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fNIRS를 이용한 사용자 의도 인식 상지 재활 로봇 시스템 프레임워크 설계

Upper Limb Rehabilitation Robotic System Framework Design based Recognition of User Intention using fNIRS
HCI 2012, 2012.1, 26-28 (3 pages)
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초록
fNIRS(functional Near InfraRed Spectroscopy)는 근적외선을 이용한 비침습형 뇌기능 분석 시스템으로 인간이 특정 사고나 행동 등을 할 때 형성되는 뇌 신진대사와 혈류 변화량을 측정하는 장치이다. 최근 심리학, 재활 분야 등의 다양한 분야의 연구자들이 뇌기능 분석을 연구하기 위해 fNIRS를 이용하고 있다. fNIRS는 비침습적이고 움직임 잡음에 강하고 상대적으로 저렴하고 공간 절약 등의 장점이 있다. 본 논문에서는 fNIRS를 이용하여 BRI(Brain-Robot Interface) 기술에 활용될 수 있는 상지마비 환자의 인지/운동 재활을 위한 상지 재활 로봇 시스템 설계하였다. 운동관찰/상상 과제를 수행하는 동안 행동에 대한 분석, 판단이 이루어지는 뇌 전두엽(frontal lobe) 영역의 혈류변화량을 관찰하여 특정 행동에 대한 사용자의 의도를 인식하여 상지 재활 로봇을 제어하고자 한다. 실험을 위해 사람이 실제로 로봇을 좌ㆍ우로 움직이는 동작을 동영상으로 촬영하고, 피시험자가 촬영된 동영상을 시청하면서 동작을 따라하는 상상을 하는 동안 뇌의 전두엽 영역이 활성화 및 변화되는 것을 관찰하고자 한다. 이러한 시스템은 중추신경계 또는 자율신경계 등의 이상으로 인해 상지의 신체기능이 손상 혹은 마비된 환자를 매니퓰레이터기술 및 생체신호기술을 함께 이용하여 상지의 기능회복 및 유지를 지원하는 재활 로봇 기술 개발에 도움이 될 것이다.

The functional Near Infrared Spectroscopy (fNIRS) is a non-invasive brain imaging device that can measure brain metabolism and change in blood flow on brain tissue while performing a specific mental activity. Recently, fNIRS has been adopted by researcher in various areas such as psychology and rehabilitation fields and so on, in order investigate the brain functional activities. This new brain imaging device provides several advantages such as non-invasive, unconstraint, robust against movement, low cost, space-saving. In this paper, upper limb rehabilitation robotic system was designed for cognition and exercise rehabilitation of patients with upper extremity using fNIRS which can be used BRI(Brain-Robot Interface). While performing a observation and imitation task, we measured the brain activation data from subject"s frontal lobe and we want recognize the user intention to control upper limb rehabilitation robot using acquired data. In frontal lobe of the brain, behavior analysis and judgements was done for intended action. Subjects were asked to watch video that illustrated arm action(left/right) and they observe the arm action and imitate the action. During Subjects imitate the arm action, we want to measure brain activation and changes in blood flow in frontal lobe. These rehabilitation system will help in the development of rehabilitation robot technique which supports functional recovery and maintenance of upper limb using manipulator and bio-signal technology.

목차
요약
Abstract
1. 서론
2. 상지 재활 로봇 시스템
3. 결론
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