WO2015034308A1 - 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치 - Google Patents

외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치 Download PDF

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WO2015034308A1
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patient
exercise
normal
motion
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황창호
구교인
지영준
조성도
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울산대학교 산학협력단
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    • A63B23/0494—Exercising apparatus specially adapted for particular parts of the body for limbs, i.e. upper or lower limbs, e.g. simultaneously for lower limbs primarily by articulating the knee joints

Definitions

  • the present invention relates to a pain treatment device, and more particularly, to replace the image of the surgical site with an image of a normal site for a disease occurring only on one side of an externally symmetrical body such as a knee joint.
  • the present invention relates to a pain treatment apparatus for physically symmetrical physical diseases that allow a patient to view left-right symmetrical images in real-time, thereby causing confusion in the cognitive function of the patient and treating pain of the patient.
  • Knee joint refers to a knee joint, which refers to a joint consisting of the thigh bone (femur), the tibia (tibia), and the anterior knee bone (the patella) of the leg.
  • the knee joint plays an important role in the process of walking or utilizing the knee.
  • the joint may be abnormal when the knee is injured during intense exercise, or when the leg is bent, such as degenerative arthritis due to aging, rheumatoid arthritis, or an O or X leg.
  • Artificial knee arthroplasty refers to a technique of removing an existing knee joint and inserting an artificially created knee joint.
  • a lot of patients and a lot of pain is felt in the patient, acting a lot of burden on the patient undergoing the procedure.
  • an object of the present invention is to provide an apparatus for treating pain for physical symmetry that can be treated by a patient who has undergone surgery for a disease such as a knee joint by a simple rehabilitation exercise exercise instead of a therapeutic method such as a drug.
  • Another object of the present invention is to improve the patient's immersion (Immersion) so that visual cognitive information is first delivered to the brain during pain treatment, thereby giving confusion to the patient's cognitive function so that it can be treated in a pain-relieved state than before. It is to provide a pain treatment device for symmetrical body disease.
  • the present invention is to shorten the treatment time by promoting the speed of recovery from surgery due to rehabilitation exercise as well as pain relief in the treatment of physical symmetrical physical diseases.
  • a photographing unit for photographing the first exercise image for the normal part in the disease that occurs only on one side of the body symmetrical appearance;
  • An image processing module for converting the second exercise image generated by mirror-inverting the first exercise image into an exercise image of a surgical site;
  • a display configured to display the first exercise image and the second exercise image in real-time for viewing by a patient.
  • the image processing module may include an image receiving unit configured to receive the first exercise image; An image converter converting the first motion image into a second motion image by performing mirror inversion; An image transmitter configured to provide the first exercise image and the second exercise image to the display unit; An image update unit for continuously updating a normal exercise image corresponding to an operation image of every treatment process of the patient in consideration of an operation site which may be improved according to the treatment process of the patient; And an image storage unit for storing the surgical joint movement image and the normal joint image of the patient.
  • the photographing unit uses one of at least one camera module, a stereo camera, a sensor module of a depth sensor and a motion tracking sensor.
  • the image processing module adjusts the normal joint motion range according to the normal joint motion image updated by the image updater.
  • the display unit is composed of a three-dimensional image output device.
  • the apparatus further includes an inertial sensor module mounted to the ankle of the patient to sense exercise information of the first exercise image and the second exercise image.
  • the image processing module accesses the image information of the normal region close to the position of the surgical region from the image storage unit, and the image information of the accessed normal region.
  • the mirror inversion process allows the screen to be symmetrically displayed with the image information on the surgical site.
  • the chair seated by the patient; A mask placed on the chair to be positioned between the face of the patient and the surgical site; A photographing unit mounted below the masking film; A display unit mounted above the shielding film; And an image processing module displaying real-time symmetric image information of the first motion image of the normal region captured by the photographing unit and the second motion image generated by mirror-inverting the first motion image. It provides a pain treatment device for physical symmetrical physical diseases comprising a.
  • the display unit is configured to be inclined by a predetermined angle with an upper surface of the screen.
  • the apparatus further includes an inertial sensor module mounted to the ankle of the patient to sense exercise information of the first exercise image and the second exercise image.
  • the image processing module accesses the image information of the normal region close to the position of the surgical region from the image storage unit, and the image information of the accessed normal region.
  • the mirror inversion process allows the screen to be symmetrically displayed with the image information on the surgical site.
  • the image updating step may include an available range measuring step of measuring a surgical joint available range of the patient using the surgical site image; And a normal usable range calculation step of calculating a normal usable range of the surgical joint as the surgical site image, and when performing treatment, use a normal joint motion image to exercise the normal usable range.
  • the surgical joint available range of the patient is stored through the image recording step, and the normal available range of the normal joint motion image is adjusted according to the stored surgical joint available range of the patient.
  • the image display step may include determining whether the patient recognizes the surgical part image transmitted to the patient as a part of his / her body; And continuously outputting the surgical site image when the patient does not recognize the surgical site image as a part of his / her body, and outputting the first and second exercise images when the patient recognizes the surgical site image as a part of his / her body. It further includes an output step.
  • the camera located in front of the patient to take a surgical joint motion image;
  • An image generator for generating an image by adjusting a surgical joint connection part and a distance from the photographed surgical joint motion image;
  • An image processing unit which replaces the surgical joint motion image with a normal joint motion image;
  • an image output unit configured to alternately output the surgical joint movement image and the normal joint movement image to transmit the image to the patient.
  • the image output unit may determine whether the patient recognizes the surgical joint motion image transmitted to the patient as a part of his / her body, and if the patient does not recognize the surgical joint motion image as a part of his / her body, the image joint motion image is determined. If the patient recognizes the surgical joint image as a part of his / her body, the output is continuously replaced.
  • the present invention replaces the motion image of the surgical leg with the image of the normal leg so that the patient can perform rehabilitation while watching the left and right symmetric images in real time. Therefore, the actual leg movements are different, but the left and right movement images displayed on the monitor move at the same movement speed, so the brain sensory cognitive function can be confused and pain can be alleviated while being treated.
  • the present invention can perform the rehabilitation treatment while increasing the degree of immersion because the patient does not see his or her legs by the screen and does only the exercise image displayed on the monitor.
  • Such patient immersion is an important factor in the rehabilitation treatment, and since the present embodiment provides a configuration in which a 3D image and a normal leg photographed by the camera are mirror-inverted and replaced by an image of a surgical leg, There is an expectation that you can treat while expecting more pain relief.
  • the present invention enables the patient to concentrate on his / her rehabilitation treatment while receiving treatment, thereby relieving pain as well as engaging in rehabilitation treatment with improved immersion, thereby facilitating the speed of recovery from surgery.
  • the effect of reducing the treatment time can be expected.
  • Figure 1 is an exemplary configuration showing a pain treatment device for physical symmetry of the physical symmetry according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an image processing module illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a process of performing pain treatment of a patient according to driving of the pain treatment apparatus in FIG. 1.
  • Figure 4 is an exemplary configuration showing a pain treatment apparatus for physical symmetry of the physical symmetry according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a view schematically showing the available range and the normal available range of the knee joint applied to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a flow chart showing the process of FIG.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an operation process of a second processing mode among the processing modes provided by the pain treatment apparatus for physically symmetric physical diseases according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a process of selectively performing two treatment modes provided by a pain treatment apparatus for physically symmetric physical diseases according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention applies a mirror therapy principle to a disease occurring only on one side in a symmetrical body structure such as knee joint surgery, and replaces the image of the surgical site with the image of the normal region in real time. It is a basic technical point to propose a pain treatment device that treats patients while alleviating pain by confusing the patient's cognitive function by showing to the patient.
  • Embodiments of the present invention described herein are intended for patients with knee joints treated through rehabilitation exercises after knee joint surgery, but the present invention is not necessarily limited thereto. That is, the present invention can be commonly applied to all diseases that can be treated using a mirror therapy principle when a disease occurs in any part of the physically symmetrical physical condition.
  • FIG. 1 is an exemplary view illustrating a pain treatment apparatus for physically symmetric physical diseases according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an image processing module illustrated in FIG. 1.
  • the pain treatment apparatus (hereinafter, referred to as a “pain treatment apparatus”) for physically symmetrical physical diseases of the present invention is located in front of the chair 100 and the chair 100 on which the patient sits. It includes a treatment unit 200 provided.
  • the chair 100 has a certain length of the screen 110 so that the patient can not see his leg is configured.
  • the screen 110 is for increasing the patient's own immersion when the patient is treating pain.
  • the pain treatment of the knee joint patient is treated while the patient views the exercise image displayed on the monitor 230 to be described later. If there is no screen 110, the patient displays the exercise on the monitor 230. This is because the effect of treatment decreases because you have to see the image and the image of your leg actually moving. Therefore, the shielding film 110 should be made of an opaque material or the like so that the patient can not directly see his leg.
  • the image displayed on the monitor 230 is a motion image obtained by mirror-inverting the normal joint motion image and the normal joint motion image.
  • the exercise image is provided instead of the exercise image of the operated leg. This will be described in detail below.
  • the treatment unit 200 includes a configuration of a camera 210, an image processing module 220, a monitor 230, and the like. It demonstrates concretely.
  • the camera 210 is positioned in front of the patient leg and serves to photograph the normal leg of the patient.
  • the camera 210 is natural that the position is adjusted according to the patient's body shape and seated posture.
  • the camera 210 is shown that one camera is applied, but is not necessarily limited thereto. That is, other media that can increase the patient's own commitment to pain treatment by implementing the patient's pain treatment as a 3D image can be used sufficiently.
  • two or more cameras or stereo cameras may be used.
  • a sensor for measuring the depth of a space and a motion tracking sensor for tracking a motion may be used.
  • the 3D image may be implemented on the monitor 230.
  • the patient needs to wear a corresponding configuration, which will be described below.
  • the image processing module 220 performs a mirror reversal process of the normal joint motion image captured by the camera 210 to display the screen on the monitor 230 instead of the motion image of the operated leg.
  • the normal joint motion image captured by the camera 210 will be described as a 'first motion image'
  • the mirror inversion processed normal joint motion image will be described as a 'second motion image'.
  • the image processing module 220 will be described with reference to FIG. 2.
  • an image receiver 221 receiving an image captured by the camera 210 is configured.
  • An image converter 222 configured to convert the first exercise image received by the image receiver 221 into a second exercise image in real time. That is, the image conversion unit 222 converts the first motion image taken by the camera 210 into a second motion image by applying a mirror therapy principle, and converts the first motion image into a second motion image, instead of the motion image of the operated leg. It serves to provide a monitor 230. In this case, the image converter 222 may also perform a function of removing various noises and the like that may be included in the first motion image photographed by the camera 210. This is to allow the patient to see a clearer image of the exercise.
  • An image transmitter 223 is configured to transmit the image-converted second exercise image and the first exercise image, which is the original image of the normal leg, to the monitor 230 so that the patient can directly watch. In other words, it provides a symmetrical image.
  • the reason why the first movement image photographed by the camera 210 and the second movement image obtained by mirror-inverting the first movement image as the left-right symmetric image is displayed on the monitor 230 is to recognize the brain sense of the patient. According to the function, the second exercise image is recognized as the exercise image of the operated leg to perform pain treatment.
  • the image processing module 220 may be a one-chip processor that performs the functions of the image receiver 221, the image converter 222, and the image transmitter 223, or may be a computer that provides the functions of the above components. have. In the case of a one-chip processor, the image processing module 220 may be provided with a separate housing to form an appearance. In addition, the image receiving unit 221 and the image transmitting unit 2230 of the image processing module 220 is connected to the camera 210 and the monitor 230 by a communication cable or a wireless communication medium. As a wireless communication medium, various communication methods such as wireless LAN, Bluetooth, and contactless near field communication (NFC) may be applied.
