KR20210000782A - 가상현실 게임 및 복합 생체신호 센서 기반의 전정-안반사 재활 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가상현실 게임 및 복합 생체신호 센서 기반의 에 관한 것으로, 이는 머리 착용형 디스플레이 장치에 부착 또는 설치된 시선추적기(eye tracker), 관성측정센서(IMU sensor)를 이용하여 환자의 머리 움직임과 안구 움직임을 센싱 및 통보하는 센싱부; VOR(Vestibulo-Ocular Reflex) 기능 평가가 요청되면, VOR 기능 평가를 위한 게임을 구성 및 제공한 후, 머리 대비 안구 이동 비율을 산출 및 정량화하여 VOR 이득을 획득하는 VOR 기능 평가부; 재활 운동이 요청되면, 상기 환자의 VOR 이득에 기반하여 재활 게임의 종류와 순서, 재활 레벨을 결정하는 환자 맞춤 제어부; 및 상기 재활 게임의 종류와 순서에 따라 원활 추종 운동, 단속 운동, VOR 재활 운동, 증폭 VOR 재활운동, 억제 VOR 재활운동 중 적어도 하나를 위한 게임을 구성 및 제공하되, 상기 재활 레벨에 따라 게임 난이도를 결정하는 재활 게임 제공부를 포함할 수 있다.

Description

가상현실 게임 및 복합 생체신호 센서 기반의 전정-안반사 재활 장치{Rehabilitation apparatus for improving vestibulo-ocular reflex based on virtual reality games and multiple bio-signal sensors}

본 발명은 머리 착용형 디스플레이 장치, 시선추적기(eyetracker), 및 관성측정센서(IMU sensor, gyrosensor)를 이용하여 전정-안반사 기능을 평가하고, 전정-안반사 기능에 최적화된 재활 운동을 가상 현실 게임 방식으로 수행할 수 있도록 하는 가상현실 게임 및 복합 생체신호 센서 기반의 전정-안반사 재활 장치에 관한 것이다.

전정 기능은 전정-안반사(vestibulo-ocular reflex, VOR)로 표현 가능하며, 이는 간단히 요약하면 머리가 회전하는 반대 방향으로 안구 움직임을 유발하는 기능을 말한다. VOR를 통해 인간을 포함한 동물은 머리 움직임에 관계없이 특정 지점 혹은 물체를 지속적으로 주시할 수 있게 된다.

양측 내이(內耳)에 위치하는 전정 기관의 기능이 다양한 원인으로 손상되는 전정 기능 이상이 발생하는 경우, VOR에 이상이 발생하여, 머리가 회전하는 만큼 시선이 반대방향으로 회전하지 못하는 현상이 발생한다.

이러한 전정 기능 장애는 다양한 시선 및 머리 회전 운동으로 구성된 전정 재활 운동을 통해 개선 가능하다. 다만, 종래의 전정 재활 운동은 시선 회전, 머리 회전 등의 동작을 단순히 반복하는 프로그램으로 구성되어 쉽게 흥미가 떨어지고 이로 인해 실제 시행 비율이 매우 낮은 단점을 가진다.

종래의 전정재활운동은 전정기능의 감소 정도에 관계없이 동일한 프로그램을 구성 및 제공함으로써, 환자별 맞춤형 치료가 불가능한 한계가 있다. 또한 재활훈련 및 자연회복과정을 통해 호전되는 전정기능에 대한 고려 없이, 동일한 프로그램을 지속하여 제공함으로써, 치료의 효율성이 떨어지는 문제도 있다.

한편, 전정기능 측정을 위해서는 병원에 내원하여 고가의 전정기능검사를 시행해야 되는 불편함이 있으며, 별도의 전정기능 측정 장치를 이용하여 전정 기능을 측정해야 하므로, 재활 운동 중에는 전정 기능을 측정하지 못하는 한계가 있다.

또한 감각 대치(substitution) 방법으로 사용되는 시각 기능 훈련도 그 기능의 호전을 평가하기 위해서는, 병원에 내원하여 고가의 기존 측정 장비를 통해 평가해야 되므로 실질적으로 재활 과정에서 측정되지 않고 많은 검사 비용을 별도로 부담해야 되는 한계를 가진다.

