KR101234547B1 - Hybrid biofeedback shoulder therapy device and control method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 어깨 관절 치료 운동 중에 환자의 통증을 고려하여 어깨 관절 운동을 효율적으로 제어할 수 있는 어깨 관절 치료기 및 그 제어방법에 관한 것이다.
본 발명은 치료 운동 전에 환자가 통증을 느끼기 시작하는 범위에서 측정된 근 모멘트값을 기초로 전체 운동 범위에서의 통증 문턱치를 미리 산출하고, 운동 치료 중에 환자의 통증 시 발생하는 저항 근 모멘트를 정량적으로 측정하여, 저항 근 모멘트 값과 통증 문턱치의 차이가 일정 범위 이내인 경우에는 기 설정된 환자별 어깨 관절 운동 범위와 운동 횟수를 완료할 때까지 운동을 계속 수행하며, 일정 범위 이상인 경우에는 구동부의 구동을 정지시키고 초기 상태로 복귀하는 바이오 피드백 제어를 하는 새로운 형태의 어깨 관절 치료기를 도입함으로써, 어깨 관절 치료 효과를 극대화하고 치료 운동 중에 부작용의 위험성을 최소화할 수 있는 혼합형 바이오 피드백 어깨 관절 치료기 및 제어방법을 제공하는 것이다.
특히, 치료 운동 전 또는 바이오 피드백 제어를 통한 초기 상태로 복귀시에 온열 치료와 전기 자극 치료를 병행하도록 함으로써 어깨 관절 치료의 효과를 극대화할 수 있는 혼합형 바이오 피드백 어깨 관절 치료기 및 제어방법을 제공하는 것이다. The present invention relates to a shoulder joint treatment device and a control method thereof that can efficiently control the shoulder joint movement in consideration of the pain of the patient during the shoulder joint treatment exercise.
The present invention calculates in advance the pain threshold in the entire range of motion based on the muscle moment value measured in the range where the patient begins to feel pain before the treatment exercise, and quantitatively calculates the resistance muscle moment generated in case of pain during the exercise treatment. When the difference between the resistance muscle moment value and the pain threshold is within a certain range, the exercise is continued until the preset shoulder joint movement range and the number of times of exercise are completed. By introducing a new type of shoulder joint therapy device that stops and returns to the initial state, the biofeedback shoulder joint therapy device and control method are combined biofeedback devices that can maximize the effectiveness of shoulder joint therapy and minimize the risk of side effects during therapeutic exercise. To provide.
In particular, the present invention provides a mixed biofeedback shoulder joint treatment device and control method that can maximize the effect of shoulder joint treatment by performing heat therapy and electric stimulation treatment before the treatment exercise or returning to the initial state through biofeedback control. .
Description
본 발명은 어깨 관절 치료기 및 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 치료 운동 중에 환자의 통증을 고려하여 어깨 관절 운동을 효율적으로 제어할 수 있는 혼합형 바이오 피드백 어깨 관절 치료기 및 제어방법에 관한 것이다. The present invention relates to a shoulder joint treatment device and a control method, and more particularly, to a mixed bio-feedback shoulder joint treatment device and a control method that can efficiently control the shoulder joint movement in consideration of the pain of the patient during the treatment exercise.
일반적으로 유착성 관절낭염(오십견) 등과 같은 어깨 관절 이상 증상이라 함은 우리 몸의 관절 중 운동 범위가 넓어 그만큼 손상의 위험이 많은 부위인 어깨 부위에 통증과 함께 어깨 관절을 이용한 운동의 제한이 뒤따르는 증상이다. 어깨 관절의 이상 증상은 발병 원인에 따라 약물 치료의 시행과 더불어 반드시 보조적으로 물리 치료를 병행하게 된다. In general, shoulder joint abnormalities such as adhesive arthritis (five shoulders) are limited to the movement of the shoulder joint along with pain in the shoulder area, which is a wide range of movement in the joints of the body. It is a symptom that follows. Abnormal symptoms of the shoulder joint will be accompanied by physical therapy in addition to the drug treatment depending on the cause of the onset.
어깨 관절의 이상 증상을 치료하기 위한 물리 치료 장비들이 다양하게 알려져 있다. 이러한 물리 치료 장비들에서 환자의 통증이 수반되는 경우에는 환자 자신의 능동적인 운동보다는 기기에 의한 수동적인 치료가 요구된다. Various physical therapy devices are known for treating abnormalities of the shoulder joints. If the pain of the patient is accompanied by such physical therapy equipment, manual treatment by the device is required rather than the active exercise of the patient himself.
최근에는 이러한 수동 치료기로 받침대에 환자의 팔을 거치하고 정역모터 등의 구동장치를 이용한 외부 힘에 의해 수동적으로 어깨 관절을 기준으로 팔을 일정 범위 내에서 상하 왕복하면서 치료 운동할 수 있게 하는 CPM(Continuous Passive Motion) 방식의 어깨 관절 치료기가 많이 사용되고 있는 실정이다.In recent years, such a manual therapy device is to mount the arm of the patient to the pedestal and CPM (to allow the treatment movement while moving up and down within a certain range manually based on the shoulder joint by an external force using a drive such as a stationary motor) It is a situation that a lot of shoulder joint therapy device of Continuous Passive Motion method is used.
이러한 CPM(Continuous Passive Motion) 방식의 어깨 관절 치료기에 대해서 본 출원인이 개발한 한국공개특허공고 공개번호 10-2010-13019 및 10-2010-13020 와 한국특허등록공보 등록번호 10-804723호 및 10-758996호 등을 포함한 다양한 성능을 갖는 제품이 공개되었다. Korean Patent Publication Nos. 10-2010-13019 and 10-2010-13020 and Korean Patent Registration Nos. 10-804723 and 10- developed by the present applicant for the shoulder joint therapy device of the CPM (Continuous Passive Motion) method Products with various performances have been published, including 758996.
그러나, 종래의 모든 CPM 방식의 어깨 관절 치료기는 환자의 통증을 고려하지 못하고 설정된 어깨 관절의 운동 범위(Range Of Motion 또는 ROM) 내에서만 반복적으로 수동적인 운동을 하게 되어 치료 중에 부작용의 위험성이 있는 문제점이 있다. However, all conventional CPM shoulder joint therapy devices do not consider the pain of the patient and repeatedly perform manual movement only within the range of motion (Range Of Motion or ROM) of the shoulder joint, which may cause side effects during treatment. There is this.
특히, 물리치료사가 치료 중에 환자의 통증 정도를 실시간으로 점검하며 어깨 관절의 운동 범위를 설정해 주는 등의 다양한 물리치료를 함께 실시하는 것은 현실적으로 한계가 있는 문제점이 있다. In particular, the physical therapist checks the pain level of the patient in real time during the treatment and performs a variety of physical therapy, such as setting the range of motion of the shoulder joint has a problem that there is a practical limitation.
이에 따라, CPM 방식의 어깨 관절 치료기에 있어서 환자의 통증을 고려하여 실시간으로 최적의 어깨 관절의 운동 범위 내에서 수동적으로 어깨 관절 운동을 효과적으로 수행할 수 있는 기기의 개발이 절실히 요구되고 있었다. Accordingly, in consideration of the pain of the patient in the CPM-type shoulder joint treatment device, there is an urgent need for the development of a device capable of effectively performing shoulder joint movement within the optimal range of shoulder joint movement in real time.
