본 논문은 뇌졸중 환자가 가상의 집에서 일상 재활 훈련을 할 수 있는 소근육 재활 시스템을 제안한다. 뇌졸중 환자는 마비증상으로 인해 일상생활 활동이 제한적이며 이들을 위한 재활 훈련에는 전등 켜고 끄기, 문 여닫기, 가스 밸브 잠그기, 자물쇠 열기 등 집안에서 일어나는 활동을 재현하는 작업 치료 훈련이 다수 있다. 본 논문에서는 가상현실 기술로 집 내부를 구현하여 앞서 언급한 일상 재활 훈련 요소를 배치하고 손동작 인식 장치인 립모션(Leap Motion)을 활용하여 환자가 손과 손가락을 충분히 사용하여 재활 훈련을 할 수 있는 재활 시스템을 제안하였다. 이 시스템을 이용하면 뇌졸중 환자는 불편한 몸으로 치료 기관에 방문하지 않고도 가상현실로 소근육 재활이 가능하며, 기존 작업 치료 도구의 단조로움을 탈피하여 흥미롭게 재활 훈련을 받을 수 있을 것으로 기대된다.
본 논문은 뇌졸중 환자가 가상의 집에서 일상 재활 훈련을 할 수 있는 소근육 재활 시스템을 제안한다. 뇌졸중 환자는 마비증상으로 인해 일상생활 활동이 제한적이며 이들을 위한 재활 훈련에는 전등 켜고 끄기, 문 여닫기, 가스 밸브 잠그기, 자물쇠 열기 등 집안에서 일어나는 활동을 재현하는 작업 치료 훈련이 다수 있다. 본 논문에서는 가상현실 기술로 집 내부를 구현하여 앞서 언급한 일상 재활 훈련 요소를 배치하고 손동작 인식 장치인 립모션(Leap Motion)을 활용하여 환자가 손과 손가락을 충분히 사용하여 재활 훈련을 할 수 있는 재활 시스템을 제안하였다. 이 시스템을 이용하면 뇌졸중 환자는 불편한 몸으로 치료 기관에 방문하지 않고도 가상현실로 소근육 재활이 가능하며, 기존 작업 치료 도구의 단조로움을 탈피하여 흥미롭게 재활 훈련을 받을 수 있을 것으로 기대된다.
This paper proposes a small-scale rehabilitation system that allows stroke patients to perform daily rehabilitation training in a virtual home. Stroke patients have limited activities of daily living due to paralysis, and there are many rehabilitation exercises for them to reproduce activities that ...
This paper proposes a small-scale rehabilitation system that allows stroke patients to perform daily rehabilitation training in a virtual home. Stroke patients have limited activities of daily living due to paralysis, and there are many rehabilitation exercises for them to reproduce activities that take place in the house, such as turning lights on and off, door opening and closing, gas valve locking. In this paper, we have implemented a virtual home with the above mentioned daily rehabilitation training elements, by using virtual reality technology. We use Leap Motion, a hand motion recognition device, for rehabilitation of hands and fingers. It is expected that stroke patients can rehabilitate small muscles without having to visit the clinic with uncomfortable body, and will be able to get interesting rehabilitation training by avoiding monotony of existing rehabilitation tools.
This paper proposes a small-scale rehabilitation system that allows stroke patients to perform daily rehabilitation training in a virtual home. Stroke patients have limited activities of daily living due to paralysis, and there are many rehabilitation exercises for them to reproduce activities that take place in the house, such as turning lights on and off, door opening and closing, gas valve locking. In this paper, we have implemented a virtual home with the above mentioned daily rehabilitation training elements, by using virtual reality technology. We use Leap Motion, a hand motion recognition device, for rehabilitation of hands and fingers. It is expected that stroke patients can rehabilitate small muscles without having to visit the clinic with uncomfortable body, and will be able to get interesting rehabilitation training by avoiding monotony of existing rehabilitation tools.
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문제 정의
본 논문에서는 뇌졸중 환자를 대상으로 집에서 자율적으로 일상생활동작 훈련을 통해 소근육을 재활할 수 있는 시스템을 제안하였다. 이를 위해 HTC VIV玉를 착용하여 몰입도를 향상시키고 Leap Motion을 이용하여 손 제스처를 통해 가상 오브젝트와 상호작용함으로써 소근육 재활을 할 수 있도록 설계하고 구현하였다.
제안 방법
Llorgns의 연구에서 Kinect를 이용한 가상현실 균형 회복 프로그램을 이용하여 재활을 하였다[16]. 같은 프로그램을 이용하여 대조군은 병원에서 재활을 하며 실험군은 집에서 재활을 하였다. 두 집단 간 임상적 효과는 큰 차이는 없었지만 집에서 하는 가상현실 재활은 이동 경비를 절감할 수 있었다.
