KR101578203B1 - 진동자극 단하지 보조기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진동자극 단하지 보조기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압전패드(111) 및 발 고정부(112)를 포함하는 하부(110); 전원부(121), 진동 자극기(122) 및 다리 고정부(123)를 포함하는 상부(120); 및 하부(110)와 상부(120)을 연결하는 경첩(130);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 진동자극 단하지 보조기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 진동자극 단하지 보조기는, 단하지 보조기에 진동 자극기를 구비함으로써 뇌성마비, 뇌졸중, 척추손상 및 다발성 경화증 등의 환자에게서 운동기능 향상 효과를 기대할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 진동자극 단하지 보조기는, 압전패드를 이용한 에너지 수확 시스템을 보유함으로써 진동 자극기를 구동하기 위한 전원을 효율적으로 확보할 수 있는 효과가 있다.

Description

진동자극 단하지 보조기{ANKLE FOOT ORTHOSIS PROVIDING VIBRATION STIMULATION}

본 발명은 진동자극 단하지 보조기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압전패드(111) 및 발 고정부(112)를 포함하는 하부(110); 전원부(121), 진동 자극기(122) 및 다리 고정부(123)를 포함하는 상부(120); 및 하부(110)와 상부(120)을 연결하는 경첩(130);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 진동자극 단하지 보조기에 관한 것이다.

본 발명에 따른 진동자극 단하지 보조기는, 단하지 보조기에 진동 자극기를 구비함으로써 뇌성마비, 뇌졸중, 척추손상 및 다발성 경화증 등의 환자에게서 운동기능 향상 효과를 기대할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 진동자극 단하지 보조기는, 압전패드를 이용한 에너지 수확 시스템을 보유함으로써 진동 자극기를 구동하기 위한 전원을 효율적으로 확보할 수 있는 효과가 있다.

뇌손상, 뇌성마비, 뇌졸중, 척추손상 및 다발성 경화증 등과 같은 뇌병변 또는 신경계 질환 환자에게서 나타나는 증상 중 하나로 보행 장애와 운동기능 장애가 있다.

이들 질환은 운동 및 자세조절 장애뿐만 아니라 병적 보행, 언어장애, 시각장애, 청각장애, 그리고 정신지체 등 다양한 장애를 갖게 된다. 그 중 가장 흔한 운동 손상(motor impairment)은 경직(spasticity)이다.

일반적으로 경직은 속도에 의존하는 근육 신장 반사(muscle stretch reflex)의 과흥분성, 즉 근 긴장도(muscle tone)의 증가로 정의된다.

상위운동신경(upper motor neuron)의 억제 조절능력(inhibitory control) 상실로 인한 과긴장성과 수동적인 움직임에 대한 저항 증가가 특징이며, 장기간의 경직으로 인해 환자는 관절 구축과 경직성 근육과 관절 주위 결합조직의 단축으로 능동적이고 수동적인 관절가동범위 감소, 자발적인 하지 움직임의 감소, 보행 안정성의 결여, 그리고 일상생활동작의 제한 등을 경험한다. 그러므로 뇌성마비 환자의 재활치료에 있어 경직 조절이 중요한 치료 목표가 된다.

경직을 줄이기 위한 근거-중심의 치료방법으로 보툴리눔독소(botulimum toxin) 주입, 근육 스트레칭, 초음파 치료, 열 치료, 그리고 전기자극과 같은 물리적인 인자치료들이 임상에서 유용하게 사용되고 있다.

그런데 최근에 뇌졸중, 파킨스병, 뇌성마비, 그리고 다발성 경화증과 같은 다양한 신경계 환자들의 경직, 근력, 운동기능, 보행, 그리고 다양한 일상생활동작에 대한 진동 자극(vibration stimulation)의 효과를 알아본 연구들이 진행되고 있으며 임상에서의 사용빈도도 증가하는 추세이다.

진동 자극은 근육-힘줄 복합체(muscle-tendon complex)에 자극을 줌으로써 근 방추(muscle spindle) 내의 일차종말(primary ending) 신경인 Ia(일차구심) 섬유는 길이변화 속도에 민감하게 반응하고 원심성-운동신경원을 자극함으로써, 주동근을 수축시켜 결국, 전통적인 근력강화를 위한 저항운동의 효과와 유사한 효과를 낸다. 또한 이러한 Ia 섬유로부터 전달된 구심성 자극은 일차대뇌피질(primary motor cortex)에 대뇌피질 억제성과 촉진성 입력을 조절함으로써 피질척수로(corticospinal pathway)의 활성을 변화시켜 결국 경직을 완화할 수 있다고 알려져 있다.