따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 기존의 단순한 수동형 어깨 관절 치료기에서 벗어나 사용자의 통증을 실시간으로 바이오 피드백하여 사용자의 통증에 따라 이에 적합한 맞춤형 운동 치료를 하도록 하여 어깨 관절 치료 효과를 극대화하고, 치료 운동 중에 부작용의 위험성을 최소화할 수 있는 바이오 피드백 어깨 관절 치료기 및 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. Accordingly, the present invention has been made in view of such a point, and away from the existing simple passive shoulder joint treatment device, biofeedback of the user's pain in real time to perform a customized exercise treatment according to the user's pain to the shoulder joint treatment effect The purpose of the present invention is to provide a biofeedback shoulder joint treatment device and control method that can maximize and minimize the risk of side effects during therapeutic exercise.
또한, 본 발명은 운동 치료의 효과를 극대화하기 위하여, 운동 전에 어깨 관절의 유연성 및 점탄성을 높이기 위하여 온열 치료와 운동 전 또는 운동 중에 관절의 통증을 감소시키기 위하여 전기자극 치료를 병행하는 혼합형 어깨 관절 치료기 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
In addition, the present invention, in order to maximize the effect of the exercise treatment, to increase the flexibility and viscoelasticity of the shoulder joint before exercise, combined shoulder joint therapy device combined with electric therapy to reduce the pain of the joint before and during exercise or during exercise And another object thereof is to provide a control method thereof.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 혼합형 바이오 피드백 어깨 관절 치료기는, 어깨 관절 이상이 있는 환자의 팔을 거치 및 고정하기 위한 고정거치대와, 상기 고정거치대를 일정 각도 범위에서 왕복 운동시키기 위한 구동력을 제공하는 구동부를 포함하는 어깨 관절 치료기에 있어서, 상기 구동부 측에 결합 되어 상기 고정거치대의 회전 시에 환자가 통증에 의해 운동 방향에 저항하는 어깨 관절의 근 모멘트를 측정하기 위한 토크 센서와, 운동 치료 전에 환자가 통증을 느끼기 시작하는 운동 범위에서 상기 토크센서에 의해 측정된 근 모멘트값을 기초로 전체 운동 범위의 통증 문턱치(τref)를 연산하는 연산부와 운동 치료 중에 상기 토크 센서로부터 환자의 통증 시 측정되는 저항 근 모멘트값(τ)과 상기 연산부에서 연산된 통증 문턱치(τref)의 차이값(△τ)이 기준값(τid) 이하인 경우에는 환자가 통증을 감내할 수 있는 것으로 판단하여 치료 운동을 계속 수행하도록 하고, 기준값(τid) 이상인 경우에는 환자가 통증을 감내할 수 없는 것으로 판단하여 구동부의 구동을 정지시키고 초기 상태로 복귀하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. Mixed bio-feedback shoulder joint treatment provided by the present invention to achieve the above object, a fixed cradle for mounting and fixing the arm of the patient with shoulder joint abnormalities, and a driving force for reciprocating the fixed cradle in a certain angle range In the shoulder joint treatment device comprising a drive unit for providing a torque sensor for measuring the muscle moment of the shoulder joint coupled to the drive side and the patient's resistance to the direction of movement by the pain during the rotation of the fixed base, The patient's pain from the torque sensor during exercise and a calculation unit that calculates the pain threshold τ ref of the entire range of motion based on the muscle moment value measured by the torque sensor in the range of motion where the patient begins to feel pain before treatment. Resistance moment moment (τ) measured at time and pain statement calculated by the operation unit Or more value (τ ref) a difference value (△ τ) is the reference value or less (τ id) has the patient to continue with the treatment movement is determined that which can endure the pain, the reference value (τ id) of, the patient is It is determined that the pain can not be tolerated, characterized in that it comprises a control unit for controlling the drive to stop the drive and return to the initial state.
여기서, 상기 연산부는 하기의 수학식 1을 이용하여 전체 운동 범위의 통증 문턱치(τref)를 연산하되, α는 고정된 값이며 G와 c는 최소자승추정법에 의해 산출하는 것을 특징으로 한다. Here, the calculation unit calculates the pain threshold (τ ref ) of the entire range of motion using Equation 1 below, wherein α is a fixed value and G and c are calculated by a least squares estimation method.
[수학식 1][Equation 1]
여기서, G는 중력 상수이며, θ는 치료 운동 시 어깨 관절의 운동 각도이며, α는 환자와 기기의 정렬 불일치(misalign)에 의한 사인 곡선의 위상 전이값이며, c는 토크센서에 의해 토크 측정 시 발생하는 오프셋값(offset)을 의미함.Where G is the gravity constant, θ is the angle of movement of the shoulder joint during treatment, α is the phase shift of the sinusoid due to misalignment between the patient and the device, and c is the torque measurement by the torque sensor. The offset value that occurs.
또한, 환자의 일측 어깨에 착용되어져 어깨에 온열을 가하는 온열 패드와 어깨에 부착되어 어깨에 경피적 전기 신경 자극을 주는 전기자극 패드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, it is characterized in that it further comprises a heating pad worn on one shoulder of the patient to apply heat to the shoulder and an electrical stimulation pad attached to the shoulder to give a percutaneous electrical nerve stimulation to the shoulder.
그리고. 환자의 상태에 따라 상기 기준값(τid)을 조절할 수 있는 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 피드백 운동 제어 가능한 혼합형 어깨 관절 치료기. And. Bio-feedback motion control combined shoulder joint treatment device further comprises a control unit for adjusting the reference value (τ id ) according to the state of the patient.
한편, 본 발명에서 제공하는 혼합형 바이오 피드백 어깨 관절 치료기의 제어방법은, 관절 치료기를 이용하여 환자의 어깨와 팔을 운동시키는 어깨 관절 치료기의 운동 제어방법에 있어서, 환자의 상태에 따라 어깨 관절의 운동 범위를 설정하는 최적 운동 범위 설정 단계; 운동 치료 전에 환자가 통증을 느끼기 시작하는 운동 범위에서 토크센서에 의해 측정된 근 모멘트값을 기초로 전체 운동 범위의 통증 문턱치(τref)를 연산하는 통증 캘리브레이션 단계; 운동 치료 중에 상기 토크 센서로부터 환자의 통증 시 측정되는 저항 근 모멘트값(τ)을 측정하는 측정 단계; 및 운동 치료 중에 저항 근 모멘트값(τ)과 통증 문턱치(τref)의 차이값(△τ)이 기준값(τid) 이하인 경우에는 치료 운동을 계속 수행하도록 하고, 기준값(τid) 이상인 경우에는 구동부의 구동을 정지시키고 초기 상태로 복귀하는 바이오 피드백 제어를 통한 운동 치료단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다. On the other hand, the control method of the mixed bio-feedback shoulder joint treatment device provided by the present invention, in the movement control method of the shoulder joint treatment device to exercise the shoulder and arm of the patient using the joint therapy device, the movement of the shoulder joint according to the condition of the patient Setting an optimal exercise range for setting a range; A pain calibration step of calculating a pain threshold τ ref of the entire exercise range based on the muscle moment value measured by the torque sensor in the exercise range in which the patient starts to feel pain before the exercise treatment; A measuring step of measuring a resistance muscle moment value τ measured at pain of the patient from the torque sensor during exercise treatment; And a resistor muscle during exercise therapy moment value (τ) and the pain threshold (τ ref) a difference value (△ τ) are not more than the reference value (τ id) has and to continue the treatment movement, the reference value or more (τ id) has the An exercise treatment step through biofeedback control to stop driving and return to an initial state; And a control unit.
여기서, 상기 운동 치료 전에 온열 치료와 전기 자극 치료를 수행하는 혼합 치료 설정 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. The method may further include a mixed treatment setting step of performing a heat treatment and an electrical stimulation treatment before the exercise treatment.
