KR101718471B1

KR101718471B1 - 관절의 굽힘각과 회전각 측정장치 및 그를 이용한 측정 방법

Info

Publication number: KR101718471B1
Application number: KR1020160076275A
Authority: KR
Inventors: 박순응
Original assignee: 박순응
Priority date: 2016-06-20
Filing date: 2016-06-20
Publication date: 2017-03-21

Abstract

관절의 굽힘각과 회전각 측정장치 및 그를 이용한 측정 방법이 개시된다. 본 발명의 관절의 굽힘각과 회전각 측정장치는 피검자의 관절의 상하부에 장착되어 관절 상하부의 굽힘각과 회전각에 대한 상대각도를 측정하여 무선으로 출력하는 제1 및 제2무선 각도 측정기와, 상기 제1 및 제2 무선각도측정기의 상대각도에 대한 무선신호를 수신하는 무선수신기와, 상기 무선수신기의 상대각도를 전송받아 해당 관절의 굽힘각과 회전각을 산출하여 피검자별로 DB화하여 저장부에 저장하거나, 단말기표시부에 그래프를 통해 해당 관절의 굽힘각과 회전각의 변화를 실시간으로 보여주는 단말기를 포함하여 구성함으로써, 무릎굽힘각과 무릎회전각을 동시에 측정 가능하기 때문에 무릎굽힘각과 무릎회전각의 상대적인 변화량 측정으로 무릎 관절 상황을 정확히 진단할 수 있는 지표가 된다.

Description

관절의 굽힘각과 회전각 측정장치 및 그를 이용한 측정 방법{APPARATUS FOR MEASURING BENDING ANGLE AND ROTATION ANGLE OF KNEE JOINT AND MEASURING METHOD OF THEREOF}

본 발명은 무릎관절의 회전각 측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무릎관절의 상하부에 무선각도측정기를 장착하여 무선으로 무릎관절의 굽힘각과 회전각을 측정할 수 있는 무릎관절의 굽힘각과 회전각 측정장치 및 그를 이용한 측정 방법에 관한 것이다.

정형외과 영역에서 질환 또는 통증의 원인이 되는 관절에 대한 자세한 진찰은 매우 기본적이며 중요하다. 이에 정형외과 의사는 관절의 움직임을 객관화 할 수 있는 여러 방법들을 사용하는데 각도를 측정 하는 것 또한 그 방법 중의 하나이다. 이러한 각도 측정은 단순한 운동 범위를 측정하는 것뿐만 아니라 변형의 정도, 운동 중 통증의 발생 지점, 불안정성 범위, 능동적 또는 수동적 운동 범위 등등 넓은 영역에 걸쳐 있고, 진단 및 향후 치료 계획 수립에 중요한 정보를 담고 있다.

무릎관절은 대퇴골(femur) 하단과 경골(tibia) 및 비골(fibula)의 상단 사이에 있는 관절로, 무릎관절의 운동에 의해 무릎의 굽힘과 펴짐 작용이 가능하게 된다.

또한, 무릎관절은 우리가 의식하지 못하는 순간에도 조금씩 움직이며 체중이 무릎관절의 중심을 벗어나지 않도록 조절해 준다.

무릎관절은 여러 운동을 하게 되는데, 예컨대 경골은 대퇴골을 기준으로 일정 각도로 회전하게 된다. 그런데, 무릎관절이 어떤 병적 상태에 있거나 외상이 발생하면, 무릎관절의 회전 각도는 일반적으로 증가하게 된다. 따라서, 무릎관절의 회전각도는 무릎관절의 병적 이상 유무나 예후를 진단 및 판정하는 중요한 기준이 된다.

그러나, 종래에는 무릎관절의 회전각을 정밀하고 간편하게 측정하기 위한 측정장치가 존재하지 않았다.

한편, 무릎관절의 회전각을 측정하기 위해, 방사선 촬영(컴퓨터 단층 촬영)을 통해 대퇴골 및 경골 간의 회전 정도를 측정하는 방법이 있었다. 그러나 이 또한 정적 상태에서의 결과일 뿐이었다.