진동은 전신 진동(whole-body vibration)과 국소 진동(focal vibration)으로 적용할 수 있는데, 이전 연구에서 뇌졸중, 뇌성마비, 척추손상 그리고 다발성 경화증 환자 등과 같은 대부분의 신경계 질환 환자들에 대한 전신 진동의 효과 검증은 되어 있지만, 국소 진동의 적용에 대한 연구는 미흡하고, 특히 뇌성마비 아동들을 대상으로 한 연구는 거의 없는 실정이다. 그리고 임상에서 진동 자극 치료의 치료횟수가 제한적이며, 보행 혹은 이동 시 사용할 수 없다.

이에 본 발명자는 뇌성마비 아동의 보행 향상을 위해 주로 착용하는 단하지 보조기에 국소 진동 자극을 줄 수 있는 진동 자극기를 구비하여, 보행 중 혹은 기립 시 시간과 장소에 구애받지 않고 단하지 보조기를 착용하면서 지속적인 진동 자극을 적용시켜 원활한 보행과 자세유지 능력을 기대할 수 있는 단하지 보조기를 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.

따라서 본 발명에 따른 단하지 보조기는 국소 진동 자극을 적용하여 경직 감소 효과를 검증하였으며 이러한 진동 자극기가 탑재된 단하지 보조기를 개발함으로써 비용 효율성과 환자 만족도를 최대화하면서 보행 능력의 향상과 아동의 삶의 질 향상에 기여할 것으로 기대한다. 또한 뇌성마비 아동의 운동손상은 다양한 형태로 나타나기 때문에 단순한 형태의 보조기 사용만으로는 기존의 환자의 보행능력 향상에 제한점이 있다. 즉, 단하지 보조기가 보행 시 발목관절의 움직임을 제어하는 기능에 중점을 두는 것에서 벗어나 적극적인 치료의 한 도구로서 활용해야 한다.

그러므로 본 발명에 따른 단하지 보조기는 경직, 근력, 자세 균형 그리고 보행 향상에 기여하는 진동 자극기를 단하지 보조기에 탑재하고, 에너지 수확을 위해 환자가 치료에 주도적으로 참여하도록 할 수 있다.

한편, 본 발명과 관련하여 공지된 선행기술로는 등록특허 제10-1383059호에 착용형 진동 자극 장치 및 그 작동 방법이 기재되어 있다.

상기 선행기술은 진동자극 장치를 착용한 사용자의 신체 움직임에 관한 데이터를 획득하는 계측부; 정상적인 보행 패턴을 갖는 일반인들을 대상으로 측정하여 수집한 정상 보행 패턴 자료와 특정 사용자가 갖는 고유한 보행 패턴 분석 결과에 대한 정보를 저장하는 보행 패턴 데이터 베이스; 상기 계측부로부터 전달되는 사용자의 신체 움직임 정보를 상기 보행 패턴 데이터 베이스에 저장된 보행 패턴 자료와 비교 및 분석하여, 사용자의 특정 신체 부위에 인가할 자극 신호를 생성하는 제어부; 및 상기 제어부로부터 전달받은 자극 신호에 대응하여 사용자의 특정 신체 부위에 진동 자극을 가하는 가진부를 포함하여 구성된다.

그러나 상기 선행기술은 사용자의 신체부위에 설치된 다수의 센서를 통해 움직임을 감지하고, 보행 패턴이 비정상적이라고 판단하는 경우, 해당 신체부위의 움직임을 개선하는 데 필요한 진동 자극을 주는 것으로, 사용자의 비정상적인 신체 움직임이 있을 때에만 진동 자극이 인가된다는 한계점이 있다.

또한 별도의 에너지 수확 시스템에 대한 기재가 없어, 진동 자극을 위한 전원의 공급이 외부로부터 지속되어야 한다는 문제점이 있다.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 뇌성마비, 뇌졸중, 척추손상 및 다발성 경화증 등의 신경계 질환 환자들에게서 발생되는 운동기능 장애와 경직을 개선할 수 있는 단하지 보조기를 제공하는 데에 있다.