그리고, 상기 바이오 피드백 제어를 통한 운동 치료단계에 있어서 초기 상태의 복귀는 상기 혼합 치료 설정 단계로 복귀하는 것을 특징으로 한다. And, the return of the initial state in the exercise treatment step through the bio-feedback control is characterized in that to return to the mixed treatment setting step.
또한, 상기 전기 자극 치료 설정 단계는 운동 치료 전뿐만 아니라 운동 치료 중에도 계속하여 구동되도록 하는 것을 특징으로 한다. In addition, the setting step of the electrical stimulation treatment is characterized in that it continues to be driven during the exercise treatment as well as before the exercise treatment.
이때, 상기 기준값(τid)은 환자의 상태에 따라 조절 가능한 것을 특징으로 한다.
At this time, the reference value τ id is characterized in that it can be adjusted according to the state of the patient.
본 발명에서 제공하는 혼합형 바이오 피드백 어깨 관절 치료기 및 제어방법은 다음과 같은 효과를 발휘한다. Mixed bio-feedback shoulder joint treatment device and control method provided by the present invention has the following effects.
먼저, 사용자의 통증 정도를 실시간으로 측정하고 이를 바이오 피드백 제어를 통한 운동 치료를 수행함으로써 환자의 상태에 따른 맞춤형 재활 운동이 이루어지고, 특히 환자의 고통을 줄일 수 있어 부작용이 없으면서도 치료 만족도를 극대화할 수 있는 효과를 발휘한다. First, by measuring the pain level of the user in real time and performing exercise treatment through biofeedback control, customized rehabilitation exercise is performed according to the patient's condition, and in particular, the pain of the patient can be reduced, thereby maximizing treatment satisfaction without side effects. It is effective.
다음으로, 환자의 통증을 측정함에 있어 환자의 팔이나 길이의 무게에 따른 중력 오차 및 기타 외적 환경의 오차를 보정함으로써 보다 정밀한 재활 운동이 이루어지는 효과가 있다. Next, in measuring the pain of the patient by correcting the error of gravity and other external environment according to the weight of the arm or length of the patient there is an effect that a more precise rehabilitation exercise is made.
마지막으로, 물리적 운동 치료와 온열 치료 및 전기자극 치료를 병행하는 혼합형 어깨 관절 치료를 수행함으로써 치료기간을 단축시킬 수 있는 이점이 있다. Finally, there is an advantage in that the treatment period can be shortened by performing a mixed shoulder joint treatment in combination with physical exercise treatment, heat treatment, and electrical stimulation treatment.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합형 바이오 피드백 어깨 관절 치료기의 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합형 바이오 피드백 어깨 관절 치료기를 구성하는 시스템 블럭도,
도 3은 치료 운동 중에 어깨 관절의 각도에 따라 중력에 의해 변화하는 신호를 나타낸 신호 그래프,
도 4는 중력에 의한 토크값의 오차를 각 시간별로 보정한 그래프,
도 5는 통증 캘리브레이션을 통해 전체 운동 구간에서 통증 문턱치에 대한 토크 곡선을 도시한 그래프,
도 6는 통증 캘리브레이션을 통한 통증 문턱치와 실제 측정된 근 저항 모멘트값을 비교한 그래프,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합형 바이오 피드백 어깨 관절 치료기을 도시한 흐름도이다. 1 is a perspective view of a hybrid biofeedback shoulder joint treatment device according to an embodiment of the present invention,
2 is a system block diagram of a hybrid biofeedback shoulder joint treatment device according to an embodiment of the present invention;
3 is a signal graph showing a signal changing by gravity according to the angle of the shoulder joint during the treatment exercise,
4 is a graph correcting the error of the torque value due to gravity for each time;
Figure 5 is a graph showing the torque curve for the pain threshold in the entire exercise interval through pain calibration,
6 is a graph comparing the pain threshold value through pain calibration with the actual measured muscle resistance moment value,
7 is a flowchart illustrating a hybrid biofeedback shoulder joint treatment device according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합형 바이오 피드백 어깨 관절 치료기의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합형 바이오 피드백 어깨 관절 치료기를 구성하는 시스템 블럭도이다. 1 is a perspective view of a hybrid bio-feedback shoulder joint treatment device according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a system block diagram constituting a hybrid bio-feedback shoulder joint treatment device according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 어깨 관절 치료기는, 도 1에 도시된 바와 같이, 의자에 앉아서 어깨와 팔을 고정하고 어깨 및 팔을 운동시킬 수 있도록 기구적으로 구성되는 어깨 관절 운동장치(100)와, 사용자 또는 물리치료사가 운동 조건을 설정하여 제어하기 위한 핸드 콘트롤러(200)로 구성된다. Shoulder joint treatment device of the present invention, as shown in Figure 1, sitting on the chair and shoulder and arm fixed to the shoulder and arms and mechanically configured to exercise the shoulder and arms and the user or physical The therapist is configured with a
본 발명에 따른 어깨 관절 치료기는 하나의 시스템으로 환자의 통증을 바이오 피드백하여 구동부를 제어하고, 운동 치료와 더불어 온열 치료 및 전기자극 치료와 같은 물리치료를 병행할 수 있는 혼합형(하이브리드형) 장치를 제공한다. The shoulder joint treatment device according to the present invention is a hybrid system (hybrid type) which can control the driving unit by biofeedback of the patient's pain in one system, and can combine physical therapy such as heat therapy and electric stimulation therapy with exercise therapy. to provide.
