KR20210101825A - 상지 및 의수의 힘제어능력을 평가하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

상지 및 의수의 힘제어능력을 평가하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상지(上肢) 또는 의수의 힘제어능력을 평가하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 일 실시예에 따른 힘제어능력 평가 장치는, 목표 힘 방향을 표시하기 위한 표시부; 사용자가 가한 힘의 방향 및 크기를 측정하기 위한 측정부; 및 상기 측정된 힘의 방향을 목표 힘 방향과 비교하고, 상기 측정된 힘의 크기를 소정의 기준 힘 크기와 비교하여 사용자의 힘제어능력을 평가하도록 구성되는 처리부를 포함한다. 이에 따르면, 단순히 동작을 수행하는데 소요되는 시간에 따라 사용자의 제어능력을 평가하는 종래 기술과는 달리, 사용자가 상지(손, 팔, 어깨 등)를 이용하여 물체와 직접 상호작용하는데 필요한 힘제어능력을 정량적으로 평가할 수 있다. 이에 따라, 힘제어능력의 취약부분에 관하여 객관적으로 진단할 수 있으며 재활 훈련의 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

상지 및 의수의 힘제어능력을 평가하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR EVALUATING FORCE CONTROL ABILITY OF UPPER LIMB AND PROSTHESIS}
본 발명은 상지(上肢) 또는 의수의 힘제어능력을 평가하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사용자가 상지(손, 팔, 어깨)를 움직여 가한 힘 또는 착용한 의수를 통해 가한 힘의 방향과 크기를 목표 힘 방향 및 기준 힘 크기와 비교하여 힘제어능력을 평가하도록 구성되는 장치 및 평가 방법에 관한 것이다.
[국가지원 연구개발에 대한 설명]
본 연구는 한국과학기술연구원의 주관 하에 과학기술정보통신부의 재원으로 한국연구재단-바이오닉암 메카트로닉스 융합기술개발사업, 과제고유번호: 2014M3C1B2048419)의 지원에 의하여 이루어진 것이다.
재활 훈련은 부상으로 인해 신체부위의 운동 기능이 저하된 경우 신체 기능을 다시 회복하기 위해 제공되는 프로그램이다. 일반적으로 의료진이나 재활 훈련사의 지시에 따라 기능이 저하된 신체부위를 반복적으로 움직임으로써 근력을 향상시키고 근신경을 회복시키는데 중점을 둔다.
최근에는 컴퓨터 장치 및 프로그램을 통해 이러한 재활 훈련을 보조하는 기술이 개발되고 있다. 예를 들어, 의료진이 아닌 컴퓨터 장치가 디스플레이를 통해 지시 사항을 환자에게 전달하면, 환자는 해당 지시에 따라 신체 동작을 수행하고, 센서를 통해 신체 동작을 감지하여 환자가 올바른 동작을 수행하였는지 판단한다. 컴퓨터는 이에 따른 피드백을 환자 또는 의료진에게 제공함으로써 환자의 재활 훈련을 도울 수 있다.
종래의 재활 훈련 보조 장치 및 프로그램은 주로 환자의 일상 생활에서의 동작에 따른 수행능력을 시간 측정 방식으로 평가하는데 초점이 맞춰져 있다. 예를 들어, 오른팔에 부상을 입은 환자에게는 오른손을 이용하여 물체를 A지점으로부터 B지점까지 옮길 것을 지시하고, 이를 수행하는데 소요되는 시간을 측정함으로써 환자의 신체 제어능력을 평가한다. 또 다른 종래 기술에 따르면, 상기 예시에서 환자의 오른팔에 센서를 부착하여 관절의 각도를 측정하거나 근전도 신호와 같은 부가정보를 획득하여 신체부위의 구체적인 취약점을 평가할 수 있다.
다만, 이러한 종래의 재활 훈련 방식에 따르면 특정 동작을 수행하는데 소요되는 시간을 측정하여 동작수행 능력을 평가할 수 있을 뿐, 환자가 신체를 이용하여 물체와 상호작용하는데 필요한 힘의 크기나 이러한 힘이 적절한 방향으로 작용하고 있는지에 관한 구체적인 정보를 알 수는 없다. 따라서 종래의 방식으로는 환자의 힘제어능력을 정량적으로 평가하기 어려우며 신체부위의 취약부분을 객관적으로 파악하기 어렵다.
