KR101882083B1 - 다중 감각을 활용한 보행훈련 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중추신경계의 손상 환자들의 보행훈련시 균형 및 보행능력에 중요한 세 가지 감각인 시각, 청각, 촉각의 강화된 다 감각정보를 통해 다양한 환경에서 환자 스스로 훈련이 이루어질 수 있는 다중 감각을 활용한 보행훈련 시스템에 관한 것이다.

Description

다중 감각을 활용한 보행훈련 시스템 {GAIT TRAINING SYSTEM UTILIZING TVA SENSE}

본 발명은 보행훈련 시스템에 관한 것으로, 자세하게는 중추신경계의 손상 환자들의 보행훈련시 균형 및 보행능력에 중요한 세 가지 감각인 촉각(Tactile), 시각(Visual), 청각(Auditory)의 강화된 다 감각정보를 통해 다양한 환경에서 환자 스스로 훈련이 이루어질 수 있는 다중 감각을 활용한 보행훈련 시스템에 관한 것이다.

뇌졸중, 뇌성마비, 소뇌손상 환자, 척수손상 환자, 파킨슨병 등 균형 및 보행에 어려움이 있는 중추신경계 손상 환자 및 근골격계 질환을 비롯하여 수술을 마친 환자 등 여러 환자를 대상으로 재활목적의 보행훈련이 이루어지고 있다.

이러한 보행훈련에서 중요한 신체의 균형과 보행 및 기능적인 움직임을 수행하기 위해서는 수동적인 움직임이나 훈련이 아닌 일상에서 접할 수 있는 다양한 환경에서 대상자 스스로 실행을 유도하는 능동적인 움직임 및 훈련이 필요하며, 이러한 능동적인 움직임만이 운동조절에 관련된 신경세포의 우회적인 새로운 연결, 즉 신경가소성 및 신경조직의 재구성을 할 수 있다. (신경가소성: 말초신경과 달리 손상된 뇌의 중추신경은 재생 및 회복이 되지 않으나, 손상된 신경 옆으로 새로운 신경싹이 자라면서 재활의 가능성을 제시한 신경과학 용어)

일반적으로 신경가소성의 촉진 기전 및 과정은 다음과 같다. ① 말초신경계를 통해 들어온 역치 이상의 감각정보에 주의집중을 통한 정보의 선택, ② 체계화를 통한 정보의 1차적 가공, ③ 뇌의 각 부분에 기능적인 영역에 전달하여 정보를 처리, ④ 과거의 학습 운동프로그램(운동경험을 통한)을 장기기억에서 인출, ⑤ 뇌의 연합영역을 통해 입력된 감각정보, 과거의 학습된 운동패턴, 시공간 변수와의 관계를 바탕으로 운동전략 수립, ⑥ 운동실행, ⑦ 수정(feedback)

이와 같은 과정을 실제 예를 통해 살펴보면 다음과 같다. ① 눈앞에 음료수가 있음 → ②, ③ 주의집중과 시원한 음료수라 인식 → ④ 과거에 손잡이 컵으로 물을 마셨던 운동전략을 장기기억에서 회상 → ⑤ 외부 변수는 손잡이가 없는 캔 형태임을 인식(환경적 외부변수) → 기존에 회상했던 프로그램과 환경의 변수를 대입해 뇌에서 세웠던 전략을 수정 → 손을 더 넓게 벌려서 컵을 잡는 운동전략을 세움 → ⑥ 운동실행 → ⑦ 전략적 수정 → 기능적 움직임 수행

즉, 스스로 능동적인 움직임을 하는 상황에서 역치 이상의 다양한 감각정보 및 감각통합, 과거의 학습한 운동전략, 감각통합으로 인한 외부 정보와 기존 운동전략, 실행 중 변수와의 관계 조절, 수정된 적용의 요소가 필요하다.

하지만, 일반적인 뇌손상 환자는 감각을 인지하고 통합하는 뇌 부위에 손상 시 외부 정보를 받아들여도 이것이 무엇인지 모를 수 있어, 컵을 만져도 컵인지 모른다는 문제가 있다. 이는 눈으로 보는 컵, 만졌을 때 컵의 시각, 청각 정보가 통합되지 않고 분리 해석되어 기능적인 행동전략 및 실행을 할 수 없다.

