KR102259078B1 - Rehabilitation training system for activate lower limb musculatures using virtual reality and tilting table and rehabilitation training method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 가상 현실과 경사 테이블을 이용하여 하지 근육 활동을 유발하는 재활 훈련 시스템 및 재활 훈련 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a rehabilitation training system and a rehabilitation training method for inducing lower extremity muscle activity using virtual reality and an inclination table.
일반적으로 뇌손상이나 뇌졸중은 편마비, 편측 감각의 소실, 인지 기능의 저하 등 여러 가지 장애를 일으킨다. 이러한 뇌손상이나 뇌졸중 환자들 중 일부는 보행이 불가능하게 되기도 하며, 보행이 가능한 환자들 중 일부는 보호자의 도움이 절대적으로 필요하거나 근위약, 경직, 균형 감각의 장애 등으로 인하여 비정상적인 보행을 보이게 되는 경우가 발생한다.In general, brain damage or stroke causes various disorders such as hemiplegia, loss of hemiplegia, and cognitive decline. Some of these patients with brain damage or stroke may become unable to walk, and some of the patients who can walk may absolutely need the help of a guardian or show abnormal gait due to muscle weakness, stiffness, or disturbances in the sense of balance. case occurs
특히, 보행능력은 뇌손상이나 뇌졸중으로 인한 편마비 환자의 남은 삶의 질을 결정할 수 있을 만큼 중요한 문제인데, 뇌손상이나 뇌졸중의 급성기 환자의 경우에는, 보행 훈련이 심장에 갑작스러운 부하가 발생할 수 있어서, 재활치료에 있어 보행 훈련을 보다 효과적으로 하기 위해, 보행전 훈련에 대한 다양한 연구와 노력들이 있어왔다.In particular, walking ability is an important issue that can determine the quality of life remaining in patients with hemiplegia due to brain injury or stroke. In the case of patients in the acute stage of brain injury or stroke, gait training can cause a sudden load on the heart. In order to make gait training more effective in rehabilitation treatment, various studies and efforts have been made on pre-gait training.
이와 관련하여, 환자가 누운 상태에서 재활운동을 할 수 있는 장치로서 경사 테이블(tilting table)에 대해 연구되고 있으며, 한국 특허공보 제10-0599457호에는 경사 테이블(150)에 하지 운동을 위한 높낮이가 조절가능한 발판부(170)를 구비하고, 경사 테이블(150)의 경사 정도를 조절하여, 경사 테이블(150)을 이용한 환측 하지의 강제적 사용 외에도 환측 하지의 폐쇄성 궤도 운동, 편심성 운동과 동심성 운동이 동시에 가능하며, 경사 테이블의 기울기를 조절함으로써 운동 부하의 조절이 가능하여, 운동을 정량화 할수 있는 장치가 개시되어 있다(도 1).In this regard, a tilting table is being studied as a device that can perform rehabilitation exercise while a patient is lying down, and in Korean Patent Publication No. 10-0599457, the tilting table 150 has a height for lower extremity exercise. Equipped with an
또한, 재활 훈련의 운동 효율을 높이기 위해 방안으로 재활 훈련에 가상현실(virtual reality) 기술을 접목한 기술이 연구되고 있으며, 한국 특허공보 제10-0893669호에는 가상현실과 손잡이가 장착된 로봇암을 이용하여, 환자가 부상 치료 후 재활 훈련시, 환자에 맞게 가상현실 프로그램 상의 물체 속도 및 물체의 충격량, 무게감 등을 조절할 수 있는, 재활 훈련 시스템이 개시되어 있다(도 2).In addition, in order to increase the exercise efficiency of rehabilitation training, a technology that combines virtual reality technology with rehabilitation training is being researched. Korean Patent Publication No. 10-0893669 discloses a robot arm equipped with virtual reality and a handle. A rehabilitation training system is disclosed in which the patient can adjust the speed of an object on the virtual reality program, the amount of impact, and the weight of the object on the virtual reality program to suit the patient during rehabilitation training after injury treatment ( FIG. 2 ).
그러나, 한국 특허공보 제10-0599457호에 개시된 장치는 다양한 하지 운동이 가능하나, 환자에게 운동의 모티베이션을 제공하거나 하지 근육에 부여되는 자극 이외 다른 시각적 자극 등이 주어지지 않아, 운동 성과의 극대화의 측면에서 개선의 여지가 있다.However, although the device disclosed in Korean Patent Publication No. 10-0599457 is capable of various lower extremity exercises, it does not provide motivation for movement to the patient or provide visual stimuli other than those given to lower extremity muscles, thereby maximizing exercise performance. There is room for improvement in this respect.
또한, 한국 특허공보 제10-0893669호에 개시된 재활 훈련 시스템은 상지 근육의 재활에만 사용이 가능하고, 뇌손상이나 뇌졸중에 의한 마비 환자에게 적용하기에는 무리가 있다는 문제가 있다.In addition, the rehabilitation training system disclosed in Korean Patent Publication No. 10-0893669 can be used only for the rehabilitation of upper extremity muscles, and there is a problem that it is difficult to apply to patients with paralysis due to brain damage or stroke.
