KR101457201B1 - 신경장애 환자를 위한 재활 운동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 신경장애 환자를 위한 재활 운동 장치는, 손에 착용하도록 장갑 형태로 제작되는 장갑체와, 상기 장갑체의 각 손가락부에 손가락의 길이 방향으로 형성되는 운동 보조 튜브와, 상기 운동 보조 튜브에 공기를 주입하는 컴프레서와, 상기 장갑체에 설치되며 손가락의 움직임, 손의 자세변화, 손의 위치 변화 및 사용자의 근전도 중 적어도 하나에 따른 손 동작 정보를 감지하는 감지부와, 상기 감지부에 의해 감지된 사용자의 손 동작 정보를 수집하고, 컴프레서에 구동신호를 전달하는 제어부를 포함한다.
본 발명에 따르면

Description

신경장애 환자를 위한 재활 운동 장치{Rehabilitation Exercise Device For Neuropathy Patient}

본 발명은 신경장애 환자를 위한 재활 운동 장치에 관한 것으로서, 뇌졸중 등의 신경장애 환자의 손에 착용하는 장갑의 형태로 손 운동을 보조하는 튜브를 설치하여 스스로 손을 움직이기 힘든 신경장애 환자의 손 움직임을 감지하고 지속적인 재활 운동을 돕는 재활 운동 장치에 관한 것이다.

뇌졸중이나 파킨슨병 등의 경우, 병세에 따라 다양한 신체적 변화가 나타난다. 특히, 위와 같은 병의 경우, 손이 마비되고 손가락이 오그라드는 현상이 동반된다. 이러한 손의 마비와 손가락이 오그라드는 현상을 계속적으로 방치하면, 근육이나 관절이 점차 굳어져 움직일 때 통증을 느끼게 되고 신경이 회복되어도 정상적인 활동에 지장을 초래할 수 있다. 또한 위에서 설명한 특정 병에 의한 경우 이외에도, 불의의 사고에 의해 손가락의 움직임에 장애를 갖게 되는 경우도 많다.

따라서 이와 같은 경우에는, 그 마비가 오거나 장애를 갖게 된 손을 계속적으로 움직이게 재활 치료를 함으로써, 혈액순환과 신경소통을 촉진하여 운동 능력을 최대한 유지하게 해주는 것이 매우 중요하다.

뇌졸주이나 파킨슨병 등의 신경장애 환자의 손을 지속적으로 움직이도록 유도하기 위하여 손 운동 보조 로봇 등의 다양한 보조수단이 개시되어 있으나 이들은 대부분 무게와 부피가 커 휴대하기가 어렵고 비용이 비싸 병원 등의 전문기관에서만 한정적으로 사용되고 있으며, 대중적으로 보급되지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 손에 착용하는 장갑의 형태를 가지며 운동 보조 튜브가 장갑체에 설치되어 손가락의 운동을 보조하여 뇌졸중 등의 신경장애 환자가 손가락을 움직이려는 의사를 근전도 측정을 통해 감지하여 손가락의 지속적인 재활 운동을 돕는 재활 운동 장치를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 신경장애 환자를 위한 재활 운동 장치는, 손에 착용하도록 장갑 형태로 제작되는 장갑체와, 상기 장갑체의 각 손가락부에 손가락의 길이 방향으로 형성되는 운동 보조 튜브와, 상기 운동 보조 튜브에 공기를 주입하는 컴프레서와, 상기 장갑체에 설치되며 손가락의 움직임, 손의 자세변화, 손의 위치 변화 및 사용자의 근전도 중 적어도 하나에 따른 손 동작 정보를 감지하는 감지부와, 상기 감지부에 의해 감지된 사용자의 손 동작 정보를 수집하고, 컴프레서에 구동신호를 전달하는 제어부를 포함한다.