구에서는 제안하는 시스템을 이용하여 뇌졸중 환자에 대해 효과가 있는지 실험을 통해 검증하며, 작업치료 보드를 추가하고 일상생활 동작 훈련에 환자가 지속적인 재활을 할 수 있도록 게임적 요소를 추가하고자 한다. Leap Motion을 이용할 때 인식 범위에 손이 있어도 손가락이 겹친다면 인식율이 낮다는 단점이 있다.
재활할 수 있다. 기존 재활 시스템은 전문적인 장비로 구성되어 있어 치료기관에 찾아가 재활을 하지만 제안하는 시스템은 환자가 쉽게 구성할 수 있는 PC와 HTC VIVE, Leap Motion으로 구성되어 있다. 따라서 환자의 집에 충분한 공간만 있다면 환자가 직접 찾아가지 않고도 재활을 할 수 있다.
따라서 본 논문의 시스템은 이러한 단점을 해결하고자 가상현실 기술을 활용하였고, 환자가 재활 훈련기관에 가지 않고도 재활 훈련을 할 수 있는 시스템을 구현하였다. 해당 시스템은 손을 활용한 소근육 재활 훈련 콘텐츠가 구현되어있으며, 사용자는 가상 홈(virtual home)에서 일상생활에 대한 다양한 생활 작업 치료를 받을 수 있다는 장점을 가지고 있다.
방법은 Hand Model 과 상호작용하려는 오브젝트에 Interaction Behaviour 컴포넌트를 추가한다. 이를 사용하기 위해서는 오브젝트에 Rigidbody오卜 Collider 컴포넌트를 추가해야 한다.
본 논문에서 제안하는 시스템은 HTC WE와 Leap Motion 을 활용한다. HTC W空의 주요구성은 헤드셋, 베이스 스테이션, 컨트롤러이다.
또한 전문 치료사의 관찰이 가능한 원격 재활 기능을 추가하여 실용성을 향상시킬수 있을 것으로 기대된다. 의 연구에서 기능성 게임을 이용하여 훈련 후 JAMAR 핸드 동력계를 이용한 힘 측정, 박스 & 블록 테스트, 상지기능 평가를 실시하였다. 실험에 참여 했던 5명의 환자에 대해서 실험 초기 전과 후를 비교한 결과 Table 1 ~ Table 3과 같이 다수의 환자에 대해서 향상된 결과를 보였다.
LuPu의 연구는 몰입형 가상현실에서 Oculus R诋와 Leap Motion을 이용하여 상지 기능 재활을 위한 시스템을 개발하였다[12]. 이 연구에서는 TRAVEE 시스템의 설계를 상지 재활에 맞게 수정하여 적용하였다. TRAVEE 시스템은 Carataan의 연구에서 제안한 재활 과정을 개선하고 환자의 회복 율을 높이기 위한 시스템이다[13].
제안하였다. 이를 위해 HTC VIV玉를 착용하여 몰입도를 향상시키고 Leap Motion을 이용하여 손 제스처를 통해 가상 오브젝트와 상호작용함으로써 소근육 재활을 할 수 있도록 설계하고 구현하였다.
Dascal의 연구는 2005년도부터 2015년도까지 입원 의료 환경에서 가상현실 기술이 사용된 연구의 유용성과 효능을 검토하였다. 해당 결과는 통증, 산만함, 섭식 장애 비만, 인지 재활, 운동 재활과 같은 의학적 증상으로 그룹화 하였다. 대다수의 연구에서 가상현실이 효과적이고, 사용하기 쉬우며, 안전하고, 환자의 만족도를 높이는데 기여하는 것으로 나타났다[1].
이론/모형
가상현실에서 물체와 상호작용하기 위한 방법으로는 Leap Motion 의 Interaction Engine 을 이용한다. 방법은 Hand Model 과 상호작용하려는 오브젝트에 Interaction Behaviour 컴포넌트를 추가한다.
하지 기능 재활은 Corbetta의 연구에서 '뇌졸중, , '가상현실, , '보행, , '균형' 키워드를 이용하여 문헌 검색을 통해 가상현실을 이용한 재활이 보행에 효과적인가를 분석을 하였다[7]. 기존의 가상현실을 이용한 하지 재활은 Nintendo Wii Balance Board, Kinect를 이용하거나 트레드밀을 이용하여 가상현실을 걷는 방법이 있다[14].
성능/효과
그 결과 몰입형 가상현실 프로그램을 이용하여 재활을 한 환자는 전통적인 방법을 이용한 환자보다 상지 기능이 더 증가하였다. LuPu의 연구는 몰입형 가상현실에서 Oculus R诋와 Leap Motion을 이용하여 상지 기능 재활을 위한 시스템을 개발하였다[12].
네 번째, 재활 콘텐츠의 추가로 다양한 재활 훈련이 가능하다. 전통적인 재활에서 작업치료 도구를 이용하여 재활을 할 때 다른 도구를 이용하여 재활을 하고자 한다면 새로 구입을 해야 하지만 가상현실 기술을 이용하면 다양한 도구를 이용하여 재활을 할 수 있다.