  • a wireless communication medium various communication methods such as wireless LAN, Bluetooth, and contactless near field communication (NFC) may be applied.
  • the pain treatment apparatus of the present embodiment is a device that induces the brain of the patient to induce the illusion that the surgical joint is in normal motion, and has a therapeutic effect.
  • the treatment effect requires a long treatment period to appear. Therefore, it is necessary to keep the surgical joint motion image and the normal joint image for each patient for continuous patient management and treatment.
  • the image processing module 220 further configures the image storage unit 224.
  • the image storage unit 224 stores the surgical joint motion image and the normal joint image of the individual patient.
  • the image processing module 220 may further configure the image updater 225.
  • the image updater 225 continuously updates the normal exercise image corresponding to the surgical image of every treatment process of the patient in consideration of the surgical site that may be improved according to the treatment process of the patient. This may provide a normal exercise image suitable for the treatment stage.
  • the updated normal exercise image is classified for each patient and stored in the image storage unit 224.
  • the normal exercise image updated by the image updater 225 needs to adjust the normal range of motion according to the degree of improvement of the surgical joint of the patient.
  • the patient undergoes a change after the knee surgery, such that the range of motion with respect to the surgical site becomes wider or narrower with time.
  • the patient should be able to recognize that the normal exercise image reflects his or her improvement state and to be able to perform the treatment. Therefore, when the image update unit 225 is configured in the pain treatment apparatus, the image conversion unit 222 performs a function of adjusting the exercise range of the normal exercise image according to the patient condition.
  • a monitor 230 connected to the image processing module 220 and displaying an image is configured.
  • the monitor 230 is provided in front of the patient so that the patient can see the first exercise image and the second exercise image displayed during the rehabilitation exercise.
  • the patient is in a position where the patient can provide the same effect as looking at the mirror and exercising.
  • the monitor 230 supports a 3D image, that is, as described above, the camera 210 may be composed of two or more cameras or a stereo camera, or a depth depth sensor and a motion tracking sensor. In this case, the monitor 230 is also displayed in three dimensions. Therefore, the patient can watch 3D images, thereby increasing the degree of immersion. Of course, patients must wear three-dimensional glasses or binocular binocular head mounted displays (HMDs) to view three-dimensional images.
  • HMDs binocular binocular head mounted displays
  • the embodiment of the present invention uses the principle of mirror treatment, and basically the patient should be able to recognize that the second exercise image is his / her surgical exercise image. If the second motion image to be output is not recognized as the patient's own surgical joint motion image, the mirror treatment may be effectively performed because the sensory cognitive function is confused in the brain.
  • the patient should allow the patient to directly transmit an input message on whether the second exercise image output to the monitor 230 is recognized as the patient's own surgery image.
  • the input button 112 is configured for this.
  • the input button 112 should be provided at a position that can be easily manipulated while the patient is being treated. For example, it may be provided on an upper surface of the shielding film 110.
  • the input button 112 is only an embodiment, and various other means such as a switch, a voice sensor, and the like that may transmit the input message may be adopted.
  • the input signal according to the manipulation of the input button 112 is transmitted to the image processing module 220.
  • the image processing module 220 transmits another exercise image to the monitor 230 according to whether the input button 112 is operated.
  • the input button 112 is not manipulated, this refers to a case in which the patient does not recognize the second exercise image as a part of his / her body. In this case, the exercise image of the operated leg is displayed on the screen.
  • the input button 112 is manipulated, this means a case where the patient recognizes the second exercise image as a part of his / her body. In this case, the normal image obtained by converting the second exercise image is displayed on the screen.
  • Figure 3 shows a flow chart illustrating a process of performing pain treatment of a patient in accordance with the operation of the pain treatment apparatus.
  • the flowchart in FIG. 3 refers to the first processing mode described later.
  • a patient who has undergone knee surgery is seated in a chair for treatment (s100). In this state, the patient starts the leg movement to move the leg around the knee axis for the pain treatment (s101). At this time, the movement speed of the operated leg and the normal leg will be different. However, the patient has not seen his leg movement by the masking film (110).
  • the photographed exercise image is a first exercise image.
  • the image receiver 221 receives the first exercise image and transmits it to the image converter 222 again (S104). Then, the image converter 222 generates a second motion image by mirror inverting the first motion image in real time (S106). That is, to apply the principle of mirror therapy, the first exercise image is to be converted into the exercise image of the operated leg, that is, the second exercise image. For example, when the right knee is operated, the motion information of the left knee is mirror-inverted and replaced with the motion image of the right knee.
  • the image converter 222 displays the first exercise image and the second exercise image on the monitor 230 through the image transmitter 223 (S108).
  • the patient may check the first exercise image and the second exercise image through the monitor 230.
  • the patient is in the state where the first surgical image and the mirror-inverted second exercise image are left and right symmetrically on the monitor 230 even though the actual surgical leg is in different positions because it cannot follow the normal speed of movement of the leg. Is displayed. Therefore, the patient receives an optical illusion that recognizes the movement of the leg displayed on the monitor 230 as the movement of his leg.
  • This uses the principle of mirror therapy where the brain first depends on visual information. Therefore, the patient can rehabilitation while alleviating the pain (s110).
  • the position of the operation leg and the normal leg is different, it can be solved by applying the second processing mode of the image processing mode to be described later.
  • the image processing mode will be described below.
  • the patient Before the rehabilitation treatment, during the rehabilitation treatment, the patient may be added to the process of recognizing the second exercise image as part of his body.
  • the present embodiment is possible because the patient can not see his or her actual leg movement by the screen 110 and can only confirm the leg movement displayed on the monitor 230, thereby increasing patient immersion. If there is no masking film 110, the patient can directly see the difference between the leg movement and the actual leg movement displayed on the monitor 230 will be significantly reduced rehabilitation effect.
  • Patient commitment can be further increased through three-dimensional imaging. As described above, if the optical illusion and the three-dimensional image provided by the shielding film 110 are provided together, it can be expected that the treatment effect can be further increased.
  • the camera 210 directly photographs the leg of the patient and mirrors it to display it on the monitor 230 in order to improve the immersion of the patient.
  • the present invention may provide the same effect without mirror inversion processing of the motion image photographed by the camera 210. That is, it is possible to use a normal exercise image of the patient stored in the image storage unit 224.
  • the image processing module 220 may display a normal exercise image on the monitor 230 with reference to the unique ID of the patient. It is possible to do rehabilitation treatment.
  • an embodiment of the present invention is to confuse pain in the patient's cognitive function during rehabilitation of a patient who has undergone surgery on a unilateral disease such as a knee joint using the principle of mirror therapy.
  • Figures 4a and 4b is an exemplary configuration showing a pain treatment apparatus for the appearance of symmetrical physical diseases according to the second embodiment of the present invention.
  • the pain treatment apparatus provides a structure that allows the patient to perform all of the pain treatment in the seat sitting.
  • a description of a configuration that performs the same function as that of the first embodiment will be omitted.
  • a chair 300 is provided in which a patient is seated.
  • the chair 300 is provided with a screen (310).
  • the blocking film 310 is to improve the patient's treatment immersion by preventing the patient from confirming the actual movement of his leg during pain treatment. Therefore, the shielding film 310 should be made of an opaque material.
  • the treatment unit that is, the camera 321, the image processing module (220 configuration of FIG. 2), and the monitor 322 are configured in the screen 310. That is, the camera 321, the image processing module, and the monitor 322 are all provided on the inside and the top and bottom of the screen 310.
  • the image processing module is the same as the configuration and function described in the first embodiment and is provided inside the shielding film 310, which will not be illustrated in the drawings.
  • the camera 321 is mounted on the lower surface of the blocking film 310.
  • the camera 321 serves to photograph the movement of the leg when the patient moves the leg.
  • a guide groove having a predetermined shape is formed under the shielding film 310, and a coupling protrusion formed at one end of the camera 321 is formed.
  • the coupling protrusion is movable along the guide groove in the state of being fitted into the guide groove. That is, a configuration for adjusting the position of the camera 321 is provided.
  • the camera may move in the front / rear / left / right directions on the lower surface of the screen 310 by the configuration of the guide groove and the engaging protrusion. This is because the patient's body types are all different.
  • the camera 321 uses a stereo camera or two or more cameras are mounted to allow 3D video recording.
  • a depth sensor for measuring the depth of a space and a motion tracking sensor for tracking a motion may be used.
  • the monitor 322 is formed above the shielding film 310.
  • the monitor 322 may be configured in a structure capable of adjusting the inclination angle so that the image displayed on the monitor 322 can be easily seen while the patient is seated.
  • an input button 311 is mounted on one side of the monitor 322. The position of the input button 311 can be changed.
  • An image processing module is provided in the shielding film 310.
  • the image processing module is configured to include an image receiving unit, an image converting unit, and an image transmitting unit, which will be omitted since it has been described in the first embodiment.
  • the image processing module is configured in the screening membrane 310 as shown in FIG. 4, the advantages of operating the entire space to install the pain treatment apparatus smaller than those of the first embodiment may be described.
  • the pain treatment process using the pain treatment apparatus provided in the second embodiment is as follows.
  • a patient who has undergone knee surgery is seated in a chair and adjusts the position of the camera 321. Since the camera 321 may move in the front / rear / left / right directions on the lower surface of the blocking film 310, the camera 321 may be adjusted to fit the body of the patient.
  • the camera 321 captures the exercise image (ie, the first exercise image) of the normal leg of the patient's leg.
  • the leg movement is a shape in which not only the normal leg but also the operated leg move together, but the movement of the normal leg and the operated leg is different from each other.
  • the image receiving unit of the image processing module receives the first exercise image photographed by the camera 321.
  • the image receiver transfers the first exercise image to the image converter.
  • the image conversion unit newly generates the second movement image by performing mirror inversion on the first movement image.
  • the exercise image of the operated leg is then replaced with a second exercise image.
  • the image transmitter transmits the first exercise image and the second exercise image to the monitor 322.
  • the patient may check the first exercise image and the second exercise image through the monitor 322.
  • the first exercise image and the second exercise image displayed on the monitor 322 appear at the same exercise speed. That is, although the patient is actually in a different position because the leg that is actually operated cannot follow the movement speed of the normal leg, the monitor 322 has the first motion image and the mirror-inverted second exercise image left and right symmetrically. Since it is displayed, the patient receives an optical illusion that recognizes the leg movement displayed on the monitor as the actual movement of his leg.
  • the second processing mode of the image processing mode described below may be applied, which will also be described below.
  • FIG. 5 is a view schematically showing the available range and the normal available range of the knee joint applied to an embodiment of the present invention.
  • the surgical joint 501 may have a minimum surgical joint available range 502 and a maximum surgical joint available range ( 503).
  • the minimum surgical joint available range 502 to the maximum surgical joint available range 503 becomes the available range 504 of the surgical joint.
  • the cameras 210 and 321 measure the available range 504 of the surgical joint, and calculate the normal available range 508 of the surgical joint through the available range 504 of the surgical joint.
  • the normal available range 508 has a wider range than the surgical joint available range 504, and the overall normal available range is calculated by calculating the minimum normal joint available range 506 and the maximum normal joint available range 507. 508 is determined.
  • the normal joint motion image of which the normal available range 508 is determined may be viewed by the patient through the monitors 230 and 322, and the treatment proceeds.
  • the surgical joint available range 504 of the patient is stored in the image storage unit 224, the image of the normal joint motion image according to the stored surgical joint available range 504 through the image updater 225
  • the normal available range 508 is adjusted to allow for knee joint treatment.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating the process of FIG. 5.
