KR100452093B1 - 정신 질환 환자를 치료하기 위한 가상 환경 장치 - Google Patents

Abstract

정신 질환 환자를 치료하기 위한 가상 환경 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 정신 질환 환자를 치료하기 위한 가상 환경 장치는 개인 및 집단을 대상으로 정신 질환 환자를 치료하기 위한 가상 환경 장치에 있어서, 시야 이동 감지 수단을 포함하는 HMD 수단과, 환자의 양 손에 착용되어 위치파악 정보를 감지하여 전송하는 데이터 글로버 수단과, 방향 성분에 대한 컴퓨터수단의 디지털 신호를 화학적인 신호로 변환시키는 아로마 수단과, 적어도 환자의 위치 및 동작 등을 받아들이는 입력 수단과, 상기 HMD 수단으로부터 위치 정보를 전송받아 제어 장치로 전송하는 위치 파악 수단과, 환자의 신체에 부착되어 신체로부터 검출되는 생체 신호 정보를 감지하는 생체 신호 감지 입력 수단, 및 가상 환경에서 구현되는 모든 환경을 제어하며 가상 환경에서 시연될 객체 라이브러리를 저장하는 컴퓨터수단을 포함한다.

본 발명에 따르면, 정신과적 증상을 호소하는 환자에게 증상과 연관된 실제 상황을 가상환경을 통해 그대로 재현시킴으로써 실제의 상황 속에서 느끼는 증상과 동일한 증상을 가상 환경 속에서 경험할 수 있도록 함에 있어서, 가상 환경과의 반복적 상호 작용을 통한 증상의 호전을 유도하며, 이로써, 일상 생활에서의 적응으로 이어져 결국 실제 경험이 아닌 가상 체험만으로도 실생활에서 고통스러워하는 증상을 효과적으로 치료 가능할 수 있게 하는 혁신적인 치료장치를 제공한다.

Description

정신 질환 환자를 치료하기 위한 가상 환경 장치{VIRTUAL REALITY APPARATUS FOR CURING MENTAL DISORDER}

본 발명은 정신 질환 환자를 치료하는 가상 환경 장치에 관한 것으로서 특히, 가상 환경과의 반복적 상호 작용을 통한 증상이 호전되도록 하는 정신 질환 환자를 치료하기 위한 가상 환경 장치에 관한 것이다.

과학과 산업이 발전할수록 정신 질환자 수는 증가하고 있다. 또한 불안, 공포증, 강박증, 우울증 등 정신 질환 자체도 다양해지고 있다. 그러나, 다양한 정신과 환자를 치료하는데 있어 필요한 정신 치료 기법은 프로이드의 정신 치료 방법이 발표된 이후 획기적인 테크놀로지의 개발은 거의 없었다. 즉, 정신 치료의 일종인 행동 치료 기법으로 최근 많이 사용되는 것은 체계적 탈감(systematic desensitization)방법이다. 이것은 공포를 유발하는 상황의 상상과 함께 근육 이완 방법을 함께 사용함으로써 공포 유발 상황에 대한 공포를 점점 줄이는 것이다.

그러나 체계적 탈감 방법을 활용함에 있어서 여러 가지 연구 보고들은 많은 수의 환자들이 미리 정해진 불안 유발 장면을 상상하는데 어려움이 많다는 점을 지적하고 있다. 더욱이, 그들은 실제 상황을 체험하는 것에 대해서도 강한 혐오감을 가지고 있다고 알려져 있다. 최근들어, 컴퓨터를 이용한 치료법과, 가상 현실(virtual reality) 기술을 이용한 정신과 질환 치료법이 개발되고 있다.

1990년 초반부터 공포, 고소 공포, 기타 상황에 대한 두려움 등을 치료하는데 있어서 가상 현실 테크놀로지를 이용한 몇몇의 예비 연구들이 성공적으로 수행되어 왔다. 이와 같은 연구 활동들은 컴퓨터 과학, 심리학, 정신 의학 분야의 진지한 과학자들의 주의를 끌게 되었고, 현재의 연구들은 이전의 업적들을 확대하여 보다 많은 환자들을 상대로 한 컴퓨터를 이용한 치료법과 방대한 영역의 가상 현실을 이용하려는 체계적인 연구를 모색하고 있다.

컴퓨터를 이용한 치료를 위한 컴퓨터 소프트웨어가 영국 런던에 있는 정신병연구소의 주디 프라우드푸트 박사에 의해 개발되었는데, 이러한 컴퓨터를 이용한 치료 방법은 런던 북부의 프라이어리 병원에서 우울증 환자를 대상으로 임상실험이 시작될 것이라고 알려져 있다. 상기 소프트웨어는 정신요법사들이 우울증 치료에 사용하는 인식행동요법(CBT)을 환자가 손쉽게 사용할 수 있는 컴퓨터 프로그램으로 변형시킨 것이다.