본 발명은, 보행 훈련을 실시하기 전, 가상현실을 이용하여 하지 근력 활성도를 측정하여 훈련프로그램의 단계를 평가하는 것이 가능하고, 다양한 기립 위치 자세에 따른 운동학, 운동역학, 근육역학 등의 평가 모델링 개발과 뇌손상이나 뇌졸중 환자의 자세 변화에 따른 근활성도 패턴 분석 및 평가하는 것이 가능하여, 하지 근력 재활 치료의 효과를 극대화 할 수 있는 가상현실을 이용한 재활 훈련 시스템 및 재활 훈련 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.According to the present invention, it is possible to evaluate the stage of a training program by measuring lower extremity muscle activity using virtual reality before performing gait training, and evaluation modeling of kinematics, kinematics, and muscle mechanics according to various standing position postures To provide a rehabilitation training system and rehabilitation training method using virtual reality that can maximize the effect of lower extremity muscle rehabilitation treatment by developing and analyzing and evaluating muscle activity patterns according to posture changes in patients with brain damage or stroke do it with
본 발명의 제 1 태양은, 하지 근육의 재활 훈련 시스템에 있어서, 사용자가 누운 상태에서, 기립 상태를 조절할 수 있도록 구성되는 경사 테이블과, 미리 설정된 가상 현실을 구현하여 사용자에게 시각적으로 보여주도록 구성되는 가상 현실 장치와, 상기 경사 테이블의 기립 상태를 측정하는 기립 상태 센서와, 사용자의 하지 근육에 유발되는 근육 활동량을 측정하는 근육 활동량 센서와, 제어 장치를 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 미리 설정된 가상 현실에 기초하여, 상기 경사 테이블의 기립 상태를 조절하고, 상기 기립 상태 센서에 의해 측정된 상기 기립 상태와 상기 근육 활동량 센서에 의해 측정된 상기 근육 활동량에 기초하여, 사용자의 하지 근육 활성도를 평가하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 재활 훈련 시스템이다.A first aspect of the present invention provides a system for rehabilitation of lower extremity muscles, a tilt table configured to adjust a standing state when a user is lying down, and a preset virtual reality to implement and visually show to the user A virtual reality device, a standing state sensor for measuring the standing state of the inclination table, a muscle activity amount sensor for measuring an amount of muscle activity induced in the user's lower extremity muscles, and a control device, wherein the control device includes: Based on virtual reality, the standing state of the inclination table is adjusted, and based on the standing state measured by the standing state sensor and the muscle activity amount measured by the muscle activity sensor, the user's lower extremity muscle activity is evaluated It is a rehabilitation training system, characterized in that configured to do.
본 발명의 제 2 태양은, 하지 근육의 재활 훈련 방법에 있어서, 사용자가 착용한 가상 현실 장치를 이용하여 미리 설정된 가상 현실을 구현하는 단계; 상기 가상 현실 장치에 의해 구현된 가상 현실에 기초하여 사용자가 누워있는 경사 테이블의 기립 상태를 조절하는 단계; 상기 기립 상태와 사용자의 하지 부위에 유발되는 근육 활동량을 측정하는 단계; 및 측정된 상기 근육 활동량과 측정된 상기 기립 상태에 기초하여, 사용자의 하지 근육 활성도를 평가하는 단계를 포함하는 재활 훈련 방법이다.A second aspect of the present invention provides a method for rehabilitation training of lower extremity muscles, the method comprising: implementing a preset virtual reality using a virtual reality device worn by a user; adjusting the standing state of the inclination table on which the user is lying based on the virtual reality implemented by the virtual reality device; measuring the amount of muscle activity induced in the standing state and the user's lower extremities; and evaluating the user's lower extremity muscle activity based on the measured amount of muscle activity and the measured standing state.
본 발명의 제 1 태양 및 제 2 태양에 있어서, 상기 하지 근육 활성도의 평가 결과에 기초하여, 상기 가상 현실 장치에서 구현되는 가상 현실을 변경하고, 변경된 상기 가상 현실에 따라, 상기 경사 테이블의 기립 상태를 조절하여도 된다.In the first aspect and the second aspect of the present invention, based on the evaluation result of the lower extremity muscle activity, the virtual reality implemented in the virtual reality device is changed, and according to the changed virtual reality, the standing state of the inclination table may be adjusted.
본 발명의 제 1 태양 및 제 2 태양에 있어서, 상기 미리 설정된 가상 현실은, 스키 점프 운동 상황이여도 된다.In the first aspect and the second aspect of the present invention, the preset virtual reality may be a ski jumping exercise situation.
본 발명의 제 1 태양 및 제 2 태양에 있어서, 상기 경사 테이블의 기립 상태는, 경사 테이블의 기립각의 각도, 각속도 및 각가속도 중 하나 이상이여도 된다.In the first and second aspects of the present invention, the standing state of the inclination table may be at least one of an angle, an angular velocity, and an angular acceleration of the standing angle of the inclination table.
