KR101767996B1 - 발목관절 보조기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발목관절 보조기에 관한 것으로 그 구성의 특징으로서, 종아리를 감싸는 고정대와, 발바닥과 뒤꿈치를 감싸는 지지대가 복사뼈와 인접하는 위치까지 분할 형성되고, 상기 고정대와 지지대 상에 종아리와 발등을 감싸는 벨크로가 연결되는 착용부; 상기 고정대와 지지대 상에 발목관절에 대응하는 위치로 연장된 상·하부 연결판이 각각 장착되고, 상기 연결판 상에 장착과 회전을 유도하는 하나 이상의 체결홀와 회전홀이 형성되는 연결부; 상기 연결판 사이에 고정대와 지지대를 발목관절에 대응하는 방향으로 회전을 유도하는 관절판이 연결되고, 상기 관절판 상에 하부 연결판으로 일방향의 탄성력을 부가하여 올바른 보행을 도모하는 스프링이 내장되는 관절부; 및 상기 관절판 상에 질환별로 작동유형을 전환하도록 스프링의 탄성력을 가변하는 조절나사가 체결되고, 하부 연결판의 회전범위를 제한하는 하나 이상의 조절홀이 형성되는 조절부;를 포함하여 이루어진다.
이에 따라 본 발명은, 보조기는 환자의 연령과 관절상태 및 질환에 적합한 작동 유형으로 전환이 가능하여 부작용은 방지하고 치료의 완성도는 극대화하는 효과가 있다.

Description

발목관절 보조기{Ankle joint orthosis}

본 발명은 장애인이나 마비환자의 비정상적 보행을 보조하고 개선하는 보조기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 중추 및 말초신경의 손상으로 인한 발목관절의 마비, 경직, 구축과 같은 증상을 보이는 환자의 보행을 정상에 가까운 상태로 도모하는 발목관절 보조기에 관한 것이다.

통상, 뇌혈관계 질환으로 인한 마비 환자는 신경계의 마비로 인하여 발목관절 주위의 근육활동이 약화되어 보행 시 발목의 배굴/저굴 및 내번/외번이 자발적으로 이루어지지 않는 보행 양상을 보인다. 즉, 족저굴근의 경직성 마비로 인해 초기 입각기에 발뒤축이 지면에 닿지 않고 발바닥이나 발끝으로 딛게 되는 족하수(foot drop) 현상을 보이게 된다.

족하수(foot drop)란 신경계의 마비로 발목주위의 근육활동이 작아지거나 없어짐으로 인해 발을 들어 올리지 못하는 증상을 말한다. 족하수가 발생하는 원인은 중추 및 말초신경계의 마비로 인해 발목 주위에 있는 앞정강이근(tibialis anterior)의 활동이 정상적으로 이루지지지 않아서 발생되며 특히, 경련성 마비환자들에게 자주 발생된다. 즉, 이를 보상하기 위해 마비 환자는 회선보행(circumduction gait)을 하게 되어 보행속도가 느려지고 에너지 소모가 크게 증가되는 등의 비효율적 보행양상을 보이게 된다. 이러한 족하수 환자의 보행을 호전시키기 위한 물리적 보조수단으로 착용되는 보조기(ankle-foot orthosis)가 널리 보편화되어 왔다.

기존에 보조기는 발과 종아리를 소정 각도로 고정시키므로 정상보행에서 발생되는 저굴근의 체중지지, 추진, 유각 다리의 가속 및 초기 접지 시 충격흡수 등의 작용이 이루어지지 않는다는 단점이 있다. 즉, 이를 해결하기 위한 일환으로 한국 공개특허공보 제2001-0067956호 "인체공학적 단하지 보조기", 한국 공개특허공보 제10-2011-0083782호 "보행보조형 클랜작식 카본 단하지 보조기", 한국 공개특허공보 제10-2014-0103429호 "발목관절보조기"가 제안되었다.

이러한 보조기는 탄성력을 가진 재질과 인체공학적인 형상으로 형성하여 정상보행을 유도하는 관절운동이 가능하게 하였다. 그러나 환자 연령이나 보행상태에 따라 관절운동의 범위와 탄성력이 달리 적용되어야 하나 적용되는 재질에 국한될 수밖에 없으므로 결국, 보행 시 저굴(plantarflexion) 및 배굴(dorsiflexion)의 운동을 방해함으로써 족하수 환자의 보행을 호전시키기에는 역부족이었다.