또한, 전두엽 손상 시 행동전략의 부재로, 어떻게 움직여야 하는지 모르고, 1차 운동영역 손상으로 감각통합 및 행동전략이 수립되어 있는 상태에서 수행 불가능한 경우도 있다.

결국 뇌(중추신경계) 손상 환자의 재활훈련에 있어 기존 감각을 강화해서 제공해야 할 필요가 있으나, 현재 개발 및 출시된 훈련도구들은 강화된 다 감각 정보를 활용하기에 미흡하고, 다양한 환경에서의 능동적인 훈련을 수행하기에는 적절하지 않은 것이 현실이다.

일본공개특허 특개2009-119066호(2009.06.04.) 일본공개특허 특개2005-34568호(2005.02.10.)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 중추신경계 손상 환자들에게 시각, 청각, 촉각의 강화된 다 감각정보를 통해 훈련 효율성을 높이면서 치료실 이외의 다양한 현실 환경에서 스스로 훈련할 수 있는 다중 감각을 활용한 보행훈련 시스템을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 위하여 본 발명은 보행훈련 시스템에 있어서, 대상자의 신체 또는 보조기에 착용 가능한 착용부와, 좌·우측으로 각각 형성되어 보행을 위한 좌·우측 발의 움직임에 대응하는 보행유도 표식을 출력광을 통해 바닥면에 형성하는 제1광원 및 제2광원과, 상기 제1광원 및 제2광원의 출력위치를 각각 제어하는 위치조절부를 구비하는 풋프린트부; 대상자의 발이 상기 보행유도 표식에 접촉하는 것을 감지하는 감지부와, 상기 감지부의 감지결과에 따라 대상자에게 물리적 자극을 인가하는 자극부를 구비하는 피드백부; 대상자의 보행이 이루어지도록 상기 감지부의 감지결과를 반영하여 상기 제1광원 및 제2광원을 순차적으로 제어하는 제어부; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때 설정된 주기의 리듬청각신호를 생성하고 생성된 리듬청각신호에 따라 상기 제1광원 및 제2광원의 제어신호를 생성하여 상기 제어부에 인가하는 제1모드 또는 상기 감지부의 감지결과에 따른 청각안내신호를 생성하는 제2모드의 선택이 이루어지는 모드선택부와, 상기 모드선택부의 선택에 따라 리듬청각신호 또는 청각안내신호를 출력하는 출력부를 구비하는 청각안내부; 를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 하단에 한쌍의 제1바퀴가 형성되고 상부에는 손잡이가 형성되며 뒤쪽으로 단부에 제2바퀴가 형성된 한쌍의 지지체가 양측으로 각각 돌출형성되는 몸체를 구비하며, 상기 제1바퀴 또는 제2바퀴의 진행방향 및 회전속도를 측정하는 속도센서부를 구비한 보조기; 를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 속도센서부의 감지결과를 분석하여 상기 위치조절부를 제어하는 정렬부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 피드백부는 신발형태로 구성되되, 가속도센서 및 자이로센서를 조합함으로 3축의 움직임을 감지하는 동작센서부와, 대상자의 발로부터 인가되는 하중을 감지하는 하중센서부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 동작센서부와 하중센서부의 감지결과를 분석하여 상기 위치조절부를 제어하는 정렬부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 단말기 형태로 구성되되, 상기 감지부의 감지결과를 훈련정보로서 시간의 흐름에 따라 저장하는 저장부와, 상기 저장부에 저장된 훈련정보를 시간순으로 대비한 분석정보를 생성하는 분석부와, 상기 분석정보를 출력하는 인터페이스부를 더 포함할 수 있다.

