KR101850992B1 - 상지 재활훈련 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본원은 상지 재활훈련 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본원의 일 실시예에 따른 상지 재활훈련 장치는 피검자의 환측 부위에 대한 재활훈련을 위하여, 제1 컨트롤러로부터 입력받은 운동모드 정보를 포함하는 운동 설정 정보를 수신하는 운동모드 수신부, 상기 운동 설정 정보에 기초하여 상기 피검자의 생체 관련 데이터를 수신하는 데이터 수신부, 상기 운동 설정 정보 중 운동모드의 종류에 기초하여 상기 데이터가 미리 정의된 기준 조건을 충족하는지의 여부를 판단하는 판단부, 및 상기 판단 결과에 따라, 상지 재활 장치를 상기 운동 설정 정보에 기초하여 동작시키는 제어부를 포함할 수 있다.
Description
본원은 상지 재활훈련 장치 및 방법에 관한 것이다.
편마비(hemiplegia)는 오른쪽 또는 왼쪽의 상지와 하지의 근력이 모두 저하하여 운동을 수행할 수 없는 상태로서, 일반적으로 뇌졸중, 뇌종양 등에 의하여 발생한다.
의학용어로 편마비 환자의 아픈측은 환측(Affected Side)이라 하고, 손상받지 않은 반대측은 건측(Unaffected Side)이라 하며, 편마비 치료 시, 일반적으로 건측 보다는 환측에 대해서만 재활 운동이 수행된다.
편마비 치료를 위한 상지(upper limb) 재활 운동은 대부분 물리치료사에 의하여 수동적으로 수행되며, 이는 물리치료사로 하여금 상당한 수고를 요하는 단점이 있다. 또한, 편마비 환자의 운동치료는 운동범위, 운동속도 등이 매우 중요한데, 현재로는 물리치료사의 도수 운동치료(manual therapy)에 의존하고 있기 때문에, 편마비 환자의 운동치료에 따른 정확한 제어가 거의 불가능한 단점이 있다.
이러한 편마비 치료를 위해 여러 상지 재활기구가 개발되고 있으나, 이들 대부분은 제한된 장소에서만 사용 가능하여 시간과 공간 상의 제약이 따르고, 부피가 크며, 무게가 무거운 단점이 있다. 또한 종래의 상지 재활기구들은 환자의 상태를 고려한 재활 운동이 불가능하여 효과적인 재활 효과를 얻기 어려운 문제가 있었다.
본원의 배경이 되는 기술은 한국등록특허공보 제10-1556497호(등록일: 2015.09.22)에 개시되어 있다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 소형화되고 경량화되며, 시간과 공간상의 제약이 없는 상지 재활훈련 장치 및 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 환자의 상태를 고려하여 맞춤화된 재활훈련을 제공할 수 있는 상지 재활훈련 장치 및 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 환자 스스로의 의지에 의하여 운동범위, 운동속도 등을 조절할 수 있는 상지 재활훈련 장치 및 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 보다 효과적인 재활훈련 효과를 얻을 수 있는 상지 재활훈련 장치 및 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들도 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 상지 재활훈련 장치는 피검자의 환측 부위에 대한 재활훈련을 위하여, 제1 컨트롤러로부터 입력받은 운동모드 정보를 포함하는 운동 설정 정보를 수신하는 운동모드 수신부, 상기 운동 설정 정보에 기초하여 상기 피검자의 생체 관련 데이터를 수신하는 데이터 수신부, 상기 운동 설정 정보 중 운동모드의 종류에 기초하여 상기 데이터가 미리 정의된 기준 조건을 충족하는지의 여부를 판단하는 판단부, 및 상기 판단 결과에 따라, 상지 재활 장치를 상기 운동 설정 정보에 기초하여 동작시키는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 본원의 일 실시예에 따른 상지 재활훈련 장치는 상기 피검자의 환측 부위에 대한 근전도 신호를 측정하는 근전도 신호 측정부, 및 상기 피검자의 건측 부위에 대한 자세 정보를 측정하는 자세 정보 측정부를 더 포함할 수 있으며, 상기 데이터 수신부는 상기 데이터로서, 상기 근전도 신호 또는 상기 자세 정보를 수신할 수 있다.
또한, 상기 판단부는 상기 운동 설정 정보로서 제1 운동모드를 수신한 경우, 상기 데이터로서 수신한 근전도 신호가 미리 설정된 역치 값(threshold value)을 충족하는지의 여부를 판단할 수 있다.
또한, 상기 판단부는 상기 운동 설정 정보로서 제2 운동모드를 수신한 경우, 상기 데이터로서 수신한 상기 근전도 신호가 미리 설정된 역치 값(threshold value)을 미리 설정된 시간 동안 유지하는지의 여부를 판단할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 운동 설정 정보로서 제3 운동모드를 수신한 경우, 상기 건측 부위의 움직임에 대응하여 상기 환측 부위가 움직이도록, 상기 데이터로서 수신한 자세 정보에 기초하여 상기 상지 재활 장치를 동작시킬 수 있다.
또한, 상기 자세 정보 측정부는 상기 제1 컨트롤러에 내장된 관성측정장치(IMU, Inertial Measurement Unit)를 이용하여 상기 자세 정보를 측정할 수 있다.