또한, 방사선 촬영에 의해 무릎관절의 회전각을 측정하는 경우, 상당 시간과 비용이 소모될 뿐만 아니라 방사선 촬영 기사의 검사방법에 따라 검사 결과의 차이가 많이 발생되는 문제가 있었다.

그리고 무릎굽힘각의 경우, 가장 전통적으로는 goniometer라는 간단한 기구를 수동 조작하여 측정하는 방법을 이용해 왔고, 좀 더 정확한 측정을 위해 회전 중심을 고정하기 위한 형태의 다양한 기구 들이 고안되기도 하였다.

이러한 전문 기구들은 어느 정도 측정이 가능하다는 장점을 가지지만 이를 위해 너무 큰 장비, 각 관절마다 다른 장비 필요 및 작동의 복잡성 등 희생된 부분들이 많으며, 단순 관절 운동 범위만을 측정할 수 있다는 한계점이 있다.

이상과 같이 무릎굽힘각과 무릎회전각은 각각 별도로 측정해야 하는 바, 보행과 같은 동작 시의 무릎굽힘각과 무릎회전각의 동시 측정은 불가능하다.

즉, 무릎을 구부리는 동작 시 무릎회전각의 상대적인 변화량 측정도 무릎 관절 상황을 정확히 진단할 수 있는 지표가 되기 때문에 이를 동시에 측정할 수 있는 장치가 절실한 상황이다.

KR 등록특허 제10-1337361호(2013.11.29)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 무릎관절의 상하부에 무선 각도 측정기를 각각 착용하여 측정한 상대각도로 무릎굽힘각과 무릎회전각을 측정할 수 있는 무릎관절 회전각 측정장치 및 그를 이용한 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 각각의 무선 각도 측정기로부터 측정한 상대각도를 무선으로 전송하여 무릎굽힘각과 무릎회전각을 측정할 수 있는 무릎관절 회전각 측정장치 및 그를 이용한 측정 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

그리고 본 발명은 모션센서가 내장되어 X, Y, Z축 등 3축의 각도 변화량을 측정하여 무릎굽힘각과 무릎회전각을 측정할 수 있는 무릎관절 회전각 측정장치 및 그를 이용한 측정 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 관절의 굽힘각과 회전각 측정장치는 피검자의 관절의 상부에 장착되어 관절 상부의 굽힘각과 회전각에 대한 상대각도를 측정하여 무선으로 출력하는 제1 무선 각도 측정기와, 피검자의 관절의 하부에 장착되어 관절 하부의 굽힘각과 회전각에 대한 상대각도를 측정하여 무선으로 출력하는 제2 무선 각도 측정기, 상기 제1 및 제2 무선각도측정기의 상대각도에 대한 무선신호를 수신하는 무선수신기와, 상기 무선수신기의 상대각도를 전송받아 해당 관절의 굽힘각과 회전각을 산출하여 피검자별로 DB화하여 저장부에 저장하거나, 단말기표시부에 그래프를 통해 해당 관절의 굽힘각과 회전각의 변화를 실시간으로 보여주는 단말기를 포함하여 구성함으로써 달성될 수 있다.

한편, 피검자의 관절 상하부에 착용된 제1 및 제2무선각도측정기로부터 상대 각도를 수신하여 해당 관절의 굽힘각과 회전각을 산출하여 저장하거나 표시하는 단말기를 이용한 관절의 굽힘각과 회전각 측정 방법은, (a)상기 제1 및 제2무선각도측정기와 무선으로 무선수신기를 연결하고, 상기 무선수신기와 단말기를 USB케이블로 연결하여 측정준비를 하는 단계와, (b)상기 제1무선각도측정기에서 각도의 변화가 있을 때마다 또는 주기적으로 굽힘각과 관련된 상대 각도 "a"와 회전각과 관련된 상대각도 "c"를 측정하여 전송하는 단계, (c)상기 제2 무선각도측정기에서 각도의 변화가 있을 때마다 또는 주기적으로 굽힘각과 관련된 상대 각도 "b"와 회전각과 관련된 상대각도 "d"를 측정하여 전송하는 단계, (d)상기 무선송신기에서 입력되는 상대각도 값 "a,b,c,d"를 이용하여 상기 단말기에서 해당 관절의 굽힘각과 회전각을 산출하는 단계, 및 (e)상기 (d)단계에서 산출된 굽힘각과 회전각을 DB로 저장부에 저장하거나 또는 굽힘각과 회전각의 변화량을 그래프를 통하여 단말기 표시부에 표시하는 단계를 포함하여 이루어지게 할 수 있다.

