KR20200119559A

KR20200119559A - 상지 재활훈련 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20200119559A
Application number: KR1020190041878A
Authority: KR
Inventors: 김창걸
Original assignee: 김창걸
Priority date: 2019-04-10
Filing date: 2019-04-10
Publication date: 2020-10-20
Also published as: KR102239912B1

Abstract

본 발명의 상지 재활훈련 장치는 환자 정보를 입력받는 입력부; 환자의 정보에 매칭되는 훈련내용 컨텐츠를 수신하는 통신부; 환자의 운동을 유도하기 위한 신체부위의 움직임을 가이드하는 훈련내용 컨텐츠를 출력하는 출력부; 환자가 수행하는 운동을 감지하는 센싱부; 환자의 운동 능력을 평가하고, 평가 결과에 따라 환자의 운동을 보조하는 자극의 발생 위치를 산출하는 제어부; 및 환자의 운동을 보조하는 전기 자극부;를 포함할 수 있다.

Description

상지 재활훈련 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR REHABILITATION TRAINING OF UPPER LIMB}

본 발명은 상지 재활훈련 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 병원에 내원하지 않고 가정 또는 사무실에서 뇌졸증 환자의 능동적 운동을 유도하고 전기자극을 가할 수 있는 상지 재활훈련 장치 및 방법에 관한 것이다.

작업 중의 부상으로 신체적, 정신적 손상을 받아 야기된 산업재해나 뇌졸중으로 인한 신체 손상은 생활에 있어서 여러 기능의 장애를 일으킨다. 특히, 일상생활에 있어서 가장 많이 사용되는 손 기능이 저하되면 아주 큰 불편함이 따르게 된다. 손 기능의 저하를 막기 위해 환자는 수부 재활치료를 받게 된다.

보다 구체적으로, '수부 재활치료'란 산업재해로 손가락이 절단되어 봉합 수술을 한 환자, 뇌졸중으로 손에 마비가 오는 환자, 또는 손가락의 뼈가 부러진 환자들이 수술 후 손가락 지관절이 굳어지지 않게 관절을 가능한 한 최대로 굴신 운동을 꾸준히 반복해야 하는 아주 중요한 재활치료이다.

이는 손상 받은 부위의 기능을 향상시키고 건강한 부위의 기능을 강화시킴으로써 신체적 기능을 최대한 회복시키는 것을 목적으로 한다.

이러한 수부 손상을 회복하고자 시행하는 환자의 재활치료는 오래전부터 다양한 방법으로 진행되어 오고 있다. 보바스 치료(Bobath treatment), 운동훈련(Exercise training), 과제 지향적 운동(task-oriented movement therapy), 환측 상지의 강제 유도운동치료, 고유수용성 신경근 촉진법(proprioceptive neuromuscular facilitation), 기능적 전기자극(Functional electric stimulation), 로봇 보조재활(Robotic-assisted rehabilitation), 그리고 양측성 상지 훈련(Bilateral arm training) 등이 효과가 입증되었다.

현재 수부 재활치료는 다양한 장비들을 사용하고 있다. 그 중 관절운동 치료기인 CPM(Continuous Passive Motion-수동관절운동)이 있다. CPM 장비는 스스로 운동이 불가능한 환자에게 수술 직후부터 수동적으로 운동을 시작하게 해줌으로써, 통증을 완화하고, 관절의 경직이나 유착 등 움직이지 않음으로 인해 생길 수 있는 부작용을 최소화하기 위해 개발된 운동기구이다. 해당 재활치료 장비는 환자가 능동적으로 수행하지 못할 경우에 장비가 수동적으로 환자의 재활치료를 도와줌으로써 기능회복에는 도움이 될 수 있으나 환자의 재활치료 중에서 중요한 부분인 동기부여가 안 될 경우에는 어려운 점이 많다.

한국공개특허 제10-2019-0008585호

본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 병원의 내원 없이 환자가 능동적으로 재활 치료를 수행할 수 있는 상지 재활훈련 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 환자의 손상 상태에 맞추어 재활훈련을 진행하는 상지 재활훈련 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 실시 예를 따르는 상지 재활훈련 장치는 환자의 정보를 입력받는 입력부; 상기 입력부를 통해 입력받은 상기 환자의 정보를 외부로 송신하고, 상기 환자의 정보에 매칭되는 훈련내용 컨텐츠를 외부로부터 수신하는 통신부; 상기 통신부로부터 훈련내용 컨텐츠를 전달받고, 상기 환자의 운동을 유도하기 위한 신체부위의 움직임을 가이드하는 영상 또는 음성형태의 훈련내용 컨텐츠를 출력하는 출력부; 상기 환자가 수행하는 운동을 감지하는 센싱부; 상기 출력부에서 출력된 훈련내용 컨텐츠에 포함된 영상과 상기 센싱부에서 감지한 환자의 운동을 비교한 결과에 따라 상기 환자의 운동 능력을 평가하고, 평가 결과에 따라 환자의 운동을 보조하는 자극의 발생 위치를 산출하는 제어부; 및 상기 제어부에서 산출한 자극 위치에 부착되어 상기 환자의 운동을 보조하는 전기 자극부;를 포함한다.

또한, 상기 제어부는, 상기 출력부에서 출력한 훈련내용 컨텐츠에 포함된 컨텐츠와 상기 센싱부에서 감지한 환자가 수행하는 운동의 일치도에 따라 상기 환자가 수행한 상지 운동의 점수를 부여하여 환자의 운동 능력을 평가할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 평가된 환자의 상지 운동 능력을 종합한 데이터를 외부로 전달하는 통신명령을 통신부로 전달하여, 상기 전달받은 환자의 상지 운동 능력을 평가한 데이터와 외부에 기저장된 상기 환자의 정보 간 매칭을 유도할 수 있다.