또한, 상기 자세 정보 측정부는 상기 자세 정보로서, 상기 피검자의 건측 부위에 대한 관절 각도 정보, 회전 각도 정보, 속도 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 운동모드 수신부는 상기 운동 설정 정보를 무선 통신을 통해 상기 제1 컨트롤러로부터 수신할 수 있다.
또한, 상기 운동모드 수신부는 상기 운동 설정 정보로서, 운동모드, 정적최대근력, 관절가동범위, 시간, 속도 중 적어도 하나를 수신할 수 있다.
한편, 본원의 일 실시예에 따른 상지 재활훈련 방법은 피검자의 환측 부위에 대한 재활훈련을 위하여, 제1 컨트롤러로부터 입력받은 운동모드 정보를 포함하는 운동 설정 정보를 수신하는 단계, 상기 운동 설정 정보에 기초하여 상기 피검자의 생체 관련 데이터를 수신하는 단계, 상기 운동 설정 정보 중 운동모드의 종류에 기초하여 상기 데이터가 미리 정의된 기준 조건을 충족하는지의 여부를 판단하는 단계, 및 상기 판단 결과에 따라, 상지 재활 장치를 상기 운동 설정 정보에 기초하여 동작시키는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원은 제1 컨트롤러로부터 운동 설정 정보를 수신하고, 수신된 운동 모드에 기초하여 다양한 운동 모드로 상지 재활 장치를 동작시킬 수 있으므로, 피검자에게 피검자 상태를 고려한 맞춤화된 재활훈련을 제공할 수 있는 효과가 있다.
본원은 상지 재활 장치를 제어하는 모듈이 상지 재활장치에 일체화되어 있음에 따라, 소형화되고 경량화되며, 시간과 공간상의 제약이 없는 상지 재활훈련 장치 및 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.
본원은 피검자 스스로의 의지에 의하여 상지 재활훈련 장치의 운동모드, 정적최대근력, 관절가동범위, 운동시간, 운동속도 등을 선택적으로 제어할 수 있음에 따라, 보다 효과적인 재활훈련 효과를 얻을 수 있는 효과가 있다.
본원은 관성측정장치(IMU)를 이용하여 측정된 피검자의 건측 부위에 대한 자세 정보, 및 근전도 신호 측정부를 통해 측정된 피검자의 환측 부위에 대한 근전도 신호에 기초하여 상지 재활 장치를 동작시킴에 따라, 피검자의 능동적인 의지에 의하여 상지 재활훈련이 이루어질 수 있고, 이를 통해 보다 효과적인 재활치료 효과를 얻을 수 있는 효과가 있다.
본원은 관성측정장치를 통해 감지된 건측 팔의 움직임에 따라 환측 팔의 움직임을 제어할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 상지 재활훈련 장치의 개략적인 블록도이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 제1 운동모드를 나타낸 도면이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 제2 운동모드를 나타낸 도면이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 제3 운동모드를 나타낸 도면이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 제4 운동모드를 나타낸 도면이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 제1 컨트롤러의 개략적인 구성도이다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 상지 재활 장치의 개략도이다.
도 8은 본원의 일 실시예에 따른 상지 재활 장치의 부분 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 재활훈련 방법에 대한 동작 흐름도이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 제1 운동모드를 나타낸 도면이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 제2 운동모드를 나타낸 도면이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 제3 운동모드를 나타낸 도면이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 제4 운동모드를 나타낸 도면이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 제1 컨트롤러의 개략적인 구성도이다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 상지 재활 장치의 개략도이다.
도 8은 본원의 일 실시예에 따른 상지 재활 장치의 부분 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 재활훈련 방법에 대한 동작 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 상지 재활훈련 장치의 개략적인 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 상지 재활훈련 장치(100)는 크게 상지 재활 장치(110) 및 제1 컨트롤러(170)를 포함할 수 있으며, 상지 재활 장치(110)는 운동모드 수신부(120), 데이터 수신부(130), 판단부(140), 제어부(150) 및 근전도 신호 측정부(160)를 포함할 수 있고, 제1 컨트롤러(170)는 자세 정보 측정부(180)를 포함할 수 있다.
상지 재활 장치(110)는 상지 재활 훈련 시, 피검자의 환측(Affected Side, 편마비 등에 의하여 아픈 측) 부위에 장착되는 장치로서, 제1 컨트롤러(170)로부터 입력받은 운동 설정 정보에 기초하여 동작이 제어될 수 있다.
제1 컨트롤러(170)는 상지 재활 장치(110)를 동작시키기 위한 운동 설정 정보를 피검자로부터 입력받을 수 있는 장치로서, 리모컨(remote control)과 같은 원격제어장치일 수 있다. 제1 컨트롤러(170)는 피검자의 건측(Unaffected Side, 환측의 반대측인 아프지 않은 측) 부위에 의하여 제어될 수 있다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 제1 컨트롤러의 개략적인 구성도이다.
도 6을 참조하면, 제1 컨트롤러(170)는 운동모드 설정부(10), MVC 설정부(20), 관절가동범위 설정부(30), 시간 설정부(40), 속도 설정부(50), 전원부(60), 시작부(70), 설정부(80), 및 정지부(90) 등을 포함할 수 있다. 각 기능에 대하여 간단히 살펴보면 다음과 같다.
