[논문]모션인식 디바이스를 이용한 수부재활치료 시스템

황제승; 김민진; 문미경

doi:10.9708/jksci.2014.19.8.129

모션인식 디바이스를 이용한 수부재활치료 시스템
Hand Rehabilitation System Using a Hand Motion Recognition Device 원문보기

韓國컴퓨터情報學會論文誌 = Journal of the Korea Society of Computer and Information, v.19 no.8, 2014년, pp.129 - 137

황제승 (동서대학교 컴퓨터정보공학부) , 김민진 (동서대학교 컴퓨터정보공학부) , 문미경 (동서대학교 컴퓨터정보공학부)

초록
AI-Helper

수부와 상지 질환을 가지고 있는 환자가 질환 회복을 위해서 재활치료를 받게 된다. 재활치료는 신체 기능을 회복, 유지시키기 위해 환자의 활동에 대해 중재를 시행하고 물리적 자극을 이용하여 치료하는 것으로, 이는 반복하여 꾸준히 시행하는 것이 가장 중요하다. 본 논문에서는 손상 받은 수부의 기능을 향상시키고 회복시키기 위해 능동적인 활동으로 치료를 제공할 수 있는 수부재활 시스템의 개발 내용에 대해 기술한다. 이 시스템은 손의 움직임을 포착 추적하는데 특화된 디바이스인 립모션을 활용하여 환자 스스로 따라할 수 있는 6 가지 수부재활 운동 패턴을 제공한다. 이를 통해 환자가 일상생활에서 지속적으로 재활운동을 수행하도록 함으로써 치료의 성과를 향상시키도록 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

The patients who have illness of hand and upper limb should be received rehabilitation treatment to recover such illness. The rehabilitation treatments is a treatments designed to facilitate the process of recovery from injury, illness, or disease to as normal a condition as possible. This should be done continuously and repeatedly. In this paper, we describe hand-rehabilitation system which provides a treatment method improving and recovering the function of injured hands. Expecially, this system is using a leap motion device which can easily and properly identify and trace a hand motion and provide six treatment patterns for hand rehabilitation. By using this system, the patients can do rehabilitation treatment easily and continuously in their daily life and in result, the achievement of treatment will be improved.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

위의 치료패턴들에는 모두 성공한 횟수와 실패하였을 때의 알림메시지가 나타나며, 각 패턴 치료마다 타이머가 동작하게 된다. 그리고 각 패턴마다 움직임에 따른 적절한 음향효과를 줌으로써 환자가 좀 더 재미를 느끼며 치료에 몰입할 수 있도록 하였다.
본 논문에서는 립모션을 활용한 수부재활치료 시스템의 개발 내용에 대해 기술하였다. 지금까지 수부재활치료를 위한 여러 가지 장비와 시스템이 개발되었지만, 환자 가까운 곳에 재활치료 환경을 구축하기에는 장비가 고가이거나 환자 스스로 시스템을 구축하여 실행하기는 힘든 경우가 대부분이었다.
본 논문에서는 장비의 공간 제약을 받지 않고 가격이 저렴하며 수부의 모션과 제스처 인식에 특화된 모션인식 디바이스인 ‘립모션’을 이용하여 가상공간에서 수부를 이용한 다양한 재활치료를 환자 혼자서 진행 할 수 있는 수부재활치료 시스템의 개발내용에 대해 기술한다.
‘수부재활치료’란 산업재해로 손가락이 절단되어 봉합 수술을 한 환자, 뇌졸중으로 손에 마비가 오는 환자, 또는 손가락의 뼈가 부러진 환자들이 수술 후 손가락 지관절이 굳어지지 않게 관절을 가능한 한 최대로 굴신 운동을 꾸준히 반복해야 하는 아주 중요한 재활치료이다 [1]. 이는 손상받은 부위의 기능을 향상시키고 건강한 부위의 기능을 강화시킴으로써 신체적 기능을 최대한 회복시키는 것을 목적으로 한다. 이러한 수부 손상을 회복하고자 시행하는 환자의 재활치료는 오래전부터 다양한 방법으로 진행되어 오고 있다.