이 경우, 상기 제어부에 의해 인접한 모바일 등의 통신 단말에 감지부에서 수집된 정보를 송출하는 통신 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 감지부는, 손가락의 구부러진 정도를 측정하는 손가락 굽힘 감지부와 손의 위치와 손의 움직임을 측정하는 손 운동 감지부 및 사용자의 근전도를 측정하는 근전도 측정부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

더불어, 상기 손가락 굽힘 감지부는, 상기 장갑체의 손가락 바닥과 등 중 적어도 어느 한 위치에 손가락의 길이방향으로 설치되어 손가락의 구부러진 정도에 따라 저항이 달라지는 플렉스 센서(Flex Sensor)인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 손 운동 감지부는, 손의 바닥과 등 중 적어도 어느 한 위치에 설치되며, 가속도 센서, 자이로 센서, 관성측정유닛(IMU : Inetial Measurement Unit) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 신경장애 환자를 위한 재활 운동 장치의 상기 운동 보조 튜브는, 상기 장갑체의 각 손가락부의 등에 설치되어 서로 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 운동 보조 튜브는 단면이 아이(I)자 형태인 아이빔의 형태로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 컴프레서와 상기 운동 보조 튜브의 사이에는 공급되는 공기의 역류를 방지하도록 작동되는 체크밸브(check valve)가 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 운동 보조 튜브에 가해지는 공기 압력을 측정하여 측정값을 제어부로 전달하는 압력측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따르면 휴대하기 간편한 재활 운동 장치를 제공할 수 있게 된다. 또한, 손가락과 손의 움직임이 자유롭지 못한 중증 신경장애 환자의 경우에도 근전도를 측정하여 환자의 의도에 따라 손가락의 움직임을 보조할 수 있게 된다. 따라서, 지속적인 손가락 운동을 통하여 신경장애 환자의 재활을 도울 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신경장애 환자를 위한 재활 운동 장치를 전반적으로 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 신경장애 환자를 위한 재활 운동 장치의 A-A 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 신경장애 환자를 위한 재활 운동 장치의 또 다른 형태의 A-A 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신경장애 환자를 위한 재활 운동 장치의 작동 설명도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 신경장애 환자를 위한 재활 운동 장치의 적용 예를 도시한 도면.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.

또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 중심으로 본 발명을 상세히 설명한다.

본 명세서에서는, 재활 환자가 손가락 운동을 통한 재활 운동(훈련)에 이용하는 경우를 중심으로 설명하지만, 본 발명에 따른 재활 운동 장치는, 재활 목적 이외에도, 손가락의 근력을 키우거나 세밀한 손 동작의 연습이 요구되는 사람이 특정 목적을 위해 사용할 수도 있음은 물론이다. 일 예로, 손가락의 근력을 증대시켜야 할 특정 목적을 가진 자(예를 들어, 씨름 선수, 체조 선수 등과 같이 손의 악력을 크게 증대시킬 필요가 있는 자)에게도 본 발명의 손가락 재활 운동 장치는 유용하게 쓰일 수 있을 것임을 먼저 명확히 해둔다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신경장애 환자를 위한 재활 운동 장치를 전반적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면 본 발명에 따른 신경장애 환자를 위한 재활 운동 장치는, 장갑체(10), 운동 보조 튜브(60), 컴프레서(70), 감지부(20, 30, 80) 및 제어부(40)를 포함하여 구성된다.

장갑체(10)는 도 1과 도 5에 도시된 바와 같이 손에 착용하는 통상의 장갑 형태를 가진다. 장갑체(10)는 그 재질이 제한되지 않으나 손의 움직임이 자유롭지 못한 신경장애 환자가 주된 사용자 임을 감안하면 손가락과 손의 움직임에 저항이 적은 부드러운 재질로 제작되는 것이 바람직하다. 장갑체(10)에는 손의 움직임을 감지하는 각종 센서와 제어부(40), 컴프레서(70) 등의 다른 구성요소가 설치되어 이들을 고정하는 역할을 한다.

장갑체(10)의 형상은 통상의 장갑과 같이 편안하게 다섯 손가락이 구분되어 삽입되는 형태가 바람직하다.