대한민국 등록특허공보 제10-1541095호
이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 착안된 것으로서, 사용자가 직접 물체와 상호작용하는데 필요한 힘제어능력을 평가하기 위해, 사용자가 측정 툴에 가하는 힘의 방향과 크기를 측정하고, 이를 목표 힘 방향 및 기준 힘 크기와 비교함으로써 힘제어능력을 평가하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은, 사용자가 착용한 의수를 이용해 측정 툴에 가하는 힘의 방향과 크기를 측정하고, 이를 목표 힘 방향 및 기준 힘 크기와 비교함으로써 의수의 힘제어성능을 평가하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 힘제어능력 평가 장치는, 목표 힘 방향을 표시하기 위한 표시부; 사용자가 가한 힘의 방향 및 크기를 측정하기 위한 측정부; 및 상기 측정된 힘의 방향을 목표 힘 방향과 비교하고, 상기 측정된 힘의 크기를 소정의 기준 힘 크기와 비교하여 사용자의 힘제어능력을 평가하도록 구성되는 처리부를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 처리부는 측정된 힘의 성분 중 상기 목표 힘 방향과 일치하는 방향으로 가해지는 힘의 성분을 추출하고, 상기 추출된 힘의 크기를 상기 소정의 기준 힘 크기와 비교하여 사용자의 힘제어능력을 평가하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 힘제어능력 평가 장치는 사용자의 상지(上肢)에 의한 힘의 방향 및 크기를 측정하여 사용자의 상지의 힘제어능력을 평가하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 측정부는 사용자가 손에 쥐고 힘을 가할 수 있도록 구성되는 힘 측정 툴로부터 힘의 방향 및 크기와 관련된 정보를 입력 받도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 처리부는 사용자의 힘제어능력 평가에 따른 피드백 정보를 상기 표시부를 통해 표시하도록 더 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 피드백 정보는 사용자의 힘제어능력의 취약부분에 관한 진단 정보를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 힘제어능력 평가부위 이외의 신체부위에 의한 힘이 개입되지 않도록 사용자의 신체 일부를 고정하는 고정부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 의수의 힘제어성능 평가 장치는, 목표 힘 방향을 표시하기 위한 표시부; 사용자가 의수를 통해 가한 힘의 방향 및 크기를 측정하기 위한 측정부; 및 상기 측정된 힘의 방향을 목표 힘 방향과 비교하고, 상기 측정된 힘의 크기를 소정의 기준 힘 크기와 비교하여 상기 의수의 힘제어 성능을 평가하도록 구성되는 처리부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 힘제어능력 평가 방법은, 목표 힘제어 방향을 디스플레이에 표시하는 단계; 사용자가 가한 힘의 방향 및 크기를 측정하는 단계; 측정된 힘의 성분 중 상기 목표 힘 방향과 일치하는 방향으로 가해지는 힘의 성분을 추출하는 단계; 및 상기 추출된 힘의 크기를 상기 소정의 기준 힘 크기와 비교하여 사용자의 힘제어능력을 평가하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따른 힘제어능력 평가 방법을 수행하기 위한, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 힘제어능력 평가 장치에 의하면, 단순히 동작을 수행하는데 소요되는 시간에 따라 사용자의 제어능력을 평가하는 종래 기술과는 달리, 사용자가 상지(손, 팔, 어깨 등)를 이용하여 물체와 직접 상호작용하는데 필요한 힘제어능력을 평가할 수 있다. 실시예에 따르면, 부상을 입지 않은 다른 신체부위의 개입을 최소화하면서 물체와 상호작용하는 신체부위의 힘 제어능력을 정량적으로 평가할 수 있다. 이와 같은 정량적인 평가 방법에 따라 힘제어능력의 취약부분에 관하여 객관적으로 진단할 수 있으며 재활 훈련의 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 의수를 착용한 채 측정 툴에 가하는 힘의 방향과 크기를 측정하고, 이를 목표 힘 방향 및 기준 힘 크기와 비교함으로써 의수의 힘제어성능을 정량적으로 평가할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 힘제어능력 평가 장치의 구성과 동작을 나타낸 구성도이다.
