KR101902551B1 - 족저 압력과 신체의 움직임 정보를 이용한 신체 부정렬 증후군 진단 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자연스러운 보행의 족저 압력과 신체의 움직임 정보를 시간 동기화하여 수집한 후 보행 과정에 따라 단독 및 연관 분석을 통해 보행 동작의 특징을 정확하게 파악하도록 함으로써 보다 정확한 부정렬 증후군 진단이 가능하도록 한 족저 압력과 신체의 움직임 정보를 이용한 신체 부정렬 증후군 진단 장치 및 방법에 관한 것으로, 환자의 보행을 족저 압력 센서와 3D 센서를 통해 실시간 측정한 정보를 토대로 족저 압력과 상·하지의 움직임, 보행을 위한 단계별 과정에서의 족부 압력 변화와 관련 근골격계의 움직임을 시간을 기준으로 연동 분석함으로써 보다 정확하고 신속하며 정량적 기준에 따라 부정렬 증후군을 진단할 수 있어 신뢰성과 객관성 있는 진단이 가능한 효과가 있다. 또한, 측정에 한계가 있는 3D 센서를 이용하면서도 족저 압력 센서를 통해 보행 단계와 보행 단계별 패턴에 따른 족저 압력 변화를 토대로 3D 센서의 측정에 따른 인체 움직임에 대한 3D 정보를 보상하도록 함으로써 부정렬 증후군 판단에 필요한 정보의 정략적 크기에 대한 신뢰성을 높여 비교적 낮은 가격으로 부정렬 증후군에 대한 세부적 진단이 가능한 장비를 제작할 수 있고, 이러한 장비를 필요한 곳에 용이하게 보급할 수 있는 효과가 있다.

Description

족저 압력과 신체의 움직임 정보를 이용한 신체 부정렬 증후군 진단 장치 및 방법{Malalignment syndrome diagnosis apparatus based on plantar pressure and body movement and method thereof}

본 발명은 족저 압력과 신체의 움직임 정보를 이용한 신체 부정렬 증후군 진단 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 자연스러운 보행의 족저 압력과 신체의 움직임 정보를 시간 동기화하여 수집한 후 보행 과정에 따라 단독 및 연관 분석을 통해 보행 동작의 특징을 정확하게 파악하도록 함으로써 보다 정확한 부정렬 증후군 진단이 가능하도록 한 족저 압력과 신체의 움직임 정보를 이용한 신체 부정렬 증후군 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.

인간의 몸은 중력, 자세, 환경, 신체활동, 손상, 반복적인 움직임 등과 같이 다양한 것들로부터 영향을 받고 이에 적응한다. 이 중에서도 인간이 중력에 끊임 없이 영향을 받는다는 것은 매우 중요한 사실이다. 중력이 인간에게 미치는 영향으로 인하여 인간의 정상적인 정렬의 척도를 삼을 수 있게 되었으며, 반대로 중력으로 인하여 정상적인 정렬의 기준을 벗어났다고도 한다.

우리 몸의 기능 중 하나는 중력에 대항하여 안정성을 유지하고 효율적인 움직임을 생산하는 것이다. 인간은 질병, 부상, 환경, 감정, 신체유형, 발육상태, 반복적인 신체활동 등의 비정상적인 움직임의 패턴과 기능부전으로 이어질 수 있다.

특히 골반과 척추 만곡의 정상적인 정렬은 중력의 영향을 받아들이는데 매우 중요하다. 즉, 체중을 지지하는 관절을 안정시키기 위해서는 중력선이 관절의 회전축을 통과해야 한다. 중력선이 신체 관절의 회전축을 비정상적으로 통과를 할 경우 부정렬 증후군이 발생할 수 있다.

부정렬 증후군은 몸의 좌,우 밸런스가 맞지 않게 되면서 발생하고, 발과 다리, 골반 및 척추의 균형이 맞지 않는 것이 특징이다. 그로 인해 근육 및 인대가 비대칭적으로 긴장되어 비정상적인 보행 패턴과 통증을 수반하며, 몸의 좌,우 근육량과 근력의 차이도 발생한다. 이러한 증상들은 다리의 길이가 차이와 발의 변형 등을 포함한다.

인간의 자세는 전후, 좌우 대칭으로 정지된 상태가 아닌 겉으로 보기에는 정지된 것처럼 보이지만 내적으로는 끊임없이 움직이며 역동적인 평형상태(Dynamic Equilibrium State)를 이루고 있다.

따라서, 골격과 근육의 비대칭(Asymmetry), 긴장(Tension) 등의 이유로 특정한 부위에 물리적인 압력이 증가하게 되면 신체의 구조적, 기능적인 변화가 발생하게 되는데, 이 변화에는 척추 측만증(Scoliosis), 거북 목 증후군(Turtle neck syndrome), 상부교차증후군(Upper cross syndrome), 하부교차증후군(Lower cross syndrome), 발목의 과도한 회내(Over-pronation), 일자허리(Flat back) 등이 포함된다.

이러한 부정렬 증후군으로 인한 문제는 추가적인 문제들을 발생시키게 되므로 발의 문제가 골반과 목의 문제를 야기하거나, 골반의 문제가 발과 목의 문제를 야기하는 등 복합적이어서 현재까지 신체 부정렬의 문제 원인을 발에서 보는 관점과 골반에서 보는 관점, 목에서 보는 관점의 등의 여러 방법들이 공존하고 있으며 각 방법에 따라 진단 결과가 다를 수 있어 그 기준이 모호한 실정이다.