또한, 상기 전기 자극부는, 상기 환자의 운동부위와 인접한 위치에 부착되는 제1 자극부; 및 상기 제1 자극부가 부착된 위치보다 상기 환자의 운동부위로부터 이격거리가 큰 위치에 부착되는 제2 자극부;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 환자가 수행한 운동에 부여된 점수를 기설정된 임계치와 비교하며, 비교 결과에 따라 환자의 운동을 보조하기 위해 상기 전기 자극부의 출력 조건을 변경할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 환자의 운동 능력 재평가를 통해 산출된 점수가 상기 임계치보다 낮은 경우, 상기 제1 자극부에 전기 자극을 출력하는 명령을 전달하고, 상기 훈련내용 컨텐츠의 재출력시 감지된 상기 환자의 운동을 기초로 환자의 운동 능력을 재평가할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 제1 자극부가 선택적으로 자극을 출력하는 상황에서 상기 환자의 운동 능력 재평가를 통해 산출된 점수가 상기 임계치보다 낮은 경우, 상기 제1 자극부에서 출력되는 전기 자극의 강도를 높이는 명령을 생성하고, 강도가 향상된 전기 자극이 출력된 상태에서 상기 환자의 운동 능력을 재평가할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 제1 자극부에서 강화된 자극을 출력하는 상황에서 상기 환자의 운동 능력 재평가를 통해 산출된 점수가 상기 임계치보다 낮은 경우, 상기 제2 자극부에 전기 자극을 출력하는 명령을 전달하고, 상기 훈련내용 컨텐츠의 재출력시 감지된 상기 환자의 운동을 기초로 환자의 운동 능력을 재평가할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 제1 자극부에서 강화된 자극을 출력하고 상기 제2 자극부에서 자극을 출력하는 상황에서 상기 환자의 운동 능력 재평가를 통해 산출된 점수가 상기 임계치보다 낮은 경우, 상기 제2 자극부에서 출력되는 전기 자극의 강도를 높이는 명령을 생성하고, 강도가 향상된 전기 자극이 출력된 상태에서 상기 환자의 운동 능력을 재평가할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 환자가 수행한 운동에 부여된 점수가 기설정된 임계치 이상인 경우, 전기 자극의 출력을 정지하는 명령을 상기 전기 자극부로 전달할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상지 재활훈련 장치를 통해 가정 또는 사무실에서 상지 마비 환자의 재활을 수행하는 상지 재활훈련 방법은, 상기 상지 재활훈련 장치에서 환자의 상태 또는 정보를 입력받아 데이터화 하는 훈련 준비 단계; 상기 상지 재활훈련 장치를 통해 상기 환자의 운동을 유도하는 신체부위의 움직임을 가이드하는 영상 또는 음성형태의 훈련내용 컨텐츠를 출력하고, 상기 훈련내용 컨텐츠에 따라 상기 환자의 운동을 유도하는 컨텐츠 제공 단계; 상기 상지 재활훈련 장치를 통해 상기 환자가 수행한 운동을 유도하는 상기 신체부위의 움직임을 감지하고, 상기 환자의 감지된 움직임과 상기 훈련내용 컨텐츠에 포함된 영상을 비교하며, 비교결과에 따라 상기 환자의 운동 수행 능력에 평가 점수를 부여하는 운동 평가 단계; 및 상기 운동 평가 단계의 결과에 따라 환자의 운동을 보조하는 기능적 전기 자극(FES, Functional Electrical Stimulation)이 전달될 신체부위의 위치를 산출하여 전기 자극을 전달하는 피드백 전달 단계;를 포함한다.

또한, 상기 피드백 전달 단계는, 전기 자극 패치를 통해 상기 전기 자극이 전달될 위치를 선정하여 출력 조건이 변경된 전기 자극을 전달하고, 상기 환자의 운동을 유도한 훈련내용 컨텐츠를 다시 제공하여, 조건이 변경된 전기 자극 하 상기 환자의 운동 능력을 재평가할 수 있다.

본 발명에 따른 상지 재활훈련 장치 및 방법은 가정 또는 사무실에 구비된 데스크탑과 같은 중앙처리장치에 환자와 관련된 데이터를 입력받으며 입력된 정보를 기초로 환자의 상태에 알맞은 훈련내용 컨텐츠를 출력함으로써 환자가 능동적으로 재활훈련을 수행할 수 있다.

또한, 본 발명에 상지 재활훈련 장치 및 방법은 환자가 수행한 운동과 훈련내용 컨텐츠를 비교하여 환자의 운동을 보조할 수 있는 근육부위를 산출하고, 전기자극을 추가함으로써 환자에게 재활훈련에 대한 동기를 부여하여 재활훈련의 효과를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 상지 재활훈련 장치의 제어블럭도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 상지 재활훈련 장치를 나타낸다.
도 4a 내지 도 4c는 도 1의 상지 재활훈련 장치를 통해 출력되는 훈련내용 컨텐츠의 예시를 나타낸다.
도 5는 도 1의 상지 재활훈련 장치에서 출력된 훈련내용 컨텐츠를 따라하는 환자의 모습을 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 상지 재활훈련 방법의 흐름도이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

한편, 본 발명에 따른 상지 재활훈련 방법은 후술하게될 상지 재활훈련 장치를 구성하는 각 구성요소를 통해 수행될 수 있으며, 필요에 따라 상지 재활훈련 장치와 추가적인 장치가 연결되어 수행될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 상지 재활훈련 장치의 제어블럭도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 상지 재활훈련 장치(1)는 입력부(11), 출력부(12), 통신부(13), 센싱부(14), 제어부(15) 및 전기 자극부(17)를 포함한다.

또한, 본 발명의 상지 재활훈련 장치(1)는 데이터 서버(9)와 연결되어 시스템을 구성할 수 있으며, 데이터 서버(9)와 원거리 통신을 수행함으로써 환자에게 병원 또는 치료기관에 내원하지 않고 재활 훈련을 수행하는 환경을 제공할 수 있다.