본 발명에 의하면, 보행 훈련을 실시하기 전, 가상현실을 이용하여 하지 근력 활성도를 측정하여 훈련프로그램의 단계를 평가하는 것이 가능하고, 다양한 기립 위치 자세에 따른 운동학, 운동역학, 근육역학 등의 평가 모델링 개발과 뇌손상이나 뇌졸중 환자의 자세 변화에 따른 근활성도 패턴 분석 및 평가하는 것이 그낭하여, 하지 근력 재활 치료의 효과를 극대화 할 수 있다.According to the present invention, it is possible to evaluate the stage of a training program by measuring lower extremity muscle activity using virtual reality before performing gait training, and to evaluate kinematics, kinematics, and muscle mechanics according to various standing position postures. It is important to develop modeling and analyze and evaluate muscle activity patterns according to posture changes in patients with brain injury or stroke, thereby maximizing the effect of lower extremity muscle rehabilitation treatment.
도 1은, 경사 테이블의 종래기술을 나타내는 사시도이다.
도 2는, 가상현실을 이용한 재활 운련 시스템의 종래기술을 나타내는 도면이다.
도 3는, 본 발명의 재활 훈련 시스템을 나타내는 도면이다.
도 4는, 본 발명의 재활 훈련 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 5은, 본 발명의 재활 훈련 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은, 본 발명의 가상 현실 장치에서 구현되는 스키 점프 운동 상황을 나타내는 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a perspective view which shows the prior art of a tilt table.
2 is a view showing the prior art of a rehabilitation training system using virtual reality.
3 : is a figure which shows the rehabilitation training system of this invention.
Fig. 4 is a block diagram showing the rehabilitation training system of the present invention.
5 is a flowchart showing the rehabilitation training method of the present invention.
6 is a diagram illustrating a ski jumping exercise situation implemented in the virtual reality device of the present invention.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일 또는 유사한 부호를 사용한다.Hereinafter, with reference to the drawings, preferred embodiments will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily practice the present invention. However, in describing a preferred embodiment of the present invention in detail, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the same or similar reference numerals are used throughout the drawings for parts having similar functions and functions.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.In addition, throughout the specification, when a part is 'connected' with another part, it is not only 'directly connected' but also 'indirectly connected' with another element interposed therebetween. include In addition, "including" a certain component means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
도 3 및 도 4는 본 발명의 가상 현실을 이용한 하지 근육 활동을 유발하는 재활 훈련 시스템을 보여준다. 이하, 도 3 및 도 4에 의거하여, 본 발명의 재활 훈련 시스템을 설명한다.3 and 4 show a rehabilitation training system that induces lower extremity muscle activity using virtual reality of the present invention. Hereinafter, based on FIGS. 3 and 4, the rehabilitation training system of the present invention will be described.
본 발명의 재활 훈련 시스템은, 본체부(100), 경사 테이블(200), 가상 현실 장치(300) 및 근육 활동량 센서(400)를 포함하고 있다.The rehabilitation training system of the present invention includes a
본체부(100)는 금속 또는 합성수지로 이루어지는 외부 커버의 내부에 제어 장치(101)를 구비하고 있다.The
제어 장치(101)는 CPU(Central Processing Unit), 마이크로 프로세서, 컴퓨터 또는 데이터 처리 시스템, 및/또는 이들의 조합으로서 그리고/또는 마이크로컨트롤러, 축소 명령 집합 컴퓨터(RISC), 주문형 집적회로(ASIC), 논리 회로, 및 본 명세서에 설명된 기능을 실행할 수 있는 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합을 포함한 임의의 다른 회로 또는 프로세서를 사용한 시스템을 포함하는, 프로세서 기반 또는 마이크로 프로세서 기반 시스템으로서 구현될 수 있다.The control device 101 may be a central processing unit (CPU), a microprocessor, a computer or data processing system, and/or combinations thereof and/or a microcontroller, a reduced instruction set computer (RISC), an application specific integrated circuit (ASIC), It may be implemented as a processor-based or microprocessor-based system, including systems using processors or any other circuitry, including logic circuits, and hardware, software, or combinations thereof capable of executing the functions described herein.
또한, 제어 장치(101)는 저장부를 구비할 수 있다. 저장부는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어, SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory: RAM) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory: ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 등의 저장매체를 포함하며, 이에 제한되는 것은 아니다.Also, the control device 101 may include a storage unit. The storage unit includes a flash memory type, a hard disk type, a multimedia card micro type, a card type memory (eg, SD or XD memory, etc.), a random Access Memory: RAM) SRAM (Static Random Access Memory), ROM (Read-Only Memory: ROM), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM (Programmable Read-Only Memory), magnetic memory, magnetic disk, optical disk and storage media such as, but not limited to.
또한, 제어 장치(101)는 통신부를 구비하며, 통신부는 블루투스(bluetooth) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC), WLAN 통신, 지그비(Zigbee) 통신, 적외선(Infrared Data Association, IrDA) 통신, WFD(Wi-Fi Direct) 통신, UWB(ultra-wideband) 통신, Ant+ 통신, WIFI 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신, 3G 통신, 4G 통신 및 5G 통신 등을 이용하여 외부 기기(센서, 조작장치, 가상 현실 장치 등)와 통신할 수 있다. 그러나, 이는 일 예에 불과할 뿐이며, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the control device 101 includes a communication unit, the communication unit is Bluetooth (bluetooth) communication, BLE (Bluetooth Low Energy) communication, near field communication (Near Field Communication, NFC), WLAN communication, Zigbee (Zigbee) communication, infrared (Infrared Data Association, IrDA) communication, WFD (Wi-Fi Direct) communication, UWB (ultra-wideband) communication, Ant+ communication, WIFI communication, RFID (Radio Frequency Identification) communication, 3G communication, 4G communication and 5G communication It can be used to communicate with external devices (sensors, manipulation devices, virtual reality devices, etc.). However, this is only an example, and the present invention is not limited thereto.