상기 제1무선각도측정기는 굽힘각과 관련된 상대 각도 "a"와 회전각과 관련된 상대각도 "c"를 측정하여 전송하고, 상기 제2무선각도측정기는 굽힘각과 관련된 상대 각도 "b"와 회전각과 관련된 상대각도 "d"를 측정하여 전송하면, 상기 단말기는 상기 제1 및 제2무선각도측정기에서 송신되는 굽힘각과 관련된 상대 각도 "a"와 "b"값을 더하여 해당 관절의 굽힘각으로 산출하고, 상기 제1 및 제2무선각도측정기에서 송신되는 회전각과 관련된 상대 각도 "d"값에서 "c"값을 마이너스한 값을 해당 관절의 회전각으로 산출한다.

또한, 상기 제1 및 제2 무선 각도 측정기는 X, Y, 그리고 Z 축 3축에 대해 관성센서, 가속도센서, 지자기센서 중 어느 하나 이상으로 구성하여, 각 축에 대해 각속도, 가속도, 그리고 자기장 값을 출력하고, 이들의 데이터를 가공하여 3축에 대한 각도의 변화량을 계산하여 굽힘각과 회전각에 대한 상대 각도 값을 산출하는 모션센서, 및 상기 모션센서로부터 산출된 상대 각도 값을 상기 무선수신기로 전송하는 무선전송부를 포함하게 구성할 수 있다.

따라서, 본 발명의 무릎관절 회전각 측정장치 및 그를 이용한 측정 방법에 의하면, 무릎굽힘각과 무릎회전각을 동시에 측정 가능하기 때문에 무릎을 구부리는 동작 시 무릎굽힘각과 무릎회전각의 상대적인 변화량 측정으로 무릎 관절 상황을 정확히 진단할 수 있는 지표가 된다.

또한, 본 발명의 무릎관절 회전각 측정장치 및 그를 이용한 측정 방법에 의하면, 무선으로 수신한 상대각도를 기준으로 무릎굽힘각과 무릎회전각을 계산, 그래프를 통해 실시간으로 보여주고, 데이터베이스를 활용, 저장하기 때문에 의사들로 하여금 정확한 진단에 활용할 수 있게 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 관절의 굽힘각 및 회전각 측정장치의 주요 구성도,
도 2는 도 1 단말기의 상세 구성도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 관절의 굽힘각 및 회전각 측정장치의 측정 방법을 설명하기 위한 예시도면,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 관절의 굽힘각 및 회전각 측정장치에서 무선으로 측정하는 방법을 설명하기 위한 참고도면,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 무선각도 측정기의 주요 구성도,
그리고,
도 6은 본 발명의 관절의 굽힘각 및 회전각 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 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.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

명세서 전체에서 "및/또는"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및/또는 제3 항목"의 의미는 제1, 제2 또는 제3 항목뿐만 아니라 제1, 제2 또는 제3 항목들 중 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.

명세서 전체에서 각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c, ...)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 한정하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

이하, 도면을 참고하여 본 발명의 일실시예에 의한 관절의 굽힘각 및 회전각 측정장치에 대하여 설명한다.

이러한 관절의 굽힘각 및 회전각 측정장치는 관절 즉 무릎관절(슬관절) 또는 어깨관절(견관절) 등에 사용될 수 있으나, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 무릎관절에 본 발명의 관절의 굽힘각 및 회전각 측정장치를 착용한 것으로 하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 관절의 굽힘각 및 회전각 측정장치의 주요 구성도로서, 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 무릎 회전각 측정장치(100)는 무릎 관절의 상부와 하부에 2개의 무선 각도 측정기(130,140)를 각각 부착하고 무릎을 움직일 때 측정된 상대각도 값을 무선 통신을 통해 무선수신기(120)에 송신하고, 무선수신기(120)는 이 신호를 단말기(110)에 USB 케이블을 통해 전송하면, 단말기(110)의 응용프로그램에서는 본 값들에서 무릎굽힘각과 무릎회전각을 계산, 그래프를 통해 실시간으로 보여주고, 데이터베이스를 활용, 저장한 후 의사들로 하여금 정확한 진단에 활용할 수 있게 한다.