따라서, 부정렬 증후군을 효과적으로 진단하고 어떠한 부분에 문제가 있으며, 이러한 문제의 발생 원인은 무엇인 지를 신속하고 정확하게 진단할 수 있는 장치와 방법에 대한 요구가 높아지고 있다. 하지만 현재까지 제안된 방법들은 단순히 교정 치료를 위한 간단한 자세 분석이나 교정 치료 중 환자가 스스로 자세를 교정할 수 있도록 보완하는 정도의 단순한 측정값 분석에 불과한 실정이다.

한국등록특허 제10-1238094호는 보행 또는 달리기에 사용되는 트레드밀에 보행교정을 위한 보행교정판과, 발 각도를 교정하는 발각도교정판을 구비하여, 장애 등으로 보행이 불완전한 보행자의 올바른 보행을 유도하고, 반복적인 보행 연습을 통해 올바른 보행으로 교정하게 해 주는 보행 교정기를 제공하고 있고, 한국 공개특허 제10-2015-0113671호, ‘자세 교정 장치 및 그의 운용방법’에서는 환자의 자세를 교정하기 위한 목적으로 환자가 트레드밀 하부에 구성된 두 개의 압력 측정 발판 위를 보행하도록 하고, 이때의 각 발의 압력과 각도 및 보행 속도를 계산하며, 3D 카메라를 통해 환자의 보행 상태를 관절 기반 모형으로 생성하여 정상 모형과 비교하여 환자에게 제공하도록 하여 보행 중 자세를 교정하도록 하는 방식이 제안되었다.

이러한 방식은 단순한 보행의 정성적 패턴만 산출하여 표준 영상과 비교하고, 발판의 압력만을 분석하여 치우침 정도를 판단하는 것에 그치고 있다.

환자(피검자)의 신체를 좀 더 효과적으로 분석하기 위하여 한국 등록특허 제10-1852655호, ‘척추 관절 근골격 구조 측정 장치’에서는 압력 발판 상에 환자가 올라가도록 하고 환자에 대한 깊이 영상(모아레, 스테레오 카메라, 레이저 측정 등)을 얻어 정면 3차원 기하 정보를 추출한 후 무게중심과 중심 기준선을 찾고 정면 영상을 분석하는 방법으로 어깨선을 지면과 비교하여 각도를 구하거나, 골격의 대칭성을 판단할 수 있도록 한 것이다.

이러한 방식은 얻어진 영상 정보의 가장 기본적이고 표면적인 정보만을 피상적으로 이용한 것으로 정적인 상태에서의 신체 틀어짐을 판단하는 것에 불과하다. 따라서, 결과적인 신체의 틀어짐(척추 측만증) 상태를 파악할 수는 있으나 그 원인이나 관련 질환 상태, 보행 습관과 같은 실질적이고 구체적인 진단은 불가능한 한계가 있다.

따라서, 인체의 부정렬 증후군 상태를 분석함에 있어, 아직까지 의사의 개인적 기준이나 부분적 측정 장치를 통한 결과를 경험칙에 의거하여 분석하여 판단하고 있어 부정렬 증후군의 심층 진단 시 높은 비용과 많은 시간을 요하며 정량적으로 관리하지도 못하고 있는 실정이다.

이상적인 방법론으로 환자의 움직임을 3D 센서(스테레오 카메라, 레이저 센서, 적외선 센서, ToF(Time-Of-Flight) 센서, 초음파 센서 등)를 통해 정확하게 실시간 파악한다면 부정렬 증후군의 증상을 좀 더 명확하게 판단할 수 있겠지만, 현실적으로 환자의 움직임을 실시간 수준에서 측정하면서 그 수치의 정량적 정확성을 기대하려면 대단히 고가의 장비와 전문 관리자의 관리가 필요하므로 일선 의료기관이나 운동 치료 기관 등에 보급되기 어렵고 경제성도 낮은 문제가 있다.

즉, 통상적으로 사용되는 3D 센서를 이용하여 움직이는 환자의 실시간 3D 정보를 생성할 경우 정성적인 경향은 어느 정도 일치하지만 정량적 정확도는 오차 발생이 많고, 힙이나 고관절과 같이 실제 진단에 필요한 부분의 움직임 크기를 신뢰할 수 없기 때문에, 이러한 3D 정보를 정확한 관절의 각도나 정량적 움직임이 중요한 부정렬 증후군 진단을 위한 기초 데이터로 사용하기 어렵다. 따라서 대부분의 경우 결과론적인 신체 형상이나 판단 기준의 허용 오차가 큰 수준의 대략적 측정 정도에만 사용되는 한계가 있다.

