KR101278018B1 - 척추 운동 장치 - Google Patents

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Abstract

다양한 자세에서 능동적인 방식의 척추 운동을 가능하게 하는 척추 운동 장치가 개시된다. 상기 척추 운동 장치는, 인체의 일부분과 접촉하는 복수의 인체 접촉부가 형성되며, 상기 인체 접촉부를 통해 인체를 지지하는 상면을 갖는 플레이트; 상기 플레이트가 복수의 자유도를 갖는 운동을 할 수 있는 동력을 제공하는 플레이트 구동 수단; 및 상기 플레이트 구동 수단이 제공하는 동력에 대한 정보를 갖는 플레이트 구동 신호를 생성하여 상기 플레이트 구동 수단으로 제공하는 컨트롤 박스를 포함한다.

Description

척추 운동 장치{APPARATUS OF TRAINING SPINE}
본 발명은 척추 운동 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다양한 자세에서 능동적인 방식의 척추 운동을 가능하게 하는 척추 운동 장치에 관한 것이다.
최근, 앉아 있는 시간이 증가하는 반면 운동하는 시간이 부족한 현대인들의 생활 습관에 따라 척추 통증 환자가 증가하고 있다. 특히, 인구의 고령화가 급속하게 진행됨에 따라 앞으로 척추 통증 환자의 수는 더욱 증가할 것으로 전망되고 있다.
이와 같이, 척추 통증 환자가 증가함에도 불구하고 종래에는 척추에 관련된 운동 기기 또는 치료 기기가 부족하여, 척추 통증에 대한 치료는 대부분 외과적인 수술로 이루어지고 이루어지고 있는 실정이다. 따라서, 척추 통증 환자의 증가는 사회적, 경제적으로 생산인구의 감소를 가져오고 요양 비용을 증가시켜 국가적인 차원의 문제로 대두되고 있다.
종래에 보급된 척추 운동 기기는 척추의 견인 또는 마사지 목적의 단순한 수동 운동 장비로서 치료 효과가 객관적으로 입증되지 않았다. 또한 치료 목적으로 보급된 기기들은 대부분 고가의 외산 장비여서 대중화에 어려움이 있다. 이러한 종래의 척추 운동 기기의 일례가 하기 선행기술문헌에 개시된다.
근래에 재활 치료 기기의 중요성이 대두 되면서 국내의 여러 기관과 기업에서 산발적인 연구 개발 노력이 이루어지고 있으나 현재까지 상품화가 완료된 척추 운동 기기는 매우 적으며, 체계적이고 프로그램을 가진 치료기능을 구비하지 못하고 있다.
한국공개특허공보 제10-2008-0095747호
본 발명은, 다양한 자세에서 능동적인 방식의 척추 운동을 가능하게 하는 척추 운동 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
인체의 일부분과 접촉하는 복수의 인체 접촉부가 형성되며, 상기 인체 접촉부를 통해 인체를 지지하는 상면을 갖는 플레이트;
상기 플레이트가 복수의 자유도를 갖는 운동을 할 수 있는 동력을 제공하는 플레이트 구동 수단; 및
상기 플레이트 구동 수단이 제공하는 동력에 대한 정보를 갖는 플레이트 구동 신호를 생성하여 상기 플레이트 구동 수단으로 제공하는 컨트롤 박스
를 포함하는 척추 운동 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 복수의 인체 접촉부는 각각은 그에 접촉하는 인체의 일부분에 의한 압력을 검출하는 복수의 로드셀을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤 박스는, 상기 복수의 로드셀에 의해 검출된 압력을 이용하여 인체의 무게 중심을 산출하는 무게 중심 산출부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 플레이트의 상면에서 지지되는 인체의 척추 기립근에 부착되어 척추 기립근의 운동 정보를 검출하는 근전도 센서를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 플레이트에 부착되어 상기 플레이트의 기울어진 방향 및 크기를 검출하는 자이로 센서를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤 박스는, 상기 무게 중심 산출부에 의해 산출된 인체의 무게 중심과, 상기 근전도 센서에 의해 검출된 척추 기립근의 운동 정보 및 상기 자이로 센서에 의해 검출된 플레이트의 기울어진 방향 및 크기 중 적어도 일부를 이용하여 인체의 척추 상태에 관련된 정보를 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 척추상태 검출부에서 산출된 척추 상태에 관련된 정보를 표시하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤 박스는, 상기 척추상태 검출부에서 산출된 척추 상태에 관련된 정보에 따라 상기 플레이트 구동 수단에 