본체부(100)의 일측에는 경사 테이블(200)이 회전 운동 가능하게 연결되어 있으며, 본체부(100)의 내부 또는 외부에는 경사 테이블(200)의 기립 상태를 조절할 수 있는 기립 상태 조절부(102)가 구비되어 있다. The inclination table 200 is rotatably connected to one side of the
기립 상태 조절부(102)는 경사 테이블(200)에 결합되어, 경사 테이블(200)을 본체부(100)에 대해 상대적인 각도, 각속도, 각가속도를 조절할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 기립 상태 조절부(102)는 경사 테이블(200)의 하면이 지면에 대향하는 상태로부터 상면이 지면을 대향하는 상태까지 경사 테이블(200)의 기립각의 각도를 변화시킬 수 있도록 구성될 수 있으며, 경사 테이블(200)이 본체부(100)에 대하여 360도 회전 가능하도록 구성될 수 있다. 기립 상태 조절부(102)는 유압 방식, 공압 방식, 전동 방식 등 다양한 방식에 의해 구현될 수 있다.The standing state adjusting
본체부(100)에는 경사 테이블(200)의 기립 상태를 측정하기 위한 기립 상태 센서(103)를 구비한다. 기립 상태 센서(103)는 각가속도 센서(accelerometer)일 수 있다. 기립 상태 센서(103)는 경사 테이블(200)의 기립각의 각도, 각속도, 각가속도 중 하나 이상을 측정하여, 경사 테이블(200)의 기립 상태를 측정하도록 구성된다. 측정된 기립 상태값은 제어장치(101)로 전송된다.The
본체부(100)에는 근육 활동량 센서(400)가 연결되어 있다. 도 3에는 본체부(100)와 근육 활동량 센서(400)가 유선으로 연결되어 있는 것을 도시하고 있으나, 무선(근거리 통신, wifi 등)으로 연결되어도 된다.A
근육 활동량 센서(400)는 근육의 활동 전위인 근전도를 측정하여 근육의 수축, 이완된 정도를 수치로 나타낼 수 있는 근전도 센서(electromyography sensor)일 수 있다.The
또한, 본 발명에서 근육 활동량 센서(400)는 사용자의 하지 부위에 부착되어 근육 활동량을 측정하는데, 특히 대퇴사두근(Quadriceps), 비복근(Gastrocnemius)과 같이 주로 보행시 사용되는 근육에 부착되는 것이 바람직하며, 근육 활동량 센서(400)에서 측정된 근육 활동량 값은 제어장치(101)로 전송된다.In addition, in the present invention, the
본체부(100)의 일측면에는 조작 패널(104)이 구비되어 있다. 조작 패널(104)은 미리 저장된 가상 현실 상황 및 난이도 등을 선택하는 조작 장치와 각종 선택 화면 및 사용자가 보고 있는 가상 현실 상황을 디스플레이하는 표시 장치로서 기능한다. An operation panel 104 is provided on one side of the
조작 패널(104)은 터치패널 방식에 의해 조작 장치와 표시 장치가 일체화 되어 구성될 수 있다. 또한, 조작 패널(104)은 본체부(100)와 분리된 외부 기기(스마트폰, 태블릿 등)일 수 있다.The manipulation panel 104 may be configured by integrating a manipulation device and a display device by a touch panel method. Also, the operation panel 104 may be an external device (smartphone, tablet, etc.) separated from the
본체부(100)의 하측에는 본체부(100)를 이동 가능하게 하는 이동 수단(104)이 장착되어 있다. 도 3에는 이동 수단(104)이 바퀴 방식으로 구현되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.On the lower side of the
또한, 이동 수단(104)에는 본체부(100)의 선택적으로 본체부(100)의 이동을 금지하는 이동 제한 수단이 구비될 수 있다. 사용자가 재활 훈련 중에는 안전을 위해 이동 제한 수단에 의해 본체부의 이동을 금지시키는 것이 바람직하다. In addition, the movement means 104 may be provided with a movement limiting means for selectively prohibiting the movement of the
본체부(100)의 일측에 회전 운동 가능하게 연결되는 경사 테이블(200)은 받침대(201)와 발판부(202)를 포함한다. 받침대(201)의 상면에는 사용자가 편안하게 누울수 있도록 쿠션 부재가 부착되어 있을 수 있다. 받침대(201)의 일측단부에는 사용자의 발바닥을 지지하는 발판부(202)가 장착되어 있다. 발판부(202)는 받침대(201)에 대해 높이 조절 및 각도 조절이 가능하게 구성되어 있다. 또한, 발판부(202)에는 사용자로부터 발판부(202)에 가해지는 하중을 검출할 수 있는 하중 센서를 구비할 수 있다.The inclined table 200 rotatably connected to one side of the
받침대(201)에는 사용자를 구속할 수 있는 구속수단(203)이 구비될 수 있다. 구속수단(203)은 경사 테이블(200)의 기립 상태가 변화할 때 사용자가 경사 테이블(200)로부터 떨어지는 것을 방지한다. The
본 발명의 재활 훈련 시스템의 가상 현실 장치(300)는 VR(virtual reality) 영상과 나아가 수신된 음향을 시청하고 들을 수 있는 기기이다. 가상 현실 장치(300)은 예를 들어 VR 영상을 시각적으로 인식할 수 있는 VR 헤드셋을 포함할 수 있다.The
가상 현실 장치(300)은 사용자의 머리에 착용 될 수 있도록 구성되고 좌안용 렌즈, 우안용 렌즈 및 하나 이상의 디스플레이를 포함하여 디스플레이를 통해 표시된 이미지를 사용자가 시각적으로 인식할 수 있도록 구성된다.The
디스플레이는 단일 디스플레이거나 분리된 두 개의 디스플레이일 수 있다. 단일 디스플레이로 구성된 경우에 디스플레이는 두 개의 영역으로 구분되어 좌측 디스플레이 영역에 VR 영상 중 좌안용 영상이 디스플레이되고 우측 디스플레이 영역에 VR 영상 중 우안용 영상이 디스플레이될 수 있다.The display may be a single display or two separate displays. In the case of a single display, the display may be divided into two regions, so that the left-eye image among the VR images may be displayed on the left display region and the right-eye image among the VR images may be displayed on the right display region.