도 2은 일 실시예에 따른 힘제어능력 평가 장치에서 측정된 힘의 성분을 분석하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 3는 일 실시예에 따른 힘제어능력 평가 방법의 단계를 나타낸 흐름도이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 명세서의 설명 부분에서 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는, 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 실질적인 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 함을 밝혀두고자 한다.
또한, 본 명세서에 기술된 실시예는 전적으로 하드웨어이거나, 부분적으로 하드웨어이고 부분적으로 소프트웨어이거나, 또는 전적으로 소프트웨어인 측면을 가질 수 있다. 본 명세서에서 "부(unit)", "장치(device)" 또는 "시스템(system)" 등은 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 또는 소프트웨어 등 컴퓨터 관련 엔티티(entity)를 지칭한다. 예를 들어, 부, 장치, 또는 시스템은 플랫폼(platform)의 일부 또는 전부를 구성하는 하드웨어 및/또는 상기 하드웨어를 구동하기 위한 애플리케이션(application) 등의 소프트웨어를 지칭하는 것일 수 있다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 실시예를 상세하게 설명하지만, 청구하고자 하는 범위는 실시예들에 의해 제한되거나 한정되지 아니한다.
도 1은 일 실시예에 따른 힘제어능력 평가 장치의 구성과 동작을 나타낸 구성도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 힘제어능력 평가 장치(10)는, 표시부(110), 측정부(120), 및 처리부(130)를 포함할 수 있다.
표시부(110)는 사용자에게 목표 힘 방향을 표시하기 위한 구성요소이다. 본 명세서에서 사용자란 장치를 통해 신체부위의 힘제어능력을 평가 받고자 하는 자로서, 예컨대 부상으로 인해 신체 일부 기능이 저하되어 재활 훈련이 필요한 환자, 신체 능력을 정량적으로 평가 받기를 원하는 운동 선수 등이 해당될 수 있다. 목표 힘 방향이란, 사용자의 힘제어능력을 평가하기 위한 기준이 되는 방향, 즉 지시에 따라 사용자가 신체부위를 이용해 힘을 가하는 특정 방향을 의미한다.
일 실시예에서, 표시부(110)는 예컨대 디스플레이장치와 같은 표시장치를 통해, 평가 프로그램에 따라 목표 힘 방향을 가리키는 이미지를 디스플레이 상에 순차적으로 출력한다. 도 1을 참조하면, 표시부(110)는 디스플레이(20) 상에 아래 방향을 가리키는 화살표 형태의 이미지(D)를 출력함으로써 사용자에게 목표 힘 방향, 즉 아래 방향으로 힘을 가할 것을 지시한다. 도 1에 표시된 이미지(D)는 예시이며 특정 방향을 의미하는 다양한 형태의 이미지가 이용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 디스플레이(20)는 헤드마운티드 디스플레이(HMD) 등 머리에 착용하여 목표 힘 방향을 가리키는 이미지를 출력하는 표시장치일 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 표시부(110)는 스피커와 같은 음성출력장치(도시되지 않음)를 이용하여 이미지가 아닌 목표 힘 방향을 제시하는 음성을 출력하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 스피커는 "아래 방향으로 힘을 가하시오" 등의 지시 음성을 출력하여 사용자에게 목표 힘 방향을 제시할 수 있다.
측정부(120)는 사용자가 가한 힘의 방향 및 크기를 측정하기 위한 구성요소이다. 도 1을 참조하면, 사용자가 디스플레이(20) 상에 표시된 목표 힘 방향에 따라 힘 측정 툴(30)에 일정량의 힘을 가하면, 측정부(120)는 사용자가 힘 측정 툴(30)에 가한 힘의 방향과 크기를 실시간으로 측정하고 측정 데이터를 메모리 등의 저장장치에 저장한다.