의한 상기 플레이트가 운동에 연동하는 바이오 피드백 게임을 상기 디스플레이부를 통해 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 복수의 인체 접촉부는, 상기 플레이트 상에 인체가 엎드린 상태로 지지되도록 인체의 양 손과 양 무릎과 각각 접촉하는 4 개의 인체 접촉부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 복수의 인체 접촉부는, 상기 플레이트 상에 인체가 두 발로 기립한 상태로 지지되도록 인체의 양 발과 접촉하는 2 개의 인체 접촉부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시형태는, 상기 플레이트의 주변에 두 발로 기립한 인체가 지지되는 보조 지지 수단을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 플레이트 구동 수단은 상기 플레이트가 4 이상의 자유도를 갖는 운동을 할 수 있는 동력을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 두 발에 의한 직립 자세뿐만 아니라 엎드린 자세에서 척추의 운동 및 치료가 가능하므로, 척추 통증이 가벼운 경증 환자에서부터 중증 환자까지 구별없이 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 척추 운동 및 치료를 통해 척추 수술을 대체함으로써 척추 통증 환자의 시간적, 경제적 비용을 감소시킬 수 있으며, 나아가 국가적인 차원에서 생산인구를 더욱 많이 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 척추 운동 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 척추 운동 장치에 포함된 인체 접촉부를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 척추 운동 장치의 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 척추 운동 장치의 컨트롤 박스를 더욱 상세하게 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 척추 운동 장치를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 척추 운동 장치를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 척추 운동 장치의 블록 구성도이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 척추 운동 장치는, 인체를 지지하는 플레이트(10)와, 이 플레이트(10)가 운동할 수 있는 동력을 제공하는 플레이트 구동 수단(36) 및 플레이트 구동 수단(36)을 제어하기 위한 구동 신호를 생성하는 컨트롤 박스(34)를 포함할 수 있다.
상기 플레이트(10)는 인체가 다양한 자세에서 지지될 수 있는 상면을 갖는다. 상기 플레이트(10)는 다수의 자유도를 갖는 운동을 할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 것과 같이, x축, y축, z축을 중심으로 회전하는 세 가지의 자유도와, x축, y축, z축 방향을 따라 움직이는 세 가지의 자유도를 가질 수 있다. 바람직하게 상기 플레이트(10)는 적어도 x축 및 y축을 중심으로 회전하는 자유도 및 x축 및 y축을 따라 움직이는 자유도를 포함한 4 이상의 자유도를 가질 수 있다.
상기 플레이트(10)의 상면에는 지지하고자 하는 인체의 일부 영역이 접촉하는 인체 접촉부(11)가 형성될 수 있다. 도 2는 인체 접촉부(11)의 일 구현예를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 인체 접촉부(11)는 플레이트(10) 상면의 적절한 영역에 형성된 홈(G) 내에 설치될 수 있다. 인체 접촉부(11)는 인체의 일부분이 직접 접촉하여 압력을 제공하는 접촉 플레이트(111)와, 상기 접촉 플레이트(111)와 플레이트(10) 사이에 형성된 접촉 플레이트(111)와 플레이트(10)가 소정 간격을 유지하도록 탄성을 제공하는 탄성 부재(112)와, 접촉 플레이트(111)의 하부에 배치되어 접촉 플레이트(111)로 제공되는 압력을 검출하는 로드셀(113)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 로드셀(113)은 인체의 접촉에 의해 발생하는 압력을 검출하여 전기적인 신호로 출력하는 센서 장치이다. 상기 로드셀(113)은 인체의 일부영역에 의해 제공되는 압력을 측정하여 컨트롤 박스(32)로 제공할 수 있다.
