[논문]립 모션(leap motion) 센서를 이용한 노령 환자 치매 케어 시스템 개발

신지우; 김지수; 홍광수; 김병규

doi:10.9728/dcs.2018.19.2.319

립 모션(leap motion) 센서를 이용한 노령 환자 치매 케어 시스템 개발
Development of Health Care System for Elderly People with Dementia Based on Leap Motion Sensor 원문보기

디지털콘텐츠학회 논문지 = Journal of Digital Contents Society, v.19 no.2, 2018년, pp.319 - 325

신지우 (숙명여자대학교 IT공학과) , 김지수 (숙명여자대학교 IT공학과) , 홍광수 (숙명여자대학교 IT공학과) , 김병규 (숙명여자대학교 IT공학과)

초록
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최근 급속한 고령화로 인해 치매가 사회적 문제로 대두되면서 치매에 대한 일반 대중의 관심이 증가하였다. 늘어나는 치매환자수에 따라 치매 재활센터, 노인 복지관에서는 여러 치매 예방 및 재활 프로그램이 진행되고 있다. 본 논문에서는 3차원 손가락 및 동작 스캔이 가능한 립 모션(leap motion)을 활용하여 다양한 시설에서 진행되고 있는 치매 예방 및 인지 재활 프로그램과 접목시킨다. 개발하고자 하는 기술은 재활 치료사들의 치료 및 재활 내용을 재미와 효과를 함께 제공할 수 있는 기술을 제안하고자 한다. 손가락 추적을 이용하여 다양한 인지 증강 콘텐츠를 설계하고, 재활 교육의 기록이 데이터베이스에 기록되도록 구성하여 재활 프로그램의 관리의 효율성을 증대시키고자 하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The general public's interest in dementia has increased recently as dementia has become a social issue due to its rapid aging. Several dementia prevention and rehabilitation programs are being carried out at the dementia rehabilitation center and at the old welfare center depending on the number of dementia patients. In this paper, a 3 dimensional finger and motion search of the leap motion is utilized and combined with dementia preventive and cognitive rehabilitation programs at various facilities. We suggest technologies that can provide both fun and effective treatment and rehabilitation content for rehabilitation therapists. A variety of cognitive enhancement content is designed using finger tracking and configured to be recorded in the database for rehabilitation programmes to increase the effectiveness of management.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 3차원 손동작 스캔이 가능한 립 모션 센서와 현재 치매 예방 및 재활 시설에서 진행되고 있는 인지학습 활동을 접목한 치매 예방/재활 프로그램을 설계하고 알고리즘을 구현하여 개발하였다. 모션 디바이스의 사용을 통한 신체훈련과 여러 학습활동을 통한 인지능력 향상이 치매 예방 및 재활에 도움이 될 것을 기대한다.
본 연구는 시각, 청각 등 다양한 감각을 사용한 문제를 풀게 함으로써 치매환자의 인지력, 집중력, 사고력을 동반한 두뇌활동을 하게 할 뿐 아니라 손을 사용하는 신체훈련을 통해 재활 효과도 기대하고자 한다.
이러한 연구를 바탕으로 본 논문에서는 능동적인 손가락 운동 기반의 인지 향상 및 치매 재활에 도움이 되는 립 모션 기반의 콘텐츠를 개발 및 소개하고자 한다.