이를 위하여 본 발명의 무릎 회전각 측정장치(100)는 상대 각도를 측정하는 2개의 무선각도측정기(130,140)와 각각의 무선각도측정기(130,140)에서 측정된 상대 각도를 무선으로 수신하는 무선수신기(120), 무선수신기(120)로부터 수신한 상대 각도를 이용하여 무릎굽힘각과 무릎회전각을 계산, 그래프를 통해 실시간으로 디스플레이시키거나 데이터베이스로 저장하는 단말기(110)를 포함하여 구성한다.

단말기(110)는 통상의 이미지 표시가 가능한 PC, 휴대폰, 스마트폰, 셀룰러폰, PCS, PDA(개인용 정보 단말기), 스마트폰 등의 무선 단말기를 사용할 수 있으며, 본 발명에서는 스마트폰을 사용하는 것으로 설명하기로 한다.

단말기(110)는 해당 앱을 구동하여 무릎굽힘각과 무릎회전각을 측정하고 측정된 데이터를 DB화하여 저장부에 저장하도록 동작된다.

이를 위하여, 단말기(110)는 통상의 서버(미도시)에 웹으로 접속하기 위한 인터넷 통신을 수행하는 통신인터페이스(111)와, 본 발명의 무릎굽힘각과 무릎회전각 측정 앱의 사용에 필요한 제어버튼을 아이콘으로 표시하는 단말기표시부(112), 무릎회전각 측정 앱을 저장하는 사용자 App.부(115), 키입력부(113)와 사용자 App.부(115)의 앱을 실행시켜 단말기표시부(112)에 표시하고, 무선수신부(120)로 수신한 데이터인 상대각도를 USB케이블(121)을 통하여 USB단자부(117)로 입력받아 무릎굽힘각과 무릎회전각 측정하고, 이를 DB화하여 저장부(116)에 저장하는 단말기제어부(114)를 포함하여 구성한다.

도 2의 단말기의 주요 구성도를 참고하면, 사용자앱(App)부(115)는 앱스토어 등을 통하여 관련 어플리케이션을 다운받아 저장하거나 또는 이동통신망을 통해 서버(미도시)에 접속하여 관련 어플리케이션을 다운받아 설치되도록 구성된다.

이러한 앱 화면에는 무선수신기(120)로부터 수신한 상대각도와 측정한 무릎굽힘각과 무릎회전각을 포함하며, 측정한 정보들을 그래프로 보여주거나 DB화된 데이터가 표시되게 하는 것이 바람직하다.

또한, 앱(App)의 설치과정에서 서버(미도시)의 인증과정을 거쳐 어플리케이션을 설치하도록 할 수 있다.

즉, 본 발명은 웹사이트로 동작되는 서버(미도시0)에 접속해서 앱을 다운받아 설치할 수도 있으나, IOS 계열이건 안드로이드 계열이건 관계없이 각 OS에 맞는 앱을 앱 스토어에 올려서 배포하는 방식을 사용할 수도 있다.

이러한 앱(App)의 다운 및 설치과정 그리고 인증단계 등은 일반적인 것이므로 그 상세한 설명은 생략한다.

무선수신기(120)는 2개의 무선각도측정기(130,140)로부터 측정된 상대각도를 무선으로 수신받아, 이를 USB 케이블(121)을 통하여 단말기(110)로 전송하도록 동작된다.

이하에서는 2개의 무선각도측정기(130,140)를 편의상 제1무선각도측정기(130)와 제2무선각도측정기(140)로 구별하여 설명하기로 한다.

또한, USB케이블(121)을 통하여 단말기의 USB단자(117)와 접속되도록 함으로써, 전원을 공급받을 수 있기 때문에 별도의 전원을 사용하지 않아도 된다.

그리고, 무선수신기(120)는 고유 ID를 이용하여 각 무선각도측정기와 통신할 수 있도록 할 수 있다.