이를 위하여 어깨 관절 운동장치(100)는 장치에 전원을 공급하기 위한 전원공급부(180)와, 환자가 착석할 수 있는 의자(110)와, 의자 옆에 구비되어 환자의 팔을 거치 및 고정하기 위한 고정거치대(120)와, 이 고정거치대(120)에 연결된 연결부(130)의 일단에 설치되어 고정거치대(120)를 상하 일정 각도 범위에서 왕복 운동시키기 위한 구동력을 제공하기 위해 정역모터 및 감속기어 등으로 이루어진 구동부(140)와, 일단이 구동부(140)의 감속기어측에 결합되고 타단이 고정거치대(120)에 연결된 연결부(130)에 결합되어 고정거치대(120)의 상하 회전 시에 환자가 통증에 의해 운동 방향에 저항하는 어깨 관절의 근 모멘트(토크)를 측정하기 위한 토크센서(150)와, 전원공급부(180)에 전기적으로 연결되고 환자의 일측 어깨에 착용되어져 어깨에 온열을 가하는 온열패드(160)와 어깨에 부착되어 어깨에 경피적 전기 신경 자극을 주는 전기자극패드(170)를 포함하도록 구성된다. To this end, the shoulder
여기서, 온열패드(160)는 내부에 열선이 설치되고 전후 대칭 구조를 이루는 한 쌍의 패드가 어깨의 일 측을 감싸도록 착용되는 것으로, 한 쌍의 패드의 양측에는 벨크로 테이프 등의 접착부가 구비되어 쉽게 탈부착할 수 있게 되어 있다.Here, the
그리고, 전기자극패드(170)는 어깨의 전 후에 부착되는 한 쌍의 패드로, 각 패드에는 저주파 발생기게 전기적으로 연결된 도전성을 갖는 (+) 또는 (-)극을 갖는 전극소자가 각각 부착되어 있다. In addition, the
핸드 콘트롤러(200)는 의자의 팔 받침대에 설치하여 사용자가 손쉽게 운동 조건을 설정할 수 있도록 이루어지는 것으로서, 크게 입력부(210)와, 제어부(220)와, 연산부(230)와, 저장부(240)와, 표시부(250)로 구성된다. The
입력부(210)에는 환자별로 어깨 관절의 최적 운동 범위(Target Range Of Motion 또는 Target ROM)를 설정하는 최적 운동 범위 설정부(211), 즉 Target ROM 설정부와, 환자별로 어깨 관절의 운동 종류, 운동 방향, 운동 속도, 운동 각도 및 운동 횟수 등을 설정하는 운동 설정부(212)와, 치료 운동 전 또는 치료 운동 중에 온열 치료 및/또는 전기자극 치료가 필요한 경우에 이를 설정하는 혼합 치료 설정부(213)로 이루어진다. The
여기서, 혼합 치료 설정부(213)에 대하여 좀 더 상세히 설명하기로 한다. Here, the mixed
혼합 치료 설정부(213)는 치료 운동 전에 어깨 관절의 유연성 및 점탄성을 높이기 위해 어깨에 온열을 가하는 온열패드(160)를 구동시키기 위해 입력되는 온열 치료 설정부(213a)와 치료 운동 전 또는 치료 운동 중에 통증을 줄이기 위해 어깨에 경피적 전기 신경 자극을 가하는 전기자극패드(170)를 구동시키기 위해 입력되는 전기자극 치료 설정부(213b)로 이루어진다. The mixed
온열 치료 설정부(213a)의 설정에 따른 온열 치료는 모세 혈관 및 세동맥의 확장을 통해 염증 반응의 해소를 촉진하고, 결체 조직의 신장도 증가 및 관절 유연성을 증가시키며, 신경 전도의 변화와 세포막 투과성 변화, 에도르핀 분비, 전신작인 이완효과를 통한 진통의 효과가 있어, 치료 운동 전에 어깨 관절의 이완 작용을 시켜주기 때문에 어깨 관절 운동 치료의 효과를 높일 수 있게 된다. The thermal treatment according to the setting of the thermal treatment setting
이러한 온열 치료 설정부(213b)는 다양한 온도 조절 기능을 위한 저온모드, 중온모드, 및 고온모드를 환자별로 선택하여 사용할 수 있는 디지털 조절기로 구성되어 있다. The heat
예를 들어, 저온모드는 온열 패드의 온도가 35 ℃ ~ 40 ℃ 범위의 온도로 온열되어 전기자극 치료와 함께 환부를 저온으로 자극하는 모드로 근육의 통증이 경미할 때 사용된다. 중온모드는 온열 패드의 온도가 45 ℃ ~ 50 ℃ 범위의 온도로 온열되어 전기자극 치료와 함께 환부를 중온으로 자극하는 모드로 근육의 통증이 경증일 때 사용된다. 고온모드는 온열 패드의 온도가 55 ℃ ~ 60 ℃ 범위의 온도로 온열되어 전기자극 치료와 함께 환부를 고온으로 자극하는 모드로 근육의 통증이 중증일 때 사용된다. For example, the low temperature mode is a mode in which the temperature of the thermal pad is heated to a temperature in the range of 35 ° C. to 40 ° C. to stimulate the affected part at low temperature along with the electrical stimulation treatment. The medium temperature mode is a mode in which the temperature of the thermal pad is heated to a temperature in the range of 45 ° C. to 50 ° C. to stimulate the affected part with medium temperature along with the electrical stimulation treatment. The high temperature mode is a mode in which the temperature of the thermal pad is heated to a temperature in the range of 55 ° C. to 60 ° C. to stimulate the affected area at high temperature along with the electrical stimulation treatment.
또한, 전기자극 치료 설정부(213b)의 설정에 따른 전기자극 치료는 어깨 피부의 말초감각 신경에 경피적 전기 자극을 주어 다양한 원인을 초래하는 제반 통증을 경감하는 효과가 있어, 치료 운동 전 또는 치료 운동 중에 어깨 관절의 통증을 경감시켜 주기 때문에 어깨 관절 운동 치료의 효과를 극대화할 수 있게 된다.In addition, the electrical stimulation treatment according to the setting of the electrical stimulation
이때, 전극자극 치료는 치료의 효과를 극대화하기 위해 운동 치료 전은 물론 운동 치료 계속중에 사용되는 것이 바람직하다. In this case, the electrode stimulation treatment is preferably used before the exercise treatment as well as during the exercise treatment in order to maximize the effect of the treatment.
제어부(220)는 핸드 콘트롤러(200) 내부에 내장된 마이크로프로세서로, 운동 치료 전에 산출된 환자별 통증 문턱치(τref)와 운동 치료 중에 환자의 통증에 의해 발생하는 저항 근 모멘트값(τ)의 차이를 계산하여, 통증 문턱치(τref)와 저항 근 모멘트값(τ)의 차이값(△τ)이 기 설정된 기준값(τid) 이하인 경우에는 환자가 통증을 감내할 수 있는 것으로 판단하여 치료 운동을 계속 수행하도록 하고, 기준값(τid) 이상인 경우에는 환자가 통증을 감내할 수 없는 것으로 판단하여 구동부의 구동을 정지시키고 초기 상태로 복귀하는 바이오 피드백 제어를 수행한다. The
여기서, 환자별 통증 문턱치(τref)는 운동 치료 중 환자의 통증에 의해 발생하는 저항 근 모멘트값(τ)과 비교하기 위한 비교값으로, 운동 치료 전에 환자의 심각한 정도, 즉 통증의 정도에 대한 예비 검사를 통해 연산부(230)에서 산출된다.Here, the patient-specific pain threshold τ ref is a comparison value for comparing the resistance muscle moment value τ caused by the patient's pain during exercise treatment. It is calculated by the calculating
다시 말해, 환자별 통증 문턱치(τref)는 토크센서(150)를 통하여 환자가 통증을 느끼기 시작하는 일정 운동 구간에서 발생하는 근 모멘트를 측정한 값을 토대로 전체 운동 구간에 적용할 수 있는 가상의 토크 곡선(사인 곡선)으로 결정된 값이다. In other words, the patient-specific pain threshold τ ref is a hypothetical value that can be applied to the entire exercise section based on the measured value of the muscle moment occurring in a certain exercise section in which the patient starts to feel pain through the
환자별 통증 문턱치(τref)를 산출하기 위한 가상의 토크 곡선 결정하는 경우에 실제로 환자별로 팔의 무게와 길이가 다르기 때문에 발생하는 중력(G)과 기타 다른 외적 환경 등에 의해 오차가 발생하는 토크값을 보정함으로써 정확한 비교값을 얻을 수 있다. In the case of determining the virtual torque curve for calculating the patient threshold of pain (τ ref ), the torque value in which an error occurs due to gravity (G) and other external environment caused by the fact that the weight and length of the arm actually differs from patient to patient. By correcting the correct comparison value can be obtained.
도 3은 치료 운동 중에 어깨 관절의 각도에 따라 중력에 의해 변화하는 신호를 나타낸 신호 그래프이다. 3 is a signal graph showing a signal changed by gravity according to the angle of the shoulder joint during the treatment exercise.
도 3에 도시된 바와 같이, 재활 운동 시 어깨 관절의 각도에 따라 중력을 제외한 어떠한 인위적인 힘이 주어지지 않고 회전을 할 때 토크센서는 사인파 곡선이 신호가 출력된다. As shown in Figure 3, the torque sensor is a sinusoidal curve signal is output when the rotation is not given any artificial force except gravity according to the angle of the shoulder joint during the rehabilitation exercise.
이때, 어깨 관절이 지면과 수평을 이루는 각도가 될 때 팔의 무게에 따른 중력에 의해 가장 큰 토크값이 측정된다. At this time, the largest torque value is measured by the gravity according to the weight of the arm when the shoulder joint is at an angle parallel to the ground.
