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손 마비환자의 재활운동을 위한 테이블-탑 증강현실 시스템 구현
An Implementation of Table-top based Augmented Reality System for Motor Rehabilitation of the Paretic Hand 원문보기

멀티미디어학회논문지 = Journal of Korea Multimedia Society, v.16 no.2, 2013년, pp.254 - 268  

이석준 (경북대학교 컴퓨터학부) ,  박길흠 (경북대학교 전자공학부) ,  이양수 (경북대학교 의학전문대학원) ,  곽호완 (경북대학교 심리학과) ,  문계완 (경북대학교 경영학부) ,  최재헌 (경북대학교 영어영문학과) ,  정순기 (경북대학교 컴퓨터학부)

초록
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본 논문에서는 마비/편마비 환자의 손 재활운동을 위한 증강현실 인터랙션을 통한 재활운동시스템을 제안한다. 주로 기계적 장치에 의존하고 있는 기존의 마비환자 재활운동시스템에서 가정에서 손쉽게 재활훈련을 수행할 수 있도록 시스템을 구성하기위하여 컴퓨터 비전 기법을 이용하여 재활훈련에 필요한 장비를 최소화하고 좀 더 간편하게 설치하여 사용할 수 있도록 하는데 초점을 맞추었다. 본 논문에서 제안된 방법은 손끝의 움직임과 상태를 손끝마커의 위치와 접촉여부를 검사함으로써 인터랙션 상태를 점검한다. 한대의 카메라로부터 입력되는 손끝 마커의 2차원 위치는 3차원 객체와의 인터랙션을 위하여 ARToolKit 마커를 기반으로 보정된 3차원 카메라 공간상의 좌표로 변환되어 사용된다. 3차원 좌표계로 변환과정을 거친 손끝 마커의 3차원 위치는 3차원 객체와의 인터랙션에 반영함으로써 증강현실 기반의 인터랙션을 구현하였다. 본 논문에서 제시한 인터랙션 기법의 구현내용을 실험결과에서 나타내었고, 증강현실 기반 테이블탑 환경에서 마비환자의 재활운동에 활용될 수 있음을 나타내었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents an augmented reality (AR) based rehabilitation exercise system to enhance the motor function of the hands for the paretic/hemi-paretic patient. The existing rehabilitation systems rely on mechanical apparatus for palsy rehabilitation, but we aim to use the rehabilitation system a...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 특히 환자의 손 형태 변형에 대한 적응적인 시스템 활용과, 조명환경에 강인한 손동작 인식을 위해 그림 3에서 나타내는 바와 같이 색상마커를 손끝에 부착함으로써 손동작을 인식하도록 하였으며, 초기 카메라 보정을 위해 ARToolKit마커를 탁자 위에 배치함으로써 실제 테이블탑 환경에 대한 3차원 공간을 초기화 하였다[25]. 본 논문에서 사용한 손끝마커는 재활이 필요한 관절이나 손가락 끝에 부착하여 사용할 수 있으며, 인식률의 안정화 추구를 위한 목적뿐만 아니라, 재활의학자의 소견에 따라 위치를 변경하거나 조합을 변경함으로써 다양한 재활 시나리오를 구성하여 적용할 수 있도록 함에 목적이 있다.
  • 실제로는 목표 기능상에 차이가 있으므로, 정량적으로 비교하는 것은 무리겠으나, 본 표 1에서 제시하는 기준에 의해 실제 그 활용도 또한 판가름 될 수 있을 것이다. 본 논문에서 제안한 시스템은 가벼운 손 마비 환자의 재활을 돕기 위해 고안된 시스템이므로, 설치가 용이하고, 누구나 사용가능 하며, 저렴한 비용으로 운용 가능한 시스템을 목적으로 설계되었다.