즉, 피검자별로 착용한 무선각도측정기의 고유 ID를 등록하고, 전송되는 고유 ID별 상대각도를 수신하여 DB에 저장하도록 하면 하나의 단말기를 이용하여 여러 명의 피검자의 무릎회전각을 측정할 수 있는 것이다.

예를 들어, 각 무선각도측정기별 고유 ID를 피검자별로 등록해두면, 각 무선각도측정기에서 전송되는 고유 ID별 상대각도를 수신하여 피검자별로 분류하여 관리하면, 여러 명의 피검자를 대상으로 본 발명을 적용할 수 있을 뿐만 아니라, 역으로 피검자의 ID를 무선각도측정기에 등록하고, 전송되는 피검자의 ID별 상대각도를 수신하여 피검자별로 분류하여 관리할 수도 있다.

이 경우에는 저장부(116)에 저장되는 DB에는 피검자별로 무선각도측정기의 고유 ID를 등록하고, 수신된 상대각도를 저장하게 하는 것이다.

제1 및 제2 무선각도측정기(130,140)는 X, Y, Z 축 등 9축의 각도 변화량을 측정, 각 축에 따른 각도 값을 무선을 통해 주기적으로 전송하는 모션센서와 이를 무선으로 전송하는 무선전송부를 포함하여 구성한다.

또한, 도면에서는 오른발을 기준으로 무릎관절의 상하부에 각각 제1 및 제2 무선각도측정기(130,140)가 장착되어 있으나, 왼발에도 제3 및 제4 무선각도측정기를 장착할 수 있음은 물론이다.

제1 및 제2 무선각도측정기(130,140)는 동일한 구성으로 이루어질 수 있으므로 이하에서는 제1무선각도측정기(130)의 구성을 위주로 설명한다.

도 5의 본 발명의 일실시예에 따른 관절 무선각도 측정기의 주요 구성도를 참고하면, 모션센서(131)는 X, Y, Z 축 등 3축에 대해 관성센서, 가속도센서, 지자기센서 등으로 구성할 수 있으며, 각 축에 대해 각속도, 가속도, 자기장 값들을 출력한다. 이들의 데이터를 가공하여 3축에 대한 각도의 변화량을 계산하여 상대 각도 값을 무선전송부(132)를 통하여 전송하도록 구성한다.

무선전송부(132)는 IEEE802.15에서 표준으로 규정하는 WPAN(Wireless Personal Area Network) 기술을 적용한다. 본 표준에는 Bluetooth, ZigBee 등의 기술이 있으나, 본 발명에서는 Network 확장성을 고려하여 ZigBee 기술을 적용한 것으로 설명한다.

또한, 무선각도측정기는 외부 전원을 이용하여 충전을 할 수 있도록 하기 위히여 외주 충전잭이 삽입되는 충전기 잭(135)과, 충전 중임을 나타내는 충전램프(133), 충전이 완료되었음을 표시하는 충전완료램프(134), 전원스위치(136), 전원스위치(136)가 온되면 현재 기기가 동작중임을 나타내는 작동램프(137) 등을 더 포함할 수 있다.

이러한 제1 및 제2 무선각도측정기(130,140)는 각각 무릎관절의 상하부에 각각 밴드를 이용하여 고정하도록 한다.

도 3의 본 발명의 일실시예에 따른 관절의 굽힘각 및 회전각 측정장치의 측정 방법을 설명하기 위한 예시도면을 참고하면, 무릎관절의 상부에 제1 무선각도측정기(130)가 무릎관절의 하부에 제2 무선각도측정기(140)가 벨크로와 같은 밴드(150)에 의하여 고정된다.

무릎관절을 편상태에서 제1 무선각도측정기(130)와 제2 무선각도측정기(140)의 중심선(y)이 지면에 수직으로 향하도록 고정한다.

이후, 무릎관절을 움직이게 되면, 도면에서와 같이 제1 무선각도측정기(130)는 각 "a"도 만큼 기울어지게 되고, 제2 무선각도측정기(140)는 각 "b"도 만큼 기울어지게 된다.

이때의 각도 "a"와 "b"를 상대각도라 칭한다.