본 명세서에 기재된 운동은 환자가 수행하는 모든 운동을 의미할 수 있으며, 특히 편마비 환자가 수행하는 상지 또는 손가락, 손목 운동을 포함할 수 있다.

입력부(11)는 환자(P)의 정보를 입력받을 수 있다. 입력부(11)는 환자의 이름, 성별, 신체사이즈 등을 입력받을 수 있다. 입력부(11)를 통해 입력된 자료는 통신부(13) 또는 제어부(15)로 전달될 수 있다.

또한, 입력부(11)는 통신부(13)가 외부에서 수신한 환자의 병력, 의료기록 등의 정보를 입력받을 수 있다. 입력부(11)를 통해 입력된 자료는 제어부(15)에서 데이터화되며, 복수의 환자가 상지 재활훈련 장치(1)를 사용하는 경우에는 환자별로 분류되어 관리될 수 있다.

이를 위해, 입력부(11)는 키보드, 마우스 또는 터치패널과 같은 입력장치를 포함할 수 있다.

출력부(12)는 환자의 운동을 유도하기 위한 신체부위의 움직임을 가이드하는 영상 또는 음성형태의 훈련내용 컨텐츠를 출력할 수 있다. 여기서, 운동을 유도하기 위한 신체부위는 환자의 손가락부터 어깨까지 포함되는 팔 뿐 아니라, 상지의 움직임을 보조하기 위한 승모근과 같이 팔 외측에 위치한 근육 등을 포함할 수 있다. 출력부(12)는 사진, 그림, 동영상 등을 포함하는 영상형태의 훈련내용 컨텐츠를 출력하여 환자의 운동을 유도할 수 있다. 출력부 (12)는 출력되는 영상형태에 맞추어 운동을 보조하는 안내음성을 출력할 수 있다.

이를 위해, 출력부(12)는 디스플레이 장치, 스피커 등의 출력장치를 포함할 수 있다.

통신부(13)는 입력부(11)를 통해 입력받은 환자의 정보를 외부로 송신할 수 있다. 통신부(13)는 환자의 정보에 매칭되는 훈련내용 컨텐츠를 외부로부터 수신할 수 있으며, 해당 훈련내용 컨텐츠를 제어부(15) 및 출력부(12)로 전달할 수 있다.

이처럼, 통신부(13)는 내부에 저장된 정보를 외부와 송수신하기 위해 사용될 수 있으며, 특히 외부 데이터 서버와 통신함으로써 출력부(12)로 제공되는 훈련내용 컨텐츠를 지속적으로 업데이트 할 수 있다.

센싱부(14)는 훈련내용 컨텐츠에 맞추어 환자가 수행하는 운동을 감지할 수 있다. 센싱부(14)는 출력부(12)에서 출력되는 훈련내용 컨텐츠를 따라하는 환자의 운동을 감지할 수 있으며, 감지된 데이터를 제어부(15)로 전달할 수 있다. 이를 위해, 센싱부(14)는 적외선 센서, 카메라 등과 같이 환자의 움직임을 감지하기 위한 센싱 장치를 포함할 수 있다.

제어부(15)는 출력부(12)에서 출력된 훈련내용 컨텐츠에 포함된 영상과 센싱부(14)에서 감지한 환자의 운동을 비교한 결과에 따라 환자의 운동 능력을 평가할 수 있다. 제어부(15)는 평가 결과에 따라 환자의 운동을 보조하는 자극의 발생 위치를 산출할 수 있다.

전기 자극부(17)는 제어부(15)에서 산출한 자극 위치에 부착되어 환자의 운동을 보조할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 상지 재활훈련 장치(1)의 각 구성요소로부터 상지훈련이 수행되는 과정을 상세히 설명하도록 한다.

도 2 및 도 3은 도 1의 상지 재활훈련 장치를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 상지 재활훈련 장치(1)는 환자에게 연결된 전기 자극부(17)가 제어부(15)를 통해 자극 명령을 수신할 수 있다.

상세하게, 전기 자극부(17)는 환자의 양팔을 포함하여 다양한 위치에 부착될 수 있다. 한편, 전기 자극부(17)는 부착되는 위치에 따라 제1 자극부(17a) 또는 제2 자극부(17b)로 구분될 수 있다. 각각의 자극부는 복수의 자극 패치(171, 이하 패치)를 포함할 수 있다.

또한, 입력부(11)를 통해 입력된 환자정보는 제어부(15) 또는 통신부(미도시)로 전달될 수 있다. 이후, 통신부는 환자정보를 데이터 서버로 업로드하여 환자정보에 매칭되는 훈련정보 컨텐츠를 수신할 수 있다. 이때, 통신부를 통해 외부 데이터 서버로 업로드된 환자정보와 유사한 증상을 가진 환자들을 검색하고, 해당 환자들에게 제공된 훈련내용 컨텐츠를 수신함으로써, 훈련내용의 강도를 알맞게 조절할 수 있다. 이후, 제어부(15)는 전기 자극부(17)로 전기 자극 명령을 전달하여 환자의 상지 재활훈련을 보조할 수 있다.

한편, 전술한 과정을 통해 통신부와 데이터 서버간 송수신하거나 자체적으로 저장된 훈련내용 컨텐츠가 포함된 상지 재활훈련 장치(1)는 도 3과 같은 과정을 통해 상지훈련을 수행할 수 있다.