또 다른 치료 방법으로서 가상 환경을 적용한 치료 방법이 있다. 상기 가상 현실을 적용한 치료 방법은 사용자로 하여금 컴퓨터가 만드는 세계에 몰입하도록 하여 시각, 청각 및 촉각을 통하여 컴퓨터와 상호 작용하는 방식을 채택하고 있다. 가상 환경은 컴퓨터 그래픽과 다양한 디스플레이, 입력 테크놀로지들이 통합되어 사용자에게 존재감 또는 몰입을 제공한다는 점에서 기존의 전통적인 디스플레이와는 구분이 된다.

가상 환경은 새로운 인간과 컴퓨터가 상호 작용하는 패러더임을 제공하며, 여기서, 사용자는 더 이상 컴퓨터 화면상의 정보나 이미지를 단순히 외적으로 관찰하는 존재가 아니고, 컴퓨터가 생산한 3차원 가상 세계에 적극적으로 참여하게 된다. 가상 환경은 가상 현실, 원격 실재, 인공세계, 사이버 공간 또는 다감각 입력 공간으로 불린다.

도 1은 일반적인 가상 현실 시스템의 개념적 구성도로서, 가상 현실 시스템은 크게 입출력장치와 컴퓨터 시스템으로 구분된다.

상기 입출력장치는 시각, 청각, 촉각, 후각 등을 느끼게 하는 감각 장치(91)와 위치, 방향, 음성 등을 입력하기 위한 입력 장치(92)로 구성된다. 상기 감각 출력장치(91)는 시각, 청각, 촉각, 후각 등 사용자의 감각기관에 따라 달라진다. 구체적으로 시각정보 출력장치로는 HMD(head mounted display), 모니터, (입체) 프로젝터(projector), 셔터형 전자 안경(electronic shuttering eyewear), 도움(Dome)형 디스플레이장치, CAVE 등이 있고, 청각정보 출력장치로는 스피커, 이어폰 등이 있으며, 촉각정보 출력장치로는 진동기(vibrator), 압력 패드(pressure pad), 모션 베이스(motion base)장치 등이 있다.

상기 입력장치(92)는 사용자의 위치, 동작 등을 받아들이는 기능을 수행하는 것으로서, 사용자의 위치를 받아들이는 3차원 위치 추적장치(3D position tracker), 사용자의 눈동자 위치를 추적하는 아이 트랙커(eye tracker), 사용자의 머리 위치에 따라 시점을 달리하여 영상을 보여주는 BOOM(binocular omni-orientatonal monitors), 글로브(glove)에 부착되어 머리와 손의 위치를 감지하는 센서, 평면 혹은 입체 좌표 데이타를 입력하는 마우스, 조이스틱, 스페이스 볼 등이 있다.

또한, 상기 컴퓨터 시스템의 하드웨어(93)는 그래픽 가속기(93a), 사운드 프로세서(93b), 입출력포트(93c)를 포함하고, 소프트웨어(94)는 시뮬레이션 엔진(94a), 가상 세계 편집 콘트롤러(Controller)(94b), 가상 세계 데이터베이스(DB, 94c) 등이 구비되어 있다.

상기 그래픽 가속기는 실감 있는 영상을 제공하기 위하여 초당 15 프레임 이상의 스테레오 영상을 짧은 지연시간으로 처리해 주며, 사용자의 시점이 변화할 때마다 그 상황에 영상을 다이내믹하게 제공한다.

상기 시뮬레이션 엔진(94a)는 가상 세계 편집 컨트롤러(Controller)에 의해 가상 세계가 정의되면 모델링 결과를 가상 세계 데이터베이스로부터 읽어 들여 초기 가상 세계를 제공하고, 사용자가 가상 세계에서 어떤 행위를 하는가를 모니터링하여, 가상 세계 시나리오에 따라 가상 세계로 하여금 그 행위에 해당하는 반응을 하도록 가상 세계를 운영해준다.

상기 가상 세계 편집 컨트롤러(Controller)(94b)는 가상 세계를 구성하는 모든 객체들에 대한 기하학적 모델과, 그 객체가 실세계의 객체와 유사한 행위를 가질 수 있도록 각 객체의 물리적인 성질을 부여하고, 가상 세계와 그것을 구성하는 객체들간에 적용되는 역학 및 객체와 사용간의 상호 작용 방식을 정의하는 방법을 지원해준다.