장갑체(10)의 각 손가락부에는 손가락의 길이 방향으로 운동 보조 튜브(60)가 설치된다. 운동 보조 튜브(60)는 공기가 주입되는 곳으로 공기가 새지 않도록 비닐 등의 유연한 합성수지재로 제작되는 것이 바람직하다. 신경장애 환자의 경우 손가락이 오므라져 있는 상태에서 손가락을 펴는 운동에 장애가 생기는 경우가 많으므로, 운동 보조 튜브(60)는 스스로 손가락을 완전히 펼치지 못하는 신경장애 환자의 손가락 운동을 보조하는 역할을 한다. 운동 보조 튜브(60)에 공기가 일정 이상의 압력으로 주입되면 운동 보조 튜브(60)는 공기압에 의해 막대 모양으로 펼쳐지도록 힘을 받게 되므로 사용자의 손가락이 펴지도록 보조하게 된다. 주입된 공기가 빠져나가면 다시 손가락이 오므라들게 되므로 손가락을 펼쳤다 오므리는 운동이 반복될 수 있게 된다.

운동 보조 튜브(60)는 손가락의 바닥, 등, 측면 중 어느 곳에나 설치될 수 있다. 손가락은 바닥쪽으로 구부러지게 되므로 손가락의 움직임을 제약하지 않으면서 손가락의 운동을 보조하기 위해서는 손가락의 등 부위에 설치되는 것이 가장 바람직하다.

운동 보조 튜브(60)는 손가락의 길이 방향으로 설치되는데, 튜브의 단면은 원형, 타원형 등 다양한 형태가 될 수 있다. 운동 보조 튜브(60)에 공기가 주입된 경우에 손가락의 펴는 운동을 잘 보조하기 위해서는 굽힘 응력에 대한 저항이 커야 하므로 굽힘응력에 대한 응력이 큰 아이(I)빔의 형태가 가장 바람직하다. 도 2와 도 3은 각각 운동 보조 튜브(60)의 단면을 나타낸 것인데 도 2는 단면이 타원형인 경우이며, 도 3은 단면이 아이(I) 빔의 형태인 경우이다. 도 3에 도시된 바와 같이 단면이 아이 빔의 형태인 경우에 내부 공기압에도 단면 형상을 I 자로 유지하기 위해서는 상부(61), 중간부(62), 하부(63)가 격막(65)에 의해 각각 구별되되 공기가 통과하여 동일한 압력을 가지도록 통공(64)이 형성되는 것이 바람직하다.

운동 보조 튜브(60)에 공기를 주입하기 위하여 컴프레서(70)가 구비된다. 컴프레서는 공기를 압축하여 운동 보조 튜브(60)에 공기를 주입하는 장치로 실린더형과 로터리형 등이 있다. 어떤 형태의 압축방식인지는 제한되지 않는다. 다만 손가락을 펼치기 위해 운동 보조 튜브(60)에 주입되는 공기의 압력이 크게 요구되지는 않으므로 소형 모터에 의해서 구동되는 작고 가벼운 소형 컴프레서인 것이 바람직하다.

컴프레서(70)와 운동 보조 튜브(60)의 사이에는 공급되는 공기의 역류를 방지하도록 작동되는 체크밸브(check valve,75))가 설치되는 것이 바람직하다. 컴프레서(70)에서 운동 보조 튜브(60)로 공기가 이동하는 경우에는 밸브(75)가 개방되고 반대로 공기가 이동하려 할때에는 밸브(75)가 닫혀 공기가 빠져나가지 못하도록 유지된다. 제어부(40)의 신호에 따라 밸브(75)가 개방되면 공기가 외부로 배출된다. 본 발명에서는 전기적 신호에 따라 밸브가 개폐되는 솔레노이드형 체크밸브가 사용되는 것이 바람직하다.

재활 운동을 하는 신경장애 환자의 손과 손가락의 운동을 감지하기 위하여 감지부(20, 30, 80)가 구비된다. 감지부(20, 30, 80)는 구체적으로 손가락의 굽혀진 정도를 측정하는 손가락 굽힘 감지부(20)와 손의 위치와 손의 움직임을 측정하는 손 운동 감지부(30) 및 사용자의 근전도를 측정하는 근전도 측정부(80)를 포함할 수 있다.