국내공개특허 10-2016-0005519(공개일: 2016년01월15일)

이에 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 머리 착용형 디스플레이 장치 및 시선추적기(eye tracker), 관성측정센서(IMU sensor, gyrosensor)를 이용하여 환자의 VOR 기능을 실시간 평가할 수 있도록 하는 가상현실 게임 및 복합 생체신호 센서 기반의 전정-안반사 재활 장치을 제공하고자 한다.

또한 환자의 VOR 기능에 최적화된 재활 운동을 가상 현실 게임 방식으로 수행할 수 있도록 하는 가상현실 게임 및 복합 생체신호 센서 기반의 전정-안반사 재활 장치을 제공하고자 한다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면 가상현실 게임 및 복합 생체신호 센서 기반의 전정-안반사 재활 장치에 있어서, 머리 착용형 디스플레이 장치에 부착 또는 설치된 시선추적기(eye tracker), 관성측정센서(IMU sensor)를 이용하여 환자의 머리 움직임과 안구 움직임을 센싱 및 통보하는 센싱부; VOR(Vestibulo-Ocular Reflex) 기능 평가가 요청되면, VOR 기능 평가를 위한 게임을 구성 및 제공한 후, 머리 대비 안구 이동 비율을 산출 및 정량화하여 VOR 이득을 획득하는 VOR 기능 평가부; 재활 운동이 요청되면, 상기 환자의 VOR 이득에 기반하여 재활 게임의 종류와 순서, 재활 레벨을 결정하는 환자 맞춤 제어부; 및 상기 재활 게임의 종류와 순서에 따라 원활 추종 운동, 단속 운동, VOR 재활 운동, 증폭 VOR 재활운동, 억제 VOR 재활운동 중 적어도 하나를 위한 게임을 구성 및 제공하되, 상기 재활 레벨에 따라 게임 난이도를 결정하는 재활 게임 제공부를 포함하는 가상현실 게임 기반의 전정-안반사 재활 장치를 제공한다.

상기 환자 최적부는 재활 운동이 수행되는 동안, 상기 재활 게임 제공부의 게임 결과를 고려하여 상기 재활 게임의 종류와 순서, 재활 레벨을 수시 조정하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 VOR 기능 평가부는 시선은 화면의 시선 목표를 주시하고, 기 설정된 각도 및 속도로 머리 회전을 유발하는 게임을 구성 및 제공하여, VOR를 유도하는 것을 특징으로 한다.

상기 재활 게임 제공부는 원활 추종 운동이 요청되면, 시선이 정해진 속도로 부드럽게 이동되는 시선 목표를 시선 추적하도록 하는 게임을 구성 및 제공한 후, 시선 목표 대비 안구 이동 비율을 산출 및 분석하여 게임 클리어 여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.

상기 재활 게임 제공부는 단속 시선 운동이 요청되면, 시선이 한 곳에서 다른 곳으로 순간 이동되는 시선 목표를 시선 추적하도록 하는 게임을 구성 및 제공한 후, 시선 목표 대비 안구 이동 비율을 산출 및 분석하여 게임 클리어 여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.

상기 재활 게임 제공부는 VOR 재활운동이 요청되면, 시선을 고정시킨 채 머리만이 기 설정된 각도와 속도로 회전되도록 하는 게임을 구성 및 제공한 후, 시선 목표 대비 안구 이동 비율을 산출 및 분석하여 게임 클리어 여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.

상기 재활 게임 제공부는 증폭 VOR 재활운동이 요청되면, 기 설정된 각도와 속도의 머리 운동을 유발하면서, 시선 목표는 머리 회전에 비해 일정 비율 이상 더 회전되도록 하여 더 큰 범위의 안구 운동을 유발하는 게임을 구성 및 제공한 후, 시선 목표 대비 안구 이동 비율을 산출 및 분석하여 게임 클리어 여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.

상기 재활 게임 제공부는 억제 VOR 재활운동이 요청되면, 기 설정된 각도와 속도의 머리 운동을 유발하면서, 시선 목표는 머리 회전에 비해 일정 비율로 적게 회전되도록 억제하는 안구 운동을 유발하는 게임을 구성 및 제공한 후, 시선 목표 대비 안구 이동 비율을 산출 및 분석하여 게임 클리어 여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.