운동모드 설정부(10)는 상지 재활 장치(110)의 운동모드를 설정할 수 있는 기능으로서, 일예로 4가지의 운동모드가 있을 수 있다.
제1 운동모드는 Active-assisted 모드(AS)로서, 근전도 신호 측정부(160)로부터 측정된 근전도(electromyography) 신호가 미리 설정된 역치 값(threshold value)을 충족하는지의 여부에 따라 상지 재활 장치(110)의 동작이 제어되는 모드이다.
제2 운동모드는 Active-resistive 모드(AR)로서, 근전도 신호 측정부(160)로부터 측정된 근전도(electromyography) 신호가 미리 설정된 역치 값(threshold value)을 미리 설정된 시간 동안 유지하는지의 여부에 따라 상지 재활 장치(110)의 동작이 제어되는 모드이다.
제3 운동모드는 mirror 모드(M)로서, 제1 컨트롤러(170)의 자세 정보 측정부(180)로부터 측정된 피검자의 건측 부위에 대한 자세 정보에 기초하여 상지 재활 장치(110)의 동작이 제어되는 모드이다.
제4 운동모드는 passive 모드(P)로서, 관절가동범위 설정부(30), 시간 설정부(40), 속도 설정부(50) 등에서 설정된 정보에 기초하여 상지 재활 장치(110)가 반복적으로 동작하도록 제어되는 모드이다.
MVC 설정부(20)는 상지 재활 장치(110)의 굴신 동작(이는 관절을 굽히는 굴곡(flexion) 동작, 굽혔던 관절을 펴는 신전(extention) 동작을 의미함) 시, 상지 재활 장치(110)의 굴곡 동작이 자동으로 되기 위한 최소 기준치를 설정하는 기능으로서, 상지 재활 장치(110)의 굴곡 동작을 자동화 하기 위한 역치 값(threshold value)을 설정하는 기능일 수 있다.
MVC 설정부(20)는 피검자의 환측 부위에 대한 정적최대근력(Maximal Voluntary Contraction; MVC) 값에 기초하여, 1단계, 2단계, 3단계 등(예를 들어, 10%, 20%, 30% 등)으로 설정 가능하며, MVC 설정부(20)는 운동모드 설정부(10)에서 제1 운동모드(AS) 또는 제2 운동모드(AR)가 입력된 경우에 활성화될 수 있다. 이에 대한 보다 자세한 설명은 후술하기로 한다.
관절가동범위(range of motion, ROM) 설정부(30)는 상지 재활 장치(110)가 굴신 운동(이는 굽혔다 폈다 하는 운동을 의미함)을 할 때에 움직이는 각도를 설정하는 기능으로서, 30도, 60도, 90도, 120도 등의 각도 설정이 가능하다.
시간 설정부(40)는 상지 재활 장치(110)가 구동되는 시간을 설정하는 기능으로서, 반복적으로 동작하는 상지 재활 장치(110)의 총 구동 시간 등을 설정할 수 있으며, 설정 값으로는 5분, 10분, 15분, 30분 등으로 설정 가능하다.
이때 시간 설정부(40)는 상지 재활 장치(110)의 총 구동 시간 설정 이외에 제2 운동모드의 동작 시 필요한 기준 시간(즉, 역치 값 유지 시간)을 설정할 수도 있다.
속도 설정부(50)는 상지 재활 장치(110)가 굴신 운동을 할 때에 움직이는 속도를 설정하는 기능으로서, 1단계, 2단계, 3단계 등(예를 들어, 1초에 5°, 1초 10°, 1초에 15° 등)으로 설정 가능하다.
전원부(60)는 상지 재활 장치(110)의 전원을 on/off 시키는 기능으로서, 전원이 on인 경우, 제1 컨트롤러(170)를 통해 입력받은 운동 설정 정보를 포함한 제어 신호들이 상지 재활 장치(110)의 운동모드 수신부(120)로 무선 전송될 수 있다.
이때, 제1 컨트롤러(170)에서 상지 재활 장치(110)로 무선 전송되는 신호로는 운동모드 정보, 정적최대근력(MVC) 설정 정보, 관절가동범위 설정 정보, 시간 설정 정보, 및 속도 설정 정보 중 적어도 하나를 포함하는 운동 설정 정보가 있을 수 있으며, 또한 상지 재활 장치(110)의 시작 또는 정지 제어 정보, 자세 정보 측정부(180)를 통해 측정된 건측 부위에 대한 자세 정보 등이 있을 수 있다.
시작부(70)는 상지 재활 장치(110)가 운동 설정 정보에 기초하여 동작하도록, 상지 재활 장치(110)의 구동 시작을 제어할 수 있다.
설정부(80)는 상지 재활 장치(110)의 운동 설정 정보를 설정하는 기능으로서, 설정부(80)에 대한 사용자 입력이 감지되면, 운동모드 설정부(10), MVC 설정부(20), 관절가동범위 설정부(30), 시간 설정부(40), 또는 속도 설정부(50) 중 적어도 하나가 활성화될 수 있다.
정지부(90)는 상지 재활 장치(110)의 구동이 멈추도록 제어할 수 있다.
이처럼, 상지 재활 장치(110)는 무선 통신을 통해 운동 설정 정보, 시작 또는 정지 제어 정보, 자세 정보 등을 제1 컨트롤러(170)로부터 수신할 수 있으며, 상지 재활 장치(110)는 상기 무선 통신을 통해 수신된 정보에 기초하여 구동될 수 있다.
