KR101274252B1 - 족관절 근육 반응시간 측정장치 - Google Patents

족관절 근육 반응시간 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전경골근에 전기적 자극을 가한 후 전경골근이 움직여 배측굴곡 운동이 일어나기까지 소요되는 시간을 용이하게 측정할 수 있는 족관절 근육 반응시간 측정장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 족관절 근육 반응시간 측정장치는 사용자의 하퇴부가 지지되는 하퇴고정부재와, 하퇴고정부재에 회전가능하게 결합되며, 사용자의 발이 지지되는 발 고정부재와, 발 고정부재와 함께 회전되도록 발 고정부재에 결합되는 제1센서부와, 제1센서부의 회전경로상에 배치되어 제1센서부의 회전시 상기 제1센서부와 접촉되는 제2센서부와, 사용자의 족관절이 움직이도록 상기 사용자의 근육에 전기적 자극을 인가하는 전기 자극기와, 제1센서부와 제2센서부가 서로 접촉될 때 발생하는 신호를 수신하며, 사용자의 근육에 전기적 자극이 인가된 시점으로부터 상기 신호가 수신될 때까지 소요되는 시간을 산출하는 제어부를 포함한다.

Description

족관절 근육 반응시간 측정장치{The measurement device of reaction time of ankle}
본 발명은 족관절 근육의 반응시간를 측정하는 장치에 관한 것이다.
족 관절 재활장치는 환자의 족 관절을 재활하기 위한 장치로, 한국특허출원번호 10-2008-0029806호 등과 같이 다양한 형태의 족관절 재활장치가 개발되어 있다. 이러한 족 관절 재활장치의 기본적인 원리(재활방법)를 설명하기 위하여, 족 관절 재활장치를 기본 구성도를 도 1에 나타내었다.
도 1을 참조하면, 족 관절 재활장치(9)는 하퇴고정부(1)와, 발고정부(2)와, 구동부(도면 미도시)를 가진다.
하퇴고정부(1)는 'ㄷ'자 형상으로 형성되며, 이 하퇴고정부에 환자의 하퇴(종아리부분)가 고정된다. 발고정부(2)는 하퇴고정부에 힌지축(3)을 중심으로 회전가능하게 결합된다. 구동부는 힌지축에 결합되어, 도 1에 화살표로 도시된 바와 같이 발고정부(2)를 하퇴고정부(1)에 대하여 회전시킨다.
위와 같이 구성된 족 관절 재활장치에 있어서, 환자가 하퇴고정부 및 발고정부에 다리를 올리면, 발고정부(2)가 화살표와 같이 회전하여 족 관절을 움직임으로써 족 관절의 재활운동이 이루어진다.
한편, 최근 들어서는 재활 대상자의 보행 시 표면 근전도 부족량을 전기 자극 장치를 통하여 보충하는 방식이 이용되고 있다. 즉, 재활 대상자의 보행 패턴에 맞추어 전기적 자극을 배측굴곡운동을 일으키는 근육(전경골근)에 전달하여, 재활 대상자의 보행을 보조하고 있다. 참고로, 보행 시 배측굴곡운동이 없으면 전족부(즉, 발의 앞부분)이 바닥에 끌리게 되며, 재활 대상자(전경골근의 수축에 이상이 있는 경우)의 보행 훈련 중 이러한 현상을 방지하고자 전기적 자극을 전달하는 것이다. 그리고, 배측굴곡운동이란 도 2에 실선 및 가상선으로 도시된 바와 같이 족관절을 회전하는 운동을 의미한다.
그런데, 실제 근육에 전기적 자극을 가하면, 전기적 자극이 가해진 후 일정 시간이 지나서 근육이 움직이게 되며, 따라서 이러한 시간적 차이를 계산하여 보행 팬턴에 맞게 전기적 자극을 가하여야 한다. 하지만, 종래에는 이러한 시간적 차이(즉, 전기적 자극을 가한 이후 전경골근이 움직일 때까지의 시간)를 용이하게 측정할만한 장치가 마련되어 있지 않아서, 이를 무시하고 전기적 자극을 가하였으며, 따라서 보행 훈련의 효율성에 한계가 존재하였다.