그런데, 실제 재활 운동 시 환자 통증에 의한 근 모멘트값에 중력에 의한 오차가 결합될 경우에 환자별 정확한 근 모멘트값을 측정할 수 없게 된다. However, when the error due to gravity is combined with the muscle moment value due to patient pain during the actual rehabilitation exercise, it is impossible to measure the exact muscle moment value for each patient.
따라서, 중력에 의한 토크값을 보정함으로써 정확한 근 모멘트값을 측정하는 작업이 필요하게 된다. Therefore, it is necessary to measure the exact moment value by correcting the torque value due to gravity.
도 4는 중력에 의한 토크값의 오차를 각 시간별로 보정한 그래프로, 어깨 관절의 각도에 따른 오차값(B, Calibration data)를 토크센서 신호(A, Reference data)에서 빼줌으로써 재활 운동 시 어깨 관절의 운동 각도에 따른 중력에 의한 오차를 보정(C)할 수 있게 된다.4 is a graph in which the error of the torque value due to gravity is corrected for each time. The shoulder value during the rehabilitation exercise by subtracting the error value (B, Calibration data) according to the angle of the shoulder joint from the torque sensor signal (A, Reference data). It is possible to correct (C) an error due to gravity according to the movement angle of the joint.
연산부(230)는 이러한 중력 및 기타 다른 외적 환경 등에 의해 오차가 발생하는 토크값을 보정한 환자별 통증 문턱치(τref)인 가상의 토크 곡선을 아래의 식으로부터 연산한다.
The
여기서, G는 중력 상수이며, θ는 치료 운동 시 어깨 관절의 운동 각도이며, α는 환자와 기기의 정렬 불일치(misalign)에 의한 사인 곡선의 위상 전이값이며, c는 토크센서에 의해 토크 측정 시 발생하는 오프셋값(offset)이다.
Where G is the gravity constant, θ is the angle of movement of the shoulder joint during treatment, α is the phase shift of the sinusoid due to misalignment between the patient and the device, and c is the torque measurement by the torque sensor. Offset to occur.
중력 상수(G)에 의한 근 저항 모멘트값의 오차는 앞서 설명한 바와 같다. The error of the muscle resistance moment value due to the gravity constant G is as described above.
환자와 기기의 정렬 불일치(misalign)에 의한 사인 곡선의 위상 전이값(α)는 팔을 들어 올려주는 고정받침대 위에 팔을 거치 시 고정받침대와 팔이 정확히 얼라인(align)되지 않기 때문에 사인 곡선이 0°에서 시작하여 90°에서 최대값을 가지는 이상적인 형태가 되지 않고 α만큼 오른쪽(혹은 왼쪽)으로 위상이 전이(phase-shift) 되는 현상에 의해 발생하는 근 모멘트값의 오차를 보정하기 위한 값이다.The phase shift value (α) of the sinusoidal curve caused by misalignment between the patient and the device is that the sinusoidal curve is not precisely aligned when the arm is mounted on the stationary butt lifter. It is a value to compensate the error of the near-moment value caused by the phase shift to the right (or left) by α, not starting from 0 ° to the maximum value at 90 °. .
토크 측정 시 발생하는 오프셋값(c)은 역학적으로 0°에서는 토크값이 '0'이 되어야 하나 앞서 기술한 위상 전이(phase-shift) 및 센서 신호의 offset 등에 의해 토크값이 '0'이 되지 않은 오차를 보정하기 위한 값이다. The offset value (c) generated during torque measurement should be '0' at 0 ° mechanically, but the torque value is '0' due to the phase shift and sensor signal offset described above. It is a value to correct the error.
이때 'α'는 임상 실험 결과에서 얻은 평균값으로 고정된 값이며, 'α'와 측정된 토크값을 이용하여 'G'와 'c'를 최소자승추정법(least squre estimation: LSE)에 의한 수치해석적 방법으로 산출한다. In this case, 'α' is a mean value obtained from clinical trial results, and 'G' and 'c' are numerically analyzed by least square estimation (LSE) using 'α' and measured torque values. Calculate by enemy method.
이와 같이 'G', 'α' 및 'c' 가 모두 결정되면 [수학식 1]에 의해 환자별 통증 문턱치(τref)를 산출하기 위한 가상의 토크 곡선이 결정된다. As such, when all of 'G', 'α', and 'c' are determined, an imaginary torque curve for calculating a patient-specific pain threshold τ ref is determined by [Equation 1].
도 5는 환자별 통증 문턱치(τref)를 산출하기 위한 가상의 토크 곡선이 결정하는 예를 보여주는 그래프이며, x축은 어깨 관절의 운동 각도이고, y축은 각도의 변화에 따라 측정되는 토크값이다. FIG. 5 is a graph illustrating an example of determining a virtual torque curve for calculating a patient-specific pain threshold τ ref , wherein the x-axis is a movement angle of a shoulder joint and the y-axis is a torque value measured according to a change in angle.
도 5에서 진한 선(A)은 45°~ 60°(calibration 구간)에서 측정한 토크값이다. 캘리브레이션 구간(calibration 구간)에서 측정한 토크값에 의해 'G'와 'c'를 최소자승추정법에 의해 산출하게 되면 얇은 선(B)과 같이 가상의 토크 곡선(사인 곡선)을 얻을 수 있게 된다. 여기서, 캘리브레이션 구간(calibration 구간)은 환자가 통증을 느끼기 시작한 일정 구간과 동일한 의미이다. In FIG. 5, the dark line A is a torque value measured at 45 ° to 60 ° (calibration section). When 'G' and 'c' are calculated by the least-squares estimation method using the torque values measured in the calibration section, a virtual torque curve (sine curve) can be obtained like a thin line (B). Here, the calibration section (calibration section) is the same meaning as a certain section in which the patient began to feel pain.
즉, 가상의 토크 곡선은 일정 캘리브레이션 구간(calibration 구간)에서 토크값만으로 산출되며, 캘리브레이션 구간(calibration 구간)에서 'G'와 'c'를 산출하였기 때문에 전체 구간에서 기준 토크 곡선을 결정할 수 있게 된다. That is, the virtual torque curve is calculated only by the torque value in a certain calibration section, and 'G' and 'c' are calculated in the calibration section, so that the reference torque curve can be determined in the entire section. .
이러한 방식에 의해 도 5와 같은 통증에 따른 환자별 기준 토크 곡선이 그려지게 되는 것이다. In this manner, a reference torque curve for each patient according to pain as shown in FIG. 5 is drawn.
이와 같이, 운동 치료 전에 환자별 통증 문턱치(τref)의 결정이 이루어진 후에 실제 재활 치료 운동이 시작된다. As such, the actual rehabilitation therapy exercise is started after the determination of the patient-specific pain threshold τ ref before the exercise treatment.
