 바꿀 수 있는지의 여부는 치료의 경과에 확연한 차이를 가져온다.

한편, 기존의 조음 치료과정에 있어 환자의 혀 위치를 확인할 수 있는 구체적인 장치 또는 기구 등은 미비한 실정이며, 치료사의 주관적인 평가 또는 시청각적 판단을 통해 간접적으로 유추해내는 수준에 있다.

특히, 아래윗입술의 접촉으로 생성되는 양순음의 경우 비교적 정확한 치료사의 시청각적 평가가 가능하지만, 설단이 치경에 접촉하는 치경음(alveolars), 설단이 구개치경에 접촉하는 구개치경음(palate-alveolars), 후설이 연구개 쪽으로 이동하는 연구개음(velars)의 경우에는, 조음 위치가 구강 내에 존재하기 때문에 청각적인 판단에만 의존한 평가가 이루어진다.

이같은 실정으로 동일 환자의 조음 능력에 대해 치료사 간에 각기 다른 평가가 이루어지며, 이는 환자에 대한 최적의 서비스를 제공하지 못하는 결과로 이어진다.

최근 들어, 몇 가지 간단한 기구를 이용하여 환자의 혀 위치를 고정시키거나 일정 영역 내에 혀 활동이 가능하게 하는 기구 등에 대한 기술이 소개된 바 있으나, 이러한 방법은 구강 내에서 혀의 정확한 위치를 파악하여 환자 및 대상자에게 피드백을 제공하는 것에 한계를 가지고 있다.

한편, 압전소자를 이용하여 구강 내부의 센싱을 실시하는 기술과 관련해서는 등록특허 제10-1822329호를 참조할 수 있는데, 상기 문헌 상에서는 치아 부착부의 일면인 교합면에 결합되어 치아와 치아 부착부의 맞물리는 힘을 감지하는 센서를 통해 환자의 턱관절 장애를 판단하는 것을 내용으로 하는 것으로서, 교정 치료 또는 마우스피스 형태의 구강 내 장치를 착용하여 해결하는 방안을 제공하는 것을 확인할 수 있다.

상기한 바와 같이 종래의 기술들은 구강의 치아 상에 배치된 압전 소자를 이용하여 치아 상에 발생하는 압력을 측정하고 상기 측정된 결과를 토대로 하여 도출된 생체 정보를 이용하여 다양한 검사를 가능하게 한다는 점은 알 수 있지만, 구강 내의 혀의 위치에 따라 생성되는 발음을 교정하기 위한 구체적인 방안에 대해서는 기재하는 바가 없는바,

본 발명은 언어 치료 또는 발음 교정이 요구되는 환자의 구강 내에 삽입된 센싱 모듈을 통해 언어 치료 과정에 있어 혀의 위치를 실시간 모니터링하고 치료사가 환자에게 피드백함으로써 치료의 경과를 높일 수 있는 방법을 제공하는 것이 목적이다.

특히, 본 발명은 압전 센서 내지 광센서 기반의 센싱부와 진단 모니터링 유닛을 구성함으로써 환자의 혀 위치를 정확하게 모니터링할 수 있도록 구현하는 방안을 제공한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 발음교정 모니터링 시스템은 구강 내의 입 천장에 배치되는 센싱 모듈(100); 상기 센싱 모듈(100)을 통해 측정된 신호들을 변환하고 연산하는 신호처리부(200); 및 상기 센싱 모듈(100)과 신호처리부(200)를 통한 센싱 정보를 통해 혀의 위치를 표현해 주는 모니터링부(300);를 포함하고, 상기 센싱 모듈(100)은, 구강 내부의 천장을 따라 배열되는 복수의 감지 센서(110), 상기 복수의 감지 센서(110)가 배치되는 연성 기판(120), 상기 연성 기판(120)을 둘러싸도록 형성되는 생체 적합성 코팅층(130) 및 상기 연성 기판(120)의 양측에 연결된 상태에서 구강 내의 치아 상에 분리 가능하게 결합되는 고정 걸이(140)를 포함하고, 상기 복수의 감지 센서(110)는 구강 내의 혀 위치에 따라 압력 내지 거리를 측정함으로써 혀 위치를 검출하여 상기 모니터링부(300)에 전달한다.