먼저 손가락의 굽혀진 정도를 측정하기 위하여 손가락 굽힘 감지부(20)가 구비된다. 손가락의 굽혀진 정도를 측정하는 방법은 다양할 것이나 가장 쉽게 구부러진 정도를 측정할 수 있도록 플렉스 센서(Flex Sensor)를 채택하는 것이 가장 바람직하다. 플렉스 센서는 구부러진 정도에 따라 저항값이 달라져 측정된 저항값에 따라 구부러진 정도를 감지하는 센서이다. 플렉스 센서는 각 손가락 마다 개별적으로 설치된다. 즉, 5개의 센서가 부착된다. 부착된 센서는 각 손가락의 움직임을 독립적으로 감지하게 된다. 플렉스 센서는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 운동 보조 튜브(60)와 장갑체(10)의 사이에 장착되는 것이 가장 바람직하며, 플렉스 센서와 운동 보조 튜브(60)는 외피(15)에 의해 장갑체(10)와 분리되지 않도록 고정된다.

손의 운동을 감지하기 위하여 손 운동 감지부(30)가 구비된다. 손 운동 감지부(30)는 장갑체(10)의 손등 또는 손바닥 부분 어느 곳에나 설치될 수 있다. 다만 손의 자유로운 운동을 보장하기 위해서는 손등 부위에 부착되는 것이 가장 바람직하다. 손 운동을 감지하는 센서는 다양한 종류가 채택될 수 있으나, 본 발명에서는 가속도 센서, 자이로 센서, 관성측정유닛(IMU : Inetial Measurement Unit) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 가속도 센서, 자이로 센서 및 가속도 센서와 자이로 센서의 혼합형태인 관성측정유닛 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 손 운동 감지부(30)로 채택할 수 있다. 상기의 센서들을 이용하면 손의 상.하.좌.우.전.후 방향의 움직임과 손의 회전된 정도 등 손 운동에 관한 정보를 얻을 수 있게 된다.

사용자의 운동 의지를 파악하기 위해서는 근전도 센서가 사용될 수 있다. 근전도 센서는 골격근의 수축시에 발생하는 근 활동전류를 증폭하여 감지하는 센서를 말한다. 뇌졸중 등의 신경장애 환자의 경우 자유롭게 손을 움직일 수는 없으나 손가락을 움직이려 할 때 미세한 근 활동전류의 변화는 측정할 수 있다. 근전도 센서에 의해 환자의 운동 의지가 감지되면 운동 보조 튜브(60)에 공기가 주입되어 손가락을 펼칠 수 있도록 보조하게 된다.

상기의 감지부에서 감지된 신호는 제어부(40)로 전달된다. 제어부(40)는 근전도 측정부(80), 손가락 굽힘 감지부(20), 손 운동 감지부(30)로부터 감지된 신호를 토대로 콤프레서(70)의 구동상태를 제어하게 된다. 또한, 제어부(40)는 각 감지부에서 감지된 신호를 통신 모듈(50)을 통해 원격으로 연동되는 모바일(200)로 전송한다. 전송된 신호는 모바일에 데이터로 기록되거나 모바일에 구동중인 프로그램을 조작하는 신호로 활용할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 재활 운동 장치(100)는 모바일(200)과 데이터를 주고 받을 수 있으며 모바일은 관리서버(300)와 데이터를 주고 받을 수 있다. 재활 환자가 본 발명에 따른 신경장애 환자를 위한 재활 운동 장치를 사용하게 되면, 모바일을 통해 관리서버에 재활 운동 기록이 저장될 수 있다.