상기 재활 게임 제공부는 환자의 집중도를 모니터링하되, 집중도가 기 설정치 이상 떨어지면 주의력 환기용 정보를 추가 생성 및 제공하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 재활 게임 제공부는 시선 목표의 이동 속도, 머리의 회전 속도, 배경 화면의 이동 속도 중 적어도 하나를 통해 게임 난이도를 조정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 머리 착용형 디스플레이 장치, 시선추적기(eye tracker), 관성측정센서(IMU sensor)를 이용하여 개별 환자의 전정-안반사 기능을 보다 간단하고 손쉽게 평가할 수 있도록 한다.

또한 가상현실 게임방식의 전정 재활 운동을 수행할 수 있도록 하되, VOR 기능에 따라 게임 난이도를 수시 조정할 수 있도록 함으로써, 환자 맞춤형 및 동기 부여형 전정 재활 운동이 가능하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 게임 방식에 기반한 전정-안반사 재활 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱부의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 VOR 기능 평가 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 재활 게임 제공 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 원활 추종 운동을 지원하기 위한 게임 화면의 일례를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단속 시선 운동을 지원하기 위한 게임 화면의 일례를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 VOR 재활 운동을 지원하기 위한 게임 화면의 일례를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭 VOR 재활 운동을 지원하기 위한 게임 화면의 일례를 도시한 도면이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 억제 VOR 재활 운동을 지원하기 위한 게임 화면의 일례를 도시한 도면이다.

본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 환자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 게임 방식에 기반한 전정-안반사 재활 장치를 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전정 기능 재활 장치(100)는 영상을 가상현실 방식으로 재생할 수 있는 머리 착용형 디스플레이 장치(200)와 상호 연동되는 장치로, 센싱부(110), VOR(Vestibulo-Ocular Reflex) 평가부(120), 환자 맞춤 제어부(130), 및 재활 게임 제공부(140) 등을 포함한다.

이때, 머리 착용형 디스플레이 장치(200)는 눈 전체를 감싸는 HMD(Head Mounted Display), 사용자의 눈 가까이에 작은 디스플레이만 적용한 안경형 디스플레이 등으로 구현될 수 있으며, 이는 게임 화면과 같은 영상을 가상현실 방식으로 재생함으로써, 환자가 마치 가상현실 세계 내에 존재하는 듯한 몰입감을 제공할 수 있도록 한다.

센싱부(110)는 머리 착용형 디스플레이 장치에 부착 또는 설치되는 움직임 센서(111)와 시선 추적기(112)를 포함하고, 이들을 통해 환자 머리 움직임과 안구 움직임을 센싱 및 출력한다.

VOR 기능 평가부(120)는 환자에 의해 VOR 기능 평가가 요청되면, 시선 목표를 화면 중앙에 위치 고정시키고 배경 화면만 기 설정 각도 회전되는 게임 화면을 통해 안구와 머리의 움직임을 동시 유도하는 게임을 구성 및 제공한다. 그리고 센싱부(110)의 센싱 결과에 기반하여 머리 대비 안구 이동 비율을 산출 및 정량화하여 VOR 이득을 획득 및 저장한다.

참고로, 실제 일상생활 중에는 위와 같은 머리 회전과 안구 운동이 동시에 일어나며, 머리 회전과 동시에 시선 목표 또한 다양한 방향과 속도(각속도, 각가속도)로 이동하는 재활운동이 난이도가 높지만 가장 현실적인 재활운동의 형태가 된다. 예를 들어, 머리가 우측으로 이동하는 동안 시선 목표가 좌측으로 이동한다면 VOR에 더하여 안구운동계가 활성화되어야 되므로, 두 가지 기능의 가중효과를 볼 수 있다. 반대로 머리가 우측으로 이동하는 동안 시선 목표도 우측으로 이동한다면 머리 회전에 대하여 안구를 같은 방향으로 반대로 이동시키는 VOR가 억제되어야 된다. 따라서 단순해 보이지만 두 가지 구성은 생리학적으로 전혀 다른 기능을 평가하고 재활하는 방법이 된다.

이에 본 발명에서는 VOR 기능 평가부(120)를 통해 머리와 안구가 동시에 움직이도록 하고, 이때의 이동 패턴을 비교 분석함으로써 VOR 기능을 평가하도록 한다.