가상 현실 장치(300)은 제어장치(101)로부터 실시간 VR 영상을 수신하고 이를 디스플레이를 통해 표시하고 사용자는 입체적인 VR 영상(3D 영상)을 인식할 수 있다. 가상 현실 장치(300)은 VR 영상을 출력하기 위한 전용 기기이거나 다른 단말기와 결합하는 기기일 수 있다. 예를 들어, 가상 현실 장치(300)은 스마트폰을 수용하는 공간을 구비하고 이 공간에 스마트폰을 탑재하고 스마트폰이 디스플레이를 통해 제어장치(101)로부터 수신된 VR 영상을 출력할 수 있다.The
가상 현실 장치(300)은 움직임 센서를 구비하고 나아가 무선 네트워크(예를 들어 블루투스)에 연결된 입력 기기를 더 포함할 수 있다. 움직임 센서는 가상 현실 장치(300)의 움직임을 인식할 수 있는 센서로서 예를 들어 자이로 센서 또는 지자기 센서 또는 가상 현실 장치(300)의 임의 방향(예를 들어, 3축의 X, Y, Z 축 등)으로의 이동(회전)을 알 수 있는 센서 등일 수 있다. 움직임 센서는 가상 현실 장치(300)의 움직임을 센싱할 수 있고 적어도 가상 현실 장치(300)의 움직임의 방향성(가상 현실 장치(300)의 회전 방향)을 센싱할 수 있도록 구성된다.The
다음으로, 도 3 및 도 4 를 참조하여, 본 발명의 재활 훈련 시스템이 작동되는 방식을 설명한다.Next, with reference to FIGS. 3 and 4 , a description will be given of how the rehabilitation training system of the present invention operates.
경사 테이블(200)의 받침대(201) 위에 사용자의 발바닥이 발판부(202)에 맞닿도록 눕히고, 구속수단(203)으로 사용자를 구속하고, 사용자의 머리에 가상 현실 장치(300)를 착용킴으로써, 재활 훈련의 준비상태가 된다.By laying down the user's sole on the
제어장치(101)의 저장부에는 미리 설정된 가상 현실 프로그램이 데이터의 형태로 저장되어 있다. 미리 설정된 가상 현실 프로그램은 사용자의 기립각이 변화하는 운동이 바람직하다. A preset virtual reality program is stored in the storage unit of the control device 101 in the form of data. The preset virtual reality program is preferably an exercise in which the user's standing angle is changed.
예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 스키점프의 경우, 점프 상황에 따라, 사용자의 기립각이 변화하는(도 6의 (a) 및 (b)) 다양한 상황이 발생할 수 있으며, 사용자에게 각각의 상황 마다 다른 현장감을 줄 수 있다. For example, as shown in FIG. 6 , in the case of ski jumping, various situations in which the user's standing angle is changed (FIG. 6 (a) and (b)) may occur depending on the jumping situation, and Each situation can give a different sense of presence.
다만, 본 발명에 사용될 수 있는 가상 현실은 스키 점프 운동에 한정되지 않으며, 점프 수트를 입고 빌딩 사이를 활강하는 상황이나 패러글라이딩 등과 같이 사용자의 기립각이 변화하는 다양한 상황이 사용될 수 있다. 다만 설명의 편의를 위해, 이하에서는, 사용자가 선택한 가상 현실이 스키 점프 운동 상황임을 전제로 설명한다.However, the virtual reality that can be used in the present invention is not limited to the ski jumping exercise, and various situations in which the user's standing angle changes, such as a situation in which a user is gliding between buildings in a jump suit or paragliding, may be used. However, for convenience of explanation, hereinafter, it is assumed that the virtual reality selected by the user is a ski jumping exercise situation.