즉, 지면에 수직인 상태에서 무릎을 구부려 움직인 정도를 각으로 나타내는 것으로, 상술한 바와 같이 수직에서 움직인 각을 나타내게 할 수 있으나, 착용한 상태에서 발바닥을 지면에 위치시킨 상태에서 측정한 제1 무선각도측정기(130)와 제2 무선각도측정기(140)의 각을 기준각으로 하고, 움직인 상태에서의 각 "a"와 각 "b"를 측정함으로써, 움직인 각과 기준각과의 상대각도를 계산하게 할 수도 있음은 물론이다.

이때, 제1 무선각도측정기(130)와 제2 무선각도측정기(140)의 기준각과 움직인 각을 모두 단말기(110)로 송신하면 단말기제어부(114)는 DB에 기준각과 움직인 각을 모두 저장하게 함으로써, 최초 다리를 편 상태의 각도를 알 수 있기 때문에 전문의로 하여금 정확한 진단을 할 수 있도록 할 수 있다.

도 4의 본 발명의 일실시예에 따른 관절의 굽힘각 및 회전각 측정장치에서 무선으로 측정하는 방법을 설명하기 위한 참고도면을 보면, 제1 무선각도측정기(130)와 제2 무선각도측정기(140)는 무릎의 굽힘 정도를 판단하는 각 "a"와 각 "b" 뿐만이 아니라, 일반적으로 무릎을 구부렸다가 한 발 내딛는 동작에서는 외측 방향으로 무릎이 회전하며 제1 및 제2 무선각도측정기(130,140)는 무릎의 회전각 "c"와 "d"를 측정하여 무선수신기(120)로 전송한다.

이러한 각 "a,b,c,d"는 모두 상대 각도로서, 모션 센서(131)에서 여러 가지 센서를 이용하여 측정할 수 있는 것이며, 이러한 측정 방법은 다양하게 프로그램할 수 있으므로 그 상세한 계산방법은 생략하기로 한다.

무선수신기(120)는 각 무선각도측정기에서 측정한 무릎의 굽힘각과 관련되는 각 "a, b"와 무릎의 회전각과 관련된 각 "c, d"를 USB케이블(121)을 통하여 단말기(110)로 제공하고, 단말기제어부(114)는 사용자 app.부(115)에 저장되어 있는 앱을 구동하여 제공된 상대 각도를 이용하여 무릎굽힘각과 무릎회전각을 산출한다.

무릎굽힘각의 계산은 제공된 각 "a"와 "b"를 합하여 산출하고, 무릎회전각의 계산은 각도 "d"에서 "c"를 뺀값으로 계산한다.

즉, 무릎굽힘각은 제1 무선각도측정기(130)의 상대각도 "a"와 제2 무선각도측정기(140)의 상대각도 "b"를 합하여야 전체 무릎관절의 굽힘정도를 알 수 있기 때문이며, 무릎회전각은 제2 무선각도측정기(140)의 상대각도 "d"에서 제1 무선각도측정기(130)의 상대각도 "c"를 마이너스 하여야 무릎관절이 하부 대비 상부의 회전각을 알 수 있기 때문이다.

이후, 단말기제어부(114)는 계산된 무릎굽힘각과 무릎회전각을 피검자별로 DB화하여 저장부(16)에 저장하거나, 엑셀 파일로 저장하거나 또는 무릎굽힘각과 무릎회전각을 그래프로 단말기표시부(112)에 표시하도록 제어한다.

이하, 도면을 참고하여 상술한 장치를 이용한 무릎관절 회전각 측정 방법에 대하여 설명한다.

도 6은 본 발명의 무릎관절 회전각 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 도시된 바와 같이, 본 발명의 무릎관절 회전각 측정 방법은 먼저 제1무선각도측정기(130)를 무릎관절의 상부에 밴드(150)를 이용하여 착용하고, 무릎관절의 하부에 제2무선각도측정기(140)를 착용하고, 각 무선각도측정기의 전원을 온함과 동시에 무선수신기(120)의 USB케이블(121)을 통하여 단말기(110)의 USB단자부(117)에 연결하면 무선수신기(120)에 전원이 인가되면서 무선수신기(120)와 제1 및 제2 무선각도측정기(130,140)간의 근거리무선통신이 활성화되어 각도 측정의 준비를 완료한다(S110).