한국 공개특허 제10-2015-0113671호 [자세 교정 장치 및 그의 운용방법] 한국 등록특허 제10-1852655호, [척추 관절 근골격 구조 측정 장치]

전술한 문제점을 개선하기 위한 본 발명 실시예들의 목적은 환자의 보행을 족저 압력 센서와 3D 센서를 통해 실시간 측정한 정보를 토대로 족저 압력과 상·하지의 움직임, 보행을 위한 단계별 과정에서의 족부 압력 변화와 관련 근골격계의 움직임을 시간을 기준으로 연동 분석함으로써 보다 정확하고 신속하며 정량적 기준에 따라 부정렬 증후군을 진단할 수 있도록 한 족저 압력과 신체의 움직임 정보를 이용한 신체 부정렬 증후군 진단 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명 실시예들의 다른 목적은 측정에 한계가 있는 3D 센서를 이용하면서도 족저 압력 센서를 통해 보행 단계와 보행 단계별 패턴에 따른 족저 압력과 그에 따른 족저 압력의 구획별 시간의 변화를 토대로 3D 센서의 측정에 따른 인체 움직임에 대한 3D 정보를 보상하도록 함으로써 부정렬 증후군 판단에 필요한 정보의 정략적 크기에 대한 신뢰성을 높일 수 있도록 한 족저 압력과 신체의 움직임 정보를 이용한 신체 부정렬 증후군 진단 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명 실시예들의 또 다른 목적은 족저 압력 센서와 3D 센서의 측정값을 동기된 시간 정보에 따라 저장하고, 족저 압력 센서와 3D 센서를 통해 족부의 이상과 원인을 판단하고, 보행 단계에 따른 족저 압력 센서의 측정값과 시간을 기준으로 후속되는 3D 센서의 움직임을 통해 하지와 골반, 몸통의 이상과 원인을 판단하며, 족저 압력 센서와 3D 센서를 통해 보행 단계별 관절의 움직임과 움직임에 대한 시간정보를 측정하여 부정렬 증후군에 대한 진단 정보를 제공하도록 한 족저 압력과 신체의 움직임 정보를 이용한 신체 부정렬 증후군 진단 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명 실시예들의 또 다른 목적은 족저 압력 센서와 3D 센서를 동시에 이용하므로 자연스러운 보행에 대한 정보를 수집할 수 있으며, 양하지 지지기의 움직임을 족저 압력 센서를 통한 체중이동과 3D 센서를 통한 족부와 골반 및 그에 따른 상지의 상관성을 기반으로 분석하도록 한 족저 압력과 신체의 움직임 정보를 이용한 신체 부정렬 증후군 진단 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명 실시예들의 또 다른 목적은 자연스러운 보행에 대한 족저 압력 변화 정보와 3D 정보를 시간 동기에 따라 저장한 후, 필요에 따라 다양한 관점에서 부정렬 증후군을 동일 데이터를 통해 분석하고, 이러한 복수 관점에서의 부정렬 증후군 분석 결과를 통합하여 부정렬 상태와 원인들에 대한 실질적 진단이 가능하도록 한 족저 압력과 신체의 움직임 정보를 이용한 신체 부정렬 증후군 진단 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 족저 압력과 신체의 움직임 정보를 이용한 신체 부정렬 증후군 진단 장치는 적어도 2스탭 이상의 인체 보행에 따른 족저 압력을 측정하는 족저 압력 센서와, 보행에 따른 인체의 움직임 정보를 적어도 깊이 정보로 측정하는 3D 센서와, 족저 압력 센서의 측정값과 3D 센서의 측정값을 인체에 대한 족저 압력과 인체 움직임에 대한 3D 정보로 변환하여 각각 동기된 시간에 따라 저장하고, 저장된 족저 압력의 동적 변화와 3D 정보의 동적 변화를 토대로 보행 단계별 족저 상태와 그와 상관성을 가진 하지 이상의 상부 신체의 움직임 패턴을 연동 분석하여 부정렬 증후군을 진단하는 보행 분석부를 포함한다.

일례로서, 보행 분석부는 보행 단계별 족저 압력 변화 패턴에 대응되는 인체 움직임에 맞추어 3D 센서의 측정값에 따른 인체 움직임 3D 정보를 보상할 수 있다

일례로서, 족저 압력 센서는 압력 센서들이 배치된 발판, 신발, 깔창, 트레드밀 중 적어도 하나일 수 있다.

일례로서, 3D 센서는 스테레오 카메라, ToF 센서, 레이저 센서, 초음파 센서, 키넥트 센서 중 적어도 하나일 수 있다.

일례로서, 보행 분석부는 족저 압력의 동적 변화를 통해 각 발의 보행 단계와 단하지·양하지 지지기에 대한 시간 정보, 압력분포와 구획별 족저 압력의 시간 정보 중 적어도 하나를 획득하고, 족저 압력의 동적 변화에 동기된 3D 정보의 동적 변화를 통해 골반과 상·하지관절의 굴곡과 신전, 내전과 외전의 움직임 또는 회전, 경골의 회전, 몸통의 회전, 신체 질량의 좌우·상하 이동, 무릎의 Q각도, 무릎의 높이, 발의 높이를 포함하는 신체의 움직임 중 적어도 하나에 대한 정보를 연동 정보로서 획득할 수 있다.