본 발명을 통해 보행훈련이 요구되는 다양한 대상, 특히 균형 및 보행에 어려움이 있는 중추신경계 손상 환자 및 근골격계 질환 및 수술로 인하여 보행훈련이 필요한 자에 대하여 치료사에 의해 이루어지던 치료실 내 보행 재활훈련을 일상생활로 확장하여 지역사회 보행훈련을 통해 재활훈련 시간을 확장할 수 있고, 올바른 보행에 영향을 미치는 강화된 다 감각 유도 훈련을 통해 노력과 비용이 감소시킬 수 있다.

또한, 손상된 뇌 부위를 우회하여 다른 경로의 신경전달로가 만들어지는 '신경가역성'을 촉진하는 신경재조직화가 이루어짐으로 빠른 회복 및 일상으로의 복귀를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 개념도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사용상태도,
도 3은 본 발명의 변형된 실시예에 따른 사용상태도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 다중 감각을 활용한 보행훈련 시스템의 구성을 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 개념도로서, 본 발명은 뇌(중추신경계)의 손상 환자들에게는 시각, 청각, 촉각을 이용한 강화된 다 감각정보를 통한 보행훈련이 이루어지도록 하는 시스템이다.

정상적인 보행을 못하되 양쪽 다리에 체중을 균일하게 주지 못하지 못하는 편마비 환자를 예로 들면, 통상적으로 치료사는 보행훈련을 위해 음성으로 다리를 앞으로 얼마나 더 펴야하는지, 옆으로 얼마나 더 벌려야 하는지를 지시하고, 환자가 잘 따르지 못한다면 직접 다리를 벌려주거나, 앞으로 발을 내딛어야 하는 자리에 치료사는 환자의 다리를 잡아 이동시키는 방식으로 훈련이 이루어진다.

이러한 방법에서 환자는 수동적으로 다리를 내어주는 방법으로 재활훈련이 이루어지게 되나, 본 발명에서는 시각정보를 통해 환자가 본인의 발이 위치해야 하는 자리를 시각적으로 확인하고, 실시간으로 발의 보폭이나 내딛는 위치를 가이드 받으므로 실시간 시각피드백에 의한 자발적이고 능동적인 조절된 보행(움직임) 훈련이 이루어질 수 있도록 한다.

또한, 보행이라는 것은 보행 순환주기에 따른 리듬을 따르는 움직임이므로 발을 디딜 때 리듬이 있는 청각정보를 활용한 자극을 통해서 보행의 주기를 일정하게 유도한다면 자동적인 보행의 움직임을 끌어낼 수 있다. 이는 파킨슨 환자에게 치료사가 구두자극으로 사용하는 기존 재활훈련에서 사용되는 방식으로 치료사의 구두자극은 결국 치료사가 위치한 치료실 내에서만 한정적으로 이루어질 수밖에 없었으나 본 발명에서는 이를 치료실 밖에서도 원활히 이루어질 수 있도록 하게 된다.

또한, 뇌손상으로 인해서 발을 디딜 때 발뒤꿈치 닫기부터 시작되는데, 본 발명에서는 정확한 움직임이 발생했을 때 진동과 같은 피드백을 촉각정보로 제공함으로써 정적 강화를 제공하여 올바른 보행을 촉진하게 된다.

이와 같은 시각, 청각, 촉각을 포함하는 다 감각정보의 활용을 위해 본 발명에서는 시각정보를 위한 풋프린트부(110)와, 촉각정보를 위한 피드백부(120)와, 청각정보를 위한 청각안내부(130)를 비롯하여 이를 제어하기 위한 제어부를 구비하게 된다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사용상태도, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도이다.

상기 풋프린트부(110)는 시각정보를 위한 일종의 보행 내비게이션으로서 환자가 발을 뻗어 위치해야 할 자리에 보행유도 표식(S)인 풋 프린트(foot print)를 출력하며 착용부(111)와, 제1광원(113) 및 제2광원(114)과, 위치조절부(115)를 구비하게 된다.