최근에는 이러한 문제점을 보완하기 위해 한국 등록특허공보 제10-1531203호 "발목관절보조기"를 제안하고 있다. 문헌에 따르면, 착용자의 발바닥과 발 측면 및 발의 선단을 지지하는 발지지부가 탄력조절부(스프링)에 의해 힌지를 중심으로 회절 되도록 정강이지지부에 연결 설치되어 있어, 저굴 및 배굴 동작을 도모하였다.

그러나 위 문헌은 족하수(foot drop)현상이나 미 추진(push off)현상을 방지하는 클렌작 유형의 구조를 가짐에 따라 발목관절의 특성이나 마비, 경직, 구축과 같은 다양한 증상에 적용할 수가 없는 문제가 있다. 대표적으로 발목관절의 특성과 증상에 따라 탄성력으로 저굴 및 배굴 동작을 도모하는 클렌작형 외에도 단순히 발목관절의 동작범위를 소정 각도로 제한하는 자유형과 정 위치에서 완전히 고정하는 고정형 및 발목관절의 동작범위를 전방향 또는 후방향으로만 제한하는 전방 또는 후방 정지형으로 구분된다. 즉, 제안된 문헌의 경우에는 자유형이나 고정형 그리고 전방 또는 후방 정지형에 적용시키지 못하므로 결국, 이들 형태의 구조를 가지는 별도의 보조기가 필요하게 되는 문제가 있다.

물론, 한국 공개특허공보 제10-2008-0075251호 "마비환자의 족하수 및 발끌림 방지를 위한 능동형 단하지보조기"의 경우에는 연속 탄성 작동기(Series Elastic Actuator)를 이용하여 능동적으로 마비환자의 발목관절을 제어하기 때문에 언급한 자유형, 전방 또는 후방 정지형, 클렌작형을 선택적으로 적용할 수가 있다.

그러나 저항센서나 포텐셔미터가 적용됨에 따라 배터리에 의한 외출활동이 제한되는 것은 물론, 엑추에이터에 의한 부피증가로 심미감이 저하되는 문제가 있다. 무엇보다 고가의 정밀기기로 인하여 전반적인 비용이 증가되어 환자의 부담이 가중되는 문제가 있다.

한국 공개특허공보 제2001-0067956호 "인체공학적 단하지 보조기" 한국 공개특허공보 제10-2011-0083782호 "보행보조형 클랜작식 카본 단하지 보조기" 한국 공개특허공보 제10-2014-0103429호 "발목관절보조기" 한국 등록특허공보 제10-1531203호 "발목관절보조기" 한국 공개특허공보 제10-2008-0075251호 "마비환자의 족하수 및 발끌림 방지를 위한 능동형 단하지보조기"

이에 따라 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 근본적으로 해결하기 위한 것으로서, 다양한 질환별로 작동을 전환하는 기능과 함께 환자의 연령과 관절상태에 따라 장력을 조절할 수 있는 기능을 겸비하면서도 경박하고 단소한 구조를 채택하여 소비자의 욕구를 충족시킬 수가 있는 발목관절 보조기를 제공하려는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 발목관절 보조기에 있어서: 종아리를 감싸는 고정대와, 발바닥과 뒤꿈치를 감싸는 지지대가 복사뼈와 인접하는 위치까지 분할 형성되고, 상기 고정대와 지지대 상에 종아리와 발등을 감싸는 벨크로가 연결되는 착용부; 상기 고정대와 지지대 상에 발목관절에 대응하는 위치로 연장된 상·하부 연결판이 각각 장착되고, 상기 연결판 상에 장착과 회전을 유도하는 하나 이상의 체결홀와 회전홀이 형성되는 연결부; 상기 연결판 사이에 고정대와 지지대를 발목관절에 대응하는 방향으로 회전을 유도하는 관절판이 연결되고, 상기 관절판 상에 하부 연결판으로 일방향의 탄성력을 부가하여 올바른 보행을 도모하는 스프링이 내장되는 관절부; 및 상기 관절판 상에 질환별로 작동유형을 전환하도록 스프링의 탄성력을 가변하는 조절나사가 체결되고, 하부 연결판의 회전범위를 제한하는 하나 이상의 조절홀이 형성되는 조절부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 본 발명에 의한 상기 상·하부 연결판은 고정대와 지지대의 내·외측 곡면과 일치되게 다단으로 절곡되는 막대형으로 형성되되, 상기 하부 연결판은 상부 연결판으로부터 전달되는 하중을 분산하도록 복수의 갈래로 분기되고, 회전홀을 기점으로 폭 방향으로 돌출된 스토퍼가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 관절판은 하단 중앙에 하부 연결판이 힌지를 따라 회전 가능하게 삽입되는 슬롯이 형성되되, 상기 슬롯은 하부 연결판의 회전범위를 20~60°로 제한하는 각도로 개구되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 관절판은 외면에 관절의 크기에 따라 고정대와 지지대와의 간격을 조절하도록 가늠을 유도하는 눈금이 더 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 발목관절 보조기는 조절나사와 조절홀의 해제로 지지대가 전·후방으로 자유롭게 회전 가능한 자유형, 조절나사의 체결과 조절홀의 해제로 지지대가 일방향의 탄성력을 받으며 전·후방으로 자유롭게 회전 가능한 클렌작형, 조절홀의 구속으로 지지대가 중심에서 고정된 상태를 유지하는 고정형, 일측 또는 타측 조절홀의 구속으로 지지대가 중심으로부터 전방 또는 후방회전만이 가능한 전·후방 정지형 중 어느 하나로 전환 가능한 것을 특징으로 한다.