운동모드 수신부(120)는 피검자의 환측 부위에 대한 재활훈련을 위하여, 제1 컨트롤러로(170)부터 입력받은 운동모드 정보를 포함하는 운동 설정 정보를 수신할 수 있다. 이때 운동 설정 정보는 운동모드 정보, 정적최대근력(MVC) 설정 정보, 관절가동범위 설정 정보, 시간 설정 정보, 및 속도 설정 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
데이터 수신부(130)는 운동모드 수신부(120)에서 수신된 운동 설정 정보에 기초하여 피검자의 생체 관련 데이터를 수신할 수 있다.
이때, 데이터 수신부(130)는 생체 관련 데이터로서, 근전도 신호 측정부(160)에서 측정된 근전도(electromyography) 신호 또는 제1 컨트롤러(170)의 자세 정보 측정부(180)에서 측정된 자세 정보를 수신할 수 있다.
데이터 수신부(130)는 운동 설정 정보로서, 제1 운동모드(AS) 또는 제2 운동모드(AR)를 수신한 경우 근전도 신호를 수신할 수 있고, 제3 운동모드(M)를 수신한 경우 자세 정보를 수신할 수 있다.
근전도 신호 측정부(160)는 근전도 센서를 이용하여 피검자의 환측 부위에 대한 근전도 신호를 측정할 수 있다. 본원의 일 실시예에 따라서는 근전도 센서가 상지 재활 장치(110)에 일체형으로 구비될 수도 있으며, 다른 실시예에 따라서는 근전도 센서가 상지 재활 장치(110)와는 별도로 구비되어, 근전도 신호 측정 시 피검자의 환측 부위에 위치할 수 있다.
자세 정보 측정부(180)는 제1 컨트롤러(170)에 내장된 관성측정장치(Inertial Measurement Unit, IMU)를 이용하여 피검자의 건측 부위에 대한 자세 정보를 측정할 수 있다.
제1 컨트롤러(170)에 내장된 관성측정장치(IMU)는 이동하는 물체의 가속도나 충격의 세기를 측정하는 가속도 센서와 물체의 방위 변화를 측정하는 자이로 센서를 포함할 수 있으며, 자세 정보 측정부(180)는 관성측정장치(IMU) 센서를 이용하여, 자세 정보로서, 피검자의 건측 부위에 대한 관절 각도 정보, 회전 각도 정보, 가속도 정보, 각속도 정보 중 적어도 하나를 측정할 수 있다.
자세 정보 측정부(180)는 제1 컨트롤러(170)를 통해 제3 운동모드의 입력이 식별된 경우 활성화될 수 있다. 자세 정보 측정부(180)에서 측정된 건측 부위에 대한 자세 정보는 데이터 수신부(130)로 무선 전송될 수 있다.
판단부(140)는 운동 설정 정보 중 운동모드의 종류에 기초하여, 데이터 수신부(130)에서 수신한 데이터가 미리 정의된 기준 조건을 충족하는지의 여부(예를 들어, 역치 값의 충족 여부, 역치 값 유지 시간 충족 여부 등)를 판단할 수 있다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 제1 운동모드를 나타낸 도면이다.
도2를 참조하면, 제1 운동모드의 경우, 상지 재활 장치(110)는 근전도 신호 측정부(160)를 통해 수신한 환측 부위에 대한 근전도 신호에 기초하여 작동될 수 있다.
판단부(140)는 운동 설정 정보로서 제1 운동모드(AS)를 수신한 경우, 데이터 수신부(130)로부터 수신한 근전도 신호가 미리 설정된 역치 값(threshold value)을 충족하는지의 여부를 판단하며, 이후 제어부(150)는 판단부(140)의 판단 결과에 따라 상지 재활 장치(110)를 운동 설정 정보에 기초하여 동작시킬 수 있다. 제1 운동모드는 피검자로 하여금 환측 부위의 힘을 증가시키도록 할 수 있다.
예를 들어, 운동모드 수신부(120)가 운동 설정 정보로서 '제1 운동모드', 'MVC는 10%', '관절가동범위는 60도', '시간은 10분', '속도는 1초에 15°'의 정보를 수신했다고 가정하자.
이 경우, 판단부(140)는 근전도 신호 측정부(160)를 통해 피검자의 근전도 신호를 측정한 후, 상기 측정된 근전도 신호에 기초하여 정적최대근력(Maximal Voluntary Contraction; MVC) 값을 산출할 수 있다. 이후 판단부(140)는 피검자로부터 실시간으로 측정된 근전도 신호 값이 정적최대근력(MVC) 값의 10%를 충족하는지를 판단할 수 있다. 이후 제어부(150)는, 실시간으로 측정된 피검자의 근전도 신호 값이 MVC의 10%를 충족하는 경우, 상지 재활 장치(110)가 1초에 15°의 속도로 60도의 각도까지, 자동으로 1회 굴신운동 하도록 제어할 수 있다. 이후 다시 피검자로부터 실시간으로 측정된 신전도 신호 값이 MVC 값의 10%를 충족하는지의 여부에 따라, 1회씩 상지 재활 장치(110)의 굴신 동작이 반복될 수 있다. 이때 상지 재활 장치(110)는 10분 동안 가동되고, 이후 전원이 OFF 될 수 있다.