상기 착용부(111)는 상기 풋프린트부(110)를 훈련 대상자의 신체 또는 보조기(140)에 착용하기 위한 구성으로, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 허리띠 형태로 이루어져 사용자의 허리에 착용이 이루어지도록 구성된다. 이외에도 다양한 신체부위에 착용이 이루어질 수도 있으나 대상자의 보행유도 표식을 밟아 걷는 방식으로 훈련이 진행됨에 따라 보행유도 표식(S)이 바닥에 원활히 형성되도록 하면서도 출력된 표식의 움직임 내지는 흔들림을 최소화할 수 있도록 대상자의 허리 부분에 풋프린트부(110)를 설치하는 것이 바람직하다.

상기 착용부(111)가 허리띠 형태로 이루어짐에 따라 대상자의 혹시 모를 넘어짐에 대비해서 상기 착용부(111)의 뒤쪽으로 보조손잡이(112)를 구비하여 보행훈련 중 치료사가 보조손잡이(112)를 잡고 환자의 자세의 안전성을 확보해 줄 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기 제1광원(113) 및 제2광원(114)은 실질적으로 동일한 광원을 구비하는 구성으로 상기 착용부(111)를 통해 고정되고 대상자의 좌·우측으로 각각 형성되어 각각으로부터의 출력광을 통해 보행을 위한 좌·우측 발의 움직임에 대응하는 보행유도 표식(S)을 바닥면에 형성하게 된다. 이때 주간에도 식별이 용이하도록 레이저광원을 사용하게 되며, 보행훈련의 취지에 맞춰 발바닥이나 신발(구두) 발자국의 형태의 보행유도 표식을 좌·우측 식별이 가능하도록 제1광원(113) 및 제2광원(114)을 통해 각각 출력되도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기 위치조절부(115)는 상기 제1광원(113) 및 제2광원(114)의 출력위치를 제어하는 구성으로, 수동 또는 자동으로 조절 가능하며, 실질적으로 동일한 2개의 구성이 상기 제1광원(113) 및 제2광원(114)에 각각 구비됨으로 제1광원(113) 및 제2광원(114)에 대한 개별적인 투광방향의 조절이 이루어지게 된다.

첨부된 도면과 같이 상기 착용부(111)가 대상자의 허리에 설치되는 경우 기본적으로 상기 제1광원(113) 및 제2광원(114)은 사용자의 보폭에 대응하여 전방 하측을 향하여 광을 출력한다. 이때 상기 위치조절부(115)는 전방향 각도조절이 가능한 힌지 등으로 구성되어 대상자의 보폭이나 신장 등 신체적 조건에 따라 출력되는 위치에 차이가 발생하므로 치료사가 미리 상기 위치조절부(115)를 통해 제1광원(113) 및 제2광원(114)의 각도를 적절히 조절함으로 출력위치를 맞출 수 있다.

이때 상기 제1광원(113) 및 제2광원(114)으로부터 출력되는 광이 대상자의 다리 부분으로 인해 차단되지 않고 원활히 보행유도 표식을 형성할 수 있도록 대상자의 신체 앞쪽으로 일정거리 돌출된 상태로 제1광원(113) 및 제2광원(114)을 형성하는 것이 바람직하다.

상기 피드백부(120)는 촉각정보를 위한 구성으로 본 발명에서는 대상자가 착용하는 신발형태로 이루어져 상기 풋프린트부(110)에 의해 형성된 보행유도 표식에 발을 정상적으로 디디게 되면 촉각적 피드백을 주는 구성으로 감지부(121)와, 자극부(122)를 구비하게 된다.

상기 감지부(121)는 대상자의 발이 상기 보행유도 표식에 접촉하는 것을 감지하는 구성으로, 피드백부(120)가 신발형태로 이루어짐에 따라 지면과 접하는 바닥 측에 형성되어 지면의 보행유도 표식(S)을 감지할 수 있는 광센서 내지는 소형카메라 등으로 이루어질 수 있다.

즉 언급한 바와 같이 상기 제1광원(113) 및 제2광원(114)이 레이저광원으로 이루어짐에 따라 지면에 형성된 보행유도 표식(S)은 주변보다 매우 밝게 빛나게 되며, 신발형태로 이루어진 피드백부(120)의 바닥 측에 광센서 또는 소형카메라로 이루어진 감지부(121)가 상기 보행유도 표식(S)을 감지하되 사용자가 발을 내디딤에 따른 보행유도 표식(S)의 변화를 감지하며 정확한 위치에 발을 잘 위치시킨 여부를 판단하게 된다.