  • the surgical joint available range 504 is measured using a surgical joint motion image (S601).
  • the normal available range 508 of the surgical joint is calculated using the surgical joint motion image (S602). Thereafter, the patient can see the image of the normal joint motion exercising in the normal available range, and the patient is treated according to this process (s603).
  • the inertial sensor module mixed with the acceleration sensor and the angular velocity sensor may be attached to the patient leg to sense the leg movement.
  • the inertial sensor module is mounted to the ankle of the patient. This is because when it is attached to the ankle, leg movement due to leg movement can be sensed more accurately than when it is attached to other parts.
  • the present invention supports two processing modes in performing image processing.
  • the first exercise image and the second exercise image obtained by mirror-inverting the first exercise image are converted regardless of the state of operation of the operated leg.
  • This mode displays in real time in a symmetrical state.
  • the second exercise image refers to the exercise image of the operated leg.
  • the inverted exercise image of the normal leg is not displayed on the screen but is displayed in consideration of the position of the operated leg.
  • a patient who has undergone knee surgery is seated in a chair for treatment (s700).
  • the patient starts the leg movement to move the leg around the knee axis for the pain treatment (s701). At this time, the movement speed of the operated leg and the normal leg will be different.
  • the camera photographs both leg movements and determines the position (s702).
  • the image processing module determines the current position of the operated leg. After accessing the image information of the normal leg corresponding to the closest position from the image storage unit and displays it on the screen (s706). For example, if the operated leg is located about 15 ° to the rear, the image processing module accesses and accesses image information in which the normal leg is positioned about 10 to 20 ° toward the back among the images stored in the image storage unit. The image information is mirror-inverted and displayed on the screen together with the motion image of the current leg so that it can be recognized as the motion image of the leg.
  • the normal leg and the operated leg are in the same direction, it is also possible to display the exercise image obtained by mirror-reversing the normal leg and the normal leg without accessing the image storage unit. That is, the first exercise image and the second exercise image are displayed (s708).
  • the patient may be mistaken that the operated leg is moving well even if the operated leg is not moved well, and the image information displayed on the screen according to the position of the operated leg and The actual leg movements are completely different, which prevents immersion in pain relief and rehabilitation exercises.
  • first treatment mode and the second treatment mode described above are appropriately mixed and provided during leg exercise.
  • the two processing modes are performed according to whether the input buttons 112 and 311 mentioned in the above two embodiments are operated, that is, the immersion button.
  • a patient who has undergone knee surgery is seated in a chair for treatment (s800).
  • the image processing module determines whether the patient has operated the input button (s802).
  • the image processing module processes the image information to perform the first processing mode described above (s804), whereby the patient performs rehabilitation treatment using the first processing mode.
  • the image processing module processes the image information to perform the second processing mode described above (s806), whereby the patient performs rehabilitation treatment using the second processing mode.
  • the present invention can rehabilitation using the first treatment mode or the second treatment mode according to the will of the patient.
  • the present invention will be described with respect to the principle of the pain treatment device for the physical symmetry of the present invention and the treatment process that can be applied to the actual patient.
  • the sensory and cognitive functions of the brain may be disrupted and pain may be alleviated.
  • Mirror treatment suggests that pathological pain can be caused by biased sensory reproduction of the cerebrum, which leads to motor and sensory mismatches, and normalization of the biased sensory reproduction of the cerebral correlates is associated with a reduction in pain.
  • the effect of mirror treatment is believed to induce the abnormal plasticity of the brain generated after the cutting or paralysis by the mirror treatment, and the plasticity of the brain can be changed through acquired experience.
  • Sensory perception of the cerebrum can be actively adapted to the external environment, such as a report that the artificial arm is attached to the existing arm and that the existing arm is longer and that the somatosensory potential of the thumb has changed. Perform patient treatment with.
  • the mirror treatment causes conflicts in the brain's perception of motor and sensory signals transmitted from the body, causes uncertainty in the secondary input signal, and visually feedbacks the normal movement of the other side reflected in the mirror to hide the opposite body. May cause plasticity in the brain responsible for the site. This results in increased motor evoked potential in certain areas of the brain through mirror therapy, lateral readiness potential (LRP) increases in proportion to the similarity of the mirror reflex image, and F-wave. This can be proved by the fact that 'spinal motorneuronal excitability' is irrelevant.
  • LRP lateral readiness potential
  • the effect of the mirror treatment is that the visual treatment of vision prior to somatosensory and the error of setting the direction to hold the object only by looking at the static hand reflected in the mirror, May affect sensory reimplementation
  • the mirror uses rubber hands and a rubber hand illusion that recognizes the rubber hand as one's hand when providing an external stimulus, and the mirror_neuron system reported in primates is activated. Induces an embodiment that recognizes the specific requirements of an external thing as one's body.
  • mirror therapy induces reduced awakening for the pain area, such as learned non-use of not using the arm unconsciously paralyzed as a learning effect on paralysis after the onset of hemiplegia. It may be helpful, or it may use the effect of inducing unconscious movement through cerebral activation of hidden body parts.
  • a single cohort clinical study confirms the quantitative verification of pain reduction and the dose-dependent effect and improvement of 'functional ends' after mirror virtual reality therapy using knee therapy. was carried out.
  • the pain treatment apparatus for physically symmetrical physical diseases is randomized using a random assignment generator that provides 'sequentially numbered containers' to patients who have been transferred to rehabilitation after surgery.
  • the assignment is divided into full term intervention and half term intervention, and the patient assignment group is delivered to the VR practitioner in a sealed envelope immediately before adjustment, to determine age and visual perception before the onset of virtual reality.
  • the gender, weight, height, and pretreatment preoperative postoperative evaluation were considered in consideration of gender differences and gender differences for mirror optical illusion.
  • the level of education that may affect the experiment and the depression form may affect the outcome of mirror therapy.
  • Range active total ROM of flexion and extension
  • WOMAC index Western Ontario and McMaster Universities Osteoarthritis Index
  • graded ambulation distances 6 minute walk test, timed-stands test.
  • the treatment method using a pain treatment device for the appearance of symmetrical physical disease is the total joint range of the flexion of the knee spontaneously bent as much as possible in the patient's lying state of the goniometer (goniometer) Measured by fixing the fulcrum to the lateral support point with the fulcrum facing the greater trochanter of the femur and the rear arm toward the lateral malleolus. Place the 4 inch roll under the ankle while lying down and tell the knee to extend as much as possible. Use a goniometer to measure the range outside 0 °.
  • the therapist will provide treatment according to the patient group in a sealed envelope, and all groups will provide standardized physiotherapy for two weeks, and the entire treatment group will receive virtual reality for two weeks, five times a week, once a day after the end of physical therapy.
  • the partial period treatment group may proceed with treatment by providing a virtual reality, such as standardized physical therapy for the first half of the week and the second period for the whole period.
  • Virtual reality is based on the somatotopic principle of a specific part of the body, allowing all the lower limbs to be seen. The intermanual transfer of the two hands is not induced by mirror therapy and is rather Considering that the movement is reflected, the healthy knee is moved at the same time, considering that it enhances brain plasticity.
  • the therapist adjusts the height of the chair so that the foot of the patient is 10 cm above the ground, and the hips and knees are 90 ° and the waist is perpendicular to the ground.
  • the camera is positioned in front of the patient and the distance is adjusted so that both the lower leg and perineum are photographed on the screen and the connecting parts of both lower limbs are naturally reconstructed.
  • both legs are freely moved in the surgical joint available range of the patient for 5 minutes and the screen is evaluated, and then the validity of the virtual reality is evaluated. After one minute of rest, the virtual reality is shown, and both legs are flexed and relaxed at the same time in the patient's available range.
  • R1 is VAS while at resting and moving, active total ROM of flexion and extension, WOMAC index, graded ambulation distances, 6 minute walk test, timed- stands test, weekly tridol usage, side effects
  • R1 is VAS while at resting and moving, active total ROM of flexion and extension, WOMAC index, graded ambulation distances, 6 minute
  • the present embodiment improves the patient's immersion while applying the principle of mirror therapy as a pain treatment device excluding conventional treatment such as drugs, thereby confounding the cognitive function of the patient after surgery for unilateral disease such as the knee joint.
  • the technical gist of the present invention is that a pain treatment apparatus for physically symmetrical physical diseases is configured to treat pain.
  • the present invention confused the cognitive function of the patient for all diseases that occur only on one side among the externally symmetrical body to alleviate the pain of the patient, and can also treat the rehabilitation treatment with improved immersion. It can be applied to a wide range of pain treatment devices that can shorten the treatment time by promoting the speed of recovery from surgery.

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Abstract

본 발명은 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치 및 제어방법에 관한 것이다. 본 발명은 정상 운동 이미지를 거울 반전 처리하여 수술 부위의 이미지로 대체한 운동 이미지 및 그 정상 운동 이미지를 하나의 좌우 대칭 영상으로 하여 환자가 볼 수 있도록 한다. 따라서 뇌의 감각 인지 기능에 혼란을 야기시켜 통증을 완화하면서 치료를 수행하는 것이다.

Description

외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치
본 발명은 통증 치료장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 슬관절(knee joint) 등과 같이 외형적으로 대칭인 신체 중에서 편측(片側)에만 발생하는 질환에 대해 수술 부위의 이미지를 정상인 부위의 이미지로 대체하여 환자가 좌우 대칭 영상을 실시간(real-time)으로 시청할 수 있도록 함으로써, 환자의 인지 기능에 혼란을 주어 환자의 통증을 치료하는 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치에 관한 것이다.
슬관절(knee joint)은 무릎 관절을 의미하는 것으로, 다리의 허벅지뼈(대퇴골), 정강이뼈(경골) 및 무릎 앞쪽 뼈(슬개골)로 이루어진 관절을 의미한다. 상기 슬관절은 보행 활동을 하거나 무릎을 활용하는 과정에서 중요한 역할을 한다.
그러나 최근에는 다양한 원인으로 이러한 무릎 관절이 손상되거나 파괴되어 무릎이 잘 펴지지 않거나 구부러지지 않아 정상적으로 걸을 수 없는 경우가 생긴다. 예컨대, 격한 운동 중에 무릎에 외상을 당하거나 노화에 의한 퇴행성 관절염, 류마티스 관절염 또는 O자, X자 다리와 같이 다리가 휘어지게 된 경우에 관절에 이상이 생길 수 있다.
이러한 관절 이상을 치료하기 위해 근래 인공 슬관절 치환술을 시술하게 된다. 인공 슬관절 치환술은 기존에 무릎에 있던 관절을 제거하고, 인공적으로 생성한 슬관절을 삽입하는 기술을 의미한다. 그러나 이러한 슬관절 치환술 이후에는 환자에게 많은 무리가 생기고 많은 진통을 느끼게 되는바, 시술을 받은 환자에게 많은 부담으로 작용하였다.
종래 환자의 진통을 줄이기 위한 방법으로는 진통제 및 기타 약품을 사용하는 경우가 대부분이다. 하지만, 약품으로 인한 진통 억제방법은 약품 내성으로 인해 효과가 저하되기 때문에 점점 더 많은 양의 약품을 복용하게 되어 환자의 신체 기능에 악영향을 미칠 수 있다. 이 경우 환자의 진통을 줄이기 위한 방법에 한계가 있을 수밖에 없다.
그럼에도 현재 약품을 이용한 통증 방안 이외에는 마땅한 대안이 없기 때문에, 상기한 문제점을 인식하고 있지만 슬관절 수술을 받은 환자의 대부분은 약품 치료에 의존하고 있는 실정이다.