일례로서, 보행 분석부는 족저 압력 센서의 측정값을 인체에 대한 족저 압력으로 변환하는 압력 측정부와, 3D 센서의 측정값을 인체 움직임에 대한 3D 정보로 변환하는 3D 정보 생성부와, 압력 측정부와 3D 정보 생성부의 변환 값을 동기된 시간에 맞추어 저장하는 측정 정보 저장부와, 측정 정보 저장부에 저장된 족저 압력을 시간의 흐름에 따라 동적으로 분석하는 동적 압력 변화 분석부와, 측정 정보 저장부에 저장된 인체 움직임에 대한 3D 정보를 시간의 흐름에 따라 동적으로 분석하는 동적 3D 정보 분석부와, 동적 압력 변화 분석부나 동적 3D 정보 분석부 중 적어도 하나의 분석 결과에 따라 보행 단계를 세분하는 보행 단계 분석부와, 보행 단계 분석부의 세분된 보행 단계 정보를 기준으로 동적 압력 변화 분석부와 동적 3D 정보 분석부 각각 혹은 연동성에 기반한 분석 결과 조합을 요청 및 수신한 후 신체 부정렬 부위들과 각 부위의 연관성을 파악하여 신체 부정렬 증후군에 대한 진단 정보를 생성하는 부정렬 증후군 진단부를 포함할 수 있다.

일례로서, 보행 단계 분석부에서 세분된 보행 단계의 대응되는 동적 압력 변화 분석부의 족저 압력 변화 패턴 중 인체 움직임을 특정하는 시점이나 움직임 패턴에 대한 정보를 3D 정보를 보상하기 위한 정보로 생성하여 3D 정보 생성부에 제공하는 3D 정보 보상부를 더 포함할 수 있다.

일례로서, 압력 측정부, 3D 정보 생성부, 측정 정보 저장부, 동적 압력 변화 분석부, 동적 3D 정보 분석부, 보행 단계 분석부, 3D 정보 보상부 및 부정렬 증후군 진단부 사이의 구성되어 각 부 간의 정보 교환과 정보 요청을 중개하고 부정렬 증후군 진단부의 진단 과정에 따라 각 부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 족저 압력과 신체의 움직임 정보를 이용한 신체 부정렬 증후군 진단 방법은 족저 압력 센서와 3D 센서를 구비한 신체 부정렬 증후군 진단 장치에서 족저 압력과 족부 이상의 신체에서 발생하는 움직임 정보를 이용하여 신체 부정렬 증후군을 진단하는 방법으로서, 인체의 움직임을 진단할 공간과 3D 센서가 측정하는 가상의 공간을 매핑하여 인체 움직임을 정량화하는 초기화 단계와, 족저 압력 센서를 통해 적어도 2스탭 이상의 인체 보행에 따른 인체의 족저 압력과 3D 센서를 통해 인체 움직임에 대한 3D 정보를 산출하여 동기화된 시간 정보에 따라 측정 정보 저장부에 저장하는 단계와, 측정 정보 저장부에 저장된 족저 압력의 압력분포와 그에 따른 족저 압력의 기 설정된 구획 별 시간의 정보에 대한 분석이나 3D 정보의 변화에 대한 분석 중 적어도 하나를 통해 보행 단계를 세분하는 단계와, 측정 정보 저장부에 저장된 보행 단계별 족저 압력과 3D 정보의 변화를 동기된 시간에 맞추어 각각 또는 연동성에 기반하여 조합하여 확인하면서 신체 부정렬 부위들과 각 부위의 연관성을 분석하는 단계와, 분석된 신체 부정렬 부위들과 각 부위의 연관성을 기반으로 부정렬 종류와 원인에 대한 진단을 제공하는 단계를 포함한다.

일례로서, 보행 단계별 족저 압력 변화 패턴에 대응되는 인체 움직임에 맞추어 3D 정보를 보상하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명 실시예들에 따른 족저 압력과 신체의 움직임 정보를 이용한 신체 부정렬 증후군 진단 장치 및 방법은 환자의 보행을 족저 압력 센서와 3D 센서를 통해 실시간 측정한 정보를 토대로 족저 압력과 상·하지의 움직임, 보행을 위한 단계별 과정에서의 족부 압력 변화와 관련 근골격계의 움직임을 시간을 기준으로 연동 분석함으로써 보다 정확하고 신속하며 정량적 기준에 따라 부정렬 증후군을 진단할 수 있어 신뢰성과 객관성 있는 진단이 가능한 효과가 있다.

본 발명 실시예들에 따른 족저 압력과 신체의 움직임 정보를 이용한 신체 부정렬 증후군 진단 장치 및 방법은 측정에 한계가 있는 3D 센서를 이용하면서도 족저 압력 센서를 통해 보행 단계와 보행 단계별 패턴에 따른 족저 압력과 그에 따른 족저 압력의 구획별 시간의 변화를 토대로 3D를 센서의 측정에 따른 인체 움직임에 대한 3D 정보를 보상하도록 함으로써 부정렬 증후군 판단에 필요한 정보의 정략적 크기에 대한 신뢰성을 높여 비교적 낮은 가격으로 부정렬 증후군에 대한 세부적 진단이 가능한 장비를 제작할 수 있고, 이러한 장비를 필요한 곳에 용이하게 보급할 수 있는 효과가 있다.