제안 방법

마우스의 또 다른 기능인 클릭 기능을 구현하기 위해 립 모션을 기준으로 z축을 +,0,-인 부분으로 구분했다. tip position의 위치가 +, 0, -, 0, + 순서로 변화하였을 때, 즉 손가락을 모니터 방향으로 움직인 후 다시 사용자 쪽으로 돌아왔을 경우를 클릭으로 간주하여 마우스 커서가 위치한 좌표에 클릭이벤트가 발생하도록 하였다.
두 번째 메뉴는 그림 또는 소리와 연관 있는 그림 찾기, 가위바위보 등으로 구성하였다. 답을 찾는 과정에서의 두뇌 활동뿐 아니라 정답에 해당되는 보기를 손가락 모양으로 맞히도록 하였다.
본 연구는 예방 및 재활 활동을 학습하듯이 사용할 수 있도록 사용자에게 피드백이 주어진다. 따라서 사용자의 답이 오답이거나 활동이 바르게 진행이 되지 않고 있을 때 화면에서 재 시도를 유도하도록 하였다. 이 과정은 스레드와 사용자 정의 이벤트로 구현하였다.
또한 립 모션 센서를 통해 손 트래킹 데이터들을 받아 Windows기반 Microsoft Foundation Class (MFC)로 프로그램을 구현하였다. 또한 데이터베이스를 구축하여 사용자 정보와 학습 정보를 관리하도록 하였다.
Windows 기반 컴퓨터와 립 모션 센서를 필요로 하며, 립 모션 표준 개발 키트(Standard Development Kit)를 이용해 센서가 추적한 데이터를 확인 할 수 있다. 또한 립 모션 센서를 통해 손 트래킹 데이터들을 받아 Windows기반 Microsoft Foundation Class (MFC)로 프로그램을 구현하였다. 또한 데이터베이스를 구축하여 사용자 정보와 학습 정보를 관리하도록 하였다.
마우스의 또 다른 기능인 클릭 기능을 구현하기 위해 립 모션을 기준으로 z축을 +,0,-인 부분으로 구분했다. tip position의 위치가 +, 0, -, 0, + 순서로 변화하였을 때, 즉 손가락을 모니터 방향으로 움직인 후 다시 사용자 쪽으로 돌아왔을 경우를 클릭으로 간주하여 마우스 커서가 위치한 좌표에 클릭이벤트가 발생하도록 하였다.
어떤 손가락을 펼쳤는지 확인하기 위해 엄지손가락부터 새끼손가락까지 각각 0,1,2,3,4의 id값을 부여하고 펼친 손가락의 id값을 저장한다. 받아 온 데이터에 부여된 id값을 통해 어떤 손가락을 펼쳤는지 알 수 있고, 이를 바탕으로 손 모양을 추측해 정답 일치여부를 판단하였다.
본 연구에서는 그림 8과 같이 좌우 각각 펼쳐진 손가락에 ‘1’ 값을, 접혀진 손가락에는 ‘0’ 값을 부여하여 양손의 손 모양을 구별하여 일치여부를 판단하였다.
그림 7은 5개의 손가락을 개개의 비트로 표시하여 패턴이나 그 패턴의 합을 이용하여 인식하였다. 본 연구에서는 위와 같이 립모션이 스캔한 손가락 데이터를 통해 여러 가지 손 모양 및 손가락을 쥐었다 펴는 동작, 손가락 순서대로 접거나 펴는 행동을 구분 동작으로 구별하는 알고리즘을 구현하였다.
손가락의 다양한 활동을 위해 손가락을 이용하여 피아노 건반을 누를 수 있는 알고리즘을 구현하였다. 손가락 다섯 개를 이용할 수 있도록 엄지손가락부터 새끼손가락 까지 각각 도, 레, 미, 파, 솔의 계이름을 매칭 시켜둔다.
손가락의 다양한 활동을 위해 손가락을 이용하여 피아노 건반을 누를 수 있는 알고리즘을 구현하였다. 손가락 다섯 개를 이용할 수 있도록 엄지손가락부터 새끼손가락 까지 각각 도, 레, 미, 파, 솔의 계이름을 매칭 시켜둔다.
이 과정은 스레드와 사용자 정의 이벤트로 구현하였다. 스레드에서 받아오는 데이터를 사용자 정의 이벤트로, 즉 원하는 의도의 함수를 구현하여 호출(SendMessageA)하고 함수(UserMethod)내에서 피드백을 처리하도록 하였다. 센서를 통해 연속적으로 받아오는 데이터를 직접적으로 사용하지 않음으로서 잦은 오작동을 줄이고 데이터를 제어할 수 있다.

대상 데이터

그림 5은 프로그램 개발에 사용된 손가락 모양 추출 과정을 보여주고 있다. Leapmotion SDK가 제공하는 모션 트래킹 데이터 중 Hands, Fingers, Vector, Bone 네 가지를 이용했다. Hands는 탐지된 손의 정보, 위치 및 팔과 손가락 목록에 대한정보를 제공한다.