한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 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 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이상의 구성 및 작용에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 전반적인 구조를 비교적 경박하고 단소하게 구성하여 원가의 절감으로 환자의 부담을 최소화 할 수가 있다.

둘째, 고정대로부터 지지대가 회전이 가능한 관절구조를 채택하여 저굴과 배굴 운동을 방해하지 않고 자연스러운 보행이 가능하다.

셋째, 스프링이 고정대로부터 지지대를 일방향의 탄성력을 부가해줌에 따라 족하수 현상이나 추진부족 현상을 방지하여 올바른 보행을 도모해준다.

넷째, 조절나사와 조절홀이 스프링의 교체나 장력을 가변 할 뿐만 아니라 환자의 연령과 관절상태 및 질환에 적합한 작동 유형으로 전환이 가능하여 부작용은 방지하고 치료의 완성도는 극대화할 수가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 보조기를 전체적으로 나타내는 사진.
도 2는 본 발명에 따른 보조기의 주요부를 확대하여 나타내는 사시도.
도 3은 도 2에 따른 주요부를 분리하여 나타내는 분해도.
도 4는 도 3에 따른 분리된 주요부를 독립적으로 나타내는 확대도.
도 5는 본 발명에 따른 보조기의 작동을 나타내는 투영도.
도 6 내지 도 10은 본 발명에 따른 질환별 작동유형으로 전환된 보조기를 각각 나타내는 구성도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명은 장애인이나 마비환자의 비정상적 보행을 보조하고 개선하는 보조기와 관련되며, 도 1처럼 착용부(10), 연결부(20), 관절부(30), 조절부(40)를 주요 구성으로 하는 발목관절 보조기이다. 본 발명의 보조기는 환자의 연령과 관절상태 및 질환에 적합한 작동 유형으로 전환이 가능하여 부작용은 방지하고 치료의 완성도는 극대화하는 것을 주요 요지로 한다.

먼저, 본 발명에 따른 착용부(10)는 비정상 보행하는 다리에 착용되어 정상 보행이 가능하게 착용되는 것으로, 도 1처럼 고정대(11)와 지지대(12) 및 벨크로(15)로 이루어진다. 고정대(11)는 착용자의 종아리의 후면과 측면을 감싸는 U형의 단면으로 형성되고, 지지대(12)는 발바닥과 뒤꿈치를 감싸는 신발 형태를 가진다.

이러한 고정대(11)와 지지대(12)는 복사뼈와 인접하는 위치에서 상호 분할 형성된다. 분할된 고정대(11)와 지지대(12)는 후술하는 연결부(20)가 서로 이웃하게 연결되고, 이들 사이에 관절부(30)가 장착되어 고정대(11)로부터 지지대(12)가 소정 각도로 회전 운동한다. 그리고 벨크로(15)는 고정대(11)와 지지대(12)상에 종아리와 발등을 선택적으로 감싸도록 마련되어 종아리나 발등의 크기에 구애받지 않고 신속 간편하면서 안정된 착용을 유도한다.

그리고 본 발명에 따른 연결부(20)는 도 1처럼 분할된 고정대(11)와 지지대(12)를 관절부(30)와 함께 하나로 연결하는 막대형의 금속판으로, 도 2 및 도 3처럼 고정대(11)에 장착되는 상부 연결판(21)과, 지지대(12)에 장착되는 하부 연결판(22)으로 이루어진다. 이러한 상·하부 연결판(21)(22)에는 도 3처럼 장착을 위한 복수의 체결홀(25)이 공통으로 형성되고, 하부 연결판(22)에는 관절부(30)로부터 유동하도록 회전홀(26)이 더 형성된다.