따라서 본 발명의 목적은 약물 등과 같은 치료방법 대신 간단한 재활 치료 운동만으로도 슬관절 등과 같은 질환의 수술을 시술받은 환자가 치료받을 수 있는 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 통증 치료시 뇌에 시각적 인지 정보가 우선 전달되게 환자의 몰입도(Immersion)를 향상시킴으로써, 환자의 인지 기능에 혼란을 부여하여 종래보다 통증이 완화된 상태로 치료 가능한 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명은, 외형적 대칭인 신체 질환에 대한 치료시 통증 완화뿐만 아니라 재활 운동으로 인해 수술에서 회복되는 속도를 촉진시켜 치료 시간을 단축하도록 하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 외형적으로 대칭인 신체의 편측(片側)에만 발생하는 질환에서 정상 부위에 대한 제1 운동 이미지를 촬영하는 촬영부; 상기 제1 운동 이미지를 거울 반전처리하여 생성된 제2 운동 이미지를 수술 부위의 운동 이미지로 변환하는 이미지 처리모듈; 및 환자가 시청할 수 있도록 상기 제1 운동 이미지 및 제2 운동이미지를 실시간(real-time) 표시하는 표시부를 포함하는 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치를 제공한다.
상기 환자가 착석하는 의자; 환자의 안면과 수술 부위 사이에 위치하도록 상기 의자에 장착되는 가림막; 및 환자로부터 상기 제2 운동이미지를 자신의 신체 일부로 인식하였음을 인지하는 입력신호를 인가받도록 상기 가림막에 장착되는 입력버튼을 더 포함한다.
상기 이미지 처리모듈은, 상기 제1 운동 이미지를 수신하는 이미지 수신부; 상기 제1 운동 이미지를 거울 반전처리하여 상기 제2 운동 이미지로 변환하는 이미지 변환부; 상기 제1 운동 이미지와 상기 제2 운동 이미지를 상기 표시부에 제공하는 이미지 송신부; 환자의 치료 과정에 따라 호전될 수 있는 수술 부위를 고려하여 환자의 매 치료과정에 대한 수술 이미지에 대응하는 정상 운동 이미지를 계속 갱신하는 이미지 갱신부; 및 환자 개인의 수술 관절 운동 이미지 및 정상 관절 이미지를 저장하는 이미지 저장부를 포함한다.
상기 촬영부는, 적어도 하나의 카메라, 스테레오 카메라, 공간 깊이 측정센서(Depth sensor)와 움직임 추적센서(Motion Tracking sensor)의 센서모듈 중 하나를 사용한다.
상기 이미지 처리모듈은, 상기 이미지 갱신부가 갱신하는 상기 정상 관절 운동 이미지에 따라 정상 관절 운동 범위를 조절한다.
상기 표시부는, 3차원 영상 출력장치로 구성된다.
상기 제1 운동 이미지 및 제2 운동 이미지의 운동 정보를 센싱하도록 상기 환자의 발목에 장착되는 관성 센서 모듈을 더 포함한다.
상기 이미지 처리모듈은, 정상 부위와 수술 부위의 위치 및 방향이 서로 다른 경우, 상기 수술 부위의 위치와 근접하는 정상 부위의 영상 정보를 상기 이미지 저장부로부터 액세스하고, 상기 액세스한 정상 부위의 영상 정보를 거울 반전 처리하여 상기 수술 부위에 대한 영상 정보와 좌우 대칭되게 화면 표시하게 한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 환자가 착석하는 의자; 환자의 안면과 수술 부위 사이에 위치하도록 상기 의자에 장착되는 가림막; 상기 가림막의 하측에 장착되는 촬영부; 상기 가림막의 상측에 장착되는 표시부; 및 상기 촬영부가 촬영한 정상 부위의 제1 운동 이미지와, 상기 제1 운동 이미지를 거울 반전처리하여 생성한 제2 운동 이미지의 대칭 영상정보를 상기 표시부에 실시간(real-time) 표시하는 이미지 처리모듈을 포함하는 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치를 제공한다.
상기 가림막의 하측에 형성된 가이드 홈; 및 상기 가이드 홈과 결합하도록 상기 촬영부의 일측에 구성된 결합 돌기;를 더 포함하고, 상기 결합 돌기가 상기 가이드 홈을 따라 이동되어 상기 카메라의 위치를 조정한다.
상기 표시부는, 상기 가림막의 상면과 일정 각도만큼 경사 가능하게 구성된다.
상기 제1 운동 이미지 및 제2 운동 이미지의 운동 정보를 센싱하도록 상기 환자의 발목에 장착되는 관성 센서 모듈을 더 포함한다.
상기 이미지 처리모듈은, 정상 부위와 수술 부위의 위치 및 방향이 서로 다른 경우, 상기 수술 부위의 위치와 근접하는 정상 부위의 영상 정보를 상기 이미지 저장부로부터 액세스하고, 상기 액세스한 정상 부위의 영상 정보를 거울 반전 처리하여 상기 수술 부위에 대한 영상 정보와 좌우 대칭되게 화면 표시하게 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 외형적으로 대칭인 신체의 편측(片側)에만 발생하는 질환에서 정상 부위를 촬영하는 영상 촬영 단계; 상기 정상 부위의 제1 운동 이미지와 거울 반전되는 제2 운동 이미지를 생성하고, 수술 부위 이미지를 상기 제2 운동 이미지로 변환하는 이미지 변환 단계; 및 상기 제1 운동 이미지와 상기 제2 운동 이미지를 화면 표시하는 이미지 표시 단계를 포함하는 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치의 제어방법을 제공한다.
상기 제1 운동 이미지, 제2 운동 이미지 및 수술 부위 이미지를 환자별로 저장하는 이미지 기록 단계; 및 환자의 매 치료 과정에 대한 수술 부위 이미지에 따라 운동 이미지를 갱신하는 이미지 갱신 단계;를 더 포함한다.
상기 이미지 갱신 단계는, 상기 수술 부위 이미지로 상기 환자의 수술 관절 가용 범위를 측정하는 가용 범위 측정 단계; 및 상기 수술 부위 이미지로 상기 수술 관절의 정상 가용 범위를 계산하는 정상 가용 범위 계산 단계를 포함하고, 치료 수행시, 상기 정상 가용 범위로 운동하는 정상 관절 운동 이미지를 이용한다.
상기 환자의 수술 관절 가용 범위를 상기 이미지 기록 단계를 통해 저장하고, 상기 저장된 환자의 수술 관절 가용 범위에 따라 상기 정상 관절 운동 이미지의 상기 정상 가용 범위를 조절한다.
상기 이미지 표시단계는, 상기 환자에게 전달된 수술 부위 이미지를 상기 환자가 본인의 신체 일부로 인식하였는지 여부를 판단하는 판단 단계; 및 상기 판단 단계에 따라 환자가 상기 수술 부위 이미지를 본인의 신체 일부로 인식하지 못한 경우 상기 수술 부위 이미지를 지속적으로 출력하고, 본인의 신체 일부로 인식한 경우 상기 제1 운동 이미지 및 제2 운동 이미지를 출력하는 출력단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 환자 전방에 위치하여 수술 관절 운동 영상을 촬영하는 카메라; 촬영된 상기 수술 관절 운동 영상에서 수술 관절 연결 부위 및 거리를 조절하여 이미지를 생성하는 이미지 생성부; 상기 수술 관절 운동 이미지를 정상 관절 운동 이미지로 치환하는 이미지 프로세싱부; 상기 수술 관절 운동 이미지 및 정상 관절 운동 이미지를 교대로 출력하여 상기 환자에게 이미지를 전달하는 이미지 출력부;를 포함하는 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치를 제공한다.
상기 이미지 출력부는 상기 환자에게 전달된 수술 관절 운동 이미지를 상기 환자가 본인의 신체 일부로 인식하였는지 여부를 판단하고, 상기 환자가 상기 수술 관절 운동 이미지를 본인의 신체 일부로 인식하지 않으면 상기 수술 관절 운동 이미지를 지속적으로 출력하며, 상기 환자가 상기 수술 관절 이미지를 본인의 신체 일부로 인식하였으면 상기 정상 관절 운동 이미지를 치환하여 출력한다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
즉, 본 발명은 수술 다리의 운동 이미지를 정상 다리의 이미지로 대체하여 환자가 좌우 대칭 영상을 실시간 시청하면서 재활치료를 할 수 있다. 따라서 실제 다리 움직임은 차이가 나지만 모니터에 표시되는 좌우 운동 이미지는 동일한 운동 속도로 움직이기 때문에, 뇌 감각 인지 기능을 혼란에 빠뜨려 통증을 완화하면서 치료를 할 수 있는 효과가 있다.
더욱이 본 발명은 환자는 가림막에 의해 실제 자신의 다리를 볼 수 없고 모니터에 화면 표시된 운동 이미지만을 보면서 재활 치료를 하기 때문에 그만큼 몰입도를 증가시키면서 재활 치료를 할 수 있다.
이러한 환자 몰입도는 재활 치료에 중요한 요소로서, 본 실시 예는 추가적으로 3D 영상 구현 및 카메라가 촬영한 정상 다리를 거울 반전 처리하여 수술 다리의 이미지로 대체하여 보여줄 수 있는 구성을 제공하기 때문에, 상대적으로 더 통증 완화 효과를 기대하면서 치료를 할 수 있는 기대가 있다.
그리고 본 발명은 상술한 바와 같이 환자가 치료를 받는 동안 자신의 재활 치료에만 정신을 집중할 수 있도록 하고 있어, 통증 완화는 물론 몰입도가 향상된 상태로 재활 치료에 임할 수 있어 수술에서 회복되는 속도를 촉진시켜 치료 시간을 단축할 수 있는 효과가 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치를 보인 예시 구성도
도 2는 도 1에 도시된 이미지 처리모듈을 설명하는 블록 구성도
도 3은 도 1에 통증 치료장치의 구동에 따라 환자의 통증 치료를 수행하는 과정을 설명하는 흐름도
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치를 보인 예시 구성도
도 5는 본 발명의 실시 예에 적용되는 슬관절의 가용 범위 및 정상 가용 범위를 개략적으로 나타낸 도면
도 6은 도 5의 과정을 보인 흐름도
도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치가 제공하는 처리 모드 중, 두 번째 처리모드의 동작 과정을 설명하는 흐름도
도 8은 본 발명의 실시 예에 따라 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치가 제공하는 2가지 처리모드를 선택적으로 수행하는 과정을 설명하는 흐름도
본 발명은 슬관절 수술과 같이 좌우 대칭인 신체 구조에서 편측(片側)에만 발생하는 질환에 대해 거울 치료(mirror therapy) 원리를 응용하여 수술 부위의 이미지를 정상 부위의 이미지로 대체하여 실시간(real-time)으로 환자에게 보여줌으로써 환자의 인지 기능에 혼란을 주어 통증을 완화하면서 치료하는 통증 치료장치를 제안하는 것을 기본적인 기술적 요지로 한다.
이하 본 발명에 의한 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치의 실시 예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
여기서 설명하는 본 발명의 실시 예들은 슬관절 수술 후 재활 운동을 통해 치료하는 슬관절 환자를 대상으로 하고 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한정하지는 않는다. 즉, 본 발명은 외형적으로 좌우 대칭인 신체 조건에서 어느 한 부분에 질환이 발생한 경우 이를 거울 치료(mirror therapy) 원리를 이용하여 치료할 수 있는 모든 질환 등에 공통되게 적용할 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치를 보인 예시 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 이미지 처리모듈을 설명하는 블록 구성도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치(이하, '통증 치료장치'라 하기로 함)는 환자가 앉는 의자(100) 및 의자(100) 전방에 마련된 치료유닛(200)을 포함한다.