상기 자극부(122)는 신발형태의 피드백부(120)의 깔창에 설치된 진동수단 즉 소형화된 햅틱센서로 이루어져 대상자의 발에 물리적 자극인 진동피드백을 주는 구성으로 대상자가 보행유도 표식을 정확하게 밟았을 때 상기 감지부가 이를 감지함에 따라 진동을 발생시키게 된다. 재활훈련 분야의 여러 연구에 의하면, 이와 같은 발바닥 진동자극은 균형능력에 효과적인 것으로 알려졌으며, 이를 통해 대상자가 정확한 보행이 이루어졌음을 촉각자극을 통해 쉽게 인지할 수 있다.

상기 청각안내부(130)는 대상자가 듣고 인지할 수 있는 리듬청각신호 내지는 청각안내신호를 발생시키는 구성으로 스피커나, 헤드폰, 이어폰 형태로 이루어지며, 모드선택부(131)와, 출력부(132)를 구비하게 된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 주변 소음의 영향을 최소화하면서 훈련 집중도를 위해 헤드폰 형태로 이루어지고 있다.

상기 모드선택부(131)는 훈련형태에 따라 리듬청각신호 또는 청각안내신호의 출력 패턴을 선택받는 구성으로, 본 발명에서는 기본적으로 2가지의 모드를 제공하게 된다.

제1모드는 정상적인 보행 리듬에 맞는 리듬청각신호를 출력하는 모드로서, 스스로 보행이 어느 정도 가능하며 정상 수준에 가까운 보행이 가능한 환자를 대상으로 한다.

이때 리듬청각신호는 정상적인 보행 리듬에 맞는 청각신호로서, 규칙적으로 “척, 척, 척” 등 행군시 군화 딛는 소리 또는 “또각, 또각, 또각”등 하이힐이나 구두 딛는 소리를 비롯하여 군대에서 제식훈련 시 “왼발, 왼발” 신호를 주는 것이나 치료사가 환자 보행시 “하나, 둘, 하나, 둘” 움직임 신호를 주는 것을 의미하며 이리 저장된 리듬청각신호를 선택하여 설정된 주기로 출력한다. 신경학적 음악 치료에서는 리듬 청각 자극(Rhythmic Auditory Stimulation, RAS)이라고도 한다.

이와 같은 제1모드에서는 기본적으로 대상자의 상태에 맞도록 설정된 주기의 리듬청각신호를 생성하고 생성된 리듬청각신호에 따라 상기 제1광원(113) 및 제2광원(114)의 제어신호를 생성하여 상기 제어부(150)에 인가하게 된다.

제2모드는 현재 대상자의 보행에 맞추어 보행자가 지면에 발을 디디는 동작에 맞추어 청각안내신호를 출력하는 모드로서, 스스로 보행이 쉽지 않거나 정상 수준에 한참 못 미치는 보행훈련 환자를 대상으로 한다.

이때 청각안내신호는 기본적으로 대상자가 발을 땅에 디딜 때 출력하는 소리와 더불어 정상적으로 발을 딛었는지 여부 및 교정하기 위한 안내신호를 의미한다.

이와 같은 제2모드에서는 상기 감지부(121)의 감지결과에 따른 청각안내신호를 생성하게 되며, 보행유도 표식을 정상적으로 밟았을 때는 상기 리듬청각신호와 같은 발소리를 청각안내신호로 생성하고, 보행유도 표식을 벗어나 발을 디뎠을 경우에는 벗어난 방향에 대응하여 왼쪽, 오른쪽, 앞쪽, 뒤쪽 등으로 어느 정도 벗어났음을 음성을 통해 인지할 수 있는 청각안내신호를 생성하게 된다.