상세하게, 최초 환자정보가 입력부(11)로 입력되면, 입력부(11)는 입력된 환자 정보를 제어부(15)로 전달(①)할 수 있다. 이후, 제어부(15)는 자체 저장된 훈련내용 컨텐츠 또는 통신부(13)로부터 전달받은 훈련내용 컨텐츠를 출력하도록 출력부(12)로 명령을 전달(②)할 수 있다. 출력부(12)를 통해 영상 또는 음성 형태로 출력된 훈련내용 컨텐츠를 통해 환자가 재활훈련을 수행할 수 있으며, 센싱부(14)는 환자의 운동을 감지(③)할 수 있다. 센싱부(14)를 통해 감지된 환자의 운동은 제어부(15)로 전달(④)되며, 제어부(15)는 출력된 훈련내용 컨텐츠와 감지된 환자의 운동의 일치도를 비교하여 환자의 운동을 포함하는 운동 능력을 평가할 수 있다. 동시에, 제어부(15)는 환자의 운동 능력에 점수를 부여할 수 있으며, 운동 능력을 기초로 전기 자극부(17)로 전기 자극 출력 명령을 전달(⑤)할 수 있다. 또한, 제어부(15)는 평가된 환자의 운동 능력을 종합한 데이터를 외부로 전달하는 통신명령을 통신부(13)로 전달할 수 있으며, 이를 통해 전달받은 환자의 운동 능력을 평가한 데이터와 외부에 기저장된 환자의 정보간 매칭을 유도할 수 있다.

상세하게, 제어부(15)는 출력부(12)를 통해 출력된 훈련내용 컨텐츠에 포함된 영상 컨텐츠와 센싱부(14)에서 감지된 환자의 운동을 비교할 수 있다. 이후, 제어부(15)는 훈련내용 컨텐츠와 일치하지 않는 영역을 산출할 수 있으며, 해당 영역의 운동을 위해 움직임이 요구되는 근육의 위치를 산출할 수 있다. 이어서, 제어부(15)는 해당 근육을 자극하여 환자의 운동을 보조하기 위한 상세한 위치를 산출할 수 있다. 제어부(15)는 출력부(12)에서 출력한 훈련내용 컨텐츠와 환자(P)가 수행하는 상지 운동의 일치도에 따라 환자(P)가 수행한 상지 운동의 점수를 부여하여 환자(P)의 상지 운동 능력을 평가할 수 있다.

더욱 상세하게, 제어부(15)는 훈련내용 컨텐츠에 포함된 동작과 환자가 수행한 운동의 일치도, 환자가 운동을 수행하기 위해 소요된 시간, 환자가 일정한 자세를 유지하고 있는 시간 등에 따라 점수를 차등적으로 부여하여 환자의 운동 능력을 평가할 수 있다. 한편, 제어부(15)에서 환자의 운동 능력을 평가하는 기준은 전술한 내용에 제한되지 않으며, 설정된 기준에 따라 다양한 평가기준이 적용될 수 있다.

이후, 제어부(15)는 평가된 환자의 상지 운동 능력을 종합한 데이터를 외부 데이터 서버로 전달하는 통신명령을 생성하여 통신부로 전달할 수 있다. 이를 통해, 제어부(15)는 전달받은 환자의 상지 운동 능력을 평가한 데이터와 외부 데이터 서버에 기저장된 환자의 정보 간 매칭을 유도할 수 있다.

제어부(15)는 전기 자극부(17)를 통해 전기 자극이 가해지는 경우, 환자(P)가 운동을 수행한 컨텐츠를 다시 제공하여 전기 자극이 전달되는 상태에서 환자의 상지 운동 수행 능력을 재평가할 수 있다.

이를 위해, 전기 자극부(17)는 제1 자극부(17a) 및 제2 자극부(17b)를 포함할 수 있다. 제1 자극부(17a)와 제2 자극부(17b)를 구분하는 기준은 각 운동이 요구되는 신체영역과의 이격거리에 따라 구분될 수 있으나 이에 제한되지 않으며, 필요에 따라 제3 또는 제4 자극부 등의 추가적인 구분이 이루어진 상태로 복수의 패치(171)가 부착될 수 있다.

상세하게, 패치(171)는 필요에 따라 환자(P)의 다양한 부위에 부착될 수 있다. 일 예로, 좌측 팔에 편마비가 발생한 환자의 경우에는 환자의 전완 및 상완을 포함하는 좌측 팔에 복수의 패치(171)를 부착할 수 있다. 또한, 승모근과 같이 좌측 팔 전체의 운동을 보조하기 위한 근육에 패치(171)가 부착되어 전기 자극을 가할 수 있다. 환자에게 부착된 패치는 동일한 크기 또는 동일한 빈도의 전기 자극을 가할 수 있으나, 패치(171)가 부착된 위치 또는 근육의 특성에 따라 상이한 크기 또는 상이한 빈도의 전기 자극이 가해질 수 있다.

도 2에 도시된 예시는 손목과 손가락의 재활훈련을 수행하는 예시이다. 이 경우, 손과 가까운 영역을 제1 자극부(17a) 손과 먼 영역을 제2 자극부(17b)로 설정할 수 있다. 즉, 제1 자극부(17a)는 환자의 운동부위와 인접한 영역을 의미하고, 제2 자극부(17b)는 제1 자극부(17a)가 부착된 위치보다 환자의 운동부위로부터 이격거리가 큰 영역을 의미할 수 있다. 한편, 재활이 요구되는 신체부위가 변경되면, 이와 유사한 기준으로 제1 자극부 및 제2 자극부가 설정될 수 있다.

제1 자극부(17a) 및 제2 자극부(17b)에는 복수의 패치가 부착될 수 있으며, 제어부(15)는 제1 자극부(17a) 또는 제2 자극부(17b)로 독립적인 전기 자극 출력 명령을 전달할 수 있다.

상세하게, 제어부(15)는 환자가 수행한 운동에 부여된 점수를 기설정된 임계치와 비교하며, 비교 결과에 따라 환자의 운동을 보조하기 위해 전기 자극부의 출력 조건을 변경할 수 있다.