의자(100)에는 환자가 자신의 다리를 볼 수 없도록 일정 길이의 가림막(110)이 구성된다. 가림막(110)은 환자가 통증 치료를 할 때 환자 자신의 몰입도를 증가시키기 위한 것이다. 본 실시 예에 따라 슬관절 환자의 통증 치료는 환자가 후술하는 모니터(230)에 표시되는 운동 이미지를 시청하면서 치료를 하게 되는데, 만약 가림막(110)이 없는 경우 환자는 모니터(230)에 표시되는 운동 이미지와 실제 자신의 다리가 움직이는 이미지를 볼 수밖에 없어 치료 효과가 감소하기 때문이다. 따라서 가림막(110)은 환자가 자신의 다리를 직접 볼 수 없도록 불투명 재질 등으로 제조되어야 할 것이다. 여기서, 모니터(230)에 표시되는 이미지는 정상 관절 운동 이미지와 상기 정상 관절 운동 이미지를 거울 반전 처리한 운동 이미지이다. 상기 운동 이미지가 수술한 다리의 운동 이미지 대신 제공되는 것이다. 이는 아래에서 상세하게 설명하기로 한다.
치료유닛(200)은 카메라(210), 이미지 처리모듈(220), 모니터(230) 등의 구성을 포함한다. 구체적으로 설명한다.
카메라(210)는 환자 다리의 전방에 위치하여 환자의 정상 다리를 촬영하는 역할을 한다. 물론, 카메라(210)는 환자의 체형 및 착석한 자세에 따라 위치가 조절되는 것은 당연하다. 여기서, 도 1과 같이 카메라(210)는 1대의 카메라가 적용되는 것으로 도시하고 있으나, 반드시 이에 한정되지는 않는다. 즉, 환자의 통증 치료를 3차원 영상으로 구현하여 통증 치료에 대한 환자 자신의 몰입도를 높일 수 있는 다른 매체 등이 충분히 이용될수 있는 것이다. 예컨대, 둘 이상의 카메라 또는 스테레오 카메라가 이용될 수 있다. 이외에도 공간의 깊이를 측정하는 센서(Depth sensor) 및 움직임을 추적할 수 있는 센서(Motion Tracking sensor)를 이용할 수 있다. 이러한 구성들을 통해 모니터(230)에 3차원 영상이 구현될 수 있다. 물론, 환자가 이를 3차원적으로 시청하기 위해서는 환자는 이에 맞는 구성을 착용해야 하는데 이는 아래에서 설명하기로 한다.
이미지 처리모듈(220)은 카메라(210)가 촬영한 정상 관절 운동이미지를 거울 반전처리하여 수술한 다리의 운동 이미지 대신 모니터(230)에 화면 표시하는 역할을 수행한다. 이하에서는 카메라(210)가 촬영한 정상 관절 운동 이미지를 '제1 운동 이미지'라 하고, 거울 반전 처리된 정상 관절 운동 이미지를 '제2 운동 이미지'라 하여 설명하기로 한다. 이렇게 제2 운동 이미지를 생성하여 수술한 다리의 운동 이미지 대신 보여주는 것은 환자가 상기 제2 운동 이미지를 본인의 신체 일부로 인식하는 착시 현상을 통해 뇌 감각 인지 기능에 혼란을 야기시켜 통증을 완화하면서 치료를 하기 위함이다.
이미지 처리모듈(220)에 대해서는 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2를 보면, 카메라(210)가 촬영한 이미지를 전달받는 이미지 수신부(221)가 구성된다.
이미지 수신부(221)가 수신한 제1 운동 이미지를 제2 운동 이미지로 실시간 변환하는 이미지 변환부(222)가 구성된다. 즉 이미지 변환부(222)는 거울 치료(mirror therapy) 원리를 응용하여 카메라(210)가 촬영한 제1 운동 이미지를 거울 반전 처리하여 제2 운동 이미지로 변환하고, 이를 수술한 다리의 운동 이미지 대신 모니터(230)로 제공하는 역할을 한다. 이때 이미지 변환부(222)는 카메라(210)가 촬영한 제1 운동 이미지에 포함될 수 있는 각종 노이즈(noise) 등을 제거하는 기능도 함께 수행할 수 있다. 이는 보다 선명한 화질의 운동 이미지를 환자가 볼 수 있도록 하기 위함이다.
이미지 변환된 제2 운동 이미지 및 정상 다리의 원래 이미지인 제1 운동이미지를 환자가 직접 시청할 수 있도록 모니터(230)로 전달하는 이미지 송신부(223)가 구성된다. 즉 좌우 대칭 영상을 제공하는 것이다.
이와 같이 카메라(210)가 촬영한 제1 운동 이미지와, 그 제1 운동 이미지를 거울 반전 처리한 제2 운동 이미지를 좌우 대칭 영상으로 하여 모니터(230)를 통해 표시하는 이유는 환자의 뇌 감각 인지 기능에 따라 제2 운동 이미지를 수술한 다리의 운동 이미지로 인지되게 하여 통증 치료를 수행하기 위한 것이다.
한편 이미지 처리모듈(220)은 이미지 수신부(221), 이미지 변환부(222) 및 이미지 송신부(223)의 기능을 수행하는 원-칩 프로세서일 수 있거나, 또는 상기 구성들의 기능을 제공하는 컴퓨터일 수 있다. 원-칩 프로세서일 경우 이미지 처리모듈(220)은 별도의 하우징 등이 제공되어 외관을 형성하는 것이 좋다. 또한 이미지 처리모듈(220)의 이미지 수신부(221) 및 이미지 송신부(2230)는 카메라(210) 및 모니터(230)와 통신 케이블(cable)로 연결되거나, 또는 무선 통신 매체로 연결된다. 무선 통신매체는 근거리 통신방식으로 무선 랜, 블루투스, 비접촉식 근거리 무선통신(NFC) 등 다양한 통신방식이 적용될 수 있다.
본 실시 예의 통증 치료장치는, 환자의 뇌로 하여금 수술 관절이 정상으로 운동하고 있다는 착각을 유도하여 치료 효과를 내는 장치로서, 이러한 치료 효과가 나타나기 위해서는 장기간의 치료기간을 필요로 한다. 따라서, 지속적인 환자 관리 및 치료를 위해서 환자 개인마다 수술 관절 운동 이미지 및 정상 관절 이미지를 보관할 필요가 있다.
이에 이미지 처리모듈(220)은 이미지 저장부(224)를 더 구성한다. 이미지 저장부(224)는 환자 개인의 수술 관절 운동 이미지 및 정상 관절 이미지를 저장한다.
또한 이미지 처리 모듈(220)은 이미지 갱신부(225)를 더 구성할 수 있다. 이미지 갱신부(225)는 환자의 치료 과정에 따라 호전될 수 있는 수술 부위를 고려하여 환자의 매 치료과정에 대한 수술 이미지에 대응하는 정상 운동 이미지를 계속 갱신하는 것이다. 이를 통해 치료 단계에 맞는 정상 운동 이미지가 제공될 수 있다. 갱신되는 정상 운동 이미지는 환자별로 분류되어 이미지 저장부(224)에 저장된다.
이미지 갱신부(225)에 의해 갱신된 정상 운동 이미지는 환자의 수술 관절의 호전 정도에 따라 정상 운동 범위를 조절할 필요가 있다. 즉, 환자는 슬관절 수술 후, 시간이 지날수록 상기 수술 부위에 대한 운동 범위가 넓어지거나 좁아지는 등 변화가 일어난다. 이에 상기 변화를 반영하여 환자로 하여금 정상 운동 이미지가 자신의 호전 상태를 반영하고 있다는 인식을 주게 되어 치료를 수행하게 할 수 있어야 한다. 따라서 통증 치료장치에 이미지 갱신부(225)가 구성될 경우, 이미지 변환부(222)는 환자 상태에 따라 정상 운동 이미지의 운동 범위를 조절하는 기능을 수행하게 된다.
다시 도 1을 참조하면, 이미지 처리모듈(220)과 연결되어 이미지를 화면 표시하는 모니터(230)가 구성된다. 모니터(230)는 환자가 재활 운동을 하면서 표시되는 제1 운동 이미지 및 제2 운동 이미지를 볼 수 있도록 환자의 전방에 마련된다. 바람직하게는 환자가 거울을 보고 운동을 하는 것과 같은 동일한 효과를 제공할 수 있는 위치이면 된다.
모니터(230)가 3차원 영상을 지원할 경우 즉, 상술한 바와 같이 카메라(210)가 둘 이상의 카메라나 스테레오 카메라, 또는 공간 깊이 측정 센서(Depth sensor) 및 움직임 추적 센서(Motion Tracking sensor)로 구성될 경우 모니터(230)도 3차원으로 표시된다. 따라서 환자가 3차원 영상을 시청할 수 있어 몰입도를 증가시킬 수 있다. 물론 환자는 3차원 영상을 보기 위해서는 3차원 안경이나 쌍안식 HMD(Binocular Head mounted display)를 착용해야 한다.
본 발명의 실시 예는 거울 치료 원리를 이용하는 것으로서 기본적으로 환자는 제2 운동이미지가 자신의 수술한 운동 이미지임을 인식할 수 있어야 한다. 출력되는 제2 운동 이미지가 환자 자신의 수술 관절 운동 이미지로 인식하지 않는다면, 뇌에 감각 인지 기능을 혼란에 빠뜨려 수행하게 되는 상기 거울 치료가 효과적으로 이루어질 수 없기 때문이다.
그렇기 때문에, 환자는 모니터(230)에 출력되는 제2 운동 이미지가 환자 자신의 수술 이미지로 인식하였는지 판단할 수 있도록 환자가 직접 인식 여부에 대한 입력 메시지를 전달할 수 있도록 해야 한다. 실시 예에서는 이를 위해 입력 버튼(112)이 구성된다. 입력버튼(112)은 환자가 치료받는 도중에 쉽게 조작할 수 있는 위치에 마련되어야 한다. 예컨대, 가림막(110)의 상면에 마련될 수 있다. 물론 입력 버튼(112)는 일 실시 예에 불과하며, 상기 입력 메시지를 전달할 수 있는 스위치, 음성 센서 등 다른 다양한 수단이 채택될 수 있다.
입력 버튼(112)의 조작에 따른 입력 신호는 이미지 처리모듈(220)로 전달된다.
그리고 이미지 처리모듈(220)은 입력 버튼(112)의 조작 여부에 따라 모니터(230)에 다른 운동 이미지를 전송하게 된다. 첫 번째, 입력 버튼(112)이 미조작되면 이는 환자가 제2 운동이미지를 자신의 신체 일부로 인식하지 않은 경우를 말하고, 이때에는 수술한 다리의 운동 이미지가 화면 표시되게 처리한다. 반면 입력 버튼(112)이 조작되면 이는 환자가 제2 운동 이미지를 자신의 신체 일부로 인식한 경우를 말하고, 이때에는 제2 운동 이미지를 변환한 정상 이미지가 화면 표시되게 처리한다.
이어서는 상기한 구성을 가지는 통증 치료장치를 이용하여 재활 운동시 환자의 통증을 치료하는 과정을 설명한다. 이는 통증 치료장치의 구동에 따라 환자의 통증 치료를 수행하는 과정을 설명하는 흐름도를 보인 도 3을 참조한다. 여기서, 도 3의 흐름도는 후술하는 첫 번째 처리모드를 말하고 있다.