성능/효과

또한 안정숙은 손뜨개질 프로그램이 치매노인의 인지기능과 일상생활 수행능력에 미치는 효과를 파악하였다[9]. 결과에 따르면 손뜨개질 프로그램이 인지기능과 일상생활 수행능력에 효과가 있는 것으로 나타났다. 손은 전신의 축소판이자 동시에 뇌의 축소판으로서 손의 신경이 뇌와 많이 연결되어 있어 손의 움직임이 많을수록 뇌의 작업량이 증가하여 뇌의 기능이 향상된다.
따라서 치매노인의 인지수준과 손 기능 유지 및 수행기능감소를 최소화하기 위하여 일상생활에서 최소의 도움을 제공하고, 다양한 손 기능 가제를 제공하여야 한다는 결론을 도출하였다.
문미숙은 치매노인을 대상으로 TEMPA(Upper Extremity Performance Test for Elderly)의 신뢰도를 검증하고, 인지수준에 따른 손 기능 분석을 통해 인지기능과 치매노인 손 기능의 유의한 상관관계를 확인하였다[8]. 연구 결과 인지저하가 심할수록 과제 지향적인 활동의 어려움을 알 수 있었고 특히 한손과제보다 양손과제에서 더 많은 어려움이 있음을 알 수 있었다.

후속연구

향후 프로그램 상용화를 위해, 인지 능력에 따른 메뉴별 난이도 조절과 단계설정을 세분화하고, 기록관리 측면에서는 다양한 데이터 분석을 제공하기 위해 원격으로 데이터베이스를 관리할 수 있도록 하여 모바일 기록도 가능하다면 사용자에게는 개인 맞춤형 활동을 제공할 수 있을 것이고, 관리자는 더욱 효율적으로 데이터를 관리하고 데이터를 바탕으로 한 효과적 치료 계획을 구성 할 수 있을 것이라 기대된다. 또한 개발된 시스템으로 재활 및 인지 향상 정도를 통계적으로 검증하는 과정 또한 필요할 것이다.
본 논문에서는 3차원 손동작 스캔이 가능한 립 모션 센서와 현재 치매 예방 및 재활 시설에서 진행되고 있는 인지학습 활동을 접목한 치매 예방/재활 프로그램을 설계하고 알고리즘을 구현하여 개발하였다. 모션 디바이스의 사용을 통한 신체훈련과 여러 학습활동을 통한 인지능력 향상이 치매 예방 및 재활에 도움이 될 것을 기대한다. 더불어 치매 재활 센터에서 효율적으로 환자를 관리하고 거동이 불편한 치매환자에게는 체계적인 재활 시스템을 제공하여 치매 예방과 치료에 도움이 될 것으로 예상한다.
향후 프로그램 상용화를 위해, 인지 능력에 따른 메뉴별 난이도 조절과 단계설정을 세분화하고, 기록관리 측면에서는 다양한 데이터 분석을 제공하기 위해 원격으로 데이터베이스를 관리할 수 있도록 하여 모바일 기록도 가능하다면 사용자에게는 개인 맞춤형 활동을 제공할 수 있을 것이고, 관리자는 더욱 효율적으로 데이터를 관리하고 데이터를 바탕으로 한 효과적 치료 계획을 구성 할 수 있을 것이라 기대된다. 또한 개발된 시스템으로 재활 및 인지 향상 정도를 통계적으로 검증하는 과정 또한 필요할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	사물인터넷(Internet-of-Things) 기술의 특징과 전망은?	사물인터넷(Internet-of-Things) 기술은 사람과 사물, 사물들간 지능형 소통으로 서비스를 제공하는 인프라이며, 최근 스마트 디바이스, 클라우드, 빅 데이터 기술 등과 융합하여 초연결사회의 핵심이 될 전망이다[3],[4]. 다양한 센서 중 립모션 센서는 손가락 움직임을 이용하여 다양한 활동을 제공하도록 설계된 센서 종류이다[5].
	립모션 센서는 어떤 센서인가?	사물인터넷(Internet-of-Things) 기술은 사람과 사물, 사물들간 지능형 소통으로 서비스를 제공하는 인프라이며, 최근 스마트 디바이스, 클라우드, 빅 데이터 기술 등과 융합하여 초연결사회의 핵심이 될 전망이다[3],[4]. 다양한 센서 중 립모션 센서는 손가락 움직임을 이용하여 다양한 활동을 제공하도록 설계된 센서 종류이다[5].
	효율적인 치매 관리 시스템의 필요성이 제기되는 이유는 무엇인가?	치매 인구는 급증하고 있지만 현존하는 치매 재활 시설은 시설 방문의 어려움, 비용문제, 데이터 관리 문제 등 다양한 문제점을 가지고 있다. 이와 같은 이유로 효율적인 치매 관리 시스템의 필요성이 제기되고 있다.

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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구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
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