일 예로, 제어부(15)는 환자의 운동 능력 재평가를 통해 산출된 점수가 임계치보다 낮은 경우, 제1 자극부(17a)에 전기 자극을 출력하는 명령을 전달하고, 훈련내용 컨텐츠의 재출력시 감지된 환자의 운동을 기초로 환자의 운동 능력을 재평가할 수 있다. 즉, 제어부(15)는 최초 전기 자극이 가해지지 않은 상태에서 환자의 운동능력을 평가하고, 이후 제1 자극부(17a)에 선택적으로 자극이 가해진 상태에서 환자의 운동능력을 재평가함으로써 제1 자극부(17a)에 의한 자극을 통해 환자의 운동이 보조되는 정도를 산출할 수 있다. 이때, 제1 자극부(17a)에 의한 자극이 환자의 운동을 충분히 보조하지 못하는 경우 제1 자극부(17a)에서 출력되는 자극의 강도를 변경할 수 있다.

상세하게, 제어부(15)는 제1 자극부가 선택적으로 자극을 출력하는 상황에서 환자의 운동 능력 재평가를 통해 산출된 점수가 임계치보다 낮은 경우, 제1 자극부(17a)에서 출력되는 전기 자극의 강도를 높이는 명령을 생성하고, 강도가 향상된 전기 자극이 출력된 상태에서 환자의 운동 능력을 재평가할 수 있다.

이처럼, 제어부(15)는 전기 자극부(17) 중 운동부위와 인접한 영역에 선택적으로 전기자극을 가하거나, 가해지는 전극의 강도를 변경시키기 위한 출력 명령을 전달할 수 있으며, 이를 통해 운동능력의 저하가 심하지 않은 환자의 운동을 용이하게 보조할 수 있다.

또한, 제어부(15)는 제1 자극부(17a)에서 강화된 자극을 출력하는 상황에서 환자의 운동 능력 재평가를 통해 산출된 점수가 임계치보다 낮은 경우, 제2 자극부(17b)에 전기 자극을 출력하는 명령을 전달하고, 훈련내용 컨텐츠의 재출력시 감지된 환자의 운동을 기초로 환자의 운동 능력을 재평가할 수 있다. 즉, 제어부(15)는 최초 전기 자극이 가해지지 않은 상태에서 환자의 운동능력을 평가하고, 이후 제1 및 제2 자극부(17a, 17b)를 통해 모든 영역에 자극이 가해진 상태에서 환자의 운동능력을 재평가함으로써 제1 자극부(17a) 및 제2 자극부(17b)에 의한 자극을 통해 환자의 운동이 보조되는 정도를 산출할 수 있다. 이때, 제1 자극부(17a) 및 제2 자극부(17b)에 의한 자극이 환자의 운동을 충분히 보조하지 못하는 경우 제2 자극부(17b)에서 출력되는 자극의 강도를 변경할 수 있다.

상세하게, 제어부(15)는 제1 자극부(17a)에서 강화된 자극을 출력하고 제2 자극부(17a)에서 자극을 출력하는 상황에서 환자의 운동 능력 재평가를 통해 산출된 점수가 상기 임계치보다 낮은 경우, 제2 자극부(17b)에서 출력되는 전기 자극의 강도를 높이는 명령을 생성하고, 강도가 향상된 전기 자극이 출력된 상태에서 환자의 운동 능력을 재평가할 수 있다.

해당 실시 예는, 운동 능력의 저하가 많이 진행되거나, 순차적으로 운동 능력이 저하되는 환자에게 적용될 수 있다. 특히, 운동 능력이 저하되는 환자들은 전기 자극이 가해지는 영역을 넓힘과 동시에 전기 자극의 강도를 변경시킴으로써 운동을 보조하는 자극을 강화할 수 있다.

한편, 제어부(15)는 환자가 수행한 운동에 부여된 점수가 기설정된 임계치 이상인 경우, 전기 자극의 출력을 정지하는 명령을 전기 자극부로 전달할 수 있다. 즉, 운동 능력이 향상되어 안정적인 운동 능력이 확인되는 경우 순차적으로 각 자극부에서 출력되는 강도를 약화시키고, 자극이 전달되는 영역을 축소시킬 수 있다.

이처럼, 제어부(15)는 환자의 운동 능력에 따라 가해지는 전극의 강도를 변경시키기 위한 출력 명령을 전달할 수 있으며, 이를 통해 다양한 환자에게 알맞은 조건으로 전기 자극을 전달할 수 있다.

또한, 제어부(15)는 최초 평가 및 재평가 시 평가된 운동 능력을 데이터화 하여 전기 자극에 의한 운동 능력 향상 효과를 그래프 또는 점수 등으로 나타낼 수 있다.

제어부(15)의 이 같은 특성은 환자(P)의 운동 수행 능력을 기초로 산출한 점수를 기설정된 임계치와 비교함으로써 환자(P)의 재활훈련의 강도를 조절하기 위한 데이터로 사용될 수 있다. 이와 관련된 상세한 설명은 하기의 도 4a 내지 도 4c 및 도 5를 통해 상술하도록 한다.

이하에서는, 상지 재활훈련 장치(1)와 환자(P) 간 상호작용에 따라 제어부(15)가 운동 수행 능력을 평가하는 과정을 도면을 통해 설명하도록 한다.

도 4a 내지 도 4c는 도 1의 상지 재활훈련 장치를 통해 출력되는 훈련내용 컨텐츠의 예시를 나타내고, 도 5는 도 1의 상지 재활훈련 장치에서 출력된 훈련내용 컨텐츠를 따라하는 환자의 모습을 나타낸 개략도이다.

출력부(12)는 도 4a와 같이 환자의 한쪽 팔만 일정 높이로 유지하는 영상 형태의 훈련내용 컨텐츠를 출력할 수 있다. 또한, 출력부(12)는 "우측 팔을 들어올려주세요"와 같은 형태의 음성 컨텐츠를 동시에 출력함으로써 환자(P)의 상지 훈련을 보조할 수 있다.