사용자나 사용자의 재활 운동을 보조하는 보조자가 조작 패널(104)을 이용하여, 사용자에게 적합한 가상 현실(스키 점프)을 선택하면, 제어 장치(101)는 가상 현실 영상을 가상 현실 장치(300)에 전송한 후, 또는, 전송과 동시에, 가상 현실 영상에 의거하여 경사 테이블(200)의 기립각을 조절하도록 기립 상태 조절부(102)를 제어한다.When the user or an assistant assisting the user's rehabilitation exercise selects a virtual reality (ski jump) suitable for the user using the operation panel 104 , the control device 101 transmits the virtual reality image to the
사용자에게 시각화되어 보여지는 가상 현실 영상과 경사 테이블(200)의 기립각의 변화에 의해, 사용자에게 실제 스키 점프 자세를 취하고 있다는 몰입감을 주게 되며, 가상 현실 상황의 자세를 유지하기 위해 사용자의 하지 부위의 근육 활동이 유발된다.The virtual reality image visualized and shown to the user and the change of the standing angle of the inclination table 200 give the user a sense of immersion that he is taking an actual ski jumping posture, and the lower extremities of the user to maintain the posture in the virtual reality situation. muscle activity is induced.
근육 활동량 센서(400)는 하지 부위, 특히 대퇴사두근(Quadriceps), 비복근(Gastrocnemius)과 같이 보행시 주로 사용되는 근육의 근전도의 변화를 측정하여, 제어장치(101)에 전송한다.The
한편, 기립 상태 센서(103)는 경사 테이블(200)의 기립각의 각도, 각속도, 각가속도의 변화량을 측정하여, 제어장치(101)에 전송한다.Meanwhile, the standing state sensor 103 measures the angle of the standing angle of the inclination table 200 , the angular velocity, and the amount of change of the angular acceleration, and transmits it to the control device 101 .
제어장치(101)는 전송받은 사용자의 하지 부위 근육의 근전도 데이터와 기립각의 데이터에 기초하여, 사용자의 근육 활성도를 평가하여 저장부에 저장하고, 이를 조작패널(104)을 통해 디스플레이 한다.The control device 101 evaluates and stores the user's muscle activity based on the received EMG data of the user's lower extremity muscles and the data of the standing angle, and stores it in the storage unit, and displays it through the operation panel 104 .
이러한, 경사 테이블(200)의 기립각의 변화와 사용자의 근전도의 변화를 이용한 근육 활성도의 평가는 뇌손상이나 뇌졸중 급성기 환자의 보행 훈련 전 또는 보행 훈련과 함께, 기립 자세 적응 훈련을 효과적으로 행할 수 있으며, 사용자의 하지 근력 강화 훈련 단계를 평가할 수 있게 한다.The evaluation of muscle activity using the change in the standing angle of the inclination table 200 and the change in the user's EMG can effectively perform the standing posture adaptation training before or together with the gait training of the patient in the acute stage of brain injury or stroke. , it makes it possible to evaluate the user's lower extremity strength training stage.
또한, 경사 테이블(200)의 기립각의 변화 데이터와 사용자의 근전도의 변화 데이터는 기립 위치 자세에 따른 운동학, 운동역학, 근육역학 등의 평가 모델링 개발과 뇌손상 장애인의 자세 변화에 따른 근활성도 패턴 분석에 활용되어, 뇌손상이나 뇌졸중 환자의 재활 훈련 성과를 극대화시킬 수 있다.In addition, the change data of the standing angle of the inclination table 200 and the change data of the user's electromyography are the development of evaluation modeling of kinematics, kinematics, and muscle dynamics according to the standing position and posture, and the muscle activity pattern according to the change of posture of the person with brain injury. It can be used for analysis to maximize the rehabilitation training performance of brain injury or stroke patients.
다음으로, 도 5를 참조하여, 본 발명의 재활 훈련 방법을 설명한다.Next, with reference to FIG. 5, the rehabilitation training method of the present invention will be described.
도 3 에서와 같이, 경사 테이블(200)의 받침대(201) 위에 사용자의 발바닥이 발판부(202)에 맞닿도록 눕히고, 구속수단(203)으로 사용자를 구속하고, 사용자의 머리에 가상 현실 장치(300)를 착용킴으로써, 재활 훈련의 준비상태가 된다.3, the user's sole is laid on the
이 상태에서, 사용자나 보조자가 사용자가 원하는 미리 설정된 가상 현실을 선택하면, 재활 운동이 시작된다.In this state, when the user or assistant selects a preset virtual reality desired by the user, the rehabilitation exercise is started.
본 발명의 재활 운동 방법은, 사용자가 착용한 가상 현실 장치를 이용하여 미리 설정된 가상 현실을 구현하는 단계(S101)를 포함한다. 미리 설정된 가상 현실 프로그램은 사용자의 기립각이 변화하는 운동이 바람직하다. The rehabilitation exercise method of the present invention includes a step (S101) of realizing a preset virtual reality using a virtual reality device worn by a user. The preset virtual reality program is preferably an exercise in which the user's standing angle is changed.