상기의 실시예에서는 제1 운동모드 시, 상지 재활 장치(110)가 미리 설정된 조건의 충족 여부에 따라 1회만 자동으로 굴신 운동되는 것으로 예시하였으나, 이에 한정된 것은 아니며, 다른 실시예에 따라서는 미리 설정된 횟수만큼, 또는 총 가동 시간 동안 자동으로 굴신 운동될 수도 있다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 제2 운동모드를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 제2 운동모드의 경우, 상지 재활 장치(110)는 근전도 신호 측정부(160)를 통해 수신한 환측 부위에 대한 근전도 신호에 기초하여 작동될 수 있다.
판단부(140)는 운동 설정 정보로서 제2 운동모드를 수신한 경우, 데이터 수신부(130)로부터 수신한 근전도 신호가 미리 설정된 역치 값(threshold value)을 미리 설정된 시간 동안 유지하는지의 여부를 판단할 수 있고, 제어부(150)는 판단부(140)의 판단 결과에 따라 상지 재활 장치(110)를 운동 설정 정보에 기초하여 동작시킬 수 있다. 제2 운동모드는 피검자로 하여금 환측 부위의 근력(muscle force)을 증가시키도록 할 수 있다.
예를 들어, 운동모드 수신부(120)가 운동 설정 정보로서 '제2 운동모드', 'MVC는 30%', '관절가동범위는 90도', '총 가동 시간은 30분', '역치 값 유지 시간은 5초', '속도는 1초에 20°'의 정보를 수신했다고 가정하자.
이 경우, 판단부(140)는 근전도 신호 측정부(160)를 통해 피검자의 근전도 신호를 측정한 후, 상기 측정된 근전도 신호에 기초하여 정적최대근력(MVC) 값을 산출할 수 있다. 이후 판단부(140)는 피검자로부터 실시간으로 측정된 근전도 신호 값이 정적최대근력(MVC) 값의 30%를 충족하는지를 판단하며, 이때 MVC 값의 30%를 충족하는 근전도 신호 값이 5초 동안 지속적으로 유지되고 있는지를 판단할 수 있다. 이후 제어부(150)는, 실시간으로 측정된 피검자의 근전도 신호 값이 MVC의 10%를 충족하되 이를 5초 동안 지속적으로 유지한 경우, 상지 재활 장치(110)가 1초에 20°의 속도로 90도의 각도까지, 자동으로 굴신 동작되도록 제어할 수 있다. 이후 다시 피검자로부터 실시간으로 측정된 신전도 신호 값이 MVC 값의 30%를 충족하되 5초 이상 그 힘을 유지하는 지의 여부에 따라, 상지 재활 장치(110)의 굴신 동작이 반복될 수 있다. 이때, 상지 재활 장치(110)는 30분 동안 가동되고, 이후 전원이 OFF 될 수 있다.
제2 운동모드의 경우, 상지 재활 장치(110)는, 피검자로부터 실시간으로 측정된 신전도 신호 값이 MVC 값의 30%를 충족하되 5초 이상 그 힘을 유지되었을 때, 1회만 자동으로 굴신 운동될 수도 있고, 또는 미리 설정된 횟수만큼 자동으로 굴신 운동될 수도 있으며, 또는 미리 설정된 총 가동 시간 동안 자동으로 굴신 운동될 수도 있다.
제어부(150)는 판단부(140)의 판단 결과에 따라, 상지 재활 장치(110)를 운동모드 수신부(120)에서 수신한 운동 설정 정보(예를 들어, 운동모드, MVC, 관절가동범위, 시간, 속도 등)에 기초하여 동작시킬 수 있다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 제3 운동모드를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 제3 운동모드로 재활 훈련 수행 시, 피검자의 환측 부위에는 상지 재활 장치(110)가 장착될 수 있고, 피검자의 건측 부위의 손에는 제1 컨트롤러(170)가 있을 수 있다. 상지 재활 장치(110)는 제1 컨트롤러(170)의 자세 정보 측정부(180)로부터 측정된 자세 정보에 기초하여 작동될 수 있으며, 제3 운동모드는 미러 모션(Mirror Motion) 모드라 할 수 있다.
제어부(150)는 운동 설정 정보로서 제3 운동모드를 수신한 경우, 건측 부위의 움직임에 대응하여 환측 부위가 움직이도록, 자세 정보 측정부(180)로부터 수신한 건측 부위에 대한 자세 정보에 기초하여 상지 재활 장치(160)를 동작시킬 수 있다.
보다 자세하게는, 운동모드 수신부(120)를 통해 운동 설정 정보로서 제3 운동모드가 수신되면, 데이터 수신부(130)는 자세 정보 측정부(180)의 IMU 센서로부터 측정된 피검자의 건측 부위에 대한 자세 정보(이는 건측 부위의 움직임에 대응하는 자세 정보로서, 관절 각도, 회전 각도, 각속도, 가속도 등을 의미함)를 수신할 수 있다. 이후, 제어부(150)는, 피검자의 환측 부위가 건측 부위의 움직임에 따라 동일하게 움직여질 수 있도록, 수신한 자세 정보에 기초하여 상지 재활 장치(110)를 구동시킬 수 있다.