본 발명 실시예들에 따른 족저 압력과 신체의 움직임 정보를 이용한 신체 부정렬 증후군 진단 장치 및 방법은 족저 압력 센서와 3D 센서의 측정값을 동기된 시간 정보에 따라 저장하고, 족저 압력 센서와 3D 센서를 통해 족부의 이상과 원인을 판단하고, 보행 단계에 따른 족저 압력 센서의 측정값과 시간을 기준으로 후속되는 3D 센서의 움직임을 통해 하지와 골반, 몸통의 이상과 원인을 판단하며, 족저 압력 센서와 3D 센서를 통해 보행 단계별 관절의 움직임과 움직임에 대한 시간정보를 측정하여 부정렬 증후군에 대한 진단 정보를 제공함으로써 복합적 상관 관계를 가지는 부정렬 증후군의 발생 부위들과 원인에 대한 풍부한 진단 정보를 제공할 수 있는 효과가 있다.

본 발명 실시예들에 따른 족저 압력과 신체의 움직임 정보를 이용한 신체 부정렬 증후군 진단 장치 및 방법은 족저 압력 센서와 3D 센서를 동시에 이용하므로 자연스러운 보행에 대한 정보를 수집할 수 있으며, 양하지 지지기의 움직임을 족저 압력 센서를 통한 체중이동과 3D 센서를 통해 족부와 상지의 상관성 기반으로 분석함으로써 부정렬 증후군 발생 여부와 정도를 신속하게 파악할 수 있는 효과가 있다.

본 발명 실시예들에 따른 족저 압력과 신체의 움직임 정보를 이용한 신체 부정렬 증후군 진단 장치 및 방법은 자연스러운 보행에 대한 족저 압력 변화 정보와 3D 정보를 시간 동기에 따라 저장한 후, 필요에 따라 다양한 관점에서 부정렬 증후군을 동일 데이터를 통해 분석하고, 이러한 복수 관점에서의 부정렬 증후군 분석 결과를 통합하여 부정렬 상태와 원인들에 대한 실질적 진단이 가능하도록 하여 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.

본 발명 실시예들에 따른 족저 압력과 신체의 움직임 정보를 이용한 신체 부정렬 증후군 진단 장치 및 방법은 정적인 측정과 동적인 측정이 모두 가능하며, 자연스러운 보행의 동적 측정으로 신체의 보상기전을 확인할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 신체 부정렬 증후군 진단 장치를 이용한 진단 방식을 보인 개념도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 신체 부정렬 증후군 진단 장치의 구성을 보인 구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에서 구분하는 보행의 단계를 설명하기 위한 보행 예시도.
도 4는 본 발명의 실시예에서 적용하는 보행에 따른 인체의 전반적 움직임 패턴을 설명하기 위한 예시도.
도 5는 보행에 대한 족부 움직임 패턴을 설명하기 위한 예시도.
도 6은 본 발명의 실시예의 통합 분석 과정을 설명하기 위해 발의 입각기 기간 동안의 움직임과 족저 압력 변화를 보인 예시도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 부정렬 판단을 위해 측정되어야 하는 골반의 움직임을 설명하기 위한 개념도.
도 8은 본 발명의 실시예에서 구분 가능한 평발의 종류와 특징을 설명하기 위한 개념도.
도 9는 본 발명의 실시예에서 측정하는 무릎의 Q 각도를 설명하기 위한 예시도.
도 10은 본 발명의 실시예에서 측정하는 골반과 하지 관절의 움직임 패턴을 보인 패턴 그래프.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 신체 부정렬 증후군 진단 과정을 나타낸 순서도.

상기한 바와 같은 본 발명을 첨부된 도면들과 실시예들을 통해 상세히 설명하도록 한다.

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 신체 부정렬 증후군 진단 장치(100)를 이용한 진단 방식을 보인 개념도로서, 도시된 바와 같이 적어도 2스탭(바람직하게는 3스탭) 이상의 인체 보행에 따른 족저 압력을 측정하는 족저 압력 센서(110)와, 보행에 따른 인체의 움직임 정보를 적어도 깊이 정보로 측정하는 3D 센서(120)와, 족저 압력 센서(110)의 측정값과 3D 센서(120)의 측정값을 인체에 대한 족저 압력과 인체 움직임에 대한 3D 정보로 변환하여 각각 동기된 시간에 따라 저장하고, 저장된 족저 압력의 동적 변화와 3D 정보의 동적 변화를 토대로 보행 단계별 족저 상태와 그와 상관성을 가진 상부 신체의 움직임 패턴을 연동 분석하여 부정렬 증후군을 진단하는 보행 분석부(130)로 이루어진다.

족저 압력 센서(110)는 도시된 바와 같이 압력 센서들이 배치된 발판일 수 있으나, 복수의 압력 센서들이 배치된 신발, 깔창, 트레드밀 등일 수도 있다.

3D 센서(120)는 스테레오 카메라, ToF(Time Of Flight) 센서, 레이저 센서, 초음파 센서, 키넥트 센서 중 적어도 하나일 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 고해상도 영상과 함께 객체에 대한 깊이 정보를 포인트 클라우드 방식으로 수집하여 인체에 매핑한 후 복수의 관절을 가지는 스켈레톤 정보를 생성하는 키넥트(Kinect™) 센서를 예로 들어 설명한다.

도시된 예에서 3D 센서(120)는 피검자의 정면 위치에 하나가 배치되어 있으나, 필요에 따라 후면이나 측면에도 추가로 배치될 수 있다.