조음 내지 발음 치료상태에서 환자의 혀가 상기 센싱 모듈(100)에 접촉되며, 상기의 경우에 상기 센싱 모듈(100)을 구성하는 감지 센서(110)는 접촉되는 강도에 따라 레벨화된 특성을 출력하는 압전 센서이다.

구강 내부의 입천장에 부착되는 센싱 모듈의 경우에, 압전 센서를 기반으로 한 상태에서 조음 또는 발음 치료를 하는 과정에서 환자의 혀가 센싱 모듈을 접촉하며, 이때 센싱 모듈 내부의 센서들은 접촉 강도에 따라 레벨화된 출력 특성을 출력한다.

측정된 신호는 신호처리부를 통해 잡음 제거 및 센서 위치별 포지셔닝 단계 등 일련의 신호처리과정을 거치게 되며, 신호처리된 신호는 모니터링부를 통해 발음에 따른 환자의 혀 위치를 표시해주게 된다.

구강 내 삽입되는 센싱 모듈은 환자 개개인의 구강 특성에 맞게 규격화되어야 하며, 체내에 한시적으로 삽입되는 장치로써 생체적합한 재질로 구성되어야한다.

특히, 광센서를 기반으로 하는 센싱 모듈의 경우 레이저 도플러 효과를 적용하는 TOF(time of flight) 연산을 통해 센서 배열에 따라 각각 수집되는 신호의 반사되는 시간을 측정하여 혀의 모양을 산출할 수 있도록 한다. 이는 구강 내 입천장에 대한 혀의 위치 뿐만 아니라 모양 또는 형태도 모니터링부를 통해 육안으로 쉽게 관찰할 수 있게 하기 위한 것이며, 이를 통해 치료사와 환자 간의 피드백에 도움이 될 수 있다.

또한, Flexible PCB(Print circuit board)와 같은 유연한 재질의 인쇄회로기판 상에 센서 코어가 실장됨으로써 구강 내에 센싱 모듈이 삽입되었을 때 환자의 불편함을 최소화하도록 한다. 센싱 모듈과 신호처리부 내지 모니터링부 간의 연결은 유선을 통한 방법 외에도 무선 모듈을 센싱 모듈 종단에 적용함으로써 환자의 자율성을 높일 수 있다.

센싱 모듈이 구강 내의 상부에 완전히 밀착 위치할 수 있도록 일련의 거치 기구가 상기 센싱 모듈의 좌우 측면에 구성될 수 있으며, 센싱 모듈을 치과용 보철 장치와 같은 기구물을 통해 상단 치아에 거치됨으로서 센싱 모듈의 부착을 용이하게 할 수 있다.

신호처리부 내에서는 센싱 모듈에 연결되는 데이터 전송선로 또는 센서 코어에서 자체적으로 발생 또는 유입되는 잡음을 제거하기 위해 일련의 신호처리회로 또는 필터가 요구되며, 특정한 배열을 갖는 센서 코어를 통해 획득된 혀에 대한 데이터를 모니터링부에 표시하기 위해 마이크로 컨트롤러 등에서 신호처리 연산을 수행한다.

모니터링부에서는 센싱 모듈 또는 신호처리부를 통해 전달된 구강 내부 상에서 위치한 혀의 위치 정보를 화면표시기 상에 표현한다. 이때, 환자의 구강 내 실제적인 혀의 위치와 함께 관련된 바람직한 혀의 위치 정보 또는 보충 설명을 모니터링부 상에 백데이터로 기저장한 상태에서 환자에게 피드백하도록 한다.

특히, 모니터링부 외에도 별도의 휴대폰 어플리케이션 및 GUI 프로그램을 통해 발음 교정 치료 교구와 함께 연동되어 모니터링부를 구성할 수 있도록 한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 발음 교정 및 언어 치료를 위한 모니터링 시스템은 기존 언어 치료 또는 발음 교정의 과정에서 치료사의 주관적인 판단 또는 촉지각 검사 등의 간접적이고 비효율적인 방법을 개선하고 환자의 발음 상태에 따른 혀의 위치를 실시간으로 정확하게 모니터링하고 피드백을 가능하게 한다.