실제 재활 치료 운동이 시작되면 치료 운동 중에 환자의 팔이 들어 올려지는 각도의 범위가 커짐에 따라 통증에 의해 환자가 운동방향과 반대방향으로 저항하려는 저항 근 모멘트값(τ)이 발생되며, 이 저항 근 모멘트값(τ)은 토크센서(150)에 의해 측정된다. When the actual rehabilitation treatment exercise is started, as the range of the angle where the patient's arm is lifted during the treatment exercise increases, the resistance muscle moment value (τ) that the patient tries to resist in the opposite direction of movement is generated. The root moment value τ is measured by the
이때, 토크센서(150)는 저장부(240)와 전기적으로 연결되며, 이에 따라 토크센서(150)로부터 측정된 저항 근 모멘트값(τ)을 저장부(240)로 전송될 수 있게 된다. In this case, the
이와 같이, 치료 운동 중에 환자의 저항 근 모멘트값(τ)이 저장부(240)로 전송되면, 제어부는 통증 캘리브레이션(calibration)에 의해 산출된 통증 문턱치(τref)와 저항 근 모멘트값(τ)의 차이값(△τ)이 저장부(240)에 기 설정된 기준값(τid) 이하인 경우에는 환자가 통증을 감내할 수 있는 것으로 판단하여 치료 운동을 계속 수행하도록 하고, 기준값(τid) 이상인 경우에는 환자가 통증을 감내할 수 없는 것으로 판단하여 구동부의 구동을 정지시키고 초기 상태로 복귀하는 바이오 피드백 제어를 수행한다.As such, when the resistance muscle moment value τ of the patient is transmitted to the
저장부(240)에는 입력부(210)에서 입력된 최적 운동 범위(Target ROM) 등의 각종 데이터 값과, 토크센서(150)에서 측정된 환자의 저항 근 모멘트값(τ)와 연산부(230)에서 연산 처리된 통증 문턱치(τref)와, 후술하는 운동 치료 결과 데이터 등이 저장된다. The
도 6는 제어부(220)에서 통증 문턱치(τref)와 저항 근 모멘트값(τ)의 차이값(△τ)을 연산하는 과정을 이해하기 쉽도록 시각적으로 보여주기 위한 그래프이며, x축은 어깨 관절의 운동 각도이고, y축은 각도의 변화에 따라 측정되는 토크값이다. FIG. 6 is a graph for visually showing the process of calculating the difference value Δτ between the pain threshold τ ref and the resistance muscle moment value τ in the
도 6에서 가는 선(B)은 치료 운동 전에 환자가 통증을 느끼기 시작한 구간인 20°~30°의 구간에서 통증 캘리브레이션(calibration)을 통해 얻은 가상의 토크 곡선으로 전체 운동 구간에서의 환자별 통증 문턱치(τref)이며, 굵은 선(A)은 실제 치료 운동 중에 환자의 팔이 들어 올려지는 각도의 범위가 커짐에 따라 통증에 의해 환자가 운동방향과 반대방향으로 저항하려는 저항 근 모멘트값(τ)이다. In Fig. 6, the thin line B is a virtual torque curve obtained through pain calibration in a section of 20 ° to 30 °, which is a section in which the patient starts to feel pain before the treatment exercise. (τ ref ) and the thick line (A) is the resistance muscle moment value (τ) that the patient is trying to resist in the opposite direction of movement due to pain as the range of angle of the patient's arm lifting is increased during the actual treatment exercise. to be.
도 6에서 나타난 바와 같이 통증 문턱치(τref)와 저항 근 모멘트값(τ)는 치료 운동 시작부터 120°범위까지 거의 일치하다가 120°이후의 범위에서는 점차로 그 차이가 커짐을 알 수 있다. As shown in FIG. 6, the pain threshold value τ ref and the resistance muscle moment value τ correspond almost to the range of 120 ° from the start of the treatment exercise, but gradually increase in the range after 120 °.
이때, 통증 문턱치(τref)와 저항 근 모멘트값(τ)의 차이값(△τ)이 기 설정된 기준값(τid)을 넘을 경우에는 제어부(220)는 환자가 통증을 더 이상 감내할 수 없는 것으로 판단하게 된다. In this case, when the difference value Δτ between the pain threshold value τ ref and the resistance muscle moment value τ exceeds a preset reference value τ id , the
이때, 기준값(τid)은 통증에 의한 능동적 토크의 역치로 다양한 환자의 실험을 통해 모든 환자에게 적용될 수 있는 평균적인 값으로 미리 결정해두는 값이다. 즉, 실험시 환자가 통증을 느끼기 시작하는 구간과 통증을 감내하기 힘든 구간을 체크하여 모든 환자에게 적용이 가능한 평균적인 기준값을 결정하게 된다. In this case, the reference value τ id is a threshold value of active torque caused by pain, and is a value determined in advance as an average value applicable to all patients through experiments of various patients. In other words, during the experiment, the patient starts to feel pain and the pain-bearing section is checked to determine an average reference value applicable to all patients.
그러나, 이러한 기준값(τid)은 환자에 따라 달리 적용되는 경우도 있을 수 있는데, 환자 또는 치료사가 단계적으로 그 기준값(τid)을 조절할 수 있도록 핸드 콘트롤러(200)의 입력부(210)에는 기준값 조절부(214)가 더 마련되어 진다.(도 2 참조) However, the reference value τ id may be applied differently according to the patient, and the reference value is adjusted to the
상기한 치료 운동에서 측정된 각 환자별, 치료회차별 정보는 상기 저장부(240)를 통해 저장되며, 저장된 데이터의 개별적 및 통합적 분석을 통해 환자의 현재 운동 상태 및 치료 과정을 표시부(250))를 통해 실시간으로 모니터링 함으로써, 환자의 치료과정 단축을 위한 최적 시술을 도모하고, 이후 다른 환자의 시술을 위한 기준 자료로 활용할 수 있다. The patient-specific and treatment-specific information measured in the treatment exercise is stored through the
이러한 표시부(250)에는 운동 속도, 운동 각도, 전기자극의 강도, 온열 온도 및 목포 달성률 등의 데이터가 표시되어 재활 훈련 결과를 실시간으로 모니터링 할 수 있게 된다. The
본 발명에서는 이러한 표시부(250)를 핸드 콘트롤러(200)에 구비되는 것을 설명하였지만, 치료기의 환자 전방에 설치되는 별도의 모니터에 의해 구현될 수 있음은 물론이다. In the present invention has been described that the
이하, 본 발명에 따라 환자의 통증에 따른 바이오 피드백 운동 제어 가능한 어깨 관절 치료기의 제어 방법에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다. Hereinafter, a control method of a shoulder joint treatment device capable of controlling biofeedback motion according to pain of a patient according to the present invention will be described in detail.
도 7은 본 발명의 어깨 관절 치료기의 제어 과정을 도시한 순서도이다. 7 is a flowchart illustrating a control process of the shoulder joint treatment device of the present invention.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 어깨 관절 치료기의 제어 동작은 환자별로 재활 운동에 적합한 치료 운동 데이터를 설정하는 맞춤형 치료 운동 데이터 설정 단계(S10)와, 치료 운동과 병행하여 온열 및 전기자극 치료를 수행하기 위한 혼합(하이브리드) 치료 설정 단계(S20)와, 치료 운동 중에 환자의 통증을 바이오 피드백 하여 운동 치료의 효과를 극대화 하는 바이오 피드백 제어를 통한 운동 치료 단계(S30) 및 치료 운동 중 또는 치료 운동 완료 후에 회복 정도 등의 운동 결과를 표시하는 운동 결과 표시단계(S40)로 이루어진다. As shown in FIG. 7, the control operation of the shoulder joint treatment device of the present invention includes setting personalized treatment exercise data for setting rehabilitation exercise data for each patient (S10), and heat and electric stimulation in parallel with the treatment exercise. Mixed treatment (hybrid) treatment setting step (S20) for performing the treatment, exercise treatment step (S30) through biofeedback control to maximize the effect of exercise treatment by biofeedback of the patient's pain during the treatment exercise or during treatment exercise or After the treatment exercise is completed, the exercise result display step (S40) of displaying the exercise results such as the degree of recovery.
먼저, 어깨 관절 이상이 있는 환자의 치료를 위해 입력부의 전원을 온(ON)하면 어깨 관절 치료기는 초기화 상태로 작동을 대기한다. First, when the input unit is turned on to treat a patient having a shoulder joint abnormality, the shoulder joint treatment device waits for operation in an initializing state.