예를 들어, 운동모드 수신부(120)가 운동 설정 정보로서 '제3 운동모드'를 수신하고, 자세 정보로서 '건측 부위가 기준 위치로부터 30도의 각도로 굴신 운동한 정보(이는 관절 각도 정보일 수 있음)'를 수신한 경우, 제어부(150)는 상지 재활 장치(110)의 관절 각도를 기준 위치로부터 30도의 각도로 굴신 운동하도록 제어할 수 있다.
기준 위치라 함은 동작이 처음 시작되는 위치를 의미하는 것으로서, 자세 정보 측정부(180)는 3차원 공간 상에서 건측 부위가 처음 위치한 지점(즉, 기준 위치)으로부터 얼마만큼 이동했는지에 따라 자세 정보가 측정될 수 있다. 제어부(150)는 미리 설정된 관절가동범위로 상지 재활 장치(110)를 제어하거나 또는 건측 부위의 자세 정보에 기초하여 상지 재활 장치(110)의 동작을 제어할 때, 3차원 공간 상에서 상지 재활 장치(110)를 장착한 환측 부위가 처음 위치하는 지점(즉, 기준 위치)을 기준으로, 상기 기준 지점부터 미리 설정된 관절가동범위의 각도까지, 또는 자세 정보에 해당하는 각도까지 제어할 수 있다. 즉, 본원의 일 실시예에 따른 상지 재활훈련 장치(100)는, 상지 재활 장치(110)가 장착된 피검자의 환측 부위의 시작 위치를 고려하여, 상지 재활 장치(110)가 동작될 수 있으며, 또한 제1 컨트롤러(170)의 측정 시작 위치를 고려하여 상지 재활 장치(110)가 동작될 수 있다.
본원의 일 실시예에 따른 상지 재활훈련 장치(100)는 재활 훈련 시, 제3 운동모드를 통해 피검자의 건측 부위의 움직임에 따라 환측 부위가 동일하게 움직일 수 있게 함으로써, 거울상 효과(Mirror effect)로 인해 뇌가소성(brain plasticity)을 효과적으로 증진시킬 수 있으며, 이에 따라 보다 효과적인 재활치료 효과를 얻을 수 있다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 제4 운동모드를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 제4 운동모드는 passive 모드(P)로서, 상지 재활 장치(110)는 제1 컨트롤러(170)로부터 수신한 관절가동범위 정보, 시간 정보, 속도 정보 등에 기초하여 동작이 반복적으로 수행될 수 있다.
예를 들어, 운동모드 수신부(120)가 운동 설정 정보로서 '제4 운동모드', '관절가동범위는 50도', '시간은 20분', '속도는 1초에 10°'의 정보를 수신한 경우, 제어부(150)는 상지 재활 장치(110)를 1초에 10°의 속도로, 20분 동안, 50도의 각도 이내에서 반복적으로 굴신운동 하도록 제어할 수 있다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 상지 재활 장치의 개략도이고, 도 8은 본원의 일 실시예에 따른 상지 재활 장치의 부분 개략도이다.
이들 도 7 내지 도 8을 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 상지 재활 장치(110)는 상박(upper arm) 지지부(1), 하박(forearm) 지지부(2) 및 메뉴얼 클러치(manual clutch)(3)를 포함할 수 있다.
상박 지지부(1)는 피검자의 환측 부위의 팔에서 어깨에서 팔꿈치 사이 부분을 지지할 수 있고, 하박 지지부(2)는 피검자의 환측 부위의 팔에서 팔꿈치에서 손목 사이 부분을 지지할 수 있다.
메뉴얼 클러치(manual clutch)(3)는 상지 재활 장치(110)를 락킹(locking) 또는 언락킹(Unlocking)시키는 스위치로서, 일예로 회전 스위치일 수 있다.
예를 들어, 피검자가 상지 재활 장치(110)를 팔에 장착하고, 메뉴얼 클러치(3)를 언락킹 상태로 위치시킨 경우, 하박 지지부(2)는 상지 재활 장치(110)로부터 결속 해제 상태가 될 수 있다. 이에 따라 피검자는 상지 재활 장치(110)를 팔에 장착한 상태에서, 팔을 자유롭게 굴신운동 할 수 있다.
반면, 피검자가 상지 재활 장치(110)를 팔에 장착하고, 메뉴얼 클러치(3)를 락킹 상태로 위치시킨 경우, 하박 지지부(2)는 상지 재활 장치(110)에 결속될 수 있다. 하박 지지부(2)가 락킹된 이후, 상지 재활 장치(110)는 모터(4)의 구동에 의하여 상박 지지부(1)와 하박 지지부(2) 간의 관절 각도가 제어될 수 있다. 모터(4)는 감속기 일체형 모터일 수 있다.
상지 재활 장치(110)는 모터(4)의 구동에 의하여 제2 베벨 기어(6)가 회전되고, 이에 따라 제2 베벨 기어(6)와 맞물린 제1 베벨 기어(5)가 회전되며, 제1 베벨 기어(5)가 회전됨에 따라 하박 지지부(2)의 각도가 제어될 수 있다.