또한 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 에너지 수확 시스템을 구비함으로써 진동 자극기를 구동하기 위한 전원을 효율적으로 확보할 수 있는 단하지 보조기를 제공하는 데에 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 진동자극 단하지 보조기는, 압전패드(111) 및 발 고정부(112)를 포함하는 하부(110); 전원부(121), 진동 자극기(122) 및 다리 고정부(123)를 포함하는 상부(120); 및 하부(110)와 상부(120)을 연결하는 경첩(130);을 포함하여 구성된다.

압전패드(111)는 하부(110)의 바닥면에 설치되어, 사용자가 보행 시 발생되는 압력을 전기 에너지로 변환하여 전원부(121)로 공급하는 역할로, 하부의 바닥면에 1개 이상 설치될 수 있으며, 바람직하게는 발바닥 앞뒤꿈치에 각각 설치되어 구성될 수 있다. 또한 사용자의 보행(gait) 패턴을 분석하여 보조기 바닥에 부착 위치를 선정함으로써, 에너지 변환을 최대화할 수 있다.

전원부(121)는 압전패드로부터 생성된 에너지를 전달받아 배터리에 저장함으로써, 진동 자극기를 구동하기 위한 에너지로 공급할 수 있다. 또한 설계 조건에 따라 전원부에 충전 케이블을 더 구비하여 외부로부터 전력을 공급받도록 할 수 있다. 또는 별도의 배터리를 추가로 구비하도록 설계될 수 있다.

진동 자극기(122)는 상부의 뒷쪽, 사용자의 종아리갈래근 위치에 대응되도록 설치될 수 있으며, 사용자의 운동능력 상태 및 강직 정도에 따라 근육, 근육-힘줄 연접부 또는 힘줄 중 진동 자극기 설치 위치를 다르게 설계할 수도 있다.

발 고정부(112)는 하부(110)와 사용자의 발이 서로 이격되지 않도록 고정하며, 다리 고정부(123)는 상부(120)와 사용자의 다리가 서로 이격되지 않도록 고정하는 역할을 수행한다.

발 또는 다리 고정부의 형태 및 소재는 다양하게 설정되어 구성될 수 있으며, 상부 또는 하부와 사용자의 다리를 고정하여 지지할 수 있을 정도이면 충분하다.

예를 들어, 다리 고정부는 벨크로로 구성되거나, 버클로 구성되어 체결될 수 있다.

본 발명에 따른 진동자극 단하지 보조기는, 사용자의 근육 및 힘줄에 진동 자극을 주어 운동기능 향상 및 경직을 감소시키는 효과가 있다.

본 발명에 따른 진동자극 단하지 보조기는, 압전패드를 이용한 에너지 수확 시스템을 구비함으로써 진동 자극기를 구동하기 위한 전원을 효율적으로 확보할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 진동자극 단하지 보조기는, 시간과 장소에 구애받지 않고 지속적인 진동자극을 통해 운동기능 향상 및 경직을 감소시키는 효과를 기대할 수 있으며, 기존의 주사요법 등에 비해 비용 효율성과 환자 만족도가 높은 효과가 있다.

본 발명에 따른 진동자극 단하지 보조기는, 사용자의 보행에 따른 에너지 수확 시스템을 구비함으로써, 사용자의 보행을 장려하며, 자발적인 재활 훈련을 하도록 돕는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동자극 단하지 보조기의 구성을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동자극 단하지 보조기를 사용자가 착용한 모습을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동자극 단하지 보조기의 하부 바닥면에 설치되는 압전센서의 모습을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동자극 단하지 보조기를 후방에서 바라본 모습을 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동자극 단하지 보조기의 에너지 수확 및 전원공급 방법을 나타내는 순서도이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실험예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과한 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.

본 발명은 에너지 수확 시스템을 구비한 단하지 보조기에 관한 것으로, 보행시 압력이 압전패드를 통해 에너지로 변환되어 진동 자극기를 구동하는 전원부의 배터리에 충전되는 단하지 보조기에 관한 것이다.