이때, 상·하부 연결판(21)(22)은 도 4a 및 도 4b처럼 고정대(11)와 지지대(12)의 내·외측 곡면과 일치하면서 환자의 복사뼈가 간섭되지 않는 방향으로 절곡하는 것이 좋다. 여기서 하부 연결판(22)은 상부 연결판(21)으로부터 전달되는 하중을 고르게 분산하도록 복수의 갈래로 분기되게 형성하고, 회전홀(26)을 기점으로 폭 방향으로 돌출되어 관절부(30)로부터 회전범위를 저지하는 스토퍼(22a)를 더 형성하는 것이 바람직하다.

이어서 본 발명에 따른 관절부(30)는 도 1처럼 상·하부 연결판(21)(22) 사이에 연결되어 고정대(11)와 지지대(12)를 발목관절에 대응하는 방향으로 유도하는 것으로, 도 2처럼 관절판(31)과 스프링(35)으로 이루어진다. 관절판(31)은 도 3처럼 이분할 형성되는데, 하측 내면에는 하부 연결판(22)이 힌지(H)를 따라 회전 가능하게 삽입되는 슬롯(31a)이 형성되고, 상측 외면에는 상부 연결판(21)이 슬라이드 삽입 장착되며 복수의 통공이 배열된 포켓(31c)이 형성된다.

이러한 관절판(31)은 일측 중앙에 슬롯(31a)과 연통되어 스프링(35)을 내장하는 수용홀(31d)이 형성된다. 스프링(35)은 하부 연결판(22)과 맞물려 일방향의 탄성력을 부가해 올바른 보행을 도모한다. 여기서 수용홀(31d)의 상측 내면에는 후술하는 조절나사(41)의 체결을 유도하는 나선이 형성된다.

한편, 관절판(31)은 도 4c처럼 외면에 관절의 크기에 따라 고정대(11)와 지지대(12)와의 간격을 조절하도록 가늠을 유도하는 눈금(31b)이 형성되는 것이 좋고, 슬롯(31a)은 도 5처럼 하부 연결판(22)의 회전범위를 20~60°로 제한하는 각도로 개구되는 것이 바람직하다.

마지막으로 본 발명에 따른 조절부(40)는 환자의 연령과 관절상태 및 질환에 적합한 작동 유형으로 전환시키는 것으로, 도 2 및 도 3처럼 조절나사(41)와 조절홀(45)로 이루어진다. 조절나사(41)는 관절판(31)이 형성된 수용홀(31d)에 체결되어 스프링(35)의 탄성력을 가변하는 역할을 수행하고, 나사가 체결되는 한 쌍의 조절홀(45)은 관절판(31)의 힌지(H)측 주변에 마련되어 하부 연결판(21)의 회전범위를 제한하는 역할을 수행한다. 즉, 본 발명의 발목관절 보조기는 조절부(40)를 통해 자유형(100), 클렌작형(110), 고정형(120), 전방 정지형(130), 후방 정지형(140)으로 전환이 가능하다.

먼저, 자유형(100)은 도 6처럼 고정대(11, 상부 연결대)로부터 지지대(12, 하부 연결대)가 소정의 각도 범위에서 전·후방으로 자유롭게 회전 가능한 작동구조를 취한다. 이러한 자유형(100)은 조절나사(41)를 풀어 스프링(35)에 의한 하부 연결대(22)의 탄성을 완전히 제거하고, 조절홀(45)들의 나사를 모두 제거하는 과정으로 전환된다.

그리고 클렌작형(110)은 도 7처럼 고정대(11)로부터 지지대(12)가 전·후방으로 자유롭게 회전 가능하며, 전방 또는 후방으로 스프링(35)의 탄성력을 받고 있는 작동구조를 취한다. 이러한 클렌작형(110)은 조절나사(41)의 체결로 스프링(35)에 의한 하부 연결대(22)의 탄성을 부여하고, 조절홀(45)들의 나사를 모두 제거하는 과정으로 전환된다.

여기서 클렌작형(110)은 입각기에 족하수(foot drop)현상 또는 유각기에 충분하지 못한 미 추진(push off)현상을 탄성력으로 보완해주는 것으로, 환자의 연령과 관절상태 및 질환정도에 따라 스프링(35)의 죔과 풀림으로 부여되는 탄성을 조절하면 된다. 한편, 도면에는 foot drop 방지형으로 도시하였으나, 스프링(35)을 압축 대신 인장형으로 교체하거나 관절판(31)을 반대로 장착하면, push off 방지형으로 전환이 가능하다.