유사하게, 출력부(12)는 도 4b와 같이 환자의 양 팔을 높게 들어올리는 자세를 유도하는 영상 형태의 훈련내용 컨텐츠를 출력할 수 있다. 또한, 출력부(12)는 "양 팔을 들어올려 만세해 주세요"와 같은 형태의 음성 컨텐츠를 동시에 출력함으로써 환자(P)의 상지 훈련을 보조할 수 있다.

이어서, 출력부(12)는 도 4c와 같이 만세자세로부터 환자의 한쪽 팔만 내리는 자세를 유도하는 영상 형태의 훈련내용 컨텐츠를 출력할 수 있다. 또한, 출력부(12)는 "좌측 팔만 내려주세요"와 같은 형태의 음성 컨텐츠를 동시에 출력하여, 연속적인 동작을 유도함으로써 환자(P)의 상지 훈련을 보조할 수 있다.

출력부(12)를 통해 출력되는 화면에 따라 환자(P)는 도 5와 같이 동작을 따라할 수 있으며, 이 경우 센싱부(14)에 포함된 모션센서, 카메라 등을 통해 환자의 움직임이 감지될 수 있다. 제어부(15)는 센싱부(14)를 통해 감지된 환자의 움직임을 출력된 영상 컨텐츠와 비교함으로써 일치도에 따라 점수를 부여할 수 있다.

일 예로, 제어부(15)는 운동 수행 능력을 평가한 점수가 목표치로 설정된 점수 범위 내에 포함되는 경우, 환자에게 정상상태를 알리는 메시지를 출력하기 위한 명령을 생성하고, 환자의 상지 운동을 위한 훈련내용 컨텐츠를 유지할 수 있다.

다른 예로, 제어부(15)는 운동 수행 능력을 평가한 점수가 목표치로 설정된 점수 범위보다 낮게 평가된 경우, 환자에게 경고 메시지를 출력하기 위한 명령을 생성하고, 환자의 상지 운동 능력을 강화시키기 위한 훈련내용 컨텐츠를 검색하기 위한 명령을 생성하고, 외부로부터 변경된 훈련내용 컨텐츠를 수신하여 환자의 훈련내용을 강화시킬 수 있다.

또 다른 예로, 제어부(15)는 운동 수행 능력을 평가한 점수가 목표치로 설정된 점수 범위보다 높게 평가된 경우, 환자 및 환자의 보호자에게 안심 메시지를 출력하기 위한 명령을 생성하고, 상지 운동의 빈도를 점진적으로 감소시키기 훈련 계획을 수립할 수 있으며, 훈련강도가 약화된 훈련내용 컨텐츠를 외부로부터 수신하여 환자의 훈련 강도를 약화시킬 수 있다.

한편, 제어부(15)는 환자의 운동 수행 능력이 목표치에서 유지되다가 목표치를 벗어나거나, 이와는 반대로 목표치를 벗어난 상태에서 목표치로 진입하게 되는 경우에는 전술한 예시를 복합적으로 수행하여 환자의 운동 수행 능력이 일정 수준을 유지하도록 훈련 계획을 유동적으로 변경할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 상지 재활훈련 방법에 대하여 설명한다. 하기의 설명에서 상지 재활훈련 장치의 구성 및 특성과 관련되어 중복된 부분은 생략하며, 상지 재활훈련 방법에 관련한 서술을 추가적으로 기재하도록 한다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 상지 재활훈련 방법의 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 상지 재활훈련 방법은 훈련 준비 단계(S1), 컨텐츠 제공 단계(S3), 운동 평가 단계(S5) 및 피드백 전달 단계(S7)을 포함한다.

훈련 준비 단계(S1)에서는 상지 재활훈련 장치에서 환자의 상태 또는 정보를 입력받을 수 있다. 훈련 준비 단계(S1)에서는 입력받은 환자의 상태 또는 정보를 데이터화 할 수 있다. 훈련 준비 단계(S1)에서는 상지 재활훈련 장치를 통해 환자의 마비 상태, 환자의 신체 사이즈, 환자의 나이 등의 정보를 입력받을 수 있다. 훈련 준비 단계(S1)에서는 입력받은 정보를 기초로 환자의 데이터를 생성할 수 있으며, 이를 통해 환자의 상태를 지속적으로 추적, 관리할 수 있다.

컨텐츠 제공 단계(S3)에서는 상지 재활훈련 장치를 통해 환자의 운동을 유도하는 신체부위의 움직임을 가이드하는 영상 또는 음성형태의 훈련내용 컨텐츠를 출력할 수 있다. 컨텐츠 제공 단계(S3)에서는 훈련내용 컨텐츠에 따라 환자의 운동을 유도할 수 있다.

상세하게, 컨텐츠 제공 단계(S3)에서는 고령자 또는 아이들이 재활대상인 경우, 훈련내용 컨텐츠를 재생시키기 위한 음성안내가 출력될 수 있다. 또한, 컨텐츠 제공 단계(S3)에서는 영상형태의 훈련내용 컨텐츠와 함께 동작을 유도하기 위한 음성안내가 출력될 수 있다.

또한, 컨텐츠 제공 단계(S3)에서는 특정 동작을 반복적으로 수행하기 위한 영상이 출력될 수 있다. 일 예로, 좌측 팔이 마비된 환자의 재활을 위한 훈련내용 컨텐츠가 재생되는 경우에는, 우측 팔의 운동과 관련된 컨텐츠는 배제되고 좌측 팔의 운동과 관련된 컨텐츠를 반복적으로 출력하여 환자의 훈련 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 컨텐츠 제공 단계(S3)에서는 환자가 상지 재활훈련 장치를 조작하여 출력되는 훈련내용 컨텐츠를 변경함으로써 재활훈련을 능동적으로 수행할 수 있다.