또한 진동 자극기를 구비하여 착용시 사용자의 근육을 자극함으로써 경직을 감소하고 운동능력을 향상하는 단하지 보조기에 관한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 여러 실시예들을 설명하기에 앞서, 본 명세서에 기재된 방향 요소(예를 들어 전, 후, 좌, 우) 등과 같은 용어는 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용된 것으로, 본 발명에 따른 에너지 수확 시스템 및 진동 자극기를 구비한 단하지 보조기의 구성이 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 밝힌다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동자극 단하지 보조기의 구성을 나타낸 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단하지 보조기를 사용자가 착용한 모습을 나타낸 사시도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 단하지 보조기(100)는 발이 접촉되는 부분인 하부(110)와 다리의 종아리 부분이 접촉되는 부분인 상부(120)로 구성되며, 상부와 하부는 경첩(130)으로 연결된다.

본 발명에 따른 단하지 보조기는 사용자의 다리를 직접 취형하여 제작하거나, 복수개의 사이즈(길이 및 폭)를 갖는 상부 및 하부를 이용하여 사용자의 신체에 맞도록 제작할 수도 있다.

본 발명에 따른 단하지 보조기는 하나의 형태로 고정되어있는 것이 아니라, 상부와 하부가 경첩으로 연결되어 있어, 보행 시 발목 각도에 따라 자연스럽게 움직일 수 있다.

하부(110)는 보행자의 발이 접촉되는 부분으로, 압전패드(111)와 발 고정부(112)를 포함하여 구성된다.

압전패드(111)는 하부(110)의 바닥면에 설치되어, 사용자가 보행 시 발생되는 압력을 전기 에너지로 변환하여 전원부(121)로 공급하는 역할을 수행한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동자극 단하지 보조기의 하부 바닥면에 설치되는 압전센서의 모습을 도시한 사시도이다.

압전패드는 하부의 바닥면에 1개 이상 설치될 수 있으며, 바람직하게는 발바닥 앞·뒤꿈치에 각각 설치되어 구성될 수 있다. 또한 사용자의 보행(gait) 패턴을 분석하여 보조기 바닥에 부착 위치를 선정함으로써, 에너지 변환을 최대화할 수 있다.

예를 들어, 사용자로 하여금 압력측정 패드 등을 이용하여 사용자 발바닥에 압력점을 분석하여 부착 위치를 선정할 수 있다. 즉, 사용자의 보행시 압력 수치가 높은 지점을 1개 이상 선정할 수 있다.

발 고정부(112)는 하부(110)와 사용자의 발이 서로 이격되지 않도록 고정하는 역할을 수행한다.

발 고정부의 형태 및 소재는 다양하게 설정되어 구성될 수 있으며, 하부와 사용자의 발을 고정하여 지지할 수 있을 정도이면 충분하다.

예를 들어, 발 고정부는 벨크로로 구성되거나, 버클로 구성되어 체결될 수 있다.

이 밖에 하부는 밑창 또는 깔창을 더 구비하여 보행시 미끄러짐을 방지하거나, 완충작용을 수행하도록 할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동자극 단하지 보조기를 후방에서 바라본 모습을 도시한 사시도이다.

상부(120)는 보행자의 다리(종아리) 부분이 접촉되는 부분으로, 전원부(121), 진동 자극기(122) 및 다리 고정부(123)를 포함하여 구성된다.

전원부(121)는 진동 자극기를 구동하기 위한 전원을 공급하는 역할을 수행한다.

전원부는 압전패드로부터 생성된 에너지를 전달받아 배터리에 저장함으로써, 진동 자극기를 구동하기 위한 에너지로 사용할 수 있다.

설계 조건에 따라 전원부에 충전 케이블을 더 구비하여 외부로부터 전력을 공급받도록 할 수 있다. 또는 별도의 배터리를 추가로 구비하도록 설계될 수 있다.

또한 설계 조건에 따라 전원부는 하부에 포함되도록 설계될 수도 있고, 보행에 장애를 일으키지 않는 위치라면 어디든 설치가 가능하도록 할 수 있다.

전원부에는 진동 자극기와 연동된 스위치가 설치되어, 진동 자극기의 작동을 제어할 수 있으며, 보행 여부와 관계없이 진동 자극기가 작동될 수 있다.