본 발명에 따른 재활 운동 장치의 작동원리를 살핀다. 본 발명에 따른 신경장애 환자를 위한 재활 운동 장치를 착용한 재활 환자가 손가락을 펴려고 하면 근전도 센서에 의해 환자의 운동 의지가 근 활동전류의 측정에 의해 감지되고, 감지된 신호는 제어부(40)에 전달된다. 제어부(40)는 컴프레서(70)를 구동시켜 운동 보조 튜브(60)로 공기를 주입한다. 운동 보조 튜브(60)에 공기가 주입되어 일정 압력 이상이 되면 운동 보조 튜브(60)는 손가락이 펴지도록 보조한다. 압력측정부(90)에 의해 측정된 운동 보조 튜브(60) 내부의 압력이 일정 이상으로 감지되거나 되거나 플렉스 센서에 의해 손가락이 일정이상 펴진 것이 감지되면 감지 신호를 받은 제어부(40)에 의해 컴프레서(70)의 구동이 정지된다. 컴프레서의 구동이 정지되어도 체크밸브(75)에 의해 폐쇄되어 운동 보조 튜브(60) 내의 압력이 유지된다. 재활 환자가 손가락을 구부리려 하면 근전도 센서를 통해 제어부(40)가 감지하여 체크밸브를 개방하고 운동 보조 튜브(60) 내의 공기가 배출되어 손가락이 오므라지게 된다.

상기와 같은 운동의 반복으로 손가락을 쥐고 펴는 재활 운동을 반복적으로 수행하게 된다. 또한, 관리서버(300)에 저장된 각 환자별 맞춤 프로그램에 의해 재활 운동이 수행되도록 할 수도 있다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이 모바일 상에 구동되는 재활 운동 프로그램(예컨대 증강현실을 이용한 프로그램)을 통해 재활 환자에게 동기를 부여 할 수 있다.

10 : 장갑체
20 : 손가락 굼힘 감지부
30 : 손 운동 감지부
40 : 제어부
50 : 통신 모듈
60 : 운동 보조 튜브
70 : 컴프레서
75 : 체크밸브
80 : 근전도 센서
90 : 압력측정부
100 : 재활 운동 장치
200 : 모바일
300 : 관리서버

Claims (9)

1. 손에 착용하도록 장갑 형태로 제작되는 장갑체와,
   상기 장갑체의 각 손가락부에 손가락의 길이 방향으로 형성되는 운동 보조 튜브와,
   상기 운동 보조 튜브에 공기를 주입하는 컴프레서와,
   상기 장갑체에 설치되며 손가락의 움직임, 손의 자세변화, 손의 위치 변화 및 사용자의 근전도 중 적어도 하나에 따른 손 동작 정보를 감지하는 감지부와,
   상기 감지부에 의해 감지된 사용자의 손 동작 정보를 수집하고, 컴프레서에 구동신호를 전달하는 제어부를 포함하되,
   상기 감지부는, 손가락의 구부러진 정도를 측정하는 손가락 굽힘 감지부와 손의 위치와 손의 움직임을 측정하는 손 운동 감지부 및 사용자의 근전도를 측정하는 근전도 측정부를 포함하고,
   상기 손가락 굽힘 감지부는, 상기 장갑체의 손가락 바닥과 등 중 적어도 어느 한 위치에 손가락의 길이방향으로 설치되어 손가락의 구부러진 정도에 따라 저항이 달라지는 플렉스 센서(Flex Sensor)이며,
   상기 운동 보조 튜브는, 상기 장갑체의 각 손가락부의 등에 설치되어 서로 연결되고, 단면이 아이(I)자 형태인 아이빔의 형태로 이루어지되,
   내부 공기압에도 단면 형상을 I 자로 유지하기 위해서는 상부, 중간부, 하부가 격막에 의해 각각 구별되되 공기가 통과하여 동일한 압력을 가지도록 통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 신경장애 환자를 위한 재활 운동 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부에 의해 인접한 모바일 등의 통신 단말에 감지부에서 수집된 정보를 송출하는 통신 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신경장애 환자를 위한 재활 운동 장치.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 손 운동 감지부는, 손의 바닥과 등 중 적어도 어느 한 위치에 설치되며,
   가속도 센서, 자이로 센서, 관성측정유닛(IMU : Inetial Measurement Unit) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경장애 환자를 위한 재활 운동 장치.
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 컴프레서와 상기 운동 보조 튜브의 사이에는 공급되는 공기의 역류를 방지하도록 작동되는 체크밸브(check valve)가 설치되는 것을 특징으로 하는 신경장애 환자를 위한 재활 운동 장치.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 운동 보조 튜브에 가해지는 공기 압력을 측정하여 측정값을 제어부로 전달하는 압력측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신경장애 환자를 위한 재활 운동 장치.

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