또한, 고정형(120)은 도 8처럼 고정대(11)로부터 지지대(12)를 중심에서 고정된 상태를 유지시키는 작동구조를 취한다. 이러한 고정형(120)은 조절홀(45)들 모두 나사를 체결해 두면, 체결된 나사 사이에 하부 연결판(22)의 스토퍼(22a)가 고립되는 과정으로 전환된다.

마지막으로 전방 정지형(130)과 후방 정지형(140)은 도 9 및 도 10처럼 고정대(11)로부터 지지대(12)가 중심으로부터 전방 또는 후방회전만이 가능한 작동구조를 취한다. 즉, 전방 정지형(130)과 후방 정지형(140)은 하측 또는 상측 조절홀(45) 중 어느 하나에만 나사를 체결해 두면, 체결된 나사에 의해 회전범위가 축소되는 과정으로 전환된다.

이와 같이, 본 발명은 비교적 간단한 조작만으로 자유형(100), 클렌작형(110), 고정형(120), 전·후방 정지형(130)(140)으로 전환이 가능하여 환자의 연령과 관절상태 및 질환에 가장 적합한 맞춤형 치료로 환자의 부담과 부작용을 최소화할 수가 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

H: 힌지 10: 착용부
11: 고정대 12: 지지대
15: 벨크로 20: 연결부
21: 상부 연결판 22: 하부 연결판
22a: 스토퍼 25: 체결홀
26: 회전홀 30: 관절부
31: 관절판 31a: 슬롯
31b: 눈금 31c: 포켓
31d: 수용홀 35: 스프링
40: 조절부 41: 조절나사
45: 조절홀 100: 자유형
110: 클렌작형 120: 고정형
130: 전방 정지형 140: 후방 정지형

Claims (5)

1. 발목관절 보조기에 있어서:
   종아리를 감싸는 고정대와, 발바닥과 뒤꿈치를 감싸는 지지대가 복사뼈와 인접하는 위치까지 분할 형성되고, 상기 고정대와 지지대 상에 종아리와 발등을 감싸는 벨크로가 연결되는 착용부;
   상기 고정대와 지지대 상에 발목관절에 대응하는 위치로 연장된 상·하부 연결판이 각각 장착되고, 상기 연결판 상에 장착과 회전을 유도하는 하나 이상의 체결홀와 회전홀이 형성되는 연결부;
   상기 연결판 사이에 고정대와 지지대를 발목관절에 대응하는 방향으로 회전을 유도하는 관절판이 연결되고, 상기 관절판 상에 하부 연결판으로 일방향의 탄성력을 부가하여 올바른 보행을 도모하는 스프링이 내장되는 관절부; 및
   상기 관절판 상에 질환별로 작동유형을 전환하도록 스프링의 탄성력을 가변하는 조절나사가 체결되고, 하부 연결판의 회전범위를 제한하는 하나 이상의 조절홀이 형성되는 조절부;를 포함하여 이루어지며,
   상기 조절나사와 조절홀의 해제로 지지대가 전·후방으로 자유롭게 회전 가능한 자유형, 조절나사의 체결과 조절홀의 해제로 지지대가 일방향의 탄성력을 받으며 전·후방으로 자유롭게 회전 가능한 클렌작형, 조절홀의 구속으로 지지대가 중심에서 고정된 상태를 유지하는 고정형, 일측 또는 타측 조절홀의 구속으로 상기 지지대가 중심으로부터 전방 또는 후방회전만이 가능한 전·후방 정지형 중 어느 하나로 전환이 가능한 것을 특징으로 하는 발목관절 보조기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 상·하부 연결판은 고정대와 지지대의 내·외측 곡면과 일치되게 다단으로 절곡되는 막대형으로 형성되되, 상기 하부 연결판은 상부 연결판으로부터 전달되는 하중을 분산하도록 복수의 갈래로 분기되고, 회전홀을 기점으로 폭 방향으로 돌출된 스토퍼가 형성되는 것을 특징으로 하는 발목관절 보조기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 관절판은 하단 중앙에 하부 연결판이 힌지를 따라 회전 가능하게 삽입되는 슬롯이 형성되되, 상기 슬롯은 하부 연결판의 회전범위를 20~60°로 제한하는 각도로 개구되는 것을 특징으로 하는 발목관절 보조기.
4. 제1항에 있어서,
   상기 관절판은 외면에 관절의 크기에 따라 고정대와 지지대와의 간격을 조절하도록 가늠을 유도하는 눈금이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 발목관절 보조기.
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