상기 출력부(132)는 음향을 출력하는 수단으로, 상기 모드선택부의 선택에 따라 리듬청각신호 또는 청각안내신호를 출력하게 된다. 즉 제1모드가 선택된 경우 리듬청각신호를, 제2모드가 선택된 경우에는 청각안내신호를 출력하게 될 것이다.

상기 제어부(150)는 MCU에 해당하는 구성으로, 상기 풋프린트부(110)와, 피드백부(120)와, 청각안내부(130)를 제어하되 대상자가 보행을 수행할 수 있도록 상기 감지부(121)의 감지결과를 반영하여 상기 제1광원(113) 및 제2광원(114)을 교차하여 점등 제어하게 된다. 즉 첨부된 도면과 같이 제1광원(113)이 대상자의 오른쪽에 제2광원(114)이 왼쪽에 각각 형성됨에 따라 오른발을 딛는 순서에서는 제1광원(113)만 동작하고, 왼발을 딛는 순서에서는 제2광원(114)만 동작하도록 함으로 대상자는 착오 없이 연속적인 보행이 이루어질 수 있다.

이와 같은 제어부(150)는 별도의 단말기로 구성되어, 상기 풋프린트부(110)와, 피드백부(120)와, 청각안내부(130)와 유선 또는 무선으로 연결되어 제어신호를 주고받을 수 있다.

유선으로 연결되는 경우 상기 제어부(150)는 외부로부터 공급된 전원을 상기 풋프린트부(110)와, 피드백부(120)와, 청각안내부(130)에 전달하고 제어신호를 주고받게 되며, 무선으로 연결되는 경우 제어부(150)를 비롯하여 상기 풋프린트부(110)와, 피드백부(120)와, 청각안내부(130) 각각에 배터리와 같은 전원이 구비되면서 블루투스, 지그비 등의 근거리 무선통신을 활용하여 데이터 및 신호의 전달이 이루어지도록 구성된다. 이와 같은 전원 및 통신과 관련된 구성은 공지공용의 수단이 사용되므로 본 발명에서는 발명의 취지가 흐려지는 것을 방지하기 위해 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명의 변형된 실시예에 따른 사용상태도이다,

앞서 설명한 바람직한 실시예에서는 상기 풋프린트부(110)가 허리띠 형태로 대상자의 허리에 착용 되었으나, 대상자의 보행능력에 따라, 워커나 크러치(목발)와 같은 보행보조기를 사용할 수 있음에 따라 이와 같은 보조기(140)에 풋프린트부(110)가 설치된 모습을 나타내고 있다. 본 발명에서는 보행보조기(140)를 예시로 한다.

상기 보조기(140)는 첨부된 도면과 같이 하단에 한쌍의 제1바퀴(143)가 형성되고 상부에는 손잡이(142)가 형성되며 뒤쪽으로 단부에 제2바퀴(145)가 형성된 한쌍의 지지체(144)가 양측으로 각각 돌출 형성되는 몸체(141)를 구비하게 된다.

이와 같은 몸체(141)의 구조는 공지의 보조기와 동일한 구조로, 본 발명에서는 상기 제1바퀴(143) 또는 제2바퀴(145)의 진행방향 및 회전속도를 측정하는 속도센서부(146)가 설치되어, 보조기(140)를 사용하며 이동하는 대상자의 이동속도 측정이 가능하다. 상기 속도센서부(146)를 통해 측정된 속도는 후술되는 본 발명의 다른 실시예에서 상기 위치조절부(115)의 자동제어를 비롯하여 훈련분석을 위해 사용될 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도로서, 본 발명의 다른 실시예에서 대상자인 환자는 시각적으로 바닥에 뿌려진 풋 프린트, 즉 보행안내 표식(S)을 발로 밟고, 이에 따라 리듬청각신호 또는 청각안내신호의 출력과, 발에 착용한 신발형태의 피드백부(120)를 통해 진동을 느끼게 된다는 점에서는 바람직한 실시예와 동일하다.