이때 단말기제어부(114)는 앱을 활성화하여 각도 계산을 위한 준비상태로 대기할 수 있다.

앱의 활성화 방법은 단말기(110)의 USB단자부(117)에 USB케이블(121)의 연결유무를 확인하여 앱을 활성화시키거나 또는 키입력부(113)를 통하여 앱을 활성화시킬 수 있다.

단계 S110에서 측정기를 연결하여 무릎의 굽힘각과 회전각 측정 준비가 완료되면, 제1 및 제2 무선각도측정기(130,140)는 각도의 변화가 있을 때마다 또는 주기적으로 상대각도 "a,b,c,d"를 측정하여 무선수신기(120)로 송신한다(S120~S130).

이때, 복수 개의 무선각도측정기를 사용할 때는 고유 ID도 함께 전송하여 고유 ID별로 각 "a,b,c,d"를 전송한다.

무선수신기(120)로부터 상대 각도 "a,b,c,d"가 전송되면, 단말기제어부(114)는 수신된 상대각도 "a,b,c,d"를 이용하여 무릎의 굽힘각과 회전각을 산출한다(S140).

이때 바람직하게는 수신된 상대각도 "a,b,c,d"를 해당 고유 ID를 사용하는 피검자의 앱화면에 표시하여 기기가 동작하고 있음을 알릴 수 있다.

단계 S150에서는 수신된 상대각도 "a,b,c,d"에 대한 무릎굽힘각과 무릎회전각이 산출되었는 지를 판단하여 측정이 완료된 경우에는 DB로 저장부(116)에 고유 ID별로 저장하거나 또는 저장된 무릎굽힘각과 무릎회전각의 변화를 그래프로 단말기표시부(112)에 표시하게 한다(S160).

도면을 참고하면, 전송된 상대각도 "a,b,c,d"에 대한 무릎굽힘각과 무릎회전각이 산출되면 저장부에 저장하여 완료되는 것으로 예시되어 있으나, 무선각도측정기에서는 각도의 변화가 있을 때 또는 주기적으로 상대각도를 측정하여 무선수신부(120)로 전송하고, 단말기제어부(114)는 상대각도가 수신될 때마다 무릎굽힘각과 무릎회전각을 산출하여 DB화하여 저장부(116)에 저장하도록 함으로써, 필요한 경우 시계열적으로 무릎관절의 굽힘각과 회전각의 변화량을 그래프로 또는 데이터로 확인할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 무릎관절 회전각 측정장치 및 그를 이용한 측정 방법에 의하면, 무릎을 구부리는 동작 시 무릎회전각의 상대적인 변화량 측정으로 무릎 관절 상황을 정확히 진단할 수 있는 지표로 사용할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.

100 : 무릎관절 회전각 측정장치
110 : 단말기 111 : 통신인터페이스
112 : 단말기표시부 113 : 키입력부
114 : 단말기제어부 115 : 사용자 App.부
116 : 저장부 117 : USB단자부
120 : 무선수신기 121 : USB케이블
130 : 제1무선각도측정기 131 : 모션센서
132 : 무선전송부 140 : 제2무선각도측정기