환자 맞춤 제어부(130)는 재활 운동이 요청되면, 환자의 VOR 이득에 기반하여, 해당 환자의 재활 게임의 종류와 순서, 재활 레벨을 결정한다. 그리고 재활 운동이 수행되는 동안에는 재활 게임 제공부(140)의 게임 결과를 고려하여 재활 게임의 종류와 순서, 재활 레벨을 수시 조정하도록 한다.

재활 게임 제공부(140)는 환자 맞춤 제어부(130)에 의해 결정된 재활 게임의 종류와 순서에 따라 환자에게 제공될 재활 게임 종류 및 순서를 결정하고, 재활 레벨에 따라 게임 난이도를 조정하도록 한다. 이때, 게임 난이도는 머리 회전, 시선 목표를 포함한 화면의 이동 범위 및 이동 속도(즉, 각속도, 각가속도 중 적어도 하나 이상) 중 적어도 하나에 의해 결정되며, 게임 난이도에 비례하여 시선 목표 또는 배경 화면의 이동 범위 및 이동 속도가 증가하도록 한다. 즉, 환자 각각의 VOR 이득 및 재활 운동 이력을 기반으로 환자 상태를 파악하고, 이를 기반으로 환자 상태에 최적화된 재활 게임을 맞춤형으로 구성 및 제공할 수 있도록 한다.

참고로, 전정 재활 운동으로는 이동하는 목표를 부드럽게 주시하는 원활 추종 운동(smooth pursuit), 한 곳에서 다른 곳으로 시선을 빠르게 이동하는 단속 시선 운동(saccade), 머리 회전과 반대 방향으로 비례하는 크기와 속도로 안구 이동을 유발하여 특정 목표지점을 주시할 수 있도록 유도하는 VOR 재활 운동(VOR) 등이 있다.

이와 함께, VOR 재활운동의 효과를 증가시키기 위하여 머리 회전이 일어날 때에 회전 반대 방향으로 시선 목표를 머리 회전 크기 혹은 속도 보다 더 회전시키는 증폭 VOR 재활운동(augmentation VOR rehabilitation mode), 반대로, 머리 회전과 같은 방향으로 이동하는 물체를 안정적으로 주시하기 위해 머리 회전이 일어날 때에 회전과 반대방향으로의 시선 목표 이동을 제한하는 억제 VOR 재활운동(suppression VOR rehabilitation mode)을 포함한다.

이에 본 발명에서는 환자의 VOR 기능 및 목적에 따라 원활 추종 운동, 단속 시선 운동, VOR 재활운동, 증폭 VOR 재활운동, 억제 VOR 재활운동 중 적어도 하나를 위한 게임을 선택적으로 구성하여 제공할 수 있도록 한다.

더하여, 재활 게임 제공부(140)는 환자의 집중도를 모니터링하고, 집중 정도가 기 설정치 이상 떨어지면 주의력 환기용 정보를 추가 생성 및 제공할 수 있도록 한다.

이때, 환자의 집중도는 시선 추적기(112)를 통해 센싱되는 시각 목표 주시 빈도, 주시 시간, 눈 감김 패턴을 기반으로 유추되거나, 게임 점수의 변화 패턴(즉, 게임 점수의 급격한 하락)으로부터 유추될 수 있다. 그리고 주의력 환기용 정보는 시선 목표와 배경화면의 크기, 색깔, 형태(예를 들어, 무서운 이미지 또는 지인 사진으로 변화)를 변화시키는 방식, 또는 소리 자극 방식으로 구현 및 제공될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 재활 운동의 정확성과 효율성을 증가시키고 재활 프로그램 진행을 위한 인력 감축을 실현할 수 있도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱부의 상세 구성을 도시한 도면이다.

도 2를 참고하면, 센싱부(110)는 움직임 센서(111), 시선 추적기(112), 및 동기화부(113) 등을 포함한다.

움직임 센서(111)는 각속도 센서, 가속도 센서, 중력 센서, 나침판 센서 중 적어도 하나를 통해 구현되며, 사용자 머리 움직임을 3차원적으로 센싱 및 통보한다.

시선 추적기(112)는 홍채 또는 동공에 기반하여 안구 움직임(즉, 시선)을 센싱 및 통보한다.

동기화부(113)는 사용자 머리 움직임과 안구 움직임을 시간 기준으로 동기화시켜 출력하도록 한다. 이는 동일 시간 기준으로 사용자 머리 움직임 정도와 안구 움직임 정도를 비교할 수 있도록 하기 위함이다.