일 실시예에 따르면, 힘제어능력 평가 장치(10)는 사용자의 상체부위(더 구체적으로는, 손, 팔, 어깨 부위)에 의한 힘제어능력을 평가하도록 구성되며, 이를 위해 사용자가 손에 쥐고 힘을 가할 수 있도록 구성되는 힘 측정 툴(30)이 이용될 수 있다. 도 1에 도시된 것처럼, 실시예에 따른 힘 측정 툴(30)은 사용자가 손에 쥐고 여러 방향으로 움직일 수 있는 형태(예를 들어, 바닥에 수직방향으로 세워진 막대형태)로 제작될 수 있으며, 툴에는 막대의 기울어진 방향, 속도, 토크 등의 변화를 감지할 수 있는 센서(예를 들어, 6축 센서 등)가 포함될 수 있다. 센서에서 검출된 정보, 즉 힘의 방향 및 크기와 관련된 정보는 전기적인 신호의 형태로 측정부(120)로 전달되며, 측정부(120)는 입력 신호에 기초하여 현재 측정 툴에 가해지고 있는 힘의 방향 및 크기를 측정한다.
처리부(130)는 측정부(120)에 의해 측정된 힘의 방향을 목표 힘 방향과 비교하고, 상기 측정된 힘의 크기를 소정의 기준 힘 크기와 비교하여 사용자의 힘제어능력을 평가하기 위한 구성요소이다. 힘제어능력이란 사용자의 신체부위에서 원하는 방향으로 원하는 세기의 힘을 가할 수 있는 능력을 의미한다. 즉, 처리부(130)는 힘 측정 툴(30) 및 측정부(120)에 의해 데이터화된 힘의 방향 및 크기를 기준 방향 및 크기와 비교함으로써 사용자가 원하는 방향 및 크기의 힘을 제어할 수 있는지 여부를 판단한다.
일 실시예에 따르면, 처리부(130)는 측정된 힘의 성분 중 상기 목표 힘 방향과 일치하는 방향으로 가해지는 힘의 성분을 추출하고, 상기 추출된 힘의 크기를 상기 소정의 기준 힘 크기와 비교하여 사용자의 힘제어능력을 평가하도록 구성될 수 있다.
도 2는 힘제어능력 평가 장치에서 측정된 힘의 성분을 분석하는 예시적인 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, x축, y축, z축을 기준으로 힘의 크기와 방향을 나타낼 수 있다. 화살표 T는 목표 힘 방향과 기준 힘 크기를 나타낸다. 즉, 목표 힘 방향은 y축 방향이며 기준 힘 크기는 화살표의 길이로 표시된다. 예컨대, 사용자는 표시부(110)에 의해 디스플레이(20) 상에 출력되는 화살표 이미지를 통해 목표 힘 방향을 인지할 수 있고, 힘 측정 툴(30)에 목표 힘 방향으로 힘을 가할 것이다. 측정부(120)는 툴의 구성요소(예컨대 손에 쥐고 기울일 수 있는 막대)의 기울어진 방향, 토크, 이동속도 등에 기초하여 현재 툴에 가해지고 있는 힘의 크기와 방향을 측정한다.
일 실시예에 따르면, 힘의 크기와 방향은 3차원 좌표계에서 화살표로 나타낼 수 있다. 도 2의 예시에서, 사용자가 가한 힘의 방향 및 크기는 3차원 좌표계에서 화살표 R로 표시되며, 이는 x축 방향으로의 힘 성분 Rx, y축 방향으로의 힘 성분 Ry, z축 방향으로의 힘 성분 Rz로 분리될 수 있다. 처리부(130)는 측정된 힘의 성분 중 목표 힘 방향과 일치하는 방향, 즉 y축 방향으로 가해지는 힘의 성분인 Ry를 추출하고, 성분 Ry의 힘 크기(즉, 화살표 Ry의 길이)를 기준 힘 크기(즉, 화살표 T의 길이)와 비교하여 사용자의 해당 방향에 대한 힘제어능력을 평가한다.
손이나 팔 등 신체부위의 부상으로 관절이나 근신경이 손상된 경우, 환자는 해당 신체부위를 통해 원하는 방향으로 힘을 주기 어렵다(즉, 힘을 원하는 대로 제어하기 어렵다). 실시예와 같이 가해진 힘의 성분 중 사용자가 힘을 주기를 원하는 방향(즉, 목표 힘 방향)과 일치하는 방향에 따른 힘만을 추출하여 기준과 비교함으로써 힘제어능력을 적절하게 평가할 수 있다.