슬관절 수술을 받은 환자가 치료를 위해 의자에 착석한다(s100). 그 상태에서 환자는 통증 치료를 위해 무릎을 축으로 하여 다리를 움직이는 다리 운동을 시작한다(s101). 이때 수술한 다리와 정상인 다리의 움직인 속도는 다를 것이다. 그렇지만 환자는 가림막(110)에 의해 자신의 다리 움직임을 보지 못한 상태이다.
이렇듯 환자 자신이 양쪽 다리를 모두 움직이기 시작하면, 카메라(210)는 정상 다리의 움직임을 촬영한다(s102). 촬영된 운동 영상은 제1 운동이미지이다.
이미지 수신부(221)는 제1 운동 이미지를 수신하고 이를 다시 이미지 변환부(222)로 전달한다(s104). 그러면 이미지 변환부(222)는 제1 운동 이미지를 실시간으로 거울 반전처리하여 제2 운동 이미지를 생성한다(s106). 즉 거울 치료(mirror therapy) 원리를 적용하기 위한 것으로서, 제1 운동 이미지가 수술한 다리의 운동 이미지, 즉 제2 운동 이미지로 변환되게 하는 것이다. 예컨대, 오른쪽 무릎을 수술한 경우에 왼쪽 무릎의 운동 정보를 거울 반전처리하고 이를 수술한 오른쪽 무릎의 운동 이미지로 대체하는 것이다. 이미지 변환부(222)는 제1 운동 이미지와 제2 운동 이미지를 이미지 송신부(223)를 통해 모니터(230)에 표시하도록 한다(s108).
그러면 환자는 모니터(230)를 통해서 제1 운동 이미지와 제2 운동 이미지를 확인할 수 있다. 이때 환자는 실제 수술한 다리가 정상적인 다리의 운동 속도를 따라가지 못해 서로 다른 위치에 있는 상태일지라도, 현재 모니터(230)에 제1 운동 이미지 및 거울 반전 처리된 제2 운동 이미지가 좌우 대칭된 상태로 표시된다. 따라서 환자는 모니터(230)에 표시되는 다리 움직임을 실제 자신의 다리 움직임으로 인식하는 착시 현상을 받게 된다. 이는 뇌가 시각 정보에 가장 먼저 의존하는 거울 치료의 원리를 이용하는 것이다. 따라서 환자는 통증을 완화하면서 재활 치료를 할 수 있게 된다(s110). 물론, 수술한 다리와 정상 다리의 위치가 상이한 경우, 후술하는 영상 처리모드의 두 번째 처리모드를 적용하면 해결할 수 있다. 영상 처리모드에 대해서는 아래에서 설명하기로 한다.
상기 재활 치료 전, 재활 치료를 하는 도중, 환자는 제2 운동 이미지를 자신의 신체 일부로 인식하는 과정이 추가될 수 있다.
이와 같이 본 실시 예는 환자가 자신의 실제 다리 움직임을 가림막(110)에 의해 전혀 볼 수 없고 단지 모니터(230)에 화면 표시되는 다리 움직임만을 확인할 수 있기 때문에 환자 몰입도가 높아지기 때문에 가능하다. 만약 가림막(110)이 없다면, 모니터(230)에 화면 표시되는 다리 움직임과 실제 다리 움직임의 차이를 환자가 직접 볼 수 있어 재활치료 효과는 현저하게 저하될 것이다.
환자 몰입도는 3차원 영상을 통해서 더 증가시킬 수 있다. 상기와 같이 가림막(110)에 의한 착시 현상 및 3차원 영상을 함께 제공한다면 치료 효과를 훨씬 더 증가시킬 수 있는 이점을 기대할 수 있을 것이다.
한편 본 실시 예는 환자의 몰입도 향상을 위해 카메라(210)가 환자의 다리를 직접 촬영하고 이를 거울 반전 처리하여 모니터(230)에 표시하도록 하였다. 그러나, 본 발명은 카메라(210)가 촬영한 운동 이미지를 거울 반전 처리하지 않고서도 동일한 효과를 제공할 수도 있다. 즉 이미지 저장부(224)에 저장된 환자의 정상적인 운동 이미지를 이용하는 것이 가능하다. 예컨대 카메라(210)가 구비되지 않았거나 카메라(210)가 일시적으로 사용할 수 없는 상태 등인 경우, 이미지 처리모듈(220)은 환자의 고유 ID를 참조하여 정상적인 운동 이미지를 모니터(230)에 화면 표시할 수 있는 것이고, 이를 통해 재활 치료를 할 수 있다.
이처럼 본 발명의 일 실시 예는 거울 치료(mirror therapy) 원리를 이용하여 슬관절과 같은 편측 질환을 대상으로 수술한 환자의 재활 치료시, 환자의 인지 기능에 혼란을 주어 통증을 치료하도록 하는 것이다.
다음, 본 발명의 다른 구성에 대해 살펴보기로 한다.
이는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치를 보인 예시 구성도인 나타낸 도 4a 및 도 4b를 참조하기로 한다.
제2 실시 예에 따른 통증 치료장치는 환자가 앉은 좌석에서 통증 치료를 모두 수행할 수 있도록 한 구조를 제공한다. 그리고 제2 실시 예를 설명함에 있어 상기한 제1 실시 예와 비교하여 동일한 기능을 수행하는 구성에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 환자가 착석하는 의자(300)가 마련된다.
의자(300)에는 가림막(310)이 설치된다. 가림막(310)은 환자가 통증 치료시에 자신의 실제 다리의 움직임을 확인할 수 없도록 하여 치료 몰입도를 향상시키기 위한 것이다. 따라서 가림막(310)은 불투명 재질로 제조되어야 한다.
제2 실시 예에서 치료 유닛, 즉 카메라(321), 이미지 처리모듈(도 2의 220 구성), 모니터(322)는 가림막(310)에 구성된다. 즉 카메라(321), 이미지 처리모듈 및 모니터(322)가 모두 가림막(310)의 내부 및 상하면에 마련된다. 여기서, 이미지 처리모듈은 제1 실시 예에서 설명한 구성 및 기능과 동일하며, 또한 가림막(310) 내부에 제공되기 때문에, 도면에는 도시하지 않고 설명하기로 한다.
가림막(310)의 하면에는 카메라(321)가 장착된다. 카메라(321)는 환자가 다리를 움직일 때 다리의 움직임을 촬영하는 역할을 한다. 이때 도면에는 미도시 하고 있지만 가림막(310)의 하측에는 소정 형상의 가이드 홈이 형성되고, 카메라(321)의 일단에 구성된 결합 돌기가 형성된다. 그래서 상기 결합 돌기가 상기 가이드 홈에 끼워진 상태에서 가이드 홈을 따라 이동 가능하도록 한다. 즉 카메라(321)의 위치를 조정하는 구성이 제공된다. 이처럼 가이드 홈과 결합 돌기의 구성에 의해 카메라는 가림막(310)의 하면상에서 전/후/좌/우 방향으로 이동이 가능하다. 이는 좌석에 앉은 환자의 체형이 모두 다르기 때문이다.
제2 실시 예에서도 카메라(321)는 스테레오 카메라가 이용되거나 둘 이상의 카메라가 장착되어 3D 영상으로 촬영할 수 있도록 한다. 다른 예로 공간의 깊이를 측정하는 센서(Depth sensor) 및 움직임을 추적할 수 있는 센서(Motion Tracking sensor)를 이용할 수도 있다.
가림막(310)의 상측에는 모니터(322)가 구성된다. 모니터(322)는 환자가 착석한 상태에서 모니터(322)에 표시되는 이미지를 쉽게 볼 수 있도록 경사각 조절이 가능한 구조로 구성되는 것이 좋다. 그리고 모니터(322)의 일 측에는 입력 버튼(311)이 장착된다. 입력 버튼(311)의 위치는 변경 가능하다.
가림막(310) 내에는 이미지 처리모듈이 제공된다. 이미지 처리모듈은 이미지 수신부, 이미지 변환부, 및 이미지 송신부를 포함하는 구성이며, 이는 제1 실시 예에서 설명하였기 때문에 생략하기로 한다. 다만, 도 4와 같이 이미지 처리모듈이 가림막(310) 내에 구성되기 때문에 제1 실시 예와 비교하면 통증 치료장치를 설치할 전체 공간을 더 작게 운용할 수 있는 이점을 기재할 수 있다.
제2 실시 예가 제공하는 통증 치료장치를 이용한 통증 치료과정은 다음과 같다.
먼저, 슬관절 수술을 받은 환자가 의자에 착석하고, 카메라(321) 위치를 조정한다. 카메라(321)는 가림막(310)의 하면상에서 전/후/좌/우 방향으로 이동할 수 있기 때문에, 환자의 체형에 맞게 조정이 가능하다.
그 상태에서 환자가 다리 운동을 시작하면, 카메라(321)는 환자의 다리 중 정상 다리의 운동 이미지(즉, 제1 운동 이미지)를 촬영한다. 이때 다리 운동은 정상 다리뿐만 아니라 수술한 다리가 함께 움직이는 형상이지만, 정상 다리와 수술한 다리의 움직임은 서로 차이가 발생한다.
이미지 처리모듈의 이미지 수신부는 카메라(321)가 촬영한 제1 운동 이미지를 전달받는다. 이미지 수신부는 제1 운동 이미지를 이미지 변환부로 전달한다.
이미지 변환부는 제1 운동 이미지를 실시간 거울 반전처리하여 제2 운동 이미지를 새롭게 생성한다. 그러면 수술한 다리의 운동 이미지는 제2 운동 이미지로 대체된다. 이미지 송신부는 제1 운동 이미지 및 제2 운동 이미지를 모니터(322)로 전달한다.
그러면 환자는 모니터(322)를 통해서 제1 운동 이미지와 제2 운동 이미지를 확인할 수 있다. 이때 모니터(322)에 표시되는 제1 운동 이미지와 제2 운동 이미지는 동일한 운동 속도로 나타난다. 즉 환자는 실제 수술한 다리가 정상적인 다리의 운동 속도를 따라가지 못해 서로 다른 위치에 있는 상태일지라도, 현재 모니터(322)에는 제1 운동 이미지 및 거울 반전 처리된 제2 운동 이미지가 좌우 대칭된 상태로 표시되기 때문에, 환자는 모니터에 표시되는 다리 움직임을 실제 자신의 다리 움직임으로 인식하는 착시 현상을 받게 된다.
이는 본 발명의 효과인 뇌 감각 인지 기능을 혼란에 빠뜨려 통증을 완화함에 있어서 더 높은 치료 효과를 기대할 수 있다.
여기서, 제1 실시 예와 같이 수술한 다리와 정상 다리의 위치가 상이한 경우, 아래에서 설명하는 영상 처리모드의 두 번째 처리모드를 적용할 수 있고 이 역시 아래에서 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 적용되는 슬관절의 가용 범위 및 정상 가용 범위를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하여 환자에 대해 정상 관절 운동 이미지 출력 단계에 대해 설명하면, 환자의 수술 관절(501)은 상기 환자의 실제 운동 능력에 따라 최소 수술 관절 가용 범위(502) 및 최대 수술 관절 가용 범위(503)를 가지게 된다.
이때, 상기 최소 수술 관절 가용 범위(502)에서 상기 최대 수술 관절 가용 범위(503)까지가 수술 관절의 가용 범위(504)가 된다.