플레이트 구동 수단(36)은 플레이트(10)가 갖는 자유도에 따라 운동할 수 있는 동력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 플레이트 구동 수단(36)은 지면과 실질적으로 수평방향으로 배치된 플레이트(10)에 롤링 및 피칭과 같은 회전력과 전후좌우로 움직이는 직선운동력을 제공할 수 있는 모터, 액츄에이터 및 링크 연결 기계 구조 중 적어도 일부를 사용하여 구현될 수 있다. 이 플레이트 구동 수단(36)은 당 업계에 알려진 다양한 동력 제공 장치들이 사용될 수 있으며, 그 종류가 워낙 방대하므로 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 본 발명의 일 실시형태는 상기 플레이트의 상면에서 지지되는 인체의 척추 기립근에 부착되어 척추 기립근의 운동 정보를 검출하는 근전도 센서(32)와, 상기 플레이트에 부착되어 상기 플레이트의 기울어진 방향 및 크기를 검출하는 자이로 센서(31)를 더 포함할 수 있다.
전술한 것과 같은 다양한 계측 장치들에 의해 검출된 신호들은 컨트롤 박스(34)로 제공되고, 컨트롤 박스(34)는 검출된 신호들에 포함된 정보에 기초하여 플레이트를 적절하게 구동하기 위한 구동신호를 생성하여 플레이트 구동 수단(36)으로 제공하거나, 인체의 척추 상태를 판단할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태는, 다양한 계측 장치들에 의해 검출된 신호들로부터 판단된 척추 상태 정보나 인체의 척추 운동을 즐겁게 수행할 수 있도록 바이오 피드백 게임과 같은 컨텐츠를 시간적으로 표시할 수 있는 디스플레이부(35)를 더 포함할 수 있다. 상기 디스플레이부(35) 역시 컨트롤 박스(34)에 의해 그 동작이 제어될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 척추 운동 장치의 컨트롤 박스(34)를 더욱 상세하게 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 상기 컨트롤 박스(34)는, 복수의 로드셀(113)에 의해 검출된 압력을 이용하여 인체의 무게 중심을 산출하는 무게 중심 산출부(341)와, 상기 무게 중심 산출부(341)에 의해 산출된 인체의 무게 중심과, 상기 근전도 센서(32)에 의해 검출된 척추 기립근의 운동 정보 및 상기 자이로 센서(31)에 의해 검출된 플레이트(10)의 기울어진 방향 및 크기를 이용하여 인체의 척추 상태에 관련된 정보를 산출하는 척추상태 검출부(342)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 컨트롤 박스(34)는, 상기 척추상태 검출부(342)에서 산출된 척추 상태에 관련된 정보에 따라 상기 플레이트 구동 수단(36)에 의한 상기 플레이트(10)의 운동에 연동하는 바이오 피드백 게임을 상기 디스플레이부(35)를 통해 제공하는 피드백 게임 출력부(345)를 더 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 척추 운동 장치를 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 것과 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 척추 운동 장치는, 엎드린 자세에서 다양한 측정 및 운동이 가능하도록, 플레이트(10) 상에 인체가 엎드린 상태로 지지되어 인체의 양 손과 양 무릎과 각각 접촉하는 4 개의 인체 접촉부(11, 12)를 포함할 수 있다.