힘제어능력의 평가 결과는 다양한 형태로 처리될 수 있다. 예를 들면, 도 2와 같이 목표 힘 방향과 실제로 가해진 힘 방향이 일치하지 않는 경우 그에 따른 오차(즉, 화살표 T와 화살표 R의 직선이 이루는 각도)를 점수로 환산하여 나타낼 수 있다. 또 다른 예로는, 기준 힘 크기와 실제로 가해진 힘 크기의 차이(즉, 화살표 T와 화살표 R의 길이 차이)를 점수로 환산하여 나타낼 수 있다. 힘제어능력의 평가 결과는 평가의 목적이나 재활 훈련 프로그램의 구성에 따라 적절한 방식으로 처리되어 사용자에게 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 처리부(130)는 사용자의 힘제어능력 평가에 따른 결과 및 피드백 정보를 상기 표시부(120)를 통해 표시하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 표시부(120)는 처리부(130)에 의해 생성된 평가 결과, 즉 힘의 방향 및 크기에 대한 기준값과 측정값의 오차를 점수로 환산하여 디스플레이(20) 상에 출력할 수 있다. 또한, 도 2와 같이 목표 힘 방향에 비해 실제 측정 힘 방향이 우측으로 치우쳐 있을 경우, "힘의 방향이 우측으로 치우쳐 있습니다" 또는 "힘의 방향을 좌측으로 조정해보세요" 등의 피드백 정보를 메시지 또는 음성으로 제공함으로써 사용자의 재활 훈련을 도울 수 있다. 측정 힘 크기가 기준 힘 크기에 미치지 못할 경우, "힘을 더 주세요" 등의 피드백 정보를 제공할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 피드백 정보는 사용자의 힘제어능력의 취약부분에 관한 진단 정보를 포함할 수 있다. 취약부분에 관한 진단 정보는 신체부위의 손상과 이에 따른 신체기능 저하의 데이터가 저장된 데이터베이스에 기초하여 생성될 수 있다. 예를 들어, 오른어깨의 회전근개가 손상될 경우 오른손으로 물체를 앞으로 미는 동작이 어려울 수 있는데, 힘 측정 결과 오른손으로 물체를 앞으로 미는 힘이 기준치보다 약하게 측정된다면 회전근개 부위가 취약하다는 진단 정보를 사용자에게 제공할 수 있을 것이다.
본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 힘제어능력 평가 장치는 평가하고자 하는 신체부위 이외의 다른 신체부위에 의한 힘이 개입되지 않도록 사용자의 신체 일부를 고정하는 고정부를 더 구비할 수 있다. 이는 인체가 자세에 따라서 힘을 낼 수 있는 능력이 달라지기 때문이다. 예를 들어, 오른팔의 힘제어능력을 평가하고자 할 때는 오른팔 이외의 근육, 예를 들어 오른쪽 가슴 근육이 개입하지 않도록 가슴 부위를 고정부를 이용해 고정시킬 수 있다. 고정부는 예컨대 스트랩과 같이 사용자의 신체나 의류에 손쉽게 탈부착 가능하도록 구성될 수 있다.
이상에서 언급된 표시부, 측정부, 처리부 및 추가적인 구성요소들은 힘제어능력 평가 장치의 기능과 역할을 이해하기 쉽도록 구분하여 표현한 것이므로, 반드시 각 구성요소들이 개별적인 장치나 프로그램에 의해 독립적으로 구현되어야 하는 것은 아니다. 즉, 모든 구성요소들이 하나의 컴퓨터에 구비된 하나의 프로세서에 의해 구현되거나, 복수의 컴퓨터나 프로세서에 의해 독립적으로 구현될 수도 있다. 또한, 표시부는 디스플레이 등의 표시장치 및 이를 컴퓨터와 연결하기 위한 요소들을 포함하는 포괄적인 의미로 해석될 수도 있으며, 측정부도 마찬가지로 측정 툴 및 이를 컴퓨터와 연결하기 위한 요소들을 포함하는 포괄적인 의미로 해석될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 사용자가 착용한 의수를 이용해 측정 툴에 가하는 힘의 방향과 크기를 측정하고, 이를 목표 힘 방향 및 기준 힘 크기와 비교함으로써 의수의 힘제어성능을 평가하는 장치가 제공될 수 있다. 의수(義手)란 상지의 일부가 절단된 경우 절단지에 장착하여 상지의 일부 기능을 사용할 수 있도록 인공적으로 제작된 보조기구를 말한다. 최근에 개발된 의수는 전력, 가스압 등의 동력을 이용하여 사용자가 원하는 각도로 움직일 수 있도록 제작되고 있다. 사용자마다 절단되는 부위가 상이하며 의수의 활용 능력도 각기 다르기 때문에 의수의 성능(즉, 물체와의 상호작용을 보조하는 기능)을 객관적으로 평가하는 것이 매우 중요하다.