이와 같은 신체 부정렬 증후군 진단 장치(100)를 통해서 피검자가 족저 압력 센서(110)를 이용하여 통상적인 보행을 하도록 하고, 해당 보행 상태에서 발생되는 압력의 변화 패턴과 압력 변화 시간(족저부를 소정의 구획으로 구분하고 각 구획별 압력에 대한 시간 정보) 및 3D 센서(120)를 통한 인체의 움직임을 실시간 측정하도록 함과 아울러, 포괄적인 입체물이나 사람의 다양한 움직임을 측정할 수 있도록 구성된 3D 센서(120)의 측정 값을 '보행'을 측정하는 것으로 한정하고, 족저 압력 센서(110)의 동적인 측정 정보를 활용하여 보행 주기에 따른 움직임 패턴을 기준으로 측정 결과들을 보상하여 측정 결과에 대한 신뢰성을 높이도록 한다. 이러한 '보행'에 따른 인체의 족저 압력의 동적 변화와 움직임의 동적 변화를 각각 혹은 조합하여 분석하는 것으로 신체 부정렬 부위와 상태를 파악하고, 서로 연관이 있는 것으로 연구된 상관도 정보를 이용하여 부정렬 부위들의 관계성과 상태에 따라 전체적인 신체 부정렬 정도와 원인을 종합적으로 진단할 수 있도록 한다.

현재, 국내에서만 수십만 명의 환자가 척추 측만증으로 고생하고 있고, 나라와 문화권마다 움직임과 생활 습관, 체형이 달라 각각 다른 신체 부정렬 패턴을 나타내고 있다. 이들 중 상당 수가 신체 부정렬이 심화하기 이전에 운동요법이나 스트레칭, 습관의 개선을 통해 호전될 수 있으나, 신체 부정렬의 부위와 원인 및 그에 따른 운동요법에 대한 정보를 쉽게 진단 및 처방받기가 어려운 실정이다.

이러한 만연한 문제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 신체 부정렬 증후군 진단 장치(100)는 비교적 간단한 측정만으로 신체 부정렬 증후군에 대한 상세한 진단이 가능하도록 한다.

본 발명의 실시예에 따른 신체 부정렬 증후군 진단 장치(100)의 동작 방식을 보행 분석부(130) 구성이 도시된 도 2와 피검자의 보행에 따른 신체 부정렬을 판단하기 위하여 고려되어야 하는 인체의 상태들을 나타낸 도 3 내지 도 10의 예시를 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 신체 부정렬 증후군 진단 장치(100)의 구성을 보인 구성도로서, 족저 압력 센서(도시된 예시에서는 발판)(110)와 3D 센서(120)와 연동하여 피검자의 보행을 분석하는 보행 분석부(130)의 내부 구성이 나타나 있다.

도시된 구성은 설명의 편의를 위해 나타낸 기능적 구성도로서, 실제 각부의 구성은 통합되거나 더 세분화될 수 있으며, 본 발명을 이해하는데 필수적이지 않은 인터페이스부, 전원부, 통신부 등은 생략되었다. 또한, 도시된 구성의 경우 각 기능부들을 구분하고 이들을 상호 연동시키는 구성으로 제어부(139)를 적용하였으나, 실질적으로 각 기능부들은 제어부의 일부로서 구성될 수 있으며, 좀 더 구체적으로 제어부를 통해 실행되는 하드웨어나 소프트웨어 프로그램의 형태를 가질 수도 있다. 즉, 도시된 보행 분석부(130)는 하나 이상의 제어부와 메모리부를 가지는 컴퓨터 장치로서 각 기능부는 소프트웨어 프로그램으로 구현될 수 있고, 기능부 중 일부는 별도의 제어부와 메모리를 가지는 하드웨어로 구현될 수도 있으므로 이러한 하드웨어적인 구성은 다양하게 변형될 수 있으며, 본 발명은 이러한 모든 변형을 포괄한다.

본 발명 실시예에 따른 보행 분석부(130)는 도시된 바와 같이, 족저 압력 센서(110)의 측정값을 인체에 대한 족저 압력으로 변환하는 압력 측정부(131)와, 3D 센서(120)의 측정값을 인체 움직임에 대한 3D 정보로 변환하는 3D 정보 생성부(132)와, 압력 측정부(131)와 3D 정보 생성부(132)의 변환 값을 동기된 시간에 맞추어 저장하는 측정 정보 저장부(136)와, 측정 정보 저장부(136)에 저장된 족저 압력을 시간의 흐름에 따라 동적으로 분석하는 동적 압력 변화 분석부(137)와, 측정 정보 저장부에 저장된 인체 움직임에 대한 3D 정보를 시간의 흐름에 따라 동적으로 분석하는 동적 3D 정보 분석부(138)와, 동적 압력 변화 분석부(137)나 동적 3D 정보 분석부(138) 중 적어도 하나의 분석 결과에 따라 보행 단계를 세분하는 보행 단계 분석부(133)와, 보행 단계 분석부(133)의 세분된 보행 단계 정보를 기준으로 동적 압력 변화 분석부(137)와 동적 3D 정보 분석부(138) 각각 혹은 연동성에 기반한 분석 결과 조합을 요청 및 수신한 후 신체 부정렬 부위들과 각 부위의 연관성을 파악하여 신체 부정렬 증후군에 대한 진단 정보를 생성하는 부정렬 증후군 진단부(135)를 포함할 수 있다.