본원의 일 실시예에 따른 상지 재활 장치(110)는, 상지 재활 장치(110)의 구동 제어 모듈들(예를 들어, 근전도 센서로부터 측정된 신호를 수신하는 데이터 수신 모듈, 제1 컨트롤러(170)로부터 전송되는 운동 설정 정보, 시작 또는 정지 제어 정보, 자세 정보 등을 수신하는 통신 모듈, 수신된 데이터가 미리 설정된 기준 조건을 충족하는지의 여부를 판단하는 모니터링 모듈, 상지 재활 장치(110)의 굴신 동작을 제어하는 모듈 등)이 상지 재활 장치(110)에 일체형으로 형성됨에 따라, 소형화되고 경량화되며, 시간과 공간상의 제약 없이 재활운동을 수행할 수 있는 효과가 있다.
본원의 일 실시예에 따른 상지 재활 장치(110)는 피검자의 능동적인 의지를 반영하여 재활운동을 수행할 수 있도록 하며, 자동화된 재활운동을 통해, 적은 노동력과 적은 비용으로, 짧은 재활 기간 안에 보다 효과적인 재활훈련 효과를 얻을 수 있다.
이하에서는 상기에 자세히 설명된 내용을 기반으로, 본 발명의 동작 흐름을 간단히 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 상지 재활훈련 방법에 대한 동작 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 상지 재활훈련 방법은 우선, 상지 재활훈련 장치(100)의 운동모드 수신부(120)를 통해, 피검자의 환측 부위에 대한 재활훈련을 위하여, 제1 컨트롤러로(170)부터 입력받은 운동모드 정보를 포함하는 운동 설정 정보를 수신할 수 있다(S910).
단계S910에서 운동모드 수신부(120)는 운동 설정 정보로서, 운동모드 정보, 정적최대근력(MVC) 설정 정보, 관절가동범위 설정 정보, 시간 설정 정보, 및 속도 설정 정보 중 적어도 하나를 수신할 수 있다.
다음으로, 본원의 일 실시예에 따른 상지 재활훈련 방법은 데이터 수신부(130)를 통해, 운동모드 수신부(120)에서 수신된 운동 설정 정보에 기초하여 피검자의 생체 관련 데이터를 수신할 수 있다(S920).
단계S920에서 데이터 수신부(130)는 생체 관련 데이터로서, 근전도 신호 측정부(160)에서 측정된 근전도(electromyography) 신호 또는 제1 컨트롤러(170)의 자세 정보 측정부(180)에서 측정된 자세 정보를 수신할 수 있다.
또한, 데이터 수신부(130)는 운동 설정 정보로서, 제1 운동모드(AS) 또는 제2 운동모드(AR)를 수신한 경우 근전도 신호를 수신할 수 있고, 제3 운동모드(M)를 수신한 경우 자세 정보를 수신할 수 있다.
다음으로, 본원의 일 실시예에 따른 상지 재활훈련 방법은 판단부(140)를 통해, 운동 설정 정보 중 운동모드의 종류에 기초하여, 데이터 수신부(130)에서 수신한 데이터가 미리 정의된 기준 조건을 충족하는지의 여부를 판단할 수 있다(S930).
단계S930에서 판단부(140)는 운동 설정 정보로서 제1 운동모드(AS)를 수신한 경우, 데이터 수신부(130)로부터 수신한 근전도 신호가 미리 설정된 역치 값(threshold value)을 충족하는지의 여부를 판단할 수 있다.
또한 단계S930에서 판단부(140)는 운동 설정 정보로서 제2 운동모드를 수신한 경우, 데이터 수신부(130)로부터 수신한 근전도 신호가 미리 설정된 역치 값(threshold value)을 미리 설정된 시간 동안 유지하는지의 여부를 판단할 수 있다.
다음으로, 본원의 일 실시예에 따른 상지 재활훈련 방법은 제어부(150)를 통해, 단계S930에서 판단된 결과에 따라, 상지 재활 장치(110)를 단계S910에서 수신한 운동 설정 정보(예를 들어, 운동모드, MVC, 관절가동범위, 시간, 속도 등)에 기초하여 동작시킬 수 있다(S940).
이때, 단계S940에서 제어부(150)는 운동 설정 정보로서 제3 운동모드를 수신한 경우, 건측 부위의 움직임에 대응하여 환측 부위가 움직이도록, 자세 정보 측정부(180)로부터 수신한 건측 부위에 대한 자세 정보에 기초하여 상지 재활 장치(160)를 동작시킬 수 있다.
또한, 단계S940에서 제어부(150)는 운동 설정 정보로서 제4 운동모드를 수신한 경우, 제1 컨트롤러(170)로부터 수신한 관절가동범위 정보, 시간 정보, 속도 정보 등에 기초하여 동작이 반복적으로 수행될 수 있다.