도 5에 도시된 것과 같은 다른 실시형태에서는, 플레이트(10) 상에 인체가 두 발로 기립한 상태로 지지되도록 인체의 양 발과 접촉하는 2 개의 인체 접촉부(13)를 포함할 수 있다. 도 5의 실시형태는, 엎드린 자세로 측정하는 도 1에 비해 인체 기립의 안정도가 떨어진다. 이 경우 기립한 상태의 인체를 보조적으로 지지하기 위한 보조 지지 수단(예를 들어, 도 5의 손잡이(14))이 더 포함될 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 전술한 것과 같은 구성을 갖는 척추 운동 장치의작용 효과를 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 도 1 또는 도 5와 같이, 플레이트(10)의 인체 접촉부(11-13)에 인체의 일부분을 접촉하여, 엎드린 자세 또는 두 발 기립 자세로 플레이트(10) 상에 인체를 지지시킨 상태가 되면, 인체 접촉부(11-13)에 포함된 로드셀(113)에 의해 각 인체 접촉부(11-13)가 접촉한 부분에서 인가되는 압력이 검출된다. 이 검출된 압력을 이용하여 컨트롤 박스(34) 내의 무게 중심 산출부(341)에 의해 인체의 무게 중심이 산출될 수 있다. 무게 중심 산출부(341)에 의해 검출된 인체의 무게 중심은 척추상태 검출부(342)로 전달되고, 척추상태 검출부(342)는 무게 중심의 위치를 파악하여, 무게 중심이 특정 부위로 치우친다면 척추가 휘어지거나 척추를 지지하는 기립근의 특정 위치에 문제가 있다는 것을 확인할 수 있다. 척추상태 검출부(342)의 척추 상태에 대한 판단은 다양한 임상 경험 및 자료를 토대로 제작된 프로그램의 형태로 구현될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시형태에 포함된 근전도 센서(32)는 척추를 지지하는 인체의 척추 기립근의 생체 신호를 검출하기 위해 적어도 두 군데 이상 부착될 수 있다. 근전도 센서(32)에서 검출되는 생체 신호는 척추 기립근의 근력에 관련된 정보를 전기적인 신호로 출력할 수 있다. 근전도 센서(32)가 부착된 위치와 각 위치에서 출력된 생체 신호의 상대적인 분포 등을 고려하여 인체 척추 기립근의 상태를 파악할 수 있다. 특히 자이로 센서(31)에 의해 검출되는 플레이트(10)의 기울어짐 방향 등에 따른 근전도 센서(32)의 신호를 파악하여 인체 척추 기립근의 상태를 더욱 상세하게 파악할 수 있다.
이러한 상태 판단 역시 다양한 임상 경험 및 자료에 기초하여 이루어질 수 있는 것으로, 척추 상태 검출부(32)는 임상 경험 및 자료를 토대로 제작된 프로그램의 형태로 구현될 수 있다.
척추 상태 검출부(342)에 의해 이루어진 척추 또는 척추 기립근에 관련된 상태 정보는 디스플레이 구동부(343)에 전달되고, 디스플레이 구동부(343)는 디스플레이부(35)를 구동하여 이 척추 또는 척추 기립근에 관련된 상태 정보를 시각적으로 표시되게 할 수 있다.
한편, 이러한 척추 또는 척추 기립근에 관련된 상태 정보를 이용하여, 플레이트(10)에 적절한 동력을 제공하도록 설정할 수 있다. 예를 들어, 척추 통증을 가진 환자가 플레이트(10) 상에 올라가 다양한 계측을 통해 척추 또는 척추 기립근 등의 상태에 대한 정보가 디스플레이부(35)에 표시되면, 의사는 이 정보에 기초하여 환자의 척추에 대한 적절한 운동이 가능하도록 입력부(33)를 통해 명령을 입력하여 플레이트(10)가 동작하게 할 수 있다.
플레이트(10) 자체의 움직임을 통해, 플레이트(10) 상에서 지지되는 환자의 자세에 불안정성을 제공할 수 있으며, 이런 불안정성을 제거하기 위해 플레이트(10) 상의 환자는 특정 방향으로 인체의 힘을 제공하게 된다. 이러한 과정을 반복함으로써, 척추의 휘어짐이나 척추 기립금에 대한 운동이 이루어질 수 있다. 특히, 무게 중심이나 근전도 신호에 의해 파악된 척추 상태에 따라 척추의 특정 위치를 강화하기 위해 적절한 방향의 불안정성이 반복적으로 제공되면서 집중 치료가 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시형태는, 바이오 피드백 게임 형태의 컨텐츠를 디스플레이부(35)로 제공하여 플레이트(10) 상에서 척추 강화 운동을 하는 환자의 지루함을 해소하고 운동에 대한 흥미를 유발할 수 있다. 이러한 바이오 피드백 게임은 컨트롤 박스(34) 내의 피드백 게임 출력부(345)에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, 환자에게 부착된 근전도 센서에 출력되는 신호 세기와 연동되어 경주나 기록경기가 수행되는 형태의 바이오 피드백 게임이 제공될 수 있다. 이에 따라, 사용자에게 지속적인 흥미와 동기유발을 제공하여 환자의 적극적인 척추 강화 운동을 유도하고, 그 효과를 증대시킬 뿐만 아니라, 환자가 자신의 근력상태를 게임상의 속도나 기록을 통해 용이하게 인지하게 되어 자발적으로 운동이나 치료를 수행할 수 있게 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태는, 두 발에 의한 직립 자세뿐만 아니라 엎드린 자세에서 능동적인 척추의 운동 및 치료가 가능하므로, 척추 통증이 가벼운 경증 환자에서부터 중증 환자까지 구별없이 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시형태는, 척추 운동 및 치료를 통해 척추 수술을 대체함으로써 척추 통증 환자의 시간적, 경제적 비용을 감소시킬 수 있다.