이에 본 발명은 사용자가 의수를 착용한 상태에서 힘 측정 툴을 움직이고 이에 따른 힘의 방향 및 크기를 측정함으로써 의수의 힘제어성능을 정량적으로 평가할 수 있는 장치를 제공한다. 일 실시예에 따른 의수의 힘제어성능 평가 장치는, 목표 힘 방향을 표시하기 위한 표시부, 사용자가 의수를 통해 가한 힘의 방향 및 크기를 측정하기 위한 측정부, 및 상기 측정된 힘의 방향을 목표 힘 방향과 비교하고, 상기 측정된 힘의 크기를 소정의 기준 힘 크기와 비교하여 상기 의수의 힘제어 성능을 평가하도록 구성되는 처리부를 포함할 수 있다. 장치를 구성하는 각 구성요소의 기능 및 결합관계는 전술한 힘제어능력 평가 장치와 유사하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 3은 일 실시예에 따른 힘제어능력 평가 방법의 단계를 나타낸 흐름도이다. 힘제어능력 평가 방법은 컴퓨터에 구비된 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 각 단계는 하나의 컴퓨터에 구비된 하나의 프로세서에 의해 구현되거나, 복수의 컴퓨터나 프로세서에 의해 독립적으로 구현될 수도 있다.
도 3을 참조하면, 먼저 목표 힘제어 방향을 디스플레이에 표시하는 단계가 수행된다(S10). 도 1에 도시된 것처럼, 디스플레이(20) 상에 아래 방향을 가리키는 화살표 형태의 이미지(D)를 출력함으로써 사용자에게 목표 힘 방향, 즉 아래 방향으로 힘을 가할 것을 지시한다. 도 1에 표시된 이미지(D)는 예시이며 특정 방향을 의미하는 다양한 형태의 이미지가 이용될 수 있음은 전술한 바와 같다.
이어서, 사용자가 가한 힘의 방향 및 크기를 측정하는 단계가 수행된다(S20). 도 1에 도시된 것처럼, 실시예에 따른 힘 측정 툴(30)은 사용자가 손에 쥐고 여러 방향으로 움직일 수 있는 형태로 제작될 수 있으며, 툴에는 막대의 기울어진 방향, 속도, 토크 등의 변화를 감지할 수 있는 센서가 포함될 수 있다. 센서에서 검출된 정보, 즉 힘의 방향 및 크기와 관련된 정보는 전기적인 신호의 형태로 변환되어 프로세서로 전달되며, 프로세서는 입력 신호에 기초하여 현재 측정 툴에 가해지고 있는 힘의 방향 및 크기를 측정한다.
이어서, 측정된 힘의 성분 중 목표 힘 방향과 일치하는 방향으로 가해지는 힘의 성분을 추출하는 단계가 수행된다(S30). 도 2를 참조하여 전술한 바와 같이, 사용자가 가한 힘의 방향 및 크기는 화살표 R로 표시되며, 이는 x축 방향으로의 힘 성분 Rx와 y축 방향으로의 힘 성분 Ry로 분리될 수 있다. 프로세서는 측정된 힘의 성분 중 목표 힘 방향과 일치하는 방향, 즉 y축 방향으로 가해지는 힘의 성분인 Ry를 추출한다.
이어서, 추출된 힘의 크기를 소정의 기준 힘 크기와 비교하여 사용자의 힘제어능력을 평가하는 단계가 수행된다(S40). 손이나 팔 등 신체부위의 부상으로 관절이나 근신경이 손상된 경우, 환자는 해당 신체부위를 통해 원하는 방향으로 힘을 주기기 어려워지기 때문에, 가해진 힘의 성분 중 원하는 방향(즉, 목표 힘 방향)과 일치하는 방향으로의 힘만을 비교하여 제어능력을 평가하게 된다. 사용자의 힘제어능력 평가에 따른 결과 및 피드백 정보는 다시 디스플레이를 통해 출력될 수 있다.