도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 VOR 기능 평가 방법을 설명하기 위한 도면이다.

만약, 환자 또는 의료진이 조작 패널(150)을 통해 VOR 기능 평가를 요청하면, VOR 기능 평가부(120)는 도 3의 (a)와 같이, 기 설정된 각도와 속도(가속도)의 머리 회전이 유도되도록 하고 시각 목표물(Target) 및 배경화면을 포함하는 가상현실(VR) 화면 전체가 머리 회전 반대방향으로 회전하는 게임 화면을 구성 및 제공하여, 환자가 자신의 시선을 시선 목표에 고정시킨 상태에서 다양한 방향과 속도로 머리 회전하기를 유도한다.

VOR이 정상 상태이면, 환자는 도 3의 (b)에서와 같이 시선이 머리 회전 방향의 반대 방향으로 동일 방향 및 크기로 회전하면서, 화면 중앙의 시선 목표를 계속하여 주시하게 된다.

그러나 VOR 이상 상태라면, 환자는 도 3의 (c)에서와 같이 시선을 머리 이동 각도 만큼 회전하지 못하게 되어, 안구 이동 각도와 머리 이동 각도 간에는 소정의 편차가 발생하게 된다.

이에 본 발명에서는 움직임 센서(111)와 시선 추적기(112)를 이용하여 머리와 안구의 이동 각도 및 이동 속도를 측정하고, 머리 대비 안구 이동 비율(즉, VOR 이득)을 기반으로 VOR 기능의 이상 여부, 더 나아가 VOR 기능이 이상 정도를 파악하도록 한다. 특히, 본 발명에서는 이동 속도를 각속도와 각가속도 구분하여 VOR 이득을 파악함으로써, 보다 세밀한 VOR 이득 산출 동작이 수행될 수 있도록 한다.

[수학식 1]

(발명자 검토 요청 사항: 비대칭(asymmetry)을 획득한다고 하셨는데, 이의 산출 방법에 대한 설명 추가 부탁드립니다)

즉, VOR 이득(VOR gain)이 “1”에 가까우면(예를 들어, 0.8 이상이면), VOR 정상 상태임을, “0”에 가까울수록 VOR 이상 정도가 심각함을 확인 및 통보하도록 한다.

또한, 이와 같은 회전 운동을 좌, 우측 방향으로 각각 시행하면, VOR 기능이 정상인 측은 이득이 정상에 가깝게 측정되지만, VOR 기능에 이상이 발생하였다면, 이득이 감소하게 된다. 따라서 좌, 우측 회전 운동에 따른 이득을 비교하면, 전정-안반사 기능의 비대칭을 계산할 수 있고, 이를 바탕으로 VOR 이상이 발생한 병변측을 구별할 수도 있게 된다. 이를 간단히 수학식을 요약하면 아래와 같다.

[수학식 2]

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 재활 게임 제공 방법을 설명하기 위한 도면이다.

먼저, VOR 이득을 기반으로 환자에게 제공될 재활 게임의 종류, 순서, 게임 난이도를 결정한다. 즉, VOR 이득을 기반으로 환자 상태를 유추하고, 환자 상태에 최적화된 재활 스케쥴을 결정 및 저장하도록 한다(S1).

만약, 환자에게 제공될 현재 게임이 원활 추종 운동용 게임이면(S2), 재활 게임 제공부(140)는 도 5에서와 같이 시선 목표가 정해진 속도로 부드럽게 이동되는 게임 화면을 구성 및 제공하면서, 환자가 시선 목표를 계속하여 시선 추적하기를 유도한다(S3).

그리고 시선 추적기(112)를 이용하여 안구 이동 각도를 센싱한다(S4).

그리고 안구 이동 각도와 시선 목표 이동 각도와 비교하여, 시선 목표 대비 안구 이동 비율(Oculomotor gain)을 산출한 후, 이를 기 설정된 게임 목표치(예를 들어, 0.8)와 비교하여 게임 클리어 여부를 판단한다(S5).

그리고 환자가 게임 클리어할 때까지 해당 게임을 반복적으로 제공하되, 환자가 해당 게임을 게임 클리어하면, 게임 결과를 반영하여 재활 스케쥴을 업데이트 한 후, 다음에 제공할 게임을 확인하도록 한다(S6).