특히, 본 발명의 실시예에 따른 보행 분석부(130)는 보행 단계 분석부(133)에서 세분된 보행 단계의 대응되는 동적 압력 변화 분석부(137)의 족저 압력 변화 패턴 중 인체 움직임을 특정하는 시점이나 움직임 패턴에 대한 정보를 3D 정보를 보상하기 위한 정보로 생성하여 3D 정보 생성부(132)에 제공하는 3D 정보 보상부(134)를 더 포함할 수 있다.

더불어, 보행 분석부(130)는 압력 측정부(131), 3D 정보 생성부(132), 측정 정보 저장부(136), 동적 압력 변화 분석부(137), 동적 3D 정보 분석부(138), 보행 단계 분석부(133), 3D 정보 보상부(134) 및 부정렬 증후군 진단부(135) 사이의 구성되어 각 부 간의 정보 교환과 정보 요청을 중개하고 부정렬 증후군 진단부의 진단 과정에 따라 각 부를 제어하는 제어부(139)를 포함할 수 있다.

이러한 기능부들을 통해서 피검자의 보행 특성을 파악하여 신체 부정렬 증후군을 진단하게 되는데, 이러한 각 기능부의 기능을 구체적으로 설명하기 위하여 도 3 내지 도 5를 통해서 인체의 기본적인 보행 특성에 관하여 먼저 살펴보도록 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에서 구분하는 보행의 단계를 설명하기 위한 보행 예시도이다.

일반적으로 인간의 몸은 신경학적으로 패턴화된 움직임과 관절 고유의 각도에 따른 움직임을 지속적으로 생산하는데, 전신의 패턴화된 움직임을 연속적으로 나타내는 것이 보행이며, 도시된 바와 같이 이는 크게 입각기(발이 닿는 기간)와 유각기(발이 떨어지는 기간)로 구분하고, 양하지 지지기(양 발이 닿는 기간)와 단하지 지지기(한 발이 닿는 기간)로 구분할 수도 있으며, 좀 더 정밀하게는 8개의 과정이나 7개의 기간으로 구분할 수 있다.

보행 주기를 7개의 기간으로 나누기 위하여 8개의 과정으로 세분화하면 다음과 같다.

1) 초기 닿기 : 보행주기의 0% 지점에서 발이 처음으로 지면과 접촉할 때 일어나는 입각기의 시작

2) 반대쪽 발가락 떼기 : 보행주기의 10%지점에서 반대쪽 발이 지면에서 떨어질 때

3) 발 뒤꿈치 상승 : 보행주기의 약30% 지점에서 발뒤꿈치가 지면으로부터 들릴 때

4) 반대쪽 초기 닿기 : 보행주기의 50% 지점에서 반대쪽 발이 지면을 접촉할 때

5) 발가락 떼기 : 보행주기의 60% 지점에서 발이 지면을 떠날 때

6) 양발 인접 : 보행주기의 73% 지점에서 유각기에 있는 하지의 발이 입각기에 있는 하지의 발 옆에 왔을 때

7) 경골 수직 : 보행주기의 87% 지점에서 유각기에 있는 하지의 경골이 수직 방향을 향할 때

8) 초기 닿기 : 다음에 일어날 보행주기의 시작

이러한 과정을 통해 보행 주기를 7개의 기간으로 나누면 다음과 같다.

1)부하반응기 : 하지가 지면과 접촉하기 시작함으로 체중을 수용하는 시기

2)중간 입각기 : 반대쪽 발가락 떼기에서부터 발뒤꿈치 상승까지(10-30%)

3)말기 입각기 : 발뒤꿈치가 상승할 때 시작, 반대쪽 하지가 지면과 접촉할 때 끝(30-50%)

4)전 유각기 : 반대쪽 초기 닿기에서부터 동측 발의 발가락 떼기까지 양하지 지지기 일어남(50-60%)

5)초기 유각기 : 발가락 떼기에서부터 양 발 인접, 유각기에 있는 발이 입각기 발 옆에 오는 시기(60-73%)

6)중간 유각기 : 양 발 인접에서부터 유각기에 있는 하지의 경골수직이 일어날 때까지(73-87%)

7)말기 유각기 : 경골의 수직 위치에서부터 발 뒤꿈치 닿기 바로 이전까지(87-100%)

또한, 이러한 보행 패턴에 따른 인체의 전반적인 움직임, 즉 질량의 움직임은 도 4에 도시된 바와 같이, 수직 라인에서 두 번의 정현적 움직임과 내외측 라인에서 한 번의 정현적 움직임으로 나타난다. 수직 라인의 경우 개인별 신체 특성에 따라 다르지만 대략 5Cm 범위에서 질량의 이동이 있으며 최고점은 단하지 지지기의 중간지점(30%, 80%)이고, 내외측 라인의 경우 양발의 입각기와 유각기를 거쳐 총 4Cm 정도의 좌우측 질량 이동이 있다.

이러한 보행에 대한 족부 움직임 패턴을 설명하는 도 5를 보면, 도시된 바와 같이 좌우 대칭인 보폭(Step)이 더해진 한 걸음의 폭(Stride)을 통해서 보행 간격과 양 발의 보폭 특성 및 기간을 알 수 있다. 전진 각도는 뒤꿈지 중앙에서 두 번째 발가락을 기준으로 판단한다.