이후, 환자의 통증 정도에 따른 맞춤형 치료를 위해 치료 운동 데이터 설정 단계(S10)를 시작한다. Thereafter, the treatment exercise data setting step (S10) is started for a customized treatment according to the pain level of the patient.
치료 운동 데이터 설정 단계(S10)는 실제 치료 운동 이전에 이루어지는 단계로, 환자의 통증 정도에 따른 어깨 관절의 최적 운동 범위(Target ROM)를 설정하는 단계(S11)와, 환자의 통증 정도에 따른 운동 종류, 운동 방향, 운동 속도, 운동 각도 및 운동 횟수 등을 설정하는 운동 설정 단계(S12)와, 환자의 통증 정도에 따른 최적의 통증 문턱치(τref)를 결정하기 위해 통증 캘리브레이션 단계(S13)로 이루어진다. The treatment exercise data setting step (S10) is a step performed before the actual treatment exercise, and setting the target ROM (Target ROM) of the shoulder joint according to the pain level of the patient (S11), and the exercise according to the pain degree of the patient In the exercise setting step (S12) for setting the type, the movement direction, the exercise speed, the exercise angle and the number of exercise, and the pain calibration step (S13) to determine the optimal pain threshold (τ ref ) according to the pain level of the patient. Is done.
캘리브레이션 단계(S13)에서의 환자별 통증 문턱치(τref)는 환자가 통증을 느끼기 시작하는 일정 운동 구간의 범위에서 발생하는 근 모멘트를 토크센서로 측정한 값을 기초로 상기 수학식 1 및 수치해석적 방법을 통한 연산부의 연산에 의해 치료 운동 전체 구간에서 가상의 사인(sin) 형상의 곡선으로 구해진 이후에 저장부에 저장된다. The patient-specific pain threshold τ ref in the calibration step S13 is based on the value measured by the torque sensor of the muscle moment occurring in the range of a certain exercise section in which the patient starts to feel pain. By calculating the calculation unit through the enemy method, the virtual sinusoidal curve is calculated in the whole treatment exercise section and then stored in the storage unit.
이후, 환자의 통증 정도에 따라 혼합 치료 설정 단계(S20)를 선택할 수 있는데, 환자의 통증이 큰 경우에는 실제 치료 운동 전에 치료 효과를 극대화하기 위해 어깨 관절의 이완 작용과 통증 경감을 위해 온열 치료 및 전기자극 치료를 수행한 후에 재활 운동을 시행하게 되며(S22), 환자의 통증이 크지 않는 경우에는 이러한 온열 및 전기자극 치료 없이 바로 재활 운동을 시행하게 된다(S21). Thereafter, according to the pain level of the patient, the mixed treatment setting step (S20) may be selected. If the pain of the patient is large, the heat treatment and the relaxation of the shoulder joint and the pain relief to maximize the therapeutic effect before the actual therapeutic exercise are performed. After performing the electrical stimulation treatment is to perform a rehabilitation exercise (S22), if the pain of the patient is not large, the rehabilitation exercise is performed immediately without such heat and electrical stimulation treatment (S21).
실제 재활 치료 운동이 시작되면(S31) 치료 운동 중에 환자의 팔이 들어 올려지는 운동 범위가 커짐에 따라 통증에 의해 환자가 운동방향과 반대방향으로 저항하려는 저항 근 모멘트값(τ)을 토크센서로 측정하는 단계(S32)에 의해 각 범위에서 측정된 근 모멘트값(τ)이 저장부에 저장된다.When the actual rehabilitation exercise is started (S31), as the movement range of the patient's arm is lifted during the treatment exercise, the resistance muscle moment value τ, which the patient tries to resist in the direction opposite to the movement direction due to pain, is converted into a torque sensor. In the measuring step S32, the measured root moment value τ measured in each range is stored in the storage unit.
이때, 제어부는 통증 문턱치(τref)와 저항 근 모멘트값(τ)의 차이값(△τ)이 저장부에 기 설정된 기준값(τid) 보다 큰 경우에 환자가 통증을 감내할 수 없는 것으로 판단하여 구동부의 구동을 정지시키고 혼합 치료 단계로 다시 복귀하도록 작동하여 온열 및 전기자극 치료를 다시 수행하는 바이오 피드백 제어를 수행하면서 치료 운동을 반복하고, 만일 차이값(△τ)이 기준값(τid) 보다 작은 경우에는 환자가 통증을 감내할 수 있는 것으로 판단하여 치료 운동을 계속 수행한다(S33).In this case, the controller determines that the patient cannot tolerate the pain when the difference Δτ between the pain threshold τ ref and the resistance muscle moment value τ is larger than the preset reference value τ id in the storage unit. To stop the driving of the drive unit and return to the mixed treatment step again, repeating the treatment exercise while performing biofeedback control to perform the thermal and electrostimulation treatment again, and if the difference value Δτ is the reference value τ id If smaller, the patient determines that the patient can tolerate the pain and continues the therapeutic exercise (S33).
치료 운동 계속 중에 제어부는 환자의 어깨 관절 운동 범위(ROM)가 저장부에 저장된 최적 운동 범위(Target ROM) 범위에 도달하였는지를 판단하여(S34), 최적 운동 범위(Target ROM)에 도달한 경우에는 치료 운동을 종료시킨다. While continuing the treatment exercise, the controller determines whether the shoulder joint movement range (ROM) of the patient has reached the optimal ROM range (S34) stored in the storage unit (S34). End the exercise.
이때, 전기 자극 치료는 치료 운동 중에도 계속 수행되며, 기준값(τid) 은 환자의 상태에 따라 의사 및 물리치료사의 판단에 따라 그 범위를 조절해가면서 치료 운동하게 된다. In this case, the electrical stimulation treatment is continuously performed during the treatment exercise, and the reference value τ id is the treatment exercise while adjusting the range according to the judgment of the doctor and the physical therapist according to the condition of the patient.
마지막으로, 치료 운동이 완료되면 환자의 운동량과 회복 정도 등 운동 결과에 대한 상세 정보를 표시부로 출력하도록 함으로써 각 환자별 치료 상태를 관리하고 환자의 치료 단계에 따라 적절한 데이터를 제공함으로써 효율적인 재활 치료가 가능하여 치료기간을 단축할 수 있게 된다(S40).Finally, when the treatment exercise is completed, the detailed information on the exercise result such as the amount of exercise and recovery of the patient is output to the display unit, thereby managing the treatment status for each patient and providing appropriate data according to the treatment stage of the patient. It is possible to shorten the treatment period (S40).
본 발명의 일 실시예는 하나의 실시예에 지나지 않으며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 구성요소의 많은 변형 및 변경이 가능함을 물론이며, 본 발명이 일 실시예에만 한정되는 것은 아니다.One embodiment of the present invention is only one embodiment, and many variations and modifications of the components of the present invention are possible without departing from the gist of the present invention, the present invention is limited to only one embodiment It is not.
이와 더불어 본 발명의 바이오 피드백 제어 가능한 혼합 치료기에 대하여 어깨 관절 치료기에 한정하여 설명하였지만, 어깨관절 치료기뿐만 아니라 인체의 다양한 관절을 위한 재활 및 정형 치료기에도 본 발명의 기술 사상이 적용이 가능함으로써 다양한 관절 치료기의 개발이 적용 가능한 산업상 이용 가능성이 있다. In addition, the biofeedback-controlled mixed therapy device of the present invention has been described as limited to the shoulder joint therapy device, but various joints can be applied to the rehabilitation and orthopedic therapy device for various joints of the human body as well as the shoulder joint therapy device. There is industrial applicability in which the development of therapeutic devices is applicable.