제안 방법

대구 보건대 작업 치료과 김모 교수와 한 회사에서 ‘브래하트’라는 재활 시스템 시제품을 개발하였다.
다음 그림 4는 수부재활치료 시스템의 메인화면이다. 본 시스템에서는 상지관련 재활치료법 3가지와 수부관련 재활치료법 3가지가 제공된다. 상지관련 재활치료는 어깨와 손목 사이의 기능 향상을 위하여 팔을 움직여 하는 운동으로, Up&Down, Hand flip, Drawing Circle 패턴을 가진다.
4)에 사각형 형태의 영역을 설정한다. 사용자의 손의 Y좌표값을 트래킹하면서 사용자의 손이 설정해 놓은 Y좌표값 이상 올라왔는지 내려갔는지를 판단한다.
아래 그림 6과 그림 7에서 보듯이 엄지손가락을 제외한 손가락은 임의의 번호가 설정되지만, 엄지손가락은 항상 마지막 번호 ‘4‘로 설정된다. 이를 이용하여 감지된 마지막 번호 (엄지손가락)의 X축 좌표값을 손바닥 뒤집기 이전과 이후로 비교하여 손바닥이 뒤집혔는지를 판단한다. 즉, 그림 6과 그림 7에서 엄지손가락의 좌표값은 (-0.

그림 16은 Piano 패턴으로 악보에 나타난 숫자에 맞는 피아노 건반을 누르도록 한다. 피아노 건반에 익숙하지 않은 환자를 위해 건반음 대신 숫자와 숫자가 표시된 건반을 사용하도록 하였다.

대상 데이터

본 시스템은 손가락의 좌표, 모션&제스처를 인식하는 손가락 인식모듈(Finger Recognition module)과 이를 활용하는 6가지 재활치료 패턴 모듈들 (Up&Down module, Hand flip module, Fold&Unfold module, Drawing Circle module, Rock&Paper module, Piano module), 데이터 베이스 연동모듈 (Database Access module), 치료이력 모듈(Treatment history)로 구성된다.

성능/효과

이러한 수부 손상을 회복하고자 시행하는 환자의 재활치료는 오래전부터 다양한 방법으로 진행되어 오고 있다. 보바스치료(Bobath treatment), 운동훈련(Exercise training), 과제 지향적 운동(task-oriented movement therapy), 환측 상지의 강제 유도운동치료, 고유수용성신경근촉진법(proprioceptive neuromuscular facilitation), 기능적 전기자극(Functional electric stimulation), 로봇 보조재활(Robotic-assisted rehabilitation), 양측성 상지 훈련(Bilateral arm training) 등이 효과가 입증되었다.
그러나 다른 장비에 비해 비싸고 휴대하기도 불편하며 주변에 장애물이 없는 장소에서 사용해야 하는 불편한 점이 있다. 본 논문에서 사용한 립모션 장비는 다른 장비에 비해 사용이 간편하며, 노이즈 처리를 따로 할 필요가 없고, 장소에 구애 받지 않으며 키넥트에 비해 손가락 트래킹 정밀도가 200배 정확하며 1/100mm의 움직임까지 감지 할 수 있다. 즉, 본 논문에서 제안한 수부재활치료를 위해서 아주 적합한 장비로 평가된다.
본 논문에서 사용한 립모션 장비는 다른 장비에 비해 사용이 간편하며, 노이즈 처리를 따로 할 필요가 없고, 장소에 구애 받지 않으며 키넥트에 비해 손가락 트래킹 정밀도가 200배 정확하며 1/100mm의 움직임까지 감지 할 수 있다. 즉, 본 논문에서 제안한 수부재활치료를 위해서 아주 적합한 장비로 평가된다.