  • 본 논문에서는 마비 환자의 손 운동기능의 유지/향상을 위한 증강현실 기반의 재활훈련 시스템을 제안하였다. 제안한 방법은 단일카메라를 이용하여 손끝에 부착한 색상마커를 추적함으로써 손의 위치와 자세를 파악하고, 2차원 장면영상에서 획득한 손끝 마커의 좌표를 ARToolKit마커로 초기화된 3차원 공간으로 변환하는 과정을 통해 3차원 가상객체에 대한 인터랙션을 구현하였다.
  • 본 논문에서는 마비환자의 손 운동재활을 위한 증강현실 기반의 손 재활운동 시스템을 제안한다. 특히, 테이블 탑 환경에서 요구되는 일상적인 손동작과 상지활동에 대하여, 환자의 자연스러운 활동범위와 운동능력을 보장하기 위하여 기계적인 장치의 사용을 지양하고, PC와 카메라만 있으면 운동재활을 수행할 수 있도록 모션캡처 기반의 재활 시스템을 구현하였다.
  • 본 논문에서는 사용자 손의 실제 행동이 증강현실 환경에서의 가상객체를 직접적으로 조작할 수 있도록 함으로써 마비환자의 반복적인 손동작 재활운동을 가능하도록 하는 시스템을 제안한다. 증강현실 환경에서 가상객체와의 자연스러운 인터랙션을 구현하기 위하여 본 논문에서는 모션캡처 기반의 손동작 인식기법을 사용하여 재활운동 시스템을 구현하였으며, 본 논문에서 제안하는 재활운동 시스템의 기본적인 구성은 그림 3과 같다.
  • 본 연구에서는 2차원 장면영상에서의 손끝마커 위치를 꾸준히 추적하다가, 사용자가 선택하기 위한 의도를 나타내었을 때 이에 대한 3차원 인터랙션을 수행하도록 하였다. 따라서 제안하는 시스템에서는 사용자가 대상을 선택하는 행위를 두 마커의 접촉여부를 통하여 판단하였으며, 현재 장면영상에서 이를 판별하기 위한 방법으로 추적중인 두 마커의 영상상의 좌표와 그 사이의 거리를 측정함으로써 중점정보와 접촉여부를 판별하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
마비란? 마비란 신경이나 근육이 형태의 변화 없이 기능을 잃어버리는 상태로서, 감각이 없어지거나 움직임에 장애가 생기는 상태를 말한다. 운동 마비는 뇌의 운동중추로부터 말초신경, 근육섬유까지 이르는 운동의 경로 중 어느 부위에라도 장애가 있을 경우에 일어나며, 마비의 원인에 따라서 치료의 방법은 다양하다.
운동 마비가 일어나는 이유는? 마비란 신경이나 근육이 형태의 변화 없이 기능을 잃어버리는 상태로서, 감각이 없어지거나 움직임에 장애가 생기는 상태를 말한다. 운동 마비는 뇌의 운동중추로부터 말초신경, 근육섬유까지 이르는 운동의 경로 중 어느 부위에라도 장애가 있을 경우에 일어나며, 마비의 원인에 따라서 치료의 방법은 다양하다. 다양한 치료과정 중에서도 특히, 마비가 온 조기에 재활의학과와의 협진을 통해 재활 운동 치료를 병행하는 것이 향후 후유증을 예방하는데 도움이 될 수 있으며, 반복적인 재활 운동을 통해 마비 증상의 완화와 운동 기능의 회복을 도울 수 있다.
신경이나 근육에 대한 마비를 예방하는 데 도움이 되는 치료 방법은? 운동 마비는 뇌의 운동중추로부터 말초신경, 근육섬유까지 이르는 운동의 경로 중 어느 부위에라도 장애가 있을 경우에 일어나며, 마비의 원인에 따라서 치료의 방법은 다양하다. 다양한 치료과정 중에서도 특히, 마비가 온 조기에 재활의학과와의 협진을 통해 재활 운동 치료를 병행하는 것이 향후 후유증을 예방하는데 도움이 될 수 있으며, 반복적인 재활 운동을 통해 마비 증상의 완화와 운동 기능의 회복을 도울 수 있다. 환자의 재활운동은 오래전부터 다양한 방법으로 시도되어 왔고, 주로 기계적 장치의 도움을 받아 수행되어왔다.
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