본 발명의 목적은 전경골근에 전기적 자극을 가한 후 전경골근이 움직여 배측굴곡 운동이 일어나기까지 소요되는 시간을 용이하게 측정할 수 있는 족관절 근육 반응시간 측정장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 족관절 근육 반응시간 측정장치는 사용자의 하퇴부가 지지되는 하퇴고정부재와, 상기 하퇴고정부재에 회전가능하게 결합되며, 사용자의 발이 지지되는 발 고정부재와, 상기 발 고정부재와 함께 회전되도록 상기 발 고정부재에 결합되는 제1센서부와, 상기 제1센서부의 회전경로상에 배치되어 상기 제1센서부의 회전시 상기 제1센서부와 접촉되는 제2센서부와, 사용자의 족관절이 움직이도록 상기 사용자의 근육에 전기적 자극을 인가하는 전기 자극기와, 상기 제1센서부와 상기 제2센서부가 서로 접촉될 때 발생하는 신호를 수신하며, 상기 사용자의 근육에 전기적 자극이 인가된 시점으로부터 상기 신호가 수신될 때까지 소요되는 시간을 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 제1센서부는 전도성 소재로 이루어져 상기 발 고정부재의 단부에 결합되며, 상기 제2센서부는 전도성 소재로 이루어져 상기 발 고정부재의 상방에 배치되며, 상기 제1센서부와 상기 제2센서부의 접촉시 전기적 신호가 출력되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면 상기 하퇴고정부재에는 상기 사용자의 하퇴를 상기 하퇴고정부재에 밀착하기 위한 밴드가 마련되어 있으며, 상기 발 고정부재에는 상기 사용자의 발을 상기 발 고정부재에 밀착하기 위한 밴드가 마련되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면 상기 제2센서부와 상기 제1센서부가 서로 접촉되기 위하여 상기 발 고정부재가 회전해야 하는 각도는 조절가능한 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면 사용자에게 전기적 자극을 인가한 후 실제로 족관절이 움직일 때까지 소요되는 시간 즉 실제지연시간을 용이하고 정확하게 측정할 수 있다. 따라서, 사용자 즉 재활 대상자의 보행 패턴과 실제지연시간을 함께 고려하여 재활 대상자에게 전기적 자극을 인가할 수 있으며, 그 결과 보행 훈련의 효율성을 극대화할 수 있다.
도 1은 종래의 족 관절 재활장치의 기본 구성도이다.
도 2는 내측 굴곡 운동을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 족관절 근육 반응시간 측정장치의 개략적인 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 장착유닛의 개략적인 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 족관절 근육 반응시간를 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 족관절 근육 반응시간 측정장치에 관하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 족관절 근육 반응시간 측정장치의 개략적인 구성도이며, 도 4는 도 3에 도시된 장착유닛의 개략적인 사시도이며, 도 5a 및 도 5b는 족관절 반응시간를 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 5b를 참조하면, 본 실시예에 따른 족관절 근육 반응시간 측정장치는 장착유닛(100)과, 제1센서부(40)와, 제2센서부(50)와, 전기 자극기(도면 미도시)와, 제어부(200)를 포함한다.
장착유닛(100)은 족관절이 장착되는 것으로, 본 실시예의 경우 도 4에 도시된 바와 같이 장착유닛은 하퇴고정부재(10)와, 발 고정부재(20)를 포함한다.
하퇴고정부재(10)은 사용자의 하퇴부(즉, 종아리 부분)를 지지하기 위한 것으로, 하퇴부는 하퇴고정부재(10)에 고정된다. 이때, 하퇴가 하퇴고정부재에 안정적으로 밀착되어 고정되도록 하퇴고정부재에는 밴드(60)가 마련되어 있다. 이 밴드(60)는 탄성을 가지는 소재로 이루어지며, 도 5A에 도시된 바와 같이 하퇴부는 밴드(60)에 의해 하퇴고정부재(10)에 고정된다.
그리고, 하퇴고정부재(10)에는 한 쌍의 연장부(11)가 결합되어 있다. 각 연장부(11)는 하퇴고정부재(10)로부터 전방 즉 사용자의 발끝 쪽으로 연장 형성되며, 후술하는 바와 같이 이 연장부(11)에는 제2센서부(50)가 결합된다.