특히, 구개열 환자의 구어 습관에서 발견되는 연인두 기능에 관한 정보를 제공함으로써 연인두 기능을 증진시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서 기술하는 구강내 센싱부의 센서 배열 및 조합 신호를 통한 혀의 위치 검출 기술은 구성이 간단하고 치료사의 조작 및 확인이 간편하다는 장점을 가진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발음 교정 및 언어 치료를 위한 모니터링 시스템을 보이는 것으로서, 구체적으로 언어 치료 및 발음 교정을 위한 혀 위치 검출 시스템(Tongue-position-graphy(TPG) system)을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 모니터링 시스템의 데이터 이동 경로 및 신호처리부 적용을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 발음 교정 및 언어 치료를 위한 모니터링 시스템의 무선 데이터 전송 방법을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명인 발음 교정 및 언어 치료를 위한 모니터링 시스템을 구성하는 센싱 모듈의 구조, 배열 방법 및 구강 내 위치를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 발음 교정 및 언어 치료를 위한 모니터링 시스템 내부에서 센싱 모듈을 구성하는 압전 센서를 통한 접촉 강도별 센싱 레벨에 대한 검출 예시를 도시한 도면이다.
도 6은 혀 위치 검출 장치(Tongue-position-graphy(TPG)system)내 센서부의 접촉강도별 센싱레벨 도출방법에 대한 순서도이다.
도 7은 본 발명에 따른 발음 교정 및 언어 치료를 위한 모니터링 시스템 상에 압전형 센서를 적용함에 따른 혀 위치 검출 예시를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 발음 교정 및 언어 치료를 위한 모니터링 시스템 상에서 광센서를 통하여 환자 발음에 따른 혀의 모양 및 형태 검출 방법에 대한 예시를 도시한 도면이다.
도 9는 구강 내에서 광센서와 혀의 거리를 측정하는 구체적인 방안을 보인다.
도 10은 치경음, 경구개 치경음, 연구개음 등을 포함한 발음 예에 따라 발음 교정 및 언어 치료를 위한 모니터링 시스템을 구성하는 센싱 모듈의 동작 예시를 도시한 도면이다.
도 11은 경구개음을 발음하는 경우에 센싱 모듈을 통하여 감지된 혀의 형상을 3차원으로 나타낸 것을 보인다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 도 1 내지 도 11을 참조하여 본 발명에 따른 발음 교정 및 언어 치료를 위한 모니터링 시스템을 설명한다.

먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하여 발음 교정 및 언어 치료를 위한 모니터링 시스템의 전체적인 구성을 설명한다.

본 발명에 따른 발음 교정 및 언어 치료를 위한 모니터링 시스템은 구체적으로는 언어 치료 및 발음 교정을 위한 혀 위치 검출 시스템(Tongue-position-graphy(TPG) system)을 대상으로 한다.

발음 교정 및 언어 치료를 위한 모니터링 시스템은 구강 내의 입 천장 측에 배치되는 센싱 모듈(100), 센싱 모듈(100)을 통해 측정된 신호들을 변환하고 연산하는 신호처리부(200) 및 센싱 모듈(100)과 신호처리부(200)를 통한 센싱 정보를 통해 혀의 위치를 표현해 주는 모니터링부(300)를 포함한다.

센싱 모듈(100)은 구강 내의 입천장에 부착되는 구조를 갖는 것으로서, 조음 또는 발음 치료상태에서 환자의 혀가 상기 센싱 모듈(100) 상에 접촉되며, 이 때에 센싱 모듈(100)를 구성하는 센서들은 접촉되는 강도에 따라 레벨화된 출력 특성을 출력하게 된다.

센싱 모듈(100)을 구성하는 복수의 감지 센서(110)를 통해 측정된 신호는 신호처리부(200)를 통해 잡음 제거 및 센서위치별 표지셔닝 단계 등 일련의 신호처리과정을 거친다. 신호처리된 신호는 모니터링부(300)를 통해 발음에 따른 환자의 혀 위치를 표시한다.

구강 내부에 삽입되는 센싱 모듈(100)은 혀에 대한 센싱을 위하여 환자 개개인의 구강 특성에 맞게 규격화되어야 하며, 인체 내에 한시적으로 삽입되는 장치로써 생체적합성 재질로 구성되어야 한다.