후속연구

립모션은 장비비용도 효율적이고 재활치료 환경을 구축하는 것도 용이 할뿐만 아니라, 특히 손가락 제스처와 모션 인식에 특화된 장비로써 정확하게 손가락을 트래킹 할 수 있다는 장점이 있다. 본 시스템을 통해 환자가 일상생활에서 지속적으로 재활운동을 수행하도록 함으로써 치료의 성과를 향상시킬수 있을 것이다. 향후 본 시스템에 대한 임상실험을 거쳐 치료결과에 대한 데이터를 수집하고 이를 분석할 예정이다.
향후 본 시스템에 대한 임상실험을 거쳐 치료결과에 대한 데이터를 수집하고 이를 분석할 예정이다. 이 결과를 가지고 수부 손상 환자들에게 좀 더 나은 재활치료 방법을 줄 수 있는 시스템으로 확장 할 예정이다.
본 시스템을 통해 환자가 일상생활에서 지속적으로 재활운동을 수행하도록 함으로써 치료의 성과를 향상시킬수 있을 것이다. 향후 본 시스템에 대한 임상실험을 거쳐 치료결과에 대한 데이터를 수집하고 이를 분석할 예정이다. 이 결과를 가지고 수부 손상 환자들에게 좀 더 나은 재활치료 방법을 줄 수 있는 시스템으로 확장 할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	재활치료는 무엇인가?	수부와 상지 질환을 가지고 있는 환자가 질환 회복을 위해서 재활치료를 받게 된다. 재활치료는 신체 기능을 회복, 유지시키기 위해 환자의 활동에 대해 중재를 시행하고 물리적 자극을 이용하여 치료하는 것으로, 이는 반복하여 꾸준히 시행하는 것이 가장 중요하다. 본 논문에서는 손상 받은 수부의 기능을 향상시키고 회복시키기 위해 능동적인 활동으로 치료를 제공할 수 있는 수부재활 시스템의 개발 내용에 대해 기술한다.
	CPM장비의 역할은 무엇인가?	CPM장비는 스스로 운동이 불가능한 환자에게 수술 직후부터 수동적으로 운동을 시작하게 해줌으로써, 통증을 완화시키고, 관절의 경직이나 유착 등 움직이지 않음으로 인해 생길 수 있는 부작용을 최소화하기 위해 개발된 운동기구이다. 상지운동기 중 대표적인 것으로 맷돌 운동기가 있다.
	수부재활치료의 목적은 무엇인가?	‘수부재활치료’란 산업재해로 손가락이 절단되어 봉합 수술을 한 환자, 뇌졸중으로 손에 마비가 오는 환자, 또는 손가락의 뼈가 부러진 환자들이 수술 후 손가락 지관절이 굳어지지 않게 관절을 가능한 한 최대로 굴신 운동을 꾸준히 반복해야 하는 아주 중요한 재활치료이다 [1]. 이는 손상받은 부위의 기능을 향상시키고 건강한 부위의 기능을 강화시킴으로써 신체적 기능을 최대한 회복시키는 것을 목적으로 한다. 이러한 수부 손상을 회복하고자 시행하는 환자의 재활치료는 오래전부터 다양한 방법으로 진행되어 오고 있다.

참고문헌 (10)

S. Bae, J. Kwack, H. Gak, "Physical Therapy at Early Stage for Return to Work in The Hand Injury", The Journal of Korean Society of Physical Therapy, Vol. 11, No. 2, pp.11-20,1999.
M. Lim, H. Jung, K. Lee, "Game-type Recognition Rehabilitation System based on Augmented Reality through Object Understanding", The Journal of the Institute of Internet Broadcasting and Communication, Vol. 11, No. 3, pp. 93-98,2011.
G. Burdea, "Key Note Address: Virtual rehabilitation: benefits and challenges" Methods Information in Medicine 2003, Vol. 42, No. 5, pp.519-523, 2003.
J. Park, S. Kim, K. Nam, Y. Kim, S. Bae, "Effect of the Upper Limb Nerve Mobilization on Functional Recovery in Hemiplegic Patients Following Stroke", The Journal of Korean Research Society of Physical Therapy, Vol. 8, No. 2, pp.29-39, 2001.
S. Lee, K.H. Park, Y.S. Lee, H.W. Kwak, G.W. Moon, J.H. Choi, S.K. Jung, "An Implementation of Table-top based Augmented Reality System for Motor Rehabilitation of the Paretic Hand", Journal of Korea Multimedia Society Vol. 16, No. 2, pp.254-268, 2013.

원문보기 상세보기
Maeil Business Newspaper, "Development of a Rehabilitation Training System for Senile Disease, Daegu Health College", 2013.07.
W. Jang, "Effects of Finger-training Application Use on Hand Function Improvement of Stroke Patients", Master Degree Paper, Daegu University, Graduate School of Rehabilitation Sciences, 2013.
H. Park, D. Lee, M. Kim, "Hand Rehabilitation System Using a Depth Sensor", The Conference of the Korean Society Of Broadcast Engineers 2011.
M.Mohandes, S.Aliyu, M.Deriche, "Arabic Sign Language Recognition using the Leap Motion Controller", 2014 23rd International Symposium on Industrial Electronics, pp.960-965, 2014.
D. Bassily, C. Georgoulas, J. Guttler, T. Linner, T. Bock,, "Intuitive and Adaptive Robotic Arm Manipulation using the Leap Motion Controller", 41st International Symposium on Robotics; Proceedings of ISR/Robotik, pp.1-7, 2014.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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