발 고정부재(20)는 사용자의 발이 지지되는 곳으로 평판부(21)와, 체결부(22)를 가진다. 평판부(21)는 평판 형상으로 형성되며, 이 평판부에 사용자의 발이 지지된다. 그리고, 이 평판부(21)에는 밴드(60)가 마련되어 있으며, 이 밴드에 의해 사용자의 발이 평판부에 밀착 고정된다. 체결부(22)는 평판부(21)의 양측면으로부터 연장 형성되며, 서로 마주보도록 한 쌍 배치된다. 이 체결부(22)는 하퇴고정부재(10)에 흰지 결합되며, 흰지축(30)을 중심으로 회전된다.
제1센서부(40) 및 제2센서부(50)는 상호 접촉시 소정의 신호를 출력하기 위한 것이다.
본 실시예의 경우 제1센서부(40)는 도전성 소재로 이루어지며, 평판부(21)의 전방측 단부(즉, 발 끝쪽)에 결합된다. 이 제1센서부(40)는 발 고정부재의 회전시 발 고정부재(20)와 함께 회전한다.
제2센서부(50)는 도전성 소재로 이루어지며, 발 고정부재의 회전시 제1센서부(40)와 접촉 가능하도록 제1센서부(40)의 회전경로 상에 배치된다. 특히, 본 실시예의 경우 제2센서부(50)는 한 쌍의 연장부(11) 사이에 설치되어, 평판부(21)의 상방에 배치된다.
그리고, 제1센서부(40)와 제2센서부(50)가 접촉될 때 소정의 신호가 출력되어야 하는데, 본 실시예의 경우 도 3에 도시된 바와 같이 제1센서부(40)와 제2센서부(50)가 서로 접촉되면 제1센서부(40)와 제2센서부(50) 사이에 전류가 흐르게 되며, 이를 위해 제1센서부 및 제2센서부와 전기적으로 연결된 전원장치가 구비된다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 제1센서부(40), 제2센서부(50) 및 전원장치는 소위 "스위치 회로"를 구성하며, 제1센서부와 제2센서부가 접촉되면 이 회로에 전류가 흐르게 된다.
한편, 사용자의 발이 감전되는 것이 방지되도록, 제1센서부(40) 및 제2센서부(50)가 결합되는 지점은 전기적으로 절연처리된다.
전기 자극기(FES : Functional Electrical Stimaulation)는 근육에 전기적 자극, 즉 전류를 인가하는 장치로, 1mA 단위로 전류의 세기를 조절하면서 일정 주기로 전류를 인가할 수 있다. 이는 공지의 장치이므로 이에 관한 구체적인 설명은 생략한다. 본 실시예에서는 전기 자극기에서 2개의 패드를 사용하여 사용자의 전경골근에 부착한다. 이때, 전기 자극에 가장 민감하게 반응하는 위치에 부착하는 것이 바람직한데, 구체적으로는 슬개골부터 지골까지를 기준으로 하여 슬개골로부터 약 1/3, 2/3 되는 위치에 패드를 하나씩 부착하여 전기적 자극을 인가한다.
그리고, 도 5a에 도시된 상태에서 전경골근에 전기적 자극이 인가되면, 도 5b와 같이 족관절이 운동하게 되고, 이에 따라 제1센서부(40)와 제2센서부(50)가 서로 접촉되게 된다.
제어부는 제1센서부(40)와 제2센서부(50)가 서로 접촉할 때 발생되는 신호를 수신하고, 근육에 전기적 자극이 인가된 시점으로부터 이 신호가 수신될 때까지(즉, 족관절 운동이 완료되는 시간까지) 소요되는 시간(이하, 제1지연시간)을 산출한다. 그리고, 이 시간을 통해 전기적 자극 인가 후 실제로 족관절이 운동할 때까지 소요되는 시간(실제지연시간)을 측정할 수 있다. 예를 들어, 제1지연시간과 실제지연시간을 동일하게 생각할 수도 있다. 아니면, 전경골근이 반응하여 실제로 족관절이 일정한 각도만큼 회전한 후에 제1센서부와 제2센서부가 서로 접촉하므로, 족관절이 회전하는데 소요되는 시간만큼을 고려해서 제1지연시간에서 일정한 시간을 뺀 시간을 실제지연시간으로 할 수도 있다.