실시예에 따른 힘제어능력 평가 방법은, 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
이상에서 설명한 인터페이스 힘제어능력 평가 장치 및 방법에 의하면 단순히 동작을 수행하는데 소요되는 시간에 따라 사용자의 제어능력을 평가했던 종래 기술과는 달리, 사용자가 신체부위(예컨대, 손, 팔, 어깨 등)를 이용하여 물체와 직접 상호작용하는데 필요한 힘제어능력을 평가할 수 있다. 실시예에 따르면, 부상을 입지 않은 다른 신체부위의 개입을 최소화하면서 물체와 상호작용하는 신체부위의 힘 제어능력을 정량적으로 평가할 수 있다. 이와 같은 정량적인 평가 방법에 따라 힘제어능력의 취약부분에 관하여 객관적으로 진단할 수 있으며 재활 훈련의 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 의수를 착용한 채 측정 툴에 가하는 힘의 방향과 크기를 측정하고, 이를 목표 힘 방향 및 기준 힘 크기와 비교함으로써 의수의 힘제어성능을 평가할 수 있다. 종래에는 의수의 제어성능을 정량적으로 평가할 수 있는 방법이 없었으나, 본 발명에 따르면 의수의 취약부분(즉, 힘의 크기 또는 방향이 원하는대로 제어되지 않는 부분)을 찾아내어 의수의 디자인 및 성능을 보완할 수 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 목표 힘 방향을 표시하기 위한 표시부;
    사용자가 가한 힘의 방향 및 크기를 측정하기 위한 측정부; 및
    상기 측정된 힘의 방향을 목표 힘 방향과 비교하고, 상기 측정된 힘의 크기를 소정의 기준 힘 크기와 비교하여 사용자의 힘제어능력을 평가하도록 구성되는 처리부를 포함하는, 힘제어능력 평가 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리부는 측정된 힘의 성분 중 상기 목표 힘 방향과 일치하는 방향으로 가해지는 힘의 성분을 추출하고, 상기 추출된 힘의 크기를 상기 소정의 기준 힘 크기와 비교하여 사용자의 힘제어능력을 평가하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 힘제어능력 평가 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 힘제어능력 평가 장치는 사용자의 상지(上肢)에 의한 힘의 방향 및 크기를 측정하여 사용자의 상지의 힘제어능력을 평가하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 힘제어능력 평가 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 측정부는 사용자가 손에 쥐고 힘을 가할 수 있도록 구성되는 힘 측정 툴로부터 힘의 방향 및 크기와 관련된 정보를 입력 받도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 힘제어능력 평가 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 처리부는 사용자의 힘제어능력 평가에 따른 피드백 정보를 상기 표시부를 통해 표시하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는, 힘제어능력 평가 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 피드백 정보는 사용자의 힘제어능력의 취약부분에 관한 진단 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는, 힘제어능력 평가 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    힘제어능력 평가부위 이외의 신체부위에 의한 힘이 개입되지 않도록 사용자의 신체 일부를 고정하는 고정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 힘제어능력 평가 장치.
  8. 목표 힘 방향을 표시하기 위한 표시부;
    사용자가 의수를 통해 가한 힘의 방향 및 크기를 측정하기 위한 측정부; 및
    상기 측정된 힘의 방향을 목표 힘 방향과 비교하고, 상기 측정된 힘의 크기를 소정의 기준 힘 크기와 비교하여 상기 의수의 힘제어 성능을 평가하도록 구성되는 처리부를 포함하는, 의수의 힘제어성능 평가 장치.
  9. 컴퓨터 프로세서에 의해 수행되는 힘제어능력 평가 방법으로서,
    목표 힘제어 방향을 디스플레이에 표시하는 단계;
    사용자가 가한 힘의 방향 및 크기를 측정하는 단계;
    측정된 힘의 성분 중 상기 목표 힘 방향과 일치하는 방향으로 가해지는 힘의 성분을 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 힘의 크기를 소정의 기준 힘 크기와 비교하여 사용자의 힘제어능력을 평가하는 단계를 포함하는, 힘제어능력 평가 방법.
  10. 제9항에 따른 힘제어능력 평가 방법을 수행하기 위한, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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