이에 환자에게 제공될 게임이 단속 시선 운동용 게임이면(S7), 재활 게임 제공부(140)는 도 6에서와 같이 시선 목표가 기존 위치에서 사라지는 순간 또 다른 위치에서 나타나도록 하는 게임 화면을 구성 및 제공하면서, 환자가 각 시선 목표를 차례로 정확히 주시하기를 유도한다(S8).

그리고 시선 추적기(112)를 이용하여 안구 이동 각도를 센싱하고(S9), 안구 이동 각도와 시선 목표 이동 각도와 비교 분석하여, 시선 목표 대비 안구 이동 비율(Oculomotor gain)을 산출한다. 그리고 시선 목표 대비 안구 이동 비율(Oculomotor gain)을 기 설정된 게임 목표치(예를 들어, 0.9)와 비교하여 게임 클리어 여부를 판단한다(S10).

[수학식 3]

환자가 해당 게임을 게임 클리어하면, 단계 S6으로 진입하여 게임 진행 결과를 반영하여 재활 스케쥴을 업데이트 한 후, 다음의 게임을 진행하도록 한다(S6).

이에 환자에게 제공될 게임이 VOR 재활 운동용 게임이면(S11), 재활 게임 제공부(140)는 시선 목표가 기 설정 각도, 속도로 머리를 회전하는 게임 화면을 구성 및 제공하여, 환자가 자신의 시선을 시선 목표에 고정시키고, 머리를 회전하기를 유도한다(S12).

그리고 움직임 센서(111)와 시선 추적기(112)를 이용하여 머리 이동 각도와 안구 이동 각도를 동시 센싱한 후(S13), 이들을 비교 분석하여 머리 대비 안구 이동 비율을 산출한다. 그리고 머리 대비 안구 이동 비율을 기반으로 기 설정된 게임 목표치(예를 들어, 0.8)와 비교하여 게임 클리어 여부를 판단한다(S14).

이에 환자가 해당 게임을 게임 클리어하면, 단계 S6으로 진입하여 게임 진행 결과를 반영하여 재활 스케쥴을 업데이트하되, 모든 게임이 클리어된 경우에는 재활 레벨을 한 단계를 상승하도록 한다(S6). 즉, VOR 이득 이외에 재활 운동 이력을 고려해서도 재활 레벨을 결정할 수도 있도록 한다.

더하여, 본 발명의 재활 게임 제공 방법은 도 8 및 도 9에서와 같이 증폭 VOR 재활운동(augmentation VOR rehabilitation mode) 및 억제 VOR 재활운동(suppression VOR rehabilitation mode)을 위한 게임도 추가적으로 구성 및 제공할 수 있도록 한다.

먼저, 도 8에서와 같이, 증폭 VOR 재활운동(augmentation VOR rehabilitation mode)을 위해 VOR 재활운동와 동일한 원리로 게임 화면을 구성 및 제공하나, 시선 목표의 이동 정도를 증폭하여 제공하도록 한다.

즉, VOR 재활운동 대비 시선 목표가 머리 회전과 반대방향으로 일정한 비율(1.1배, 1.2배, 1.5배 등)로 더 많이 회전되는 게임 화면을 구성 및 제공하면서, 이때의 안구와 머리 움직임을 측정 및 분석함으로써, VOR 운동 및 시운동 기능을 평가하고 재활시킬 수 있도록 한다.

한편, 도 9에서와 같이, 억제 VOR 재활운동(suppression VOR rehabilitation mode)을 위해 VOR 재활운동과 동일한 원리로 게임 화면을 구성 및 제공하나, 시선 목표의 이동 정도를 억제하여 제공할 수도 있도록 한다.

즉, 시선 목표가 머리 회전과 반대 방향으로 회전하는 크기 혹은 속도를 일정 비율(0.9배, 0.8배, 0.5배 등)로 줄이는 게임 화면을 구성 및 제공하면서, 이때의 안구와 머리 움직임을 측정 및 분석함으로써, VOR 운동 및 시운동 기능을 평가하고 재활시킬 수 있도록 한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 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.