10: 플레이트 11-13: 인체 접촉부
14: 보조 지지 부재(손잡이) 111: 접촉 플레이트
112: 탄성 부재 113: 로드셀
31: 자이로 센서 32: 근전도 센서
33: 입력부 34: 컨트롤 박스
35: 디스플레이부 36: 플레이트 구동수단
341: 무게중심 산출부 342: 척추상태 검출부
343: 디스플레이 구동부 344: 구동신호 생성부
345: 피드백 게임 출력부

Claims (12)

  1. 인체의 일부분과 접촉하는 복수의 인체 접촉부가 형성되며, 상기 인체 접촉부를 통해 인체를 지지하는 상면을 갖는 플레이트;
    상기 플레이트가 복수의 자유도를 갖는 운동을 할 수 있는 동력을 제공하는 플레이트 구동 수단; 및
    상기 플레이트 구동 수단이 제공하는 동력에 대한 정보를 갖는 플레이트 구동 신호를 생성하여 상기 플레이트 구동 수단으로 제공하는 컨트롤 박스를 포함하며,
    상기 복수의 인체 접촉부는 각각은 그에 접촉하는 인체의 일부분에 의한 압력을 검출하는 복수의 로드셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 척추 운동 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤 박스는,
    상기 복수의 로드셀에 의해 검출된 압력을 이용하여 인체의 무게 중심을 산출하는 무게 중심 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 척추 운동 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 플레이트의 상면에서 지지되는 인체의 척추 기립근에 부착되어 척추 기립근의 운동 정보를 검출하는 근전도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 척추 운동 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 플레이트에 부착되어 상기 플레이트의 기울어진 방향 및 크기를 검출하는 자이로 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 척추 운동 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 컨트롤 박스는,
    상기 무게 중심 산출부에 의해 산출된 인체의 무게 중심과, 상기 근전도 센서에 의해 검출된 척추 기립근의 운동 정보 및 상기 자이로 센서에 의해 검출된 플레이트의 기울어진 방향 및 크기를 이용하여 인체의 척추 상태에 관련된 정보를 산출하는 척추상태 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 척추 운동 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 척추상태 검출부에서 산출된 척추 상태에 관련된 정보를 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 척추 운동 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 컨트롤 박스는,
    상기 척추상태 검출부에서 산출된 척추 상태에 관련된 정보에 따라 상기 플레이트 구동 수단에 의한 상기 플레이트가 운동에 연동하는 바이오 피드백 게임을 상기 디스플레이부를 통해 제공하는 피드백 게임 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 척추 운동 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 복수의 인체 접촉부는,
    상기 플레이트 상에 인체가 엎드린 상태로 지지되도록 인체의 양 손과 양 무릎과 각각 접촉하는 4 개의 인체 접촉부를 포함하는 것을 특징으로 하는 척추 운동 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 복수의 인체 접촉부는,
    상기 플레이트 상에 인체가 두 발로 기립한 상태로 지지되도록 인체의 양 발과 접촉하는 2 개의 인체 접촉부를 포함하는 것을 특징으로 하는 척추 운동 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 플레이트의 주변에 두 발로 기립한 인체가 지지되는 보조 지지 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 척추 운동 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트 구동 수단은 상기 플레이트가 4 이상의 자유도를 갖는 운동을 할 수 있는 동력을 제공하는 것을 특징으로 하는 척추 운동 장치.
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