그래서 카메라(210)(321)가 상기 수술 관절의 가용 범위(504)를 측정하게 되며, 상기 수술 관절의 가용 범위(504)를 통해 상기 수술 관절의 정상 가용 범위(508)를 계산하게 된다. 이때, 상기 정상 가용 범위(508)는 상기 수술 관절 가용 범위(504)보다 넓은 범위를 가지며, 최소 정상 관절 가용 범위(506) 및 최대 정상 관절 가용 범위(507)를 계산함에 따라 전체적인 상기 정상 가용 범위(508)를 결정하게 된다. 상기 정상 가용 범위(508)가 결정된 정상 관절 운동 이미지는 모니터(230)(322)를 통해 환자가 볼 수 있도록 하며, 이를 통해 치료가 진행되게 된다.
한편, 환자의 수술 관절 가용 범위(504)는 이미지 저장부(224)에 저장되며, 이미지 갱신부(225)를 통해 상기 저장된 환자의 수술 관절 가용 범위(504)에 따라 상기 정상 관절 운동 이미지의 상기 정상 가용 범위(508)를 조절하여 슬관절 치료를 수행할 수 있도록 한다.
도 6은 도 5의 과정을 보인 흐름도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 통증 치료를 수행하기 위해서 수술 관절 운동 이미지로 상기 수술 관절 가용 범위(504)를 측정한다(s601).
그리고 상기 수술 관절 운동 이미지로 수술 관절의 정상 가용 범위(508)를 계산한다(s602). 이후 상기 정상 가용 범위로 운동하는 정상 관절 운동 이미지를 환자가 볼 수 있도록 하고, 이러한 과정에 따라 환자에 대한 치료가 진행된다(s603).
여기서, 환자가 다리 운동을 할 때 수술한 다리와 정상 다리의 운동 정보를 구분하여 확보할 필요가 있다. 즉 수술한 다리와 정상 다리의 운동 횟수나 관절 가용범위에 대한 운동 정보 등을 이용하여 영상 처리에 사용하기 위함이다. 따라서 이를 위해 본 실시 예에서는 환자 다리에 가속도 센서 및 각속도 센서 등을 혼합한 관성 센서모듈을 부착하여 다리 움직임을 센싱하도록 할 수 있다. 바람직하게 상기 관성 센서 모듈은 환자의 발목에 장착하는 것이 좋다. 발목에 장착할 경우 다리 운동에 따른 다리 움직임이 다른 부위에 장착했을 때보다 정확하게 센싱하는 것이 가능하기 때문이다.
본 발명은 영상 처리를 수행함에 있어 2가지 처리모드를 지원한다.
첫 번째 처리모드는, 도 3에서 상술한 바와 같이 수술한 다리의 운동 상태와 상관없이 정상 다리의 운동 이미지인 제1 운동 이미지 및 상기 제1 운동 이미지를 거울 반전 처리하여 변환한 제2 운동 이미지를 좌우 대칭된 상태로 실시간 표시하는 모드이다. 제2 운동 이미지가 수술한 다리의 운동 이미지를 말한다.
두 번째 처리모드는, 상기 첫 번째 처리 모드에서 보여주는 것과 같이 정상 다리의 반전된 운동 이미지를 무조건 화면 표시하는 것이 아니고 수술한 다리의 위치를 고려하여 화면 표시하는 모드이다.
이는 도 7을 참조하기로 한다.
슬관절 수술을 받은 환자가 치료를 위해 의자에 착석한다(s700).
그 상태에서 환자는 통증 치료를 위해 무릎을 축으로 하여 다리를 움직이는 다리 운동을 시작한다(s701). 이때 수술한 다리와 정상인 다리의 움직인 속도는 다를 것이다.
환자가 양쪽 다리를 모두 움직이기 시작하면, 카메라는 양쪽 다리 움직임을 촬영하고 그 위치를 판단한다(s702).
판단 결과, 정상 다리와 수술한 다리가 서로 반대의 위치에 있는 경우(s704), 예컨대 정상 다리는 앞 쪽을 향하고 수술한 다리는 뒷 쪽을 향한 경우, 이미지 처리모듈은 수술한 다리의 현재 위치와 대응되어 가장 근접되게 위치하는 정상 다리의 영상 정보를 이미지 저장부로부터 액세스한 후 이를 화면 표시한다(s706). 예를 들면, 수술한 다리가 뒷 쪽으로 약 15°정도에 위치한 경우, 이미지 처리모듈은 이미지 저장부에 저장된 영상 중에 정상 다리가 뒷 쪽으로 10 ~ 20°정도의 위치에 있는 영상 정보를 액세스하고, 액세스한 영상 정보를 거울 반전하여 정상 다리의 운동 이미지로 인식할 수 있도록 현재의 정상 다리의 운동 이미지와 함께 화면 표시한다.
여기서, 상기 판단 결과, 정상 다리와 수술한 다리가 동일 방향의 위치에 있는 경우에는 이미지 저장부의 액세스 동작 없이, 상기한 정상 다리 및 정상 다리를 거울 반전 처리한 운동 이미지를 화면 표시하는 것도 가능하다. 즉 제1 운동이미지와 제2 운동이미지를 표시하는 것이다(s708).
이렇게 두 번째 처리모드를 지원하면, 수술한 다리를 잘 움직이지 못한 경우에도 환자 자신은 수술한 다리를 잘 움직이고 있다라는 착각을 받을 수 있고, 또한 수술한 다리의 위치에 따라 화면 표시되는 영상 정보와 실제 다리 움직임이 전혀 달라서 통증 완화 및 재활 운동에 몰입도가 방해되는 것을 사전에 차단할 수 있게 된다.
그리고 상기한 첫 번째 처리모드 및 두 번째 처리모드는 다리 운동 중에 적절하게 혼용되어 제공된다.
도 8에 2가지 처리모드를 수행하도록 한 흐름도를 도시하였다.
상기 2가지 처리모드는, 상기한 2가지 실시 예에서 언급한 입력 버튼(112)(311), 즉 몰입도 버튼의 조작 여부에 따라 수행된다.
슬관절 수술을 받은 환자가 치료를 위해 의자에 착석한다(s800).
이후, 이미지 처리모듈은 환자가 입력 버튼을 조작하였는지 판단한다(s802).
판단 결과, 입력 버튼이 미조작된 경우 이미지 처리모듈은 상기한 첫 번째 처리 모드가 수행되게 영상 정보를 처리하고(s804), 이에 환자는 첫 번째 처리모드를 이용하여 재활 치료를 하게 된다.
반면, 입력 버튼이 조작된 경우 이미지 처리 모듈은 상기한 두 번째 처리 모드가 수행되게 영상 정보를 처리하고(s806), 이에 환자는 환자는 두 번째 처리모드를 이용하여 재활 치료를 하게 된다.
상기 입력 버튼조작 여부에 따라 수행되는 첫 번째 처리모드 및 두 번째 처리모드는 위에서 설명하였기 때문에 생략하기로 한다.
이처럼 본 발명은 환자의 의지에 따라 첫 번째 처리모드 또는 두 번째 처리모드를 이용하여 재활치료를 할 수 있는 것이다.
한편, 본 발명인 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치의 원리 및 실제 환자에게 적용될 수 있는 치료 과정에 대해서 살펴보기로 한다.
본 발명의 실시 예들이 제시하고 있고 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치는 거울 반사 이미지 프로세싱을 사용한 것으로, 환자는 수술한 관절 운동 이미지를 정상 관절 운동 이미지로 치환하여 본인의 신체 일부로 인식함으로써, 뇌의 감각 인지 기능이 혼란되어 통증이 완화될 수 있다.
또한, 절단으로 인하여 발생하는 잘못된 감각 입력을 혼란에 빠트려 운동 통제 인식을 우선하게 함으로써 통증을 감소시키는 치료로서, 척수 손상으로 인한 하지 마비에서 중추성 통증, 복합동통증후군, 섬유근육통(fibromyalgia)에서도 동통 감소 효과가 있다.
거울 치료는 병적 통증은 운동 및 감각의 부조화를 유발하는 대뇌의 편향된 감각 재현에서 유발될 수 있으며, 대뇌의 편향된 감각 재현의 정상화는 통증의 감소와 관련이 있다. 이에 대한 교정 수단으로 거울 치료 효과는 절단 또는 마비 이후 발생하는 뇌의 비정상적 가소성을 거울 치료가 조절함으로 유도하는 것으로 보고 있으며, 이러한 뇌의 가소성은 후천적 경험을 통하여 변화될 수 있다. 인공 팔을 기존 팔에 부착하여 기존 팔이 더 길어졌다는 느낌과 엄지손가락의 체성 감각 유발 전위가 변화하였다는 보고처럼 대뇌의 감각 인식은 외부 환경에 따라 능동적으로 적응할 수 있는바, 거울 치료는 이러한 원리를 이용하여 환자 치료를 수행한다. 또한, 거울 치료는 신체에서 전송된 운동 및 감각 신호에 대한 대뇌의 인식에 갈등을 유발시키고 이차적으로 입력된 신호에 대한 불확실성을 유발하고, 거울에 비친 반대편의 정상적 움직임을 시각적으로 피드백하여 가려진 반대편 신체 부위를 담당하는 뇌의 가소성을 유발할 수 있다. 이는 거울 치료를 통하여 뇌의 특정 부위에서 증가된 운동신경유발전위(Motor evoked potential)가 관찰되고, LRP(lateral readiness potential)이 거울 반사이미지의 유사성에 비례하여 증가하고, F파(F-wave)와 같은 'spinal motorneuronal excitability'가 무관한 것을 통하여 입증할 수 있다.
또한, 거울 치료의 효과는 시각이 체성 감각에 우선하는 시각 포로(visual capture) 현상과 거울에 비친 정적인 손을 보는 것만으로도 물건을 잡기 위한 방향 설정에 오류가 발생하는 것처럼 거울 치료는 환측의 감각 재구현에 영향을 줄 수 있다. 거울은 고무 손과 거울을 이용하여 외부 자극을 제공시 고무 손을 본인의 손으로 인식하는 고무 손 착각(rubber hand illusion) 현상과 영장류(primates)에서 보고된 반사경 뉴런계(mirror_neuron system)가 활성화되어 외부 사물의 특정 요건을 본인의 신체로 인식하는 특징(embodiment)를 유발한다.
또한 편마비 발생 후 마비에 대한 학습 효과로 무의식적으로 마비된 팔을 사용하지 않으려는 학습적 비사용(learned non-use)이 팔의 장애를 증가시키는 것처럼 통증 부위에 대한 감소된 각성을 유도하는 거울 치료가 도움이 될 가능성도 있고, 가려진 신체 부위를 대뇌 활성화를 통하여 무의식적인 움직임을 유도하는 효과를 이용하기도 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따라 거울 치료 효과를 검증하기 위해 전향적(prospective), 단순 맹검(single-blind [assessor-blind]), 평행 집단(parallel group), 무작위 (randomized [allocation ratio 1 : 1]), 단일 집단(single cohort) 임상 연구로 거울 치료를 이용한 슬관절 가상 현실 치료 후 통증 감소에 대한 정량적 검증과 이에 대한 용량 비례 (dose-dependent) 효과와 'functional ends'의 개선에 대한 확인을 실시하였다.
이에 대해서 상기 슬관절 치환 수술을 시행 받고 재활 의학과로 전과된 환자를 기준으로 슬관절 통증 완화를 위한 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치에 대한 검증을 진행하였다. 다만, 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치를 시청할 수 없는 시각 장애 환자, 근골격계 또는 신경학적 질환으로 건측 하지의 자발적 움직임에 제한이 있는 환자,및 VAS (Visual Analogue Scale)를 이해할 수 없어 통증 점수를 산출할 수 없는 환자를 제외하고 검증을 수행하였다.