이는 다 감각 보행훈련을 위한 기본 절차로서, 실질적으로는 디딤기(지지기), 흔듦기(유각기), 양다리 지지기, 좌우 한 발짝 길이 및 너비, 좌우 한 발짝률, 걷기 속력, 한 발짝 시간, 대칭성 체중부하 분포 및 정도, 에너지 소모량 등의 정보에 따른 변수가 적용될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서는 앞서 잠시 언급한 바와 같이 대상자의 신체적인 조건 및 변수에 따라 상기 위치조절부(115)를 통한 보행안내 표식(S)의 위치조절을 자동화함과 더불어, 구체적인 훈련 성과의 분석이 이루어지도록 하는 구성이 부가된다.

이하의 설명에서는 발명의 취지가 흐려지는 것을 방지하기 위해 앞서 설명한 바람직한 실시예와 동일한 내용에 대하여 구체적인 언급을 생략한다.

본 발명의 다른 실시예에서 기본적으로 상기 위치조절부(115)는 한 쌍이 구비되어 각각 전동방식으로 제1광원(113) 및 제2광원(114)의 출력위치를 조절하게 된다. 구체적으로 미세 동작제어가 가능한 서보모터와 함께 레크 피니언 기어를 활용하여 제1광원(113) 및 제2광원(114)의 각도 내지는 위치를 조절하여 원하는 위치에 보행안내 표식이 형성될 수 있도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 피드백부(120)는 동작센서부(123)와 하중센서부(124)를 더 포함하게 된다.

상기 동작센서부(123)는 3축 자이로센서와 가속도센서를 조합한 센서로 각속도 변화에 따른 전압의 변화를 사용하여 상기 피드백부(120)의 전후방향 및 좌우방향의 기울기와 진행 동작을 감지할 수 있어 보행속도 및 보폭을 비롯하여 바닥경사 및 넘어짐 등의 측정도 가능하다.

상기 하중센서부(124)는 신발형태의 피드백부(120)의 밑창 부분에 배치되어 사용자의 발로부터 인가되는 하중을 측정하는 소형의 압력센서로서, 적절한 개수의 압력센서를 격자형으로 등 간격 배치함으로 정밀한 자세의 검출이 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에서 상기 제어부(150)는 정렬부(151)와, 저장부(152)와, 분석부(153)와, 인터페이스부(154)를 더 포함하게 된다.

상기 정렬부(151)는 상기 동작센서부(123)와 하중센서부(124)의 감지결과를 분석하여 상기 위치조절부(115)를 제어하여 대상자의 보행훈련에 최적화된 위치에 보행안내 표식(S)이 형성될 수 있도록 한다. 즉 상기 동작센서부(123)를 통해 보폭을 비롯하여 보행에 따른 속도, 시간의 파악이 이루어질 수 있으며, 상기 동작센서부(123)를 통해 대칭성 체중부하 분포 및 정도의 파악이 이루어질 수 있으므로 이미 설정된 제어값에 따라 위치조절부(115)에 구비된 서보모터를 제어함으로 치료사가 수작업으로 조절하기 않더라도 최적의 보행안내 표식을 형성할 수 있다.

만약 첨부된 도 3과 같이 바퀴가 설치된 보조기(140)를 사용할 경우 상기 정렬부(151)는 상기 속도센서부(146)의 감지결과를 분석하여 보행속도를 반영한 보행안내 표식을 형성할 수 있도록 상기 위치조절부(115)를 제어하게 된다.

상기 저장부(152)는 상기 감지부(121)의 감지결과를 시간의 흐름에 따라 훈련정보로서 누적 저장하는 구성이고, 상기 분석부(153)는 상기 저장부(152)에 저장된 훈련정보를 시간순으로 대비한 분석정보를 생성하는 구성이다.

즉 훈련시간을 비롯하여 훈련 중 대상자의 보행의 정확성, 속도를 포함하여 체중부하 분포 및 변화에 따른 주요 지정항목에 대하여 누적된 전·후 정보의 비교 분석을 통해 훈련효과의 시각적 확인이 가능한 분석정보를 생성하는 것이다.

상기 인터페이스부(154)는 단말기에 구비되는 입·출력수단으로 본 발명에서는 상기 분석정보를 출력하여 대상자, 보호자, 치료사 등이 확인할 수 있도록 한다.