컨텐츠 제공 단계(S3)에서는 훈련 준비 단계(S1)에서 입력된 데이터를 기초로 환자의 데이터와 유사한 다른 환자의 데이터를 검색하고, 다른 환자에게 제공된 훈련내용 컨텐츠를 수신하여 환자의 상지 운동을 유도할 수 있다.

즉, 컨텐츠 제공 단계(S3)에서는 훈련 준비 단계(S1)를 통해 입력받은 정보와 이에 맞추어 대응되는 훈련내용 컨텐츠를 매칭시킬 수 있으며, 이를 데이터화 함으로써 환자의 재활과정을 기록할 수 있다. 이처럼, 컨텐츠 제공 단계(S3)에서 기록된 재활과정은 추후 환자의 재활 경과를 확인하는 자료로 사용될 수 있으며, 다른 마비 환자들에게 훈련내용 컨텐츠를 제공하기 위한 참고자료로 사용될 수 있다.

운동 평가 단계(S5)에서는 상지 재활훈련 장치를 통해 환자가 수행한 운동을 유도하는 신체부위의 움직임을 감지할 수 있다. 운동 평가 단계(S5)에서는 환자의 감지된 움직임과 훈련내용 컨텐츠에 포함된 영상을 비교할 수 있다. 운동 평가 단계(S5)에서는 비교결과를 기초로 환자의 상지 운동 수행 능력을 평가 점수를 부여할 수 있다.

일 예로, 운동 평가 단계(S5)에서는 훈련내용 컨텐츠를 통해 출력되는 영상 컨텐츠와 환자가 수행한 상지 운동의 일치도에 따라 환자가 수행한 상지 운동의 점수를 부여할 수 있다.

상세하게, 운동 평가 단계(S5)에서는 환자의 자세를 감지하고, 환자가 취한 자세와 상이한 자세를 취하도록 훈련내용 컨텐츠를 출력할 수 있으며, 훈련내용 컨텐츠의 출력 이후 환자가 변경된 자세를 취하는 데 걸리는 시간을 측정하여 운동의 점수를 부여할 수 있다. 또한, 운동 평가 단계(S5)에서는 누적된 데이터와 환자가 수행한 운동을 비교하여 환자 상태의 변화 정도를 확인할 수 있다.

유사하게, 운동 평가 단계(S5)에서는 손가락을 다양한 형태로 접거나 펼친 영상 또는 이미지를 출력하고, 환자가 취하는 자세를 감지하여 일치하는 정도에 따라 점수를 차등적으로 부여할 수 있다. 이때, 운동 평가 단계(S5)에서는 환자가 취하지 못하는 자세 또는 일치하는 정도가 낮은 손가락에 대한 데이터를 산출할 수 있으며, 해당 자료를 피드백 전달 단계(S7)로 전달할 수 있다.

또한, 운동 평가 단계(S5)에서는 일정한 자세를 유지하는 상태에 대하여, 자세의 변동 없이 유지하고 있는 시간을 기준으로 점수를 차등적으로 부여할 수 있다. 상세하게, 만세자세와 같이 지지하기 위한 보조기구 없이 자세를 유지해야 하는 경우에는 자세가 유지되는 시간을 기록하여 환자의 운동 수행 능력을 평가할 수 있다.

피드백 전달 단계(S7)에서는 운동 평가 단계(S5)의 결과에 따라 환자의 운동을 보조하는 기능적 전기 자극(Functional Electrical Stimulation, FES 이하 생략)이 전달될 신체부위의 위치를 산출할 수 있다. 또한, 피드백 전달 단계(S7)에서는 산출된 신체부위로 전기 자극을 전달할 수 있다.

이후, 피드백 전달 단계(S7)에서는 전기 자극 패치를 통해 전기 자극이 전달될 위치를 선정할 수 있다. 피드백 전달 단계(S7)에서는 출력 조건이 변경된 전기 자극을 전달할 수 있다. 피드백 전달 단계(S7)에서는 환자의 운동을 유도한 훈련내용 컨텐츠 다시 제공하여, 조건이 변경된 전기 자극 하 환자의 운동 능력을 재평가할 수 있다. 이어서, 피드백 전달 단계(S7)에서는 전기 자극이 전달되지 않은 상태에서 수행된 환자의 상지 운동과 전기 자극이 전달된 상태에서 수행된 환자의 상지 운동을 비교할 수 있다.

상세하게, 피드백 전달 단계(S7)에서는 전기 자극이 가해지기 전 환자의 운동 능력과 전기 자극이 가해진 후 환자의 운동능력을 비교하여 전기 자극을 통한 운동 능력의 향상 효과를 확인할 수 있다. 또한, 피드백 전달 단계(S7)에서는 동일한 컨텐츠를 반복 재생할 수 있으며, 컨텐츠에 대응하는 환자의 동작을 센싱하여 환자의 운동 능력을 재평가 한 자료를 기초로 환자의 취약부위를 상세하게 한정할 수 있다. 이후, 한정된 취약부위의 데이터를 수집하여 외과적 시술 또는 수술에 필요한 자료로 활용할 수 있다.

이처럼, 본 발명에 상지 재활훈련 장치 및 방법은 환자가 수행한 운동과 훈련내용 컨텐츠를 비교하여 환자의 운동을 보조할 수 있는 근육부위를 산출하고, 전기자극을 추가함으로써 환자에게 재활훈련에 대한 동기를 부여하여 재활훈련의 효과를 향상시킬 수 있다.

이상에서 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.