일례로, 종래에는 인간의 신체, 즉, 팔이나 머리에 위치 센서와 방향 센서 등을 부착하여 팔이나 머리 위치와 움직임 방향 등을 파악한 후 이를 실감 있는 3차원 영상 음향으로 재구성하고, 그 3차원 영상 음향을 헬멧, HMD 등을 이용하여 인간의 눈이나 귀에 전달하여 줌으로써 인간이 가상의 현실 속에서 실제로 움직이고 있는 듯한 느낌을 가질 수 있도록 하였다.

그러나, 종래의 가상 현실 시스템을 이용한 정신 질환 치료 방법은 질환에 따른 일률적인 가상환경을 설정하여 동일 질환에 대해서는 동일한 가상환경만을 획일적으로 제시함으로써 같은 질환이라도 증상과 관련된 환경이 개별적으로 다른 특수상황에 대한 치료는 이루어지기가 어렵다는 문제점이 있다. 일례로 외상후 스트레스 장애를 앓는 환자와 교통사고 후유증을 앓고 있는 환자 및 전쟁 후유증을 앓고 있는 환자에게 동일한 가상환경을 적용하는 것은 무리가 있기 때문이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 정신질환자의 증상과 관련된 실제 환경이 제각기 다양할 수 있는데 이러한 개인별 특수상황을 치료하기 위해 기존의 일률적 가상환경 제시를 탈피하고 개개인의 상황에 맞는 가상환경을 맞춤 제작하여 차별 시연함으로써 증상별 치료효과를 극대화 할 수 있고, 가상 환경 시연으로 인한 환자의 생체의 변화를 적절하게 감지하며, 증상이 호전될때까지 반복 실행하는(생체 되먹이기 효과 : biofeedback effect) 가상 현실 장치을 제공하는 것이다.

도 1은 일반적인 가상 환경 시스템의 개념적 구성도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 정신 질환 환자를 치료하기 위한 가상 환경 장치의 구조를 도시한 블록도.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 정신 질환 환자를 치료하기 위한 가상 환경 장치는 개인 및 집단을 대상으로 정신 질환 환자를 치료하기 위한 가상 환경 장치에 있어서, 가상 몰입 효과를 극대화하기 위한 시야 이동 감지 수단을 포함하는 HMD 수단; 환자의 양 손에 착용되어 위치파악 정보를 감지하여 전송하는 데이터 글로버 수단; 방향 성분에 대한 컴퓨터수단의 디지털 신호를 화학적인 신호로 변환시키는 아로마 수단; 적어도 환자의 위치 및 동작 등을 받아들이는 입력 수단; 상기 HMD 수단으로부터 위치 정보를 전송받아 제어 장치로 전송하는 위치 파악 수단; 환자의 신체에 부착되어 신체로부터 검출되는 생체 신호 정보를 감지하는 생체 신호 감지 입력 수단; 및 가상 환경에서 구현되는 모든 환경을 제어하며 가상 환경에서 시연될 객체 라이브러리를 저장하는 컴퓨터수단을 포함한다.

또한, 상기 입력 수단은, 환자의 양 손을 통하여 3차원 위치를 검출하여 전송하는 스페이스 볼, 공간 마우스, 또는 조이스틱 수단 중의 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 생체 신호 감지 입력 수단은 적어도 환자로부터 심전도, 혈압, 맥박, 뇌파를 측정하기 위한 수단중의 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 컴퓨터수단는 생체 신호 정보를 유,무선으로 전송받아서 표시할 수 있는 출력 및 디스플레이 매체를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 컴퓨터수단은 가상 환경 라이브러리를 저장하는 데이터베이스를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 위치파악 수단은, 환자의 머리에 착용된 상기 HMD 수단의 상단에 구비된 시야 이동 감지 수단를 통하여 위치를 파악하게 되고 상기 위치 정보를 전송받아 컴퓨터수단으로 전송하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가상 환경 장치이다. 컴퓨터수단(S)은 일반적인 구조인 시뮬레이션 엔진과 가상세계 편집기 및 가상 환경 저장 장치(DB)(2)로 구성되는 소프트웨어부와 그래픽 가속기와 사운드 프로세서와 입출력 포트로 구성된다. 상기 컴퓨터수단(S)을 가상 현실에 구현되는 모든 환경을 제어하고 통제함과 더불어, 환자의 상태를 관찰하도록 디스플레이하는 모니터링 모니터(1)와 출력된 정보를 프린터(3) 등의 인쇄 매체와, 가상 환경 라이브러리(library)를 저장한 저장 장치(2)로 연결된다. 상기 저장 장치(2)는 가상 공간에서 시연될 객체 라이브러리를 편집하여 저장된다.