100 : 어깨 관절 운동장치 120: 고정거치대
140 : 구동부 150 : 토크센서
160 : 온열 패드 170 : 전기자극 패드
200 : 핸드 콘트롤러 210 : 입력부
211 : 최적 운동 범위 설정부 212 : 운동 설정부
213 : 혼합 치료 설정부 213a : 온열 치료 설정부
213b: 전기자극 치료 설정부 214 : 기준값 조절부
220 : 제어부 230 : 연산부
240 : 저장부 250: 표시부100: shoulder joint exercise device 120: fixed cradle
140: driving unit 150: torque sensor
160: heating pad 170: electrical stimulation pad
200: hand controller 210: input unit
211: optimal exercise range setting unit 212: exercise setting unit
213: mixed
213b: electro-stimulation treatment setting unit 214: reference value control unit
220: control unit 230: calculation unit
240: storage unit 250: display unit
Claims (9)
상기 구동부 측에 결합 되어 상기 고정거치대의 회전 시에 환자가 통증에 의해 운동 방향에 저항하는 어깨 관절의 근 모멘트를 측정하기 위한 토크 센서와,
운동 치료 전에 환자가 통증을 느끼기 시작하는 운동 범위에서 상기 토크센서에 의해 측정된 근 모멘트값을 기초로 전체 운동 범위의 통증 문턱치(τref)를 연산하는 연산부와,
운동 치료 중에 상기 토크 센서로부터 환자의 통증 시 측정되는 저항 근 모멘트값(τ)과 상기 연산부에서 연산된 통증 문턱치(τref)의 차이값(△τ)이 기준값(τid) 이하인 경우에는 환자가 통증을 감내할 수 있는 것으로 판단하여 치료 운동을 계속 수행하도록 하고, 기준값(τid) 이상인 경우에는 환자가 통증을 감내할 수 없는 것으로 판단하여 구동부의 구동을 정지시키고 초기 상태로 복귀하도록 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 연산부는 하기의 수학식 1을 이용하여 전체 운동 범위의 통증 문턱치(τref)를 연산하되, α는 고정된 값이며 G와 c는 최소자승추정법에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 혼합형 바이오 피드백 어깨 관절 치료기.
[수학식 1]
여기서, G는 중력 상수이며, θ는 치료 운동 시 어깨 관절의 운동 각도이며, α는 환자와 기기의 정렬 불일치(misalign)에 의한 사인 곡선의 위상 전이값이며, c는 토크센서에 의해 토크 측정 시 발생하는 오프셋값(offset)을 의미함.
In the shoulder joint treatment device including a fixed base for mounting and fixing the arm of the patient with a shoulder joint abnormality, and a drive unit for providing a driving force for reciprocating the fixed base in a certain angle range,
Torque sensor coupled to the drive side for measuring the muscle moment of the shoulder joint to resist the direction of movement by the pain when the patient is rotated in the fixed base,
An operation unit for calculating a pain threshold τ ref of the entire exercise range based on the muscle moment value measured by the torque sensor in the exercise range in which the patient starts to feel pain before the exercise treatment;
If the difference value Δτ between the resistance muscle moment value τ measured at the time of the patient's pain from the torque sensor and the pain threshold τ ref calculated by the calculation unit is equal to or less than the reference value τ id during the exercise treatment, The control unit is determined to be able to tolerate the pain to continue the treatment exercise, and if the reference value (τ id ) or more, the control unit to stop the driving of the drive unit and return to the initial state by determining that the patient can not tolerate the pain Including but not limited to:
The calculation unit calculates the pain threshold (τ ref ) of the entire range of motion using Equation 1 below, wherein α is a fixed value and G and c are calculated by the least squares estimation method. Joint therapy.
[Equation 1]
Where G is the gravity constant, θ is the angle of movement of the shoulder joint during treatment, α is the phase shift of the sinusoid due to misalignment between the patient and the device, and c is the torque measurement by the torque sensor. The offset value that occurs.
The mixed bio-feedback shoulder joint therapy device of claim 1, further comprising a heating pad worn on one shoulder of the patient to apply heat to the shoulder and an electrical stimulation pad attached to the shoulder to impart percutaneous electrical nerve stimulation to the shoulder.
The mixed bio-feedback shoulder joint treatment device according to claim 1, further comprising an adjustment unit for adjusting the reference value τ id according to a patient's condition.
환자의 상태에 따라 어깨 관절의 운동 범위를 설정하는 최적 운동 범위 설정 단계;
운동 치료 전에 환자가 통증을 느끼기 시작하는 운동 범위에서 토크센서에 의해 측정된 근 모멘트값을 기초로 전체 운동 범위의 통증 문턱치(τref)를 연산하는 통증 캘리브레이션 단계;
운동 치료 중에 상기 토크 센서로부터 환자의 통증 시 측정되는 저항 근 모멘트값(τ)을 측정하는 측정 단계; 및
운동 치료 중에 저항 근 모멘트값(τ)과 통증 문턱치(τref)의 차이값(△τ)이 기준값(τid) 이하인 경우에는 치료 운동을 계속 수행하도록 하고, 기준값(τid) 이상인 경우에는 구동부의 구동을 정지시키고 초기 상태로 복귀하는 바이오 피드백 제어를 통한 운동 치료단계;를 포함하되,
상기 통증 캘리브레이션 단계는 하기의 수학식 1을 이용하여 전체 운동 범위의 통증 문턱치(τref)를 연산하되, α는 고정된 값이며 G와 c는 최소자승추정법에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 혼합형 바이오 피드백 어깨 관절 치료기의 운동 제어방법.
[수학식 1]
여기서, G는 중력 상수이며, θ는 치료 운동 시 어깨 관절의 운동 각도이며, α는 환자와 기기의 정렬 불일치(misalign)에 의한 사인 곡선의 위상 전이값이며, c는 토크센서에 의해 토크 측정 시 발생하는 오프셋값(offset)을 의미함.
In the exercise control method of the shoulder joint treatment device to exercise the shoulder and arm of the patient using the shoulder joint treatment device,
Setting an optimal range of motion for setting the range of motion of the shoulder joint according to the condition of the patient;
A pain calibration step of calculating a pain threshold τ ref of the entire exercise range based on the muscle moment value measured by the torque sensor in the exercise range in which the patient starts to feel pain before the exercise treatment;
A measuring step of measuring a resistance muscle moment value τ measured at pain of the patient from the torque sensor during exercise treatment; And
If the difference between the resistance muscle moment value τ and the pain threshold value τ ref is less than or equal to the reference value τ id , the therapeutic exercise is continued. If the reference value is greater than or equal to the reference value τ id , the driver Includes; exercise treatment through bio-feedback control to stop the drive of the drive and return to the initial state;
The pain calibration step is to calculate the pain threshold (τ ref ) of the entire range of motion using Equation 1 below, α is a fixed value and G and c is calculated by the least squares estimation method Feedback control method of shoulder joint therapy device.
[Equation 1]
Where G is the gravity constant, θ is the angle of movement of the shoulder joint during treatment, α is the phase shift of the sinusoid due to misalignment between the patient and the device, and c is the torque measurement by the torque sensor. The offset value that occurs.
The method according to claim 5, further comprising a mixed treatment setting step of performing a heat treatment and an electrical stimulation treatment before the exercise treatment.
The method of claim 5, wherein the return of the initial state in the exercise treatment step through the biofeedback control returns to the mixed treatment setting step.
The method of claim 6, wherein the setting of the electrical stimulation treatment is performed continuously before the exercise treatment and during the exercise treatment.
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