신호처리부(200)는 센싱 모듈(100)에 연결되는 데이터 전송선로 또는 센싱 모듈(100)을 이루는 센서 코어에서 자체적으로 발생 또는 유입되는 잡음을 제거하기 위해 일련의 신호처리회로 또는 필터가 요구된다. 신호처리부(200)를 이루는 센서들 간의 구체적인 배열을 통해 획득된 데이터를 모니터링부(300)에 표시하기위해 마이크로 컨트롤러 등에서 신호처리 연산을 수행하게 된다.

모니터링부(300)에서는 센싱 모듈(100) 또는 신호처리부(200)를 통해 전달된 구강내 혀위치정보를 화면 표시기 상에 표현한다. 이때, 환자의 구강 내 혀의 위치와 함께 관련된 바람직한 혀의 위치 정보 내지 보충 설명을 통해 환자에게 피드백하도록 한다.

특히, 모니터링부(300) 외에도 별도의 휴대폰 어플리케이션 및 GUI 프로그램을 통해 발음교정 치료 교구와 함께 연동되어 상기 모니터링부를 구성할 수 있도록 한다.

한편, 도 3을 참조하면 센싱 모듈(100), 신호처리부(200) 및 모니터링부(300)로의 연결은 유선을 통한 방법 외에도 무선 모듈(400)을 센싱 모듈(100) 종단에 적용함으로써 환자의 자율성을 높일 수 있다.

상기 센싱 모듈(100)은 다수의 압전 소자, 압전형 필름, 광센서 및 접촉 전극 등을 포함하는 센서 코어 그룹 중 어느 하나 이상의 센서 코어를 매립한 상태로 배열하는 것으로 한다.

구체적으로, 도 4를 참조하면, 센싱 모듈(100)은 구강 내부의 천장을 따라 배열되는 복수의 감지 센서(110), 복수의 감지 센서(110)가 배치되는 연성 기판(120), 연성 기판(120)을 둘러싸도록 형성되는 생체 적합성 코팅층(130), 연성 기판(120)의 양측 상에 결합되는 고정 걸이(140) 등을 포함한다. 도 4에서, 상기의 복수의 감지 센서는 압전 센서를 의미한다.

사용자가 센싱 모듈(100)을 착용한 상태에서 발음을 하는 경우에, 구강 내의 혀는 다양한 형상 및 위치 변동을 갖는다. 상기의 과정에서 혀는 복수의 감지 센서(110) 중 일부를 다양한 압박 강도로 자극을 하게 되고, 자극된 복수의 감지 센서(110)는 감지된 신호를 송신한다.

일예를 들어, 센싱 모듈(100)을 이루는 복수의 감지 센서(110)는 구강 내에서 전방 중앙의 치경을 기준으로 내측으로 3열 종대로 복수의 행을 이루도록 메인 센싱부가 배치된 상태에서, 상기 메인 센싱부를 기준으로 하여 양측 상에 보조 센싱부가 하나 이상의 열을 이룬 상태에서 단차진 상태로 배치된다. 즉, 복수의 감지 센서(110)는 구강 천장의 형상에 따라서 전방보다는 후방으로 갈수록 그 배치되는 폭이 넓어지는 경향을 가질 수 있다.

연성 기판(120)은 Flexible PCB(Print circuit board)와 같은 유연한 재질의 인쇄회로기판에 센서 코어가 실장됨으로써 구강내 삽입되었을 때 환자의 불편함을 최소화하도록 한다.

고정 걸이(140)는 센싱 모듈(100)이 구강 내의 상부에 완전히 밀착되어 위치할 수 있도록 하는 일련의 거치 기구를 의미하는 것으로서, 구강 내의 좌우 측면 상에 구성되며, 일예로서 치과용 보철 장치와 같은 기구물과 같은 구조를 통해 상단 치아에 거치됨으로서 센싱 모듈(100)의 부착을 용이하게 할 수 있다.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 구강 내에 센싱 모듈(100)을 결합한 상태에서 발음을 통한 조음 치료를 실시하는 경우에, 특정 발음 시에 착용자의 혀를 이용하여 센싱 모듈(100)을 가압하는 힘의 분포를 나타내는 것을 보인다.