다음으로, 본 발명의 재활 훈련 방법은 상기 가상 현실 장치에 의해 구현된 가상 현실에 기초하여 사용자가 누워있는 경사 테이블의 기립 상태를 조절하는 단계(S102)를 포함한다. 단계(S102)는 단계(S101)과 동시에 이루어질 수도 있다.Next, the rehabilitation training method of the present invention includes the step (S102) of adjusting the standing state of the inclination table on which the user is lying based on the virtual reality implemented by the virtual reality device. Step S102 may be performed simultaneously with step S101.
상기 단계(S101)과 단계(S102)에 의해, 가상 현실 영상이 사용자에게 시각화되어 보여짐과 동시에 가상 현실 영상에 따라 경사 테이블(200)의 기립각이 변화하므로, 사용자에게는 실제 스키 점프 자세를 취하고 있다는 몰입감이 생기며, 가상 현실 상황의 자세를 유지하기 위해 사용자의 하지 부위의 근육 활동이 유발된다.By the above steps (S101) and (S102), the virtual reality image is visualized and shown to the user, and at the same time, the standing angle of the inclination table 200 is changed according to the virtual reality image, so that the user is taking an actual ski jumping posture. A sense of immersion is created, and muscle activity of the user's lower extremities is induced to maintain the posture in the virtual reality situation.
다음으로, 본 발명의 재활 훈련 방법은 상기 기립 상태와 사용자의 하지 부위에 유발되는 근육 활동량을 측정하는 단계(S103)를 포함한다.Next, the rehabilitation training method of the present invention includes the step of measuring the amount of muscle activity induced in the standing state and the user's lower extremities (S103).
경사 테이블의 기립 상태의 측정은 경사 테이블의 기립각의 각도, 각속도, 각가속도 중 하나 이상을 측정함으로써 이루어지며, 근육 활동량의 측정은 근육의 활동 전위인 근전도를 측정하여 이루어진다.The measurement of the standing state of the inclination table is performed by measuring one or more of the angle, angular velocity, and angular acceleration of the standing angle of the inclination table, and the amount of muscle activity is measured by measuring the EMG, which is the action potential of the muscle.
또한, 근육 활동량이 측정되는 사용자의 하지 부위는, 대퇴사두근(Quadriceps), 비복근(Gastrocnemius)과 같이 주로 보행시 사용되는 근육에 부착되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the lower extremity part of the user whose muscle activity is measured is attached to a muscle mainly used for walking, such as the quadriceps and gastrocnemius.
다음으로, 본 발명의 재활 훈련 방법은 측정된 상기 근육 활동량과 측정된 상기 기립 상태에 기초하여, 사용자의 하지 근육 활성도를 평가하는 단계(S104)를 포함한다.Next, the rehabilitation training method of the present invention includes a step (S104) of evaluating the user's lower extremity muscle activity based on the measured amount of muscle activity and the measured standing state.
이러한, 경사 테이블(200)의 기립각의 변화와 사용자의 근전도의 변화를 이용한 근육 활성도의 평가는 뇌손상이나 뇌졸중 급성기 환자의 보행 훈련 전 또는 보행 훈련과 함께, 기립 자세 적응 훈련을 효과적으로 행할 수 있으며, 사용자의 하지 근력 강화 훈련 단계를 평가할 수 있게 한다.The evaluation of muscle activity using the change in the standing angle of the inclination table 200 and the change in the user's EMG can effectively perform the standing posture adaptation training before or together with the gait training of the patient in the acute stage of brain injury or stroke. , it makes it possible to evaluate the user's lower extremity strength training stage.
또한, 경사 테이블(200)의 기립각의 변화 데이터와 사용자의 근전도의 변화 데이터는 기립 위치 자세에 따른 운동학, 운동역학, 근육역학 등의 평가 모델링 개발과 뇌손상 장애인의 자세 변화에 따른 근활성도 패턴 분석에 활용되어, 뇌손상이나 뇌졸중 환자의 재활 훈련 성과를 극대화시킬 수 있다.In addition, the change data of the standing angle of the inclination table 200 and the change data of the user's electromyography are the development of evaluation modeling of kinematics, kinematics, and muscle dynamics according to the standing position and posture, and the muscle activity pattern according to the change of posture of the person with brain injury. It can be used for analysis to maximize the rehabilitation training performance of brain injury or stroke patients.
또한, 사용자의 하지 근육 활성도를 평가 결과를 이용하여 사용자에게 보여지는 가상 현실을 사용자에게 적합한 미리 설정된 가상 현실로 변경하고, 다시 단계(S101)로 돌아가는 피드백 단계를 포함할 수 있다.In addition, the method may include a feedback step of changing the virtual reality shown to the user to a preset virtual reality suitable for the user by using the evaluation result of the user's lower extremity muscle activity, and returning to step S101 again.