이와 같은 분석정보는 차후 훈련에 적용되어 상기 제어부(150)에서의 제1광원(113) 및 제2광원(114)의 제어를 위한 제어명령 및 리듬청각신호의 주기설정에 반영될 수 있다.

즉 대상자의 보행을 촉진하기 위해서 훈련상태를 반영하여 리듬청각신호의 주기를 정상 보행의 리듬까지 점진적으로 적용시키고 이를 반영하여 보행안내 표식을 형성함으로 보행이 자연스러우면서도 더 빨리 개선될 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

110: 풋프린트부 111: 착용부
112: 보조손잡이 113: 제1광원
114: 제2광원 115: 위치조절부
120: 피드백부 121: 감지부
122: 자극부 123: 동작센서부
124: 하중센서부 130: 청각안내부
131: 모드선택부 132: 출력부
140: 보조기 141: 몸체
142: 손잡이 143: 제1바퀴
144: 지지체 145: 제2바퀴
146: 속도센서부 150: 제어부
151: 정렬부 152: 저장부
153: 분석부 154: 인터페이스부
S: 보행유도 표식

Claims (5)

1. 보행훈련 시스템에 있어서,
   허리띠 형태로 이루어져 사용자의 허리에 착용이 이루어지며 뒤쪽으로 보조손잡이(112)를 구비한 착용부(111)와, 사용자의 신체 앞쪽으로 돌출되도록 상기 착용부(111)의 좌·우측으로 각각 형성되어 보행을 위한 좌·우측 발의 움직임에 대응하는 보행유도 표식(S)을 레이저 출력광을 통해 바닥면에 형성하는 제1광원(113) 및 제2광원(114)과, 서보모터를 이용하여 상기 제1광원(113) 및 제2광원(114)의 각도 및 출력위치를 각각 제어하는 위치조절부(115)를 구비하는 풋프린트부(110);
   대상자의 발이 상기 보행유도 표식(S)에 접촉하는 것을 감지하는 감지부(121)와, 깔창에 설치된 진동수단으로 이루어져 상기 감지부(121)의 감지결과에 따라 대상자의 발에 물리적 자극을 인가하는 자극부(122)와, 가속도센서 및 자이로센서를 조합함으로 전후 및 좌우방향의 기울기와 보행속도 및 보폭과 바닥경사 및 넘어짐을 감지하는 동작센서부(123)와, 대상자의 발로부터 인가되는 하중을 감지하는 하중센서부(124)를 구비하는 신발형태의 피드백부(120);
   설정된 주기의 리듬청각신호를 생성하고 생성된 리듬청각신호에 따라 상기 제1광원(113) 및 제2광원(114)의 제어신호를 생성하여 제어부(150)에 인가하는 제1모드 또는 상기 감지부(121)의 감지결과에 따른 청각안내신호를 생성하는 제2모드의 선택이 이루어지는 모드선택부(131)와, 상기 모드선택부(131)를 통해 제1모드가 선택된 경우 리듬청각신호를 제2모드가 선택된 경우에는 청각안내신호를 출력하는 출력부(132)를 구비하는 청각안내부(130);
   대상자의 보행이 이루어지도록 상기 감지부(121)의 감지결과를 반영하여 상기 제1광원(113) 및 제2광원(114)을 순차적으로 제어하되, 상기 동작센서부(123)와 하중센서부(124)의 감지결과를 분석하여 상기 위치조절부(115)를 제어하는 정렬부(151)와, 상기 감지부(121)의 감지결과를 훈련정보로서 시간의 흐름에 따라 저장하는 저장부(152)와, 상기 저장부(152)에 저장된 훈련정보를 시간순으로 대비한 분석정보를 생성하는 분석부(153)와, 상기 분석정보를 출력하는 인터페이스부(154)를 구비하되, 상기 분석정보를 제1광원(113) 및 제2광원(114)의 제어를 위한 제어명령 및 리듬청각신호의 주기설정에 반영하는 제어부(150); 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 감각을 활용한 보행훈련 시스템.
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