이를 통해, 본원의 일 실시예에 따른 상지 재활훈련 방법은 피검자 스스로의 의지에 의하여 상지 재활훈련 장치(100)의 운동모드, 정적최대근력, 관절가동범위, 운동시간, 운동속도 등을 선택적으로 제어할 수 있음에 따라, 보다 효과적인 재활훈련 효과를 얻을 수 있는 효과가 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 상지 재활훈련 장치
110: 상지 재활 장치 120: 운동모드 수신부
130: 데이터 수신부 140: 판단부
150: 제어부 160: 근전도 신호 측정부
170: 제1 컨트롤러 180: 자세 정보 측정부
110: 상지 재활 장치 120: 운동모드 수신부
130: 데이터 수신부 140: 판단부
150: 제어부 160: 근전도 신호 측정부
170: 제1 컨트롤러 180: 자세 정보 측정부
Claims (10)
- 피검자의 환측 부위에 대한 재활훈련을 위하여, 제1 컨트롤러로부터 입력받은 운동모드 정보를 포함하는 운동 설정 정보를 수신하는 운동모드 수신부;
상기 운동 설정 정보에 기초하여 상기 피검자의 생체 관련 데이터를 수신하는 데이터 수신부;
상기 운동 설정 정보 중 운동모드의 종류에 기초하여 상기 데이터가 미리 정의된 기준 조건을 충족하는지의 여부를 판단하는 판단부; 및
상기 판단 결과에 따라, 상지 재활 장치를 상기 운동 설정 정보에 기초하여 동작시키는 제어부를 포함하되,
상기 운동 설정 정보는 역치 값(threshold value), 역치 값 유지 시간 및 운동 시간을 포함하고,
상기 제어부는,
제1 운동모드인 경우, 상기 데이터로서 수신한 근전도 신호가 상기 역치 값(threshold value)을 충족하는지 여부에 대한 판단 결과에 따라, 상기 운동 시간 동안 상기 상지 재활 장치를 동작시키고,
제2 운동모드인 경우, 상기 데이터로서 수신한 근전도 신호가 상기 역치 값(threshold value)을 상기 역치 값 유지 시간 동안 유지하는지 여부에 대한 판단 결과에 따라, 상기 운동 시간 동안 상기 상지 재활 장치를 동작시키고,
제3 운동모드인 경우, 상기 데이터로서 자세 정보 측정부를 통해 측정된 상기 피검자의 건측 부위에 대한 자세 정보가 수신되었는지 여부에 대한 판단 결과에 따라, 상기 건측 부위의 움직임에 대응하여 상기 환측 부위가 움직이도록 상기 운동 시간 동안 상기 상지 재활 장치를 동작시키는 것인, 상지 재활훈련 장치. - 제1항에 있어서,
상기 피검자의 환측 부위에 대한 근전도 신호를 측정하는 근전도 신호 측정부; 및
상기 피검자의 건측 부위에 대한 자세 정보를 측정하는 자세 정보 측정부;
를 더 포함하고,
상기 데이터 수신부는
상기 데이터로서, 상기 근전도 신호 및 상기 자세 정보를 수신하는 것이되,
상기 제어부는 상기 근전도 신호 및 상기 자세 정보에 기초하여 상기 상지 재활 장치를 동작시키는 것인, 상지 재활훈련 장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제2항에 있어서,
상기 자세 정보 측정부는
상기 제1 컨트롤러에 내장된 관성측정장치(IMU, Inertial Measurement Unit)를 이용하여 상기 자세 정보를 측정하는 것인, 상지 재활훈련 장치. - 제2항에 있어서,
상기 자세 정보 측정부는
상기 자세 정보로서, 상기 피검자의 건측 부위에 대한 관절 각도 정보, 회전 각도 정보, 속도 정보 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 상지 재활훈련 장치. - 제1항에 있어서,
상기 운동모드 수신부는
상기 운동 설정 정보를 무선 통신을 통해 상기 제1 컨트롤러로부터 수신하는 것인, 상지 재활훈련 장치. - 제1항에 있어서,
상기 운동모드 수신부는
상기 운동 설정 정보로서, 운동모드, 정적최대근력, 관절가동범위, 시간, 속도 중 적어도 하나를 수신하는 것인, 상지 재활훈련 장치. - 피검자의 환측 부위에 대한 재활훈련을 위하여, 제1 컨트롤러로부터 입력받은 운동모드 정보를 포함하는 운동 설정 정보를 수신하는 단계;
상기 운동 설정 정보에 기초하여 상기 피검자의 생체 관련 데이터를 수신하는 단계;
상기 운동 설정 정보 중 운동모드의 종류에 기초하여 상기 데이터가 미리 정의된 기준 조건을 충족하는지의 여부를 판단하는 단계; 및
상기 판단 결과에 따라, 상지 재활 장치를 상기 운동 설정 정보에 기초하여 동작시키는 단계를 포함하되,
상기 운동 설정 정보는 역치 값(threshold value), 역치 값 유지 시간 및 운동 시간을 포함하고,
상기 동작시키는 단계는,
제1 운동모드인 경우, 상기 데이터로서 수신한 근전도 신호가 상기 역치 값(threshold value)을 충족하는지 여부에 대한 판단 결과에 따라, 상기 운동 시간 동안 상기 상지 재활 장치를 동작시키고,
제2 운동모드인 경우, 상기 데이터로서 수신한 근전도 신호가 상기 역치 값(threshold value)을 상기 역치 값 유지 시간 동안 유지하는지 여부에 대한 판단 결과에 따라, 상기 운동 시간 동안 상기 상지 재활 장치를 동작시키며,
제3 운동모드인 경우, 상기 데이터로서 자세 정보 측정부를 통해 측정된 상기 피검자의 건측 부위에 대한 자세 정보가 수신되었는지 여부에 대한 판단 결과에 따라, 상기 건측 부위의 움직임에 대응하여 상기 환측 부위가 움직이도록 상기 운동 시간 동안 상기 상지 재활 장치를 동작시키는 것인, 상지 재활훈련 방법.
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