Claims

피검자의 관절의 상부에 장착되어 관절 상부의 굽힘각과 회전각에 대한 상대각도를 측정하여 무선으로 출력하는 제1 무선 각도 측정기;
피검자의 관절의 하부에 장착되어 관절 하부의 굽힘각과 회전각에 대한 상대각도를 측정하여 무선으로 출력하는 제2 무선 각도 측정기;
상기 제1 및 제2 무선각도측정기의 상대각도에 대한 무선신호를 수신하는 무선수신기;
상기 무선수신기로부터 상대각도를 전송받아 해당 관절의 굽힘각과 회전각을 산출하여 피검자별로 DB화하여 저장부에 저장하거나, 단말기표시부에 그래프를 통해 해당 관절의 굽힘각과 회전각의 변화를 실시간으로 보여주는 단말기;
를 포함하고,
상기 제1무선각도측정기는 굽힘각과 관련된 상대 각도 "a"와 회전각과 관련된 상대각도 "c"를 측정하여 전송하고,
상기 제2무선각도측정기는 굽힘각과 관련된 상대 각도 "b"와 회전각과 관련된 상대각도 "d"를 측정하여 전송하고,
상기 단말기는 상기 제1 및 제2무선각도측정기에서 송신되는 굽힘각과 관련된 상대 각도 "a"와 "b"값을 더하여 해당 관절의 굽힘각으로 산출하고, 상기 제1 및 제2무선각도측정기에서 송신되는 회전각과 관련된 상대 각도 "d"값에서 "c"값을 마이너스한 값을 해당 관절의 회전각으로 산출하는 관절의 굽힘각과 회전각 측정장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 제1 및 제2 무선 각도 측정기는
X, Y, 그리고 Z 축 3축에 대해 관성센서, 가속도센서, 지자기센서 중 어느 하나 이상으로 구성하여, 각 축에 대해 각속도, 가속도, 그리고 자기장 값을 출력하고, 이들의 데이터를 가공하여 3축에 대한 각도의 변화량을 계산하여 굽힘각과 회전각에 대한 상대 각도 값을 산출하는 모션센서;및
상기 모션센서로부터 산출된 상대 각도 값을 상기 무선수신기로 전송하는 무선전송부;
을 포함하는 관절의 굽힘각과 회전각 측정장치.
청구항 3에 있어서,
상기 상기 제1 및 제2 무선 각도 측정기는
외주 충전잭이 삽입되는 충전기 잭;
충전 중임을 나타내는 충전램프;
충전이 완료되었음을 표시하는 충전완료램프;및
전원스위치와 상기 전원스위치가 온되면 현재 기기가 동작중임을 나타내는 작동램프;
를 더 포함하는 관절의 굽힘각과 회전각 측정장치.
피검자의 관절 상하부에 착용된 제1 및 제2무선각도측정기로부터 상대 각도를 수신하여 해당 관절의 굽힘각과 회전각을 산출하여 저장하거나 표시하는 단말기를 이용한 관절의 굽힘각과 회전각 측정 방법에 있어서,
(a)상기 제1 및 제2무선각도측정기와 무선으로 무선수신기를 연결하고, 상기 무선수신기와 단말기를 USB케이블로 연결하여 측정준비를 하는 단계;
(b)상기 제1무선각도측정기에서 각도의 변화가 있을 때마다 또는 주기적으로 굽힘각과 관련된 상대 각도 "a"와 회전각과 관련된 상대각도 "c"를 측정하여 전송하는 단계;
(c)상기 제2 무선각도측정기에서 각도의 변화가 있을 때마다 또는 주기적으로 굽힘각과 관련된 상대 각도 "b"와 회전각과 관련된 상대각도 "d"를 측정하여 전송하는 단계;
(d)무선송신기에서 입력되는 상대각도 값 "a,b,c,d"를 이용하여 상기 단말기에서 해당 관절의 굽힘각과 회전각을 산출하는 단계;및
(e)상기 (d)단계에서 산출된 굽힘각과 회전각을 DB로 저장부에 저장하거나 또는 굽힘각과 회전각의 변화량을 그래프를 통하여 단말기 표시부에 표시하는 단계;
를 포함하고,
상기 (d)단계는
상기 제1무선각도측정기에서 전송되는 굽힘각과 관련된 상대 각도 "a"와 상기 제2무선각도측정기에서 전송되는 굽힘각과 관련된 상대 각도 "b"를 더하여 해당 관절의 굽힘각을 산출하고,
상기 제2무선각도측정기에서 전송되는 회전각과 관련된 상대 각도 "d"에서 상기 제1무선각도측정기에서 전송되는 회전각과 관련된 상대 각도 "c"를 마이너스하여 해당 관절의 회전각을 산출하는 관절의 굽힘각과 회전각 측정 방법.
삭제
삭제
청구항 5에 있어서,
상기 (b)단계와 상기 (c)단계는
해당 무선각도측정기의 고유 ID와 함께 상대각도 값을 전송하고, 상기 (e)단계에서는 고유 ID별로 산출한 해당 관절의 굽힘각과 회전각을 DB화하여 저장하는 관절의 굽힘각과 회전각 측정 방법.