전원부에는 LED 램프가 더 포함되어 배터리에 남은 전력의 양을 표시하도록 구성될 수도 있다. 따라서 방전이나 충전완료에 대한 정보를 LED 램프의 점등 여부 또는 LED 램프의 색을 통해 알 수 있어, 진동 자극기의 사용 시간을 미리 파악하고 계획할 수 있다.

진동 자극기(122)는 보조기를 착용한 사용자의 하지에 진동자극을 줌으로써 운동기능 향상 및 강직을 감소시키는 역할을 한다.

진동 자극기는 상부의 뒷쪽, 사용자의 종아리갈래근 위치에 대응되도록 설치될 수 있으며, 사용자의 운동능력 상태 및 강직 정도에 따라 근육, 근육-힘줄 연접부 또는 힘줄 중 진동 자극기 위치를 다르게 설계할 수도 있다.

진동 자극기는 진동 방식에 따라 중심을 치우치게 한 편심 회전체를 진동원으로 하는 진동모터 방식(요동형) 또는 자기력에 의한 이동체를 진동원으로 하는 액츄에이터 방식(직선형) 등으로 나뉠 수 있으며, 바람직하게는 편심 부하가 탑재된 진동모터 방식을 사용할 수 있다.

또한 진동 자극기는 사용자의 운동능력 및 강직 상태에 따라 진동 자극기에서 발생되는 진동의 진폭과 주파수를 설정할 수 있도록 구성한다.

다리 고정부(123)는 상부(120)와 사용자의 다리가 서로 이격되지 않도록 고정하는 역할을 수행한다.

다리 고정부의 형태 및 소재는 다양하게 설정되어 구성될 수 있으며, 상부와 사용자의 다리를 고정하여 지지할 수 있을 정도이면 충분하다.

예를 들어, 다리 고정부는 벨크로로 구성되거나, 버클로 구성되어 체결될 수 있다.

이 밖에 상부는 보행자의 피부가 닿는 안쪽 면에 완충효과 및 피부 보호를 위한 소재가 추가로 구성될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동자극 단하지 보조기의 에너지 수확 및 전원공급 방법을 나타내는 순서도이다.

사용자가 본 발명에 따른 단하지 보조기를 착용한 후 보행을 시작하면, 압전 패드(111)를 통해 전달된 압력 신호가 전기 에너지로 수확되어 전원부(121)에 전달된다.

전원부(121)에서는 이 에너지를 배터리에 저장하여 진동 자극기를 구동하는 에너지로 사용할 수 있으며, 충전 케이블을 통한 충전도 가능하다.

진동 자극기(122)는 전원부(121)에 위치한 전원 스위치를 통해 작동을 제어할 수 있으며, 배터리로부터 저장된 에너지를 공급받기 때문에 보행 여부와 관계없이 사용자가 원할 때 진동 자극기를 구동할 수 있다.

100 단하지 보조기 110 하부
111 압전패드 112 발 고정부
120 상부 121 전원부
122 진동 자극기 123 다리 고정부
130 경첩

Claims (5)

1개 이상의 압전패드(111)와, 발 고정부(112)를 포함하는 하부(110);
전원부(121), 진동 자극기(122) 및 다리 고정부(123)를 포함하는 상부(120); 및
상부(120)와 하부(110)를 연결하는 경첩(130);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 진동자극 단하지 보조기이되,
상기 압전패드(111)는 하부(110)의 바닥 면에 설치되어, 보행 시 압력을 전기 에너지로 변환하여 전원부에 공급함으로써 에너지를 수확하고,
상기 압전패드(111)가 설치되는 바닥 면 위치는, 사용자 보행 패턴에 근거하여 사용자가 보행시 가하는 압력의 세기가 큰 순서대로 설치되며,
상기 진동 자극기(122)는 사용자의 종아리세갈래근 위치에 맞닿도록 설치되어 뇌병변 또는 신경계 질환 환자에게 국소 진동자극을 주는 것을 특징으로 하는 진동자극 단하지 보조기.

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청구항 1에 있어서,
상기 단하지 보조기는 사용자의 발을 직접 취형하여 제작하거나, 복수개의 사이즈를 갖는 상부 및 하부를 이용하여 제작하는 것을 특징으로 하는 진동자극 단하지 보조기.

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