1: 상지 재활훈련 장치
11: 입력부
12: 출력부
13: 통신부
14: 센싱부
15: 제어부
17: 전기 자극부
17a: 제1 자극부
17b: 제2 자극부
171: 패치
9: 데이터 서버
P: 환자

Claims

환자의 정보를 입력받는 입력부;
상기 입력부를 통해 입력받은 상기 환자의 정보를 외부로 송신하고, 상기 환자의 정보에 매칭되는 훈련내용 컨텐츠를 외부로부터 수신하는 통신부;
상기 통신부로부터 훈련내용 컨텐츠를 전달받고, 상기 환자의 운동을 유도하기 위한 신체부위의 움직임을 가이드하는 영상 또는 음성형태의 훈련내용 컨텐츠를 출력하는 출력부;
상기 환자가 수행하는 운동을 감지하는 센싱부;
상기 출력부에서 출력된 훈련내용 컨텐츠에 포함된 영상과 상기 센싱부에서 감지한 환자의 운동을 비교한 결과에 따라 상기 환자의 운동 능력을 평가하고, 평가 결과에 따라 환자의 운동을 보조하는 자극의 발생 위치를 산출하는 제어부; 및
상기 제어부에서 산출한 자극 위치에 부착되어 상기 환자의 운동을 보조하는 전기 자극부;를 포함하는, 상지 재활훈련 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 출력부에서 출력한 훈련내용 컨텐츠에 포함된 컨텐츠와 상기 센싱부에서 감지한 환자가 수행하는 운동의 일치도에 따라 상기 환자가 수행한 상지 운동의 점수를 부여하여 환자의 운동 능력을 평가하는, 상지 재활훈련 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 평가된 환자의 상지 운동 능력을 종합한 데이터를 외부로 전달하는 통신명령을 통신부로 전달하여, 상기 전달받은 환자의 상지 운동 능력을 평가한 데이터와 외부에 기저장된 상기 환자의 정보 간 매칭을 유도하는, 상지 재활훈련 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 전기 자극부는,
상기 환자의 운동부위와 인접한 위치에 부착되는 제1 자극부; 및
상기 제1 자극부가 부착된 위치보다 상기 환자의 운동부위로부터 이격거리가 큰 위치에 부착되는 제2 자극부;를 포함하는, 상지 재활훈련 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 환자가 수행한 운동에 부여된 점수를 기설정된 임계치와 비교하며, 비교 결과에 따라 환자의 운동을 보조하기 위해 상기 전기 자극부의 출력 조건을 변경하는, 상지 재활훈련 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 환자의 운동 능력 재평가를 통해 산출된 점수가 상기 임계치보다 낮은 경우, 상기 제1 자극부에 전기 자극을 출력하는 명령을 전달하고, 상기 훈련내용 컨텐츠의 재출력시 감지된 상기 환자의 운동을 기초로 환자의 운동 능력을 재평가하는, 상지 재활훈련 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 자극부가 선택적으로 자극을 출력하는 상황에서 상기 환자의 운동 능력 재평가를 통해 산출된 점수가 상기 임계치보다 낮은 경우, 상기 제1 자극부에서 출력되는 전기 자극의 강도를 높이는 명령을 생성하고, 강도가 향상된 전기 자극이 출력된 상태에서 상기 환자의 운동 능력을 재평가하는, 상지 재활훈련 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 자극부에서 강화된 자극을 출력하는 상황에서 상기 환자의 운동 능력 재평가를 통해 산출된 점수가 상기 임계치보다 낮은 경우, 상기 제2 자극부에 전기 자극을 출력하는 명령을 전달하고, 상기 훈련내용 컨텐츠의 재출력시 감지된 상기 환자의 운동을 기초로 환자의 운동 능력을 재평가하는, 상지 재활훈련 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 자극부에서 강화된 자극을 출력하고 상기 제2 자극부에서 자극을 출력하는 상황에서 상기 환자의 운동 능력 재평가를 통해 산출된 점수가 상기 임계치보다 낮은 경우, 상기 제2 자극부에서 출력되는 전기 자극의 강도를 높이는 명령을 생성하고, 강도가 향상된 전기 자극이 출력된 상태에서 상기 환자의 운동 능력을 재평가하는, 상지 재활훈련 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 환자가 수행한 운동에 부여된 점수가 기설정된 임계치 이상인 경우, 전기 자극의 출력을 정지하는 명령을 상기 전기 자극부로 전달하는, 상지 재활훈련 장치.
상지 재활훈련 장치를 통해 가정 또는 사무실에서 상지 마비 환자의 재활을 수행하는 상지 재활훈련 방법에 있어서,
상기 상지 재활훈련 장치에서 환자의 상태 또는 정보를 입력받아 데이터화 하는 훈련 준비 단계;
상기 상지 재활훈련 장치를 통해 상기 환자의 운동을 유도하는 신체부위의 움직임을 가이드하는 영상 또는 음성형태의 훈련내용 컨텐츠를 출력하고, 상기 훈련내용 컨텐츠에 따라 상기 환자의 운동을 유도하는 컨텐츠 제공 단계;
상기 상지 재활훈련 장치를 통해 상기 환자가 수행한 운동을 유도하는 상기 신체부위의 움직임을 감지하고, 상기 환자의 감지된 움직임과 상기 훈련내용 컨텐츠에 포함된 영상을 비교하며, 비교결과에 따라 상기 환자의 운동 수행 능력에 평가 점수를 부여하는 운동 평가 단계; 및
상기 운동 평가 단계의 결과에 따라 환자의 운동을 보조하는 기능적 전기 자극(FES, Functional Electrical Stimulation)이 전달될 신체부위의 위치를 산출하여 전기 자극을 전달하는 피드백 전달 단계;를 포함하는, 상지 재활훈련 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 피드백 전달 단계는,
전기 자극 패치를 통해 상기 전기 자극이 전달될 위치를 선정하여 출력 조건이 변경된 전기 자극을 전달하고, 상기 환자의 운동을 유도한 훈련내용 컨텐츠를 다시 제공하여, 조건이 변경된 전기 자극 하 상기 환자의 운동 능력을 재평가하는, 상지 재활훈련 방법.