같은 프로그램을 이용하여 대조군은 병원에서 재활을 하며 실험군은 집에서 재활을 하였다. 두 집단 간 임상적 효과는 큰 차이는 없었지만 집에서 하는 가상현실 재활은 이동 경비를 절감할 수 있었다.
본 시스템을 활용하면 기존 재활 시스템보다 저렴한 가격으로 재활을 할 수 있고 환자가 직접 재활 치료기관에 찾아가지 않고 집에서 재활할 수 있다. 또한 가상 홈에서 재활을 하므로 위험 요소가 적으며 재활 콘텐츠의 추가로 다양한 재활 훈련이 가능하다.
Larson의 연구에서 실제 생활에서 수행하기에 위험할 수 있는 일상생활 활동에서의 연습은 안전한 가상환경에서 수행할 수 있다고 하였다[9]. 본 연구에서 제안하는 재활 또한 가상환경에서 수행하므로 마비 증상이 있는 뇌졸중 환자가 안전하게 재활을 할 수 있다.
기존의 가상현실을 이용한 하지 재활은 Nintendo Wii Balance Board, Kinect를 이용하거나 트레드밀을 이용하여 가상현실을 걷는 방법이 있다[14]. 분석 결과 가상현실을 이용하여 재활하였을 때 보행 속도, 균형, 이동성이 크게 향상되 었다.
Cor betta의 연구에서 재활 목적의 가상현실 재활 프로그램은 가격이 비싸 임상에서는 자주 사용되지 않는다고 하였다[7]. 서론에 소개된 재활에 특화된 가상현실 장비에 비해 본 연구에서 제안하는 시스템은 비교적 저렴한 가격으로 시스템을 구성할 수 있어 임상에서도 충분히 사용할 수 있을 것으로 생각된다. 박태성의 연구[8]에서는 저렴한 가격의 가상현실 장비는 사이버 멀미가 유발될 수 있다고 하였는데 이는 가상현실 기술의 발전으로 차츰 감소될 것으로 보인다.
후속연구
적합할 것으로 보인다. 또한 전문 치료사의 관찰이 가능한 원격 재활 기능을 추가하여 실용성을 향상시킬수 있을 것으로 기대된다. 의 연구에서 기능성 게임을 이용하여 훈련 후 JAMAR 핸드 동력계를 이용한 힘 측정, 박스 & 블록 테스트, 상지기능 평가를 실시하였다.
마지막으로 본 연구에서 제안한 소근육 가상현실 재활 프로그램은 뇌졸중 환자를 대상으로 하였지만 일상 활동에 제한이 있는 뇌성 마비 (Cerebral Palsy) 와 파킨슨병 (Parkinson% disease) 과 같은 신경학적 손상을 입은 환자의 재활에도 도움을 줄 것으로 기대된다.
연구의 제한점으로는 실제 환자를 대상으로 시험하지 못한 점이다. 하지만 본 연구와 재활 기능이 비슷한 Oha향후 연
실험에 참여 했던 5명의 환자에 대해서 실험 초기 전과 후를 비교한 결과 Table 1 ~ Table 3과 같이 다수의 환자에 대해서 향상된 결과를 보였다. 이를 비추어 볼 때 뇌졸중 환자가 본 연구에서 제안한 시스템을 이용한다면 손을 이용하여 상호작용 하기 때문에 기능적 향상이 있을 것으로 예상된다.
참고문헌 (17)
J. Dascal, M. Reid, W. W. IsHak, B. Spiegel, B. J. Recacho, B. Rosen, and I. Danovitch, "Virtual reality and medical inpatients: a systematic review of randomized, controlled trials," Innovations in clinical neuroscience, 14, 1-2, 2017.
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박태성, "완전 몰입형 가상현실 게임이 만성 뇌졸중 환자의 몰입, 스트레스 및 상지기능에 미치는 영향," 부산가톨릭대학교 대학원, 2018.
E. B. Larson, M. Feigon, P. Gagliardo, and A. Y. Dvorkin, "Virtual reality and cognitive rehabilitation: A review of current outcome research," NeuroRehabilitation, 34, 4, 759-772, 2014.
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S. Caraiman, A. Stan, A. N. Botezatu, P. Herghelegiu, R. G. Lupu, and A. Moldoveanu, "Architectural design of a real-time augmented feedback system for neuromotor rehabilitation." In 2015 20th International Conference on Control Systems and Computer Science, pp. 850-855, 2015.
Y. R. Yang, M. P. Tsai, T. Y. Chuang, W. H. Sung, and R. Y. Wang, R. Y. "Virtual reality-based training improves community ambulation in individuals with stroke: a randomized controlled trial," Gait & posture, 28(2), 201-206. 2008.
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R. Llorens, R., E. Noe, C. Colomer and M. Alcaniz, "Effectiveness, usability, and cost-benefit of a virtual reality-based telerehabilitation program for balance recovery after stroke: A randomized controlled trial," Archives of physical medicine and rehabilitation, 96, 3, 418-425, 2015.
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