Claims (10)

1. 가상현실 게임 및 복합 생체신호 센서 기반의 전정-안반사 재활 장치에 있어서,
   머리 착용형 디스플레이 장치에 부착 또는 설치된 시선추적기(eye tracker), 관성측정센서(IMU sensor)를 이용하여 환자의 머리 움직임과 안구 움직임을 센싱 및 통보하는 센싱부;
   VOR(Vestibulo-Ocular Reflex) 기능 평가가 요청되면, VOR 기능 평가를 위한 게임을 구성 및 제공한 후, 머리 대비 안구 이동 비율을 산출 및 정량화하여 VOR 이득을 획득하는 VOR 기능 평가부;
   재활 운동이 요청되면, 상기 환자의 VOR 이득에 기반하여 재활 게임의 종류와 순서, 재활 레벨을 결정하는 환자 맞춤 제어부; 및
   상기 재활 게임의 종류와 순서에 따라 원활 추종 운동, 단속 운동, VOR 재활 운동, 증폭 VOR 재활운동, 및 억제 VOR 재활운동 중 적어도 하나를 위한 게임을 구성 및 제공하되, 상기 재활 레벨에 따라 게임 난이도를 결정하는 재활 게임 제공부를 포함하는 가상현실 게임 기반의 전정-안반사 재활 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 환자 최적부는
   재활 운동이 수행되는 동안, 상기 재활 게임 제공부의 게임 결과를 고려하여 상기 재활 게임의 종류와 순서, 재활 레벨을 수시 조정하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가상현실 게임 기반의 전정-안반사 재활 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 VOR 기능 평가부는
   시선은 화면의 시선 목표를 주시하고, 기 설정된 각도 및 속도로 머리 회전을 유발하는 게임을 구성 및 제공하여, VOR를 유도하는 것을 특징으로 하는 가상현실 게임 기반의 전정-안반사 재활 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 재활 게임 제공부는
   원활 추종 운동이 요청되면, 시선이 정해진 속도로 부드럽게 이동되는 시선 목표를 시선 추적하도록 하는 게임을 구성 및 제공한 후, 시선 목표 대비 안구 이동 비율을 산출 및 분석하여 게임 클리어 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 가상현실 게임 기반의 전정-안반사 재활 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 재활 게임 제공부는
   단속 시선 운동이 요청되면, 시선이 한 곳에서 다른 곳으로 순간 이동되는 시선 목표를 시선 추적하도록 하는 게임을 구성 및 제공한 후, 시선 목표 대비 안구 이동 비율을 산출 및 분석하여 게임 클리어 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 가상현실 게임 기반의 전정-안반사 재활 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 재활 게임 제공부는
   VOR 재활운동이 요청되면, 시선을 고정시킨 채 머리만이 기 설정된 각도와 속도로 회전되도록 하는 게임을 구성 및 제공한 후, 시선 목표 대비 안구 이동 비율을 산출 및 분석하여 게임 클리어 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 가상현실 게임 기반의 전정-안반사 재활 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 재활 게임 제공부는
   증폭 VOR 재활운동이 요청되면, 기 설정된 각도와 속도의 머리 운동을 유발하면서, 시선 목표는 머리 회전에 비해 일정 비율 이상 더 회전되도록 하여 더 큰 범위의 안구 운동을 유발하는 게임을 구성 및 제공한 후, 시선 목표 대비 안구 이동 비율을 산출 및 분석하여 게임 클리어 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 가상현실 게임 기반의 전정-안반사 재활 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 재활 게임 제공부는
   억제 VOR 재활운동이 요청되면, 기 설정된 각도와 속도의 머리 운동을 유발하면서, 시선 목표는 머리 회전에 비해 일정 비율로 적게 회전되도록 억제하는 안구 운동을 유발하는 게임을 구성 및 제공한 후, 시선 목표 대비 안구 이동 비율을 산출 및 분석하여 게임 클리어 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 가상현실 게임 기반의 전정-안반사 재활 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 재활 게임 제공부는
   환자의 집중도를 모니터링하되, 집중도가 기 설정치 이상 떨어지면 주의력 환기용 정보를 추가 생성 및 제공하는 기능을 더 포함하는 가상현실 게임 기반의 전정-안반사 재활 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 재활 게임 제공부는
    시선 목표의 이동 속도, 머리의 회전 속도, 배경 화면의 이동 속도 중 적어도 하나를 통해 게임 난이도를 조정하는 것을 특징으로 하는 가상현실 게임 기반의 전정-안반사 재활 장치.

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