즉, 센싱 모듈(110)의 접촉 강도별 센싱 레벨에 대한 검출 예시를 보이는 것으로서, 전방 치경으로부터 소정 거리 이격된 부위 상에 고강도 압력이 작용하고, 상기 고강도 압력 작용 부위를 기준으로 후방 상에 중강도의 압력이 작용하며, 상기 고강도 압력 작용 부위의 전방 및 중강도 압력 작용 부위의 후방 상에 저강도의 압력이 작용한다. 한편, 상기 저강도 압력 작용 부위의 후방 상에는 혀를 통한 압력이 가해지지 않는 무가압 작용 부위를 갖게 된다.

본 발명 상에서, 센싱 모듈(110)에 대한 혀의 접촉 강도에 따른 레벨화는 매우 중요한 요소로써 일반적으로 한국어의 조음 방법은 긴장도에 따라 평음인 예사소리와 경음인 된소리로 나눌 수 있다. 이때 말하는 긴장도는 성대의 후두근육 뿐만 아니라 조음에 필요한 모든 조음기관의 긴장을 말하는 것으로서, 혀 근육 또한 이에 포함된다.

평음은 구강 내부의 기압이 낮아짐에 따라 조음 기관의 긴장도가 약해지는 음을 말한다. 경음은 평음과 대립적인 개념으로 구강 내압이 증가하며 조음점에서 생기는 저항이 강력해짐에 따라 조음 기관의 긴장도가 증가하는 음이다.

대표적으로 설단이 치경에 접촉하는 치경음(alveolars)의 평음은 [ㄷ], 경음은 [ㄸ]의 차이를 보이며, 설단이 구개치경에 접촉하는 치경경구개음(palate- alveolars)의 평음은 [ㅈ], 경음은 [ㅉ]의 차이를 보인다. 또한, 후설이 연구개 쪽으로 이동하는 연구개음(velars)의 평음은 [ㄱ], 경음은 [ㄲ]의 차이를 보인다.

이처럼 동일한 조음 위치를 가진 평음과 경음을 구분하는데 있어서 혀의 긴장도 측정 및 접촉 강도에 따른 레벨화는 언어 치료 또는 환자의 발음 교정을 진단하는데 있어 매우 중요하다.

도 6을 참조하여 혀 위치 검출 장치(Tongue-position-graphy(TPG) system) 내 센서부의 접촉 강도별로 센싱 레벨을 도출하는 방법을 설명한다.

먼저, 환자의 구강 내에 센싱 모듈(100)을 결합한 상태에서 환자의 발화를 유도함으로써 발음을 하게 한다. 발음을 행하는 과정에서 착용자의 혀를 통해 센싱 모듈(100)에 가해진 압력 신호를 수신한다.

복수의 감지 센서(110)를 통해 측정된 신호는 신호처리부(200)를 통해 잡음 제거 및 센서위치별 표지셔닝 단계 등 일련의 신호처리과정을 거침으로써 압력 신호를 분류한다. 구체적으로는, 전체 전압 레벨 대비 입력 전압 비를 계산하여 강도를 계산하는 과정을 거친다. 예를 들어, 계산 강도는 강,중,약,무 단계로 설정 가능할 수 있다. 강,중,약,무 단계는 각각 100~67%, 66~34%, 33~1%, 및 0%로 구분 가능하다.

도 8을 참조하면, 센서 코어인 감지 센서를 광센서로 채택한 상태에서 혀의 모양을 산출하는 방안을 나타낸다. 도 9는 구강 내에 장착된 광센서와 혀의 거리를 측정하는 구체적인 방안을 보인다.

구체적으로는, 센서 코어인 광센서를 기반으로 한 상태에서, 레이저 도플러 효과를 적용하는 TOF(time of flight) 연산을 통해 광센서의 배열에 따라 각각 수집되는 신호의 반사되는 시간을 측정하여 혀의 모양을 산출할 수 있게 한다.

이는 구강 내 입 천장에서 혀의 위치 뿐만 아니라 모양 또는 형태도 모니터링부(300)를 통해 육안으로 쉽게 관찰할 수 있게 하기 위함이며, 이는 치료사와 환자 간 피드백에 도움이 될 수 있다.