본 발명의 바람직한 일 실시 예에 있어서 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치는 수술 후 재활의학과로 전과된 환자를 대상으로 하여 'sequentially numbered containers'를 제공하는 'random assignment generator'를 이용하여 무작위 배정으로 전 기간 치료군 (full term intervention)과 부분 기간 치료군 (half term intervention)으로 구분한 뒤 조정 직전 밀봉된 봉투에 환자 배정군이 가상현실 치료사에게 전달하여, 가상 현실 시작 전 연령, 시각 인식에 대한 성별의 차이와 거울 착시에 대한 성별의 차이를 고려하여 성별, 체중, 신장, 치료 전 수술 후 첫 평가 날짜를 기준으로 검증을 진행하였다.
또한, 실험에 영향을 줄 수 있는 교육 수준과 우울한 감정이 거울 치료의 결과에 영향을 줄 수도 있는 우울증 지표 (Short Form Geriatric Depression Scale), 치료 전 통증 점수 (VAS while at resting and moving), 총 관절 범위(active total ROM of flexion and extension)), WOMAC index (Western Ontario and McMaster Universities Osteoarthritis Index), graded ambulation distances, 6 minute walk test, timed-stands test를 고려하여 실험을 수행하였다.
본 발명의 바람직한 일 실시 예에 있어서 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치를 이용한 치료 방법은 총 관절 범위는 중 굴곡은 환자가 누운 상태에서 자발적으로 최대한 무릎을 구부린 고니어미터(goniometer)의 받침점(fulcrum)을 대퇴골의 대전자(greater trochanter)를 향하도록 하여 외측 받침점에 고정시키고 뒤 나머지 팔(arm)을 비골(lateral malleolus)를 향하도록 하여 외측 종아리뼈(fibula)에 고정시켜 측정한다. 신전은 누운 상태에서 발목 아래에 4 inch 롤(roll)을 놓은 뒤 무릎을 최대한 신전하라고 하여 고니어미터(goniometer)를 이용하여 굴곡과 같은 방법으로 0°에 벗어난 범위를 측정한다. 치료사는 밀봉된 봉투에 담긴 환자군에 따라 치료를 제공하며 모든 군은 2주간 표준화된 물리 치료를 제공하도록 하며, 전 기간 치료군은 물리 치료 종료 후 1일 1회 주 5회로 2주간 가상 현실을 제공받도록 함에 따라 치료를 진행한다. 또한, 부분 기간 치료군은 전반 1주는 표준화 물리 치료를, 후반 1주는 전 기간 치료군과 같은 가상 현실을 제공하여 치료를 진행할 수 있다. 가상현실은 신체 특정 부위에 대한 체성특수성(somatotopic)의 원리로 치료 대상으로 하는 하지가 전부 보이도록 하며, 양손간의 전달(intermanual transfer)이 거울 치료에서 유발되지 않고 정적 상태인 신체 관찰보다는 반대편 신체의 움직임이 반사되는 것을 보여 주는 것이 뇌 가소성을 강화하는 것을 고려 시 건측 무릎이 동시에 움직여 가상현실로 환측을 구성하는 것으로 설정한다. 가상현실은 치료사가 의자의 높이를 환자의 발바닥이 지상에서 10cm 상에 위치하도록 조절한 뒤 고관절과 슬관절이 90°가 되고 허리가 지상에 수직이 되도록 앉힌 뒤 준비된 스트랩(strap)을 이용하여 환자의 동체와 허벅지를 고정한 후, 카메라를 환자의 전방에 위치시키고 화면에 양측 아래 다리와 회음부가 모두 촬영되고 양측 하지의 연결 부위가 자연스럽게 재구성 되도록 거리를 조절한다. 책상을 밀착시켜 하지를 완벽하게 가린 뒤 책상 위에 있는 손잡이를 양손으로 잡는다. 이후 실사 화면을 보여 주면서 양다리를 환자의 상기 수술 관절 가용 범위에서 5분간 자유롭게 움직이며 화면을 주시하게 한 뒤 가상 현실의 유효성(Validation of the virtual reality)를 평가한다. 1분의 휴식 시간 뒤 가상현실을 보여주며 환자의 가용 범위에서 양다리를 동시에 굴곡과 이완을 50회 반복시킨다.
또한, 상기의 가상 현실 치료를 한 후 1st session (1주). 2nd session (2주)에 물리 치료 또는 가상현실 종료 직후 R1가 VAS while at resting and moving, 총 관절 범위(active total ROM of flexion and extension), WOMAC index, graded ambulation distances, 6 minute walk test, timed-stands test, 주간 tridol 사용량, 부작용을 측정하며, 6주 시간이 경과된 후에 R1가 VAS while at resting and moving, 총 관절 범위(active total ROM of flexion and extension), WOMAC index, graded ambulation distances, 6 minute walk test, timed-stands test변수를 측정하도록 함으로서, 상기 가상 현실을 이용한 슬관절 통증 치료 장치 및 그 제어 방법에 대한 결과를 검증하였다.
이와 같이 본 실시 예는 약물 등과 같은 고식적 치료를 제외한 통증치료 장치로서 거울 치료(mirror therapy) 원리를 응용하면서 환자의 몰입도를 향상시킴으로써, 슬관절과 같은 편측 질환에 대한 수술 이후 환자의 인지 기능에 혼란을 주어 통증을 치료하도록 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치가 구성됨을 기술적 요지로 제공한다.
이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명은 외형적으로 대칭인 신체 중에서 편측(片側)에만 발생하는 모든 질환에 대해 환자의 인지 기능에 혼란을 주어 환자의 통증을 완화하면서 치료할 수 있고, 또한 몰입도가 향상된 상태로 재활 치료에 임할 수 있어 수술에서 회복되는 속도를 촉진시켜 치료 시간을 단축할 수 있는 통증 치료장치에 광범위하게 적용할 수 있다.

Claims (16)

  1. 외형적으로 대칭인 신체의 편측(片側)에만 발생하는 질환에서 정상 부위에 대한 제1 운동 이미지를 촬영하는 촬영부;
    상기 제1 운동 이미지를 거울 반전처리하여 생성된 제2 운동 이미지를 수술 부위의 운동 이미지로 변환하는 이미지 처리모듈;
    환자가 시청할 수 있도록 상기 제1 운동 이미지 및 제2 운동이미지를 실시간(real-time) 표시하는 표시부를 포함하는 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 환자가 착석하는 의자;
    환자의 안면과 수술 부위 사이에 위치하도록 상기 의자에 장착되는 가림막; 및
    환자로부터 상기 제2 운동이미지를 자신의 신체 일부로 인식하였음을 인지하는 입력신호를 인가받도록 상기 가림막에 장착되는 입력버튼을 더 포함하는 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이미지 처리모듈은,
    상기 제1 운동 이미지를 수신하는 이미지 수신부;
    상기 제1 운동 이미지를 거울 반전처리하여 상기 제2 운동 이미지로 변환하는 이미지 변환부;
    상기 제1 운동 이미지와 상기 제2 운동 이미지를 상기 표시부에 제공하는 이미지 송신부;
    환자의 치료 과정에 따라 호전될 수 있는 수술 부위를 고려하여 환자의 매 치료과정에 대한 수술 이미지에 대응하는 정상 운동 이미지를 계속 갱신하는 이미지 갱신부; 및
    환자 개인의 수술 관절 운동 이미지 및 정상 관절 이미지를 저장하는 이미지 저장부를 포함하는 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 촬영부는,
    적어도 하나의 카메라, 스테레오 카메라, 공간 깊이 측정센서(Depth sensor)와 움직임 추적센서(Motion Tracking sensor)의 센서모듈 중 하나를 사용하는 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 이미지 처리모듈은,
    상기 이미지 갱신부가 갱신하는 상기 정상 관절 운동 이미지에 따라 정상 관절 운동 범위를 조절하는 것을 특징으로 하는 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 표시부는,
    3차원 영상 출력장치로 구성되는 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제1 운동 이미지 및 제2 운동 이미지의 운동 정보를 센싱하도록 상기 환자의 발목에 장착되는 관성 센서 모듈을 더 포함하는 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 이미지 처리모듈은,
    정상 부위와 수술 부위의 위치 및 방향이 서로 다른 경우,
    상기 수술 부위의 위치와 근접하는 정상 부위의 영상 정보를 상기 이미지 저장부로부터 액세스하고, 상기 액세스한 정상 부위의 영상 정보를 거울 반전 처리하여 상기 수술 부위에 대한 영상 정보와 좌우 대칭되게 화면 표시하게 하는 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 입력버튼의 조작 여부에 따라 상기 이미지 처리모듈은 2가지 처리 모드를 제공하며,
    상기 입력버튼이 미 조작되면, 상기 제1 운동이미지와 제2 운동이미지를 대칭되게 화면 표시하고,
    상기 입력버튼이 조작되면, 환자의 수술 부위의 위치와 가장 근접한 정상 부위의 영상 정보를 액세스하여 거울 반전처리하고 정상 부위의 운동 이미지와 함께 화면 표시하는 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치.
  10. 환자가 착석하는 의자;
    환자의 안면과 수술 부위 사이에 위치하도록 상기 의자에 장착되는 가림막;
    상기 가림막의 하측에 장착되는 촬영부;
    상기 가림막의 상측에 장착되는 표시부; 및
    상기 촬영부가 촬영한 정상 부위의 제1 운동 이미지와, 상기 제1 운동 이미지를 거울 반전처리하여 생성한 제2 운동 이미지의 대칭 영상정보를 상기 표시부에 실시간(real-time) 표시하는 이미지 처리모듈을 포함하는 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 가림막의 하측에 형성된 가이드 홈; 및
    상기 가이드 홈과 결합하도록 상기 촬영부의 일측에 구성된 결합 돌기;를 더 포함하고,
    상기 결합 돌기가 상기 가이드 홈을 따라 이동되어 상기 카메라의 위치를 조정하는 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 표시부는,
    상기 가림막의 상면과 일정 각도만큼 경사 가능하게 구성되는 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 운동 이미지 및 제2 운동 이미지의 운동 정보를 센싱하도록 상기 환자의 발목에 장착되는 관성 센서 모듈을 더 포함하는 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 이미지 처리모듈은,
    정상 부위와 수술 부위의 위치 및 방향이 서로 다른 경우,
    상기 수술 부위의 위치와 근접하는 정상 부위의 영상 정보를 상기 이미지 저장부로부터 액세스하고, 상기 액세스한 정상 부위의 영상 정보를 거울 반전 처리하여 상기 수술 부위에 대한 영상 정보와 좌우 대칭되게 화면 표시하게 하는 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치.
  15. 환자 전방에 위치하여 수술 관절 운동 영상을 촬영하는 카메라;
    촬영된 상기 수술 관절 운동 영상에서 수술 관절 연결 부위 및 거리를 조절하여 이미지를 생성하는 이미지 생성부;
    상기 수술 관절 운동 이미지를 정상 관절 운동 이미지로 치환하는 이미지 프로세싱부;
    상기 수술 관절 운동 이미지 및 정상 관절 운동 이미지를 교대로 출력하여 상기 환자에게 이미지를 전달하는 이미지 출력부;를 포함하는 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 이미지 출력부는 상기 환자에게 전달된 수술 관절 운동 이미지를 상기 환자가 본인의 신체 일부로 인식하였는지 여부를 판단하고, 상기 환자가 상기 수술 관절 운동 이미지를 본인의 신체 일부로 인식하지 않으면 상기 수술 관절 운동 이미지를 지속적으로 출력하며, 상기 환자가 상기 수술 관절 이미지를 본인의 신체 일부로 인식하였으면 상기 정상 관절 운동 이미지를 치환하여 출력하는 외형적 대칭인 신체 질환을 위한 통증 치료장치.
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