100 : 본체부
101: 제어 장치
102 : 기립 상태 조절부
103 : 기립 상태 센서
104 : 표시 패널
105 : 이동 수단
200 : 경사 테이블
201 : 받침대
202 : 발판부
203 : 구속 수단
300 : 가상 현실 장치
400 : 근육 활동량 센서100: main body
101: control device
102: standing state control unit
103: standing state sensor
104: display panel
105: means of transportation
200: inclined table
201 : pedestal
202: scaffold
203: means of restraint
300: virtual reality device
400: muscle activity sensor
Claims (8)
사용자가 누운 상태에서, 기립 상태를 조절할 수 있도록 구성되는 경사 테이블과,
미리 설정된 가상 현실을 구현하여 사용자에게 시각적으로 보여주도록 구성되는 가상 현실 장치와,
상기 경사 테이블의 기립 상태를 측정하는 기립 상태 센서와,
사용자의 하지 근육에 유발되는 근육 활동량을 측정하는 근육 활동량 센서와,
제어 장치를 구비하고,
상기 제어 장치는,
상기 미리 설정된 가상 현실에 기초하여, 상기 경사 테이블의 기립 상태를 조절하고,
상기 기립 상태 센서에 의해 측정된 상기 기립 상태와 상기 근육 활동량 센서에 의해 측정된 상기 근육 활동량에 기초하여, 사용자의 하지 근육 활성도를 평가하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 재활 훈련 시스템.In the lower extremity muscle rehabilitation training system,
A tilt table configured to allow the user to adjust the standing state while lying down;
A virtual reality device configured to implement a preset virtual reality and visually show it to a user;
a standing state sensor for measuring the standing state of the inclination table;
A muscle activity sensor that measures the amount of muscle activity induced in the user's lower extremity muscles;
having a control device,
The control device is
adjusting the standing state of the inclination table based on the preset virtual reality;
Based on the standing state measured by the standing state sensor and the muscle activity amount measured by the muscle activity sensor, the rehabilitation training system is configured to evaluate the user's lower extremity muscle activity.
상기 제어 장치는, 상기 하지 근육 활성도의 평가 결과에 기초하여, 상기 가상 현실 표시 장치에서 구현되는 가상 현실을 변경하고, 변경된 상기 가상 현실에 따라, 상기 경사 테이블의 기립 상태를 조절하는 것을 특징으로 하는 재활 훈련 시스템.The method of claim 1,
wherein the control device changes the virtual reality implemented in the virtual reality display device based on the evaluation result of the muscle activity of the lower extremities, and adjusts the standing state of the inclination table according to the changed virtual reality Rehabilitation training system.
상기 미리 설정된 가상 현실은, 스키 점프 운동 상황인 것을 특징으로 하는 재활 훈련 시스템.The method according to claim 1 or 2,
The preset virtual reality is a rehabilitation training system, characterized in that the ski jump exercise situation.
상기 경사 테이블의 기립 상태는, 경사 테이블의 기립각의 각도, 각속도 및 각가속도 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 재활 훈련 시스템.The method according to claim 1 or 2,
The standing state of the inclination table is a rehabilitation training system, characterized in that at least one of an angle, an angular velocity, and an angular acceleration of the standing angle of the inclination table.
사용자가 착용한 가상 현실 장치를 이용하여 미리 설정된 가상 현실을 구현하는 단계;
상기 가상 현실 장치에 의해 구현된 가상 현실에 기초하여 사용자가 누워있는 경사 테이블의 기립 상태를 조절하는 단계;
상기 기립 상태와 사용자의 하지 부위에 유발되는 근육 활동량을 측정하는 단계; 및
측정된 상기 근육 활동량과 측정된 상기 기립 상태에 기초하여, 사용자의 하지 근육 활성도를 평가하는 단계를 포함하는 재활 훈련 방법.In the method of rehabilitation training of lower extremity muscles,
implementing a preset virtual reality using a virtual reality device worn by a user;
adjusting the standing state of the inclination table on which the user is lying based on the virtual reality implemented by the virtual reality device;
measuring the amount of muscle activity induced in the standing state and the user's lower extremities; and
Rehabilitation training method comprising the step of evaluating the user's lower extremity muscle activity based on the measured amount of muscle activity and the measured standing state.
상기 하지 근육 활성도의 평가 결과에 기초하여, 상기 가상 현실 장치에서 구현되는 가상 현실을 변경하는 단계; 및
변경된 상기 가상 현실에 따라, 상기 경사 테이블의 기립 상태를 조절하는 단계를 더 포함하는 재활 훈련 방법.The method of claim 5,
changing the virtual reality implemented in the virtual reality device based on the evaluation result of the lower extremity muscle activity; and
Rehabilitation training method further comprising the step of adjusting the standing state of the inclination table according to the changed virtual reality.
상기 미리 설정된 가상 현실은, 스키 점프 운동 상황인 것을 특징으로 하는 재활 훈련 방법.The method according to claim 5 or 6,
The preset virtual reality is a rehabilitation training method, characterized in that the ski jump exercise situation.
상기 경사 테이블의 기립 상태는, 경사 테이블의 기립각의 각도, 각속도 및 각가속도 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 재활 훈련 방법.The method according to claim 5 or 6,
The standing state of the inclination table is a rehabilitation training method, characterized in that at least one of an angle, an angular velocity, and an angular acceleration of the standing angle of the inclination table.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190151462A KR102259078B1 (en) | 2019-11-22 | 2019-11-22 | Rehabilitation training system for activate lower limb musculatures using virtual reality and tilting table and rehabilitation training method thereof |
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|---|---|---|---|
| KR1020190151462A KR102259078B1 (en) | 2019-11-22 | 2019-11-22 | Rehabilitation training system for activate lower limb musculatures using virtual reality and tilting table and rehabilitation training method thereof |
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