도 9를 참조하면 하기의 수식 (1)을 이용하여 구강 내 센서부인 발광소자 및 수광소자와 환자 혀의 거리를 측정할 수 있다.

D = c * (Δt/2).........수식 (1)

여기서 D는 센서부와 혀의 거리이며, C는 빛의 속도, t는 발광소자에서 발신된 신호가 혀에 부딪히고 세트를 이루는 수광소자에 수신되는 시간을 의미한다.

상기의 식을 통해서 발광소자에서 발신된 신호가 혀에 부딪히고 반사된 상태에서 한 세트를 이루는 수광소자에 수신되는 시간을 측정함으로써 환자의 혀가 구강 내의 상부 벽으로부터 얼마나 거리를 두고 있는지 알 수 있으며, 또한 발광소자 및 수광소자 세트의 멀티 배열을 통해 구강 내에서 혀 거리에 대한 포인트 정보를 얻을 수 있다.

각각의 측정된 정보는 포인트 클라우드를 형성하여 디스플레이부에 혀의 모양을 도시해줄 수 있다. 한편, 구강 상부 벽의 협소한 영역에 의해서 센서 채널의 한계가 있을 수 있으나 센싱 포인트별로 mesh merge를 통해 smooth line을 형성해 줌으로써 사용자가 보기 용이하게 혀의 모양을 형상화해줄 수 있다.

본 발명 상에서 센싱 모듈을 이루는 감지 센서는 압전 소자 또는 광센서를 각각 독립적으로 채택하거나 상기 두 가지의 센서를 모두 총합하여 사용 가능할 수 있다.

압전 소자 기반의 센싱 모듈은 혀의 위치 및 혀의 경직도 판별을 가능하게 한다.

한편, 광센서 기반의 센싱 모듈은 혀가 구강 천장에 닿지 않을 때의 동작 감지 및 혀의 모양을 시각화할 수 있는 기능을 갖는다. 여기에서, 시각화는 실제로 신호처리부와 디스플레이부에서 수행하는 반면, 광센서는 단지 거리 정보 만을 센싱한다.

다른 한편으로, 압전 소자와 광센서가 접목된 상태에서 센싱 모듈로 구현이 가능할 수 있지만, 압전 소자만을 기반으로 하는 경우의 분해능 기능이 다소 저하될 수 있는 한편, 동작 감지와 혀의 모양 시각화 기능을 향상하는 효과를 누릴 수 있다.

상기와 같이, 감지 센서는 압전소자 타입 또는 광센서 타입 각각 존재할 수 있는바, 광센서 또는 레이저 도플러 타입의 경우 혀의 윗부분 모양 입체 형상화를 가능하게 할 수 있다.

도 10은 치경음, 경구개 치경음, 연구개음 등을 포함한 발음 예시에 따라 발음 교정 및 언어 치료를 위한 모니터링 시스템을 구성하는 센싱 모듈(100)의 동작을 보인다.

제일 좌측의 이미지는 치경음을 발음하는 과정을 보인다.

tie 및 die 에서 발음 기호 /t/ 및 /d/ 처럼 발음할 때 혀끝이 앞 윗니 뒤쪽의 치경에 닿는 음을 말하는 것으로서, 앞 윗니 뒤쪽의 치경 바로 후단의 첫번째 행을 이루는 감지 센서(110) 상에 가장 고강도 압력이 가해지고, 2,3 행 상에 그 다음 강도의 압력이 가해지는 상태를 보인다.

중간의 이미지는 경구개 치경음을 발음하는 과정을 보인다.

전방 치경으로부터 소정 거리 이격된 부위 상에 고강도 압력이 작용하고, 상기 고강도 압력 작용 부위를 기준으로 전후방 상에 중강도의 압력이 작용하며, 상기 중강도 압력 작용 부위의 후방 상에 저강도의 압력이 작용한다. 한편, 상기 저강도 압력 작용 부위의 후방 상에는 혀를 통한 압력이 가해지지 않는 무가압 작용 부위를 갖게 된다.

제일 우측의 이미지는 연구개음을 발음하는 과정을 보인다.