본 실시예의 경우에는, 제어부로 오실로스코프(200)를 이용하는데, 오실로스코프의 1개의 채널(제1채널)로는 전기 자극기에서 인가되는 입력전압을 관찰하고, 다른 채널(제2채널)로는 스위치 회로의 입력전압을 관찰한다. 그러면, 전기 자극기에서 근육으로 전기적 자극을 인가할 때 제1채널에서 입력전압이 감지되고, 제1센서부와 제2센서부가 서로 접촉할 때 제2채널에서 입력전압이 감지되므로, 제1지연시간을 산출할 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 족관절 반응시간 측정장치를 이용하면, 사용자에게 전기적 자극을 인가한 후 실제로 족관절이 움직일 때까지 소요되는 시간 즉 실제지연시간을 용이하고 정확하게 측정할 수 있다. 따라서, 사용자 즉 재활 대상자의 보행 패턴과 실제지연시간을 함께 고려하여 재활 대상자에게 전기적 자극을 인가할 수 있으며, 그 결과 보행 훈련의 효율성을 극대화 할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
예를 들어, 본 실시예에서는 제1센서부와 제2센서부가 접촉되는 전기가 흐르게 되는 스위치 회로로 발명을 구성하였으나, 이와 다르게 발명을 구성할 수 있다. 한 예로, 제2센서부를 발광소자 및 수광소자로 구성하고, 제1센서부가 발광소자와 수광소자 사이에 배치됨에 따라 감지신호가 발생되도록 구성할 수도 있다. 아니면, 제2센서부를 압전소자로 구성하고, 제1센서부가 제2센서부에 접촉되면 제2센서부에서 전압이 출력되도록 발명을 구성할 수도 있다.
한편, 발 고정부재가 회전함에따라 제1센서부가 제2센서부에 접촉되도록 구성되는데, 이때 제1센서부가 제2센서부에 접촉하기 위하여 발 고정부재가 회전해야 하는 각도를 조절할 수 있도록 발명을 구성할 수 있다. 예를 들어, 흰지축 주변에 복수개의 스토퍼를 마련함으로써, 발 고정부재의 회전각도를 단계적으로 제한할 수 있다. 예를 들어, 발 고정부재가 도 5a의 위치에 있을 때와, 도 5b의 위치에 있을 때 사이의 각도가, 6°~9°까지 1°만큼씩 변화되도록 스토퍼를 마련할 수 있다.
100...장착유닛
10...하퇴고정부재 20...발 고정부재
40...제1센서부 50...제2센서부
60...밴드

Claims (4)

  1. 사용자의 하퇴부가 지지되는 하퇴고정부재;
    상기 하퇴고정부재에 회전가능하게 결합되며, 사용자의 발이 지지되는 발 고정부재;
    상기 발 고정부재와 함께 회전되도록 상기 발 고정부재에 결합되는 제1센서부;
    상기 제1센서부의 회전경로상에 배치되어 상기 제1센서부의 회전시 상기 제1센서부와 접촉되는 제2센서부;
    사용자의 족관절이 움직이도록 상기 사용자의 근육에 전기적 자극을 인가하는 전기 자극기; 및
    상기 제1센서부와 상기 제2센서부가 서로 접촉될 때 발생하는 신호를 수신하며, 상기 사용자의 근육에 전기적 자극이 인가된 시점으로부터 상기 신호가 수신될 때까지 소요되는 시간을 산출하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 족관절 근육 반응시간 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1센서부는 전도성 소재로 이루어져 상기 발 고정부재의 단부에 결합되며,
    상기 제2센서부는 전도성 소재로 이루어져 상기 발 고정부재의 상방에 배치되며,
    상기 제1센서부와 상기 제2센서부의 접촉시 전기적 신호가 출력되는 것을 특징으로 하는 족관절 근육 반응시간 측정장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하퇴고정부재에는 상기 사용자의 하퇴를 상기 하퇴고정부재에 밀착하기 위한 밴드가 마련되어 있으며,
    상기 발 고정부재에는 상기 사용자의 발을 상기 발 고정부재에 밀착하기 위한 밴드가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 족관절 근육 반응시간 측정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2센서부와 상기 제1센서부가 서로 접촉되기 위하여 상기 발 고정부재가 회전해야 하는 각도는 조절가능한 것을 특징으로 하는 족관절 근육 반응시간 측정장치.
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