구동 드라이버 인터페이스(4)는 컴퓨터수단(S)과 환자로 상호 연결되며, 회로선을 통해서 가상 환경을 제공한다. 위치파악 수단(5)은 환자의 머리에 착용된 HMD 수단(14)의 상단에 시야 이동 감지 수단(16)를 통하여 위치를 파악하게 되며 상기 위치 정보를 유,무선으로 전송받아서 컴퓨터수단(S)에 전송하는 역할을 한다. HMD 수단(14)는 초대형 화면을 보는 듯한 효과를 내는 디스플레이 장치와 시야 이동 감지 수단(16) 과 음향 수단(13)을 별도로 구비된다. 데이터 글로버 수단(10)은 정신 질환자의 손에 삽입되며, 손의 위치와 방향에 따른 정보를 컴퓨터수단(S)으로 전송한다. 스페이스 볼, 공간 마우스 혹은 죠이스틱 수단(9)은 X,Y,Z의 값을 읽어 3차원에서의 손 위치를 검출하고 상기 정보를 전송하여 위치파악을 위한 도구로 사용된다.

AROMA 수단(6)은 방향 성분에 대한 컴퓨터수단의 디지털 신호를 화학적인 신호로 변환시킬 수 있는 장치이다. 환자의 후각을 이용하여 긴장감을 풀고 몰입효과를 극대화하기 위한 특정 종류의 방향성분을 포함한다. 생체 신호 감지 입력 수단(7,8)은 환자의 생체로부터 검출되는 심전도, 혈압, 맥박 및 뇌파를 측정하고, 상기 측정 정보를 컴퓨터수단(S)으로 전송한다. 상기 생체 신호 정보는 정신 질환자의 증상 호전을 판별하는 근거가 되며 환자가 착용하는 HMD와 컴퓨터수단(S)의 모니터에 동시에 디스플레이된다.

본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용되어 질 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술 분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허 청구 범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 정신과적 증상을 호소하는 환자에게 증상과 연관된 실제 상황을 가상환경을 통해 그대로 재현시킴으로써 실제의 상황 속에서 느끼는 증상과 동일한 증상을 가상 환경 속에서 경험할 수 있도록 함에 있어서, 가상 환경과의 반복적 상호 작용을 통한 증상의 호전을 유도하며, 이로써, 일상 생활에서의 적응으로 이어져 결국 실제 경험이 아닌 가상 체험만으로도 실생활에서 고통스러워하는 증상을 효과적으로 치료 가능할 수 있게 하는 혁신적인 치료장치를 제공한다.

Claims (12)

1. 개인 및 집단을 대상으로 정신 질환 환자를 치료하기 위한 가상 환경 장치에 있어서,

   가상 몰입 효과를 극대화하기 위한 시야 이동 감지 수단을 포함하는 HMD 수단;

   환자의 양 손에 착용되어 위치파악 정보를 감지하여 전송하는 데이터 글로버 수단;

   방향 성분에 대한 컴퓨터수단의 디지털 신호를 화학적인 신호로 변환시키는 아로마 수단;

   적어도 환자의 위치 및 동작 등을 받아들이는 입력 수단;

   상기 HMD 수단으로부터 위치 정보를 전송받아 제어 장치로 전송하는 위치 파악 수단;

   환자의 신체에 부착되어 신체로부터 검출되는 생체 신호 정보를 감지하는 생체 신호 감지 입력 수단; 및

   가상 환경에서 구현되는 모든 환경을 제어하며 가상 환경에서 시연될 객체 라이브러리를 저장하는 컴퓨터수단을 포함하는 정신 질환 환자를 치료하기 위한 가상 환경 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 입력 수단은,

   환자의 양 손을 통하여 3차원 위치를 검출하여 전송하는 스페이스 볼, 공간마우스, 또는 조이스틱 수단 중의 적어도 하나를 포함하는 정신 질환 환자를 치료하기 위한 가상 환경 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 생체 신호 감지 입력 수단은 적어도 환자로부터 심전도, 혈압, 맥박, 뇌파를 측정하기 위한 수단중의 적어도 하나를 포함하는 정신 질환 환자를 치료하기 위한 가상 환경 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 컴퓨터수단은,

   생체 신호 정보를 유,무선으로 전송받아서 표시할 수 있는 출력 및 디스플레이 매체를 포함하는 정신 질환 환자를 치료하기 위한 가상 환경 장치.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컴퓨터수단은,

   가상 환경 라이브러리를 저장하는 데이터베이스를 포함하는 정신 질환 환자를 치료하기 위한 가상 환경 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 위치파악 수단은,

   환자의 머리에 착용된 상기 HMD 수단의 상단에 구비된 시야 이동 감지 수단를 통하여 위치를 파악하게 되고 상기 위치 정보를 전송받아 컴퓨터수단으로 전송하는 정신 질환 환자를 치료하기 위한 가상 환경 장치.
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