영어 단어 key와 go에 쓰인 /k/나 /g/ 같이, 혀의 뒷부분을 연구개에 대거나 연구개 가까이에 대고 내는 소리를 의미한다.

후설로부터 소정 거리 이격된 부위 상에 고강도 압력이 작용하고, 상기 고강도 압력 작용 부위를 기준으로 전후방 상에 중강도의 압력이 작용하며, 한편, 전방 치경으로부터 상기 중강도 압력 작용 부위의 전방 상에는 혀를 통한 압력이 가해지지 않는 무가압 작용 부위를 갖게 된다.

한편, 도 11은 경구개음을 발음하는 경우에 센싱 모듈(100)을 통하여 감지된 혀의 형상을 3차원으로 나타낸 것을 보인다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 발음 교정 및 언어 치료를 위한 모니터링 시스템은 기존 언어 치료 또는 발음 교정의 과정에서 치료사의 주관적인 판단 또는 촉지각 검사 등의 간접적이고 비효율적인 방법을 개선하고 환자의 발음 상태에 따른 혀의 위치를 실시간으로 정확하게 모니터링하고 피드백을 가능하게 한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 센싱 모듈
110 : 압전 센서
120 : 연성 기판
130 : 생체 적합성 코팅층
140 : 고정 걸이
200 : 신호처리부
300 : 모니터링부

Claims (6)

1. 구강 내의 입 천장에 배치되는 센싱 모듈(100);
   상기 센싱 모듈(100)을 통해 측정된 신호들을 변환하고 연산하는 신호처리부(200); 및
   상기 센싱 모듈(100)과 신호처리부(200)를 통한 센싱 정보를 통해 혀의 위치를 표현해 주는 모니터링부(300);를 포함하고,
   상기 센싱 모듈(100)은,
   구강 내부의 천장을 따라 배열되는 복수의 감지 센서(110), 상기 복수의 감지 센서(110)가 배치되는 연성 기판(120), 상기 연성 기판(120)을 둘러싸도록 형성되는 생체 적합성 코팅층(130) 및 상기 연성 기판(120)의 양측에 연결된 상태에서 구강 내의 치아 상에 분리 가능하게 결합되는 고정 걸이(140)를 포함하고,
   상기 복수의 감지 센서(110)는 구강 내의 혀 위치에 따라 압력 내지 거리를 측정함으로써 혀 위치를 검출하여 상기 모니터링부(300)에 전달하는,
   모니터링 시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   조음 내지 발음 치료상태에서 환자의 혀가 상기 센싱 모듈(100)에 접촉되며, 상기의 경우에 상기 센싱 모듈(100)을 구성하는 감지 센서(110)는 접촉되는 강도에 따라 레벨화된 특성을 출력하는 압전 센서인,
   모니터링 시스템.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 센싱 모듈(100)에서의 레벨화된 특성의 출력은,
   상기 센싱 모듈(100)을 착용한 사용자의 발화를 통해 발음을 행하는 과정에서, 사용자의 혀를 통해 상기 센싱 모듈(100)에 가해진 압력 신호를 수신하고, 상기 수신된 압력 신호는 전체 전압 레벨 대비 입력 전압 비를 계산하여 강도를 계산하는,
   모니터링 시스템.
   
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수의 감지 센서(110)는 상기 연성 기판(120)을 따라 배열된 광센서를 포함하는,
   모니터링 시스템.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 광센서는 발광소자와 수광소자를 포함하고, 하기의 수식 (1)을 이용하여 광센서와 혀의 거리를 측정하는,
   모니터링 시스템.
   D = c * (Δt/2).........수식 (1)
   (여기서, D는 센서부와 혀의 거리, C는 빛의 속도, t는 발광소자에서 발신된 신호가 혀에 부딪힌 후 수광소자에 수신되는 시간)
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 감지 센서(110)는 전방 중앙의 치경을 기준으로 구강 내측으로 종대로 복수의 행을 이루도록 메인 센싱부가 배치된 상태에서, 상기 메인 센싱부를 기준으로 하여 양측 상에 보조 센싱부가 하나 이상의 열을 이룬 상태에서 단차진 상태로 배치된,
   모니터링 시스템.

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