통상 성인의 보폭은 약 72Cm이고 보행 간격은 10Cm 정도이며, 전진 각도는 대략 7~12도 정도 외회전한다. 통상적 보행 속도는 시속 4~5Km 정도이다.

앞서 도 3 및 도 4의 도 5의 특성으로 보행을 판단할 경우, 보폭을 통해서 골반의 회전, 고관절 굴곡근(Hip flexor)과 신전근(Hip extensor) 사이의 근육학적 비대칭성과 단·양하지 지지기의 비율 및 압력과 그에 따른 시간적 정보, 양하지의 근력의 차이를 파악할 수 있고, 유통성 보행 여부도 알 수 있다.

또한, 보행 간격의 변화를 통해서 고관절의 아탈구, 내전근(Adductor)과 외전근(Abductor)의 불균형, Q-angle의 변화, 경골의 회전, 발 아치의 붕괴, 내,외반슬 시 간격의 차이에 대해 파악할 수 있다.

더불어, 전진각도를 통해서 발가락의 외회전이나 내회전 보행 여부와, 이러한 보행에 대한 역학적 요인들을 예측할 수 있다.

한편, 세부적 보행 단계를 구분할 수 있는 정보로서 인체의 질량 이동과 더불어 족저 압력의 변화를 살펴볼 수 있는데, 도 6은 본 발명의 실시예의 통합 분석 과정을 설명하기 위해 발의 입각기 기간 동안의 움직임과 족저 압력 변화를 보인 예시도이다.

도시된 바와 같이 발이 초기 닿기 상태에서 발가락 떼기 직전까지의 과정을 순차적으로 나타낸 것으로 후면(도 6a)과 측면(도 6b)에 대한 움직임과 각 움직임에 따른 족저 압력 변화(도 6c)가 나타나 있다. 이러한 족부의 움직임을 족저 압력의 동적 변화 패턴 중 상태를 통해 파악할 수 있다.

이러한 족저 압력 변화 패턴(즉, 중심 이동 패턴)은 뒷꿈치에서 발바닥의 중심부를 지나 엄지 발가락으로 이동하는 과정으로, 뒤꿈치에서 바깥쪽 측면을 따라 이동하다가 바깥쪽에서 안쪽으로 이동한 후 엄지 발가락으로 이동하게 된다.

이러한 족저 압력 변화 패턴을 통해서 평발(Forefoot varus, Forefoot valgus, Rearfoot varus) 여부를 알 수 있다. 이러한 평발이 발생할 경우 골반 무명골(Ilium)의 전방회전(Anterior rotation)으로 인하여 고관절(Hip joint)과 대퇴골의 내회전(Femur Internal rotation)이 발생하며, 동시에 아치의 붕괴(Arch Collapse)로 인한 발등 높이의 낮아짐, 족배 굴곡(Dorsi Flexion)의 증가로 보행시 발이 지면을 누르는 시간이 길어지는 상관적 특성들이 있다. 따라서, 평발 발생에 따라 이러한 상관적 움직임을 파악하거나, 반대로 고관절과 대퇴골의 회전을 통해서 평발 여부와 보행 시 발이 지면을 누르는 시간 등을 파악할 수 있다.

하지만, 본 발명의 실시예에 따른 신체 부정렬 증후군 진단 장치(100)의 경우 족저 압력 센서가 3D 센서에 비해 해상도나 신뢰성에서 우위에 있으므로 족저 압력 센서의 측정 정보에 가중치를 두어 판단할 수 있다.

이러한 보행의 패턴은 인체의 관절 고유의 각도와 신경학적 움직임에 따른 것이므로 대부분의 피검자는 이러한 패턴을 크게 벗어나지 않는다. 따라서 이러한 보행 패턴을 기준으로 인체의 움직임을 정밀하게 분석하는 것으로 신체 부정렬 증후군 진단을 수행할 수 있다.

이러한 보행의 특성을 이용하여 신체 부정렬 진단을 수행하는 도 2의 각 기능부들에 대하여 좀 더 상세히 설명한다.

먼저, 압력 측정부(131)는 족저 압력 센서(110)의 측정값을 인체에 대한 족저 압력으로 변환한다. 즉 앞서 도 6을 통해 살펴본 바와 같은 보행의 족저 압력 패턴을 통해서 족저 압력 센서(110)를 통해 측정되는 값이 발의 어느 부위에 대응하는 압력인지를 파악하여 인체의 족저 압력에 대응되는 정보로 변환한다.

3D 정보 생성부(132)는 인체의 움직임을 진단할 공간과 3D 센서가 측정하는 가상의 공간을 매핑하여 인체 움직임을 정량화하는 초기화 단계를 먼저 수행하고, 3D 센서(120)의 측정값을 인체 움직임에 대한 3D 정보로 변환하게 되는데, 본 발명의 실시예에 따른 신체 부정렬 진단 장치(100)가 인체의 보행을 측정하는 고정된 장치라는 점에서 측정이 이루어질 공간에 대한 정보와 측정된 정보(이미지 정보, 깊이 정보 등)를 매핑하고 실제 단위 정보를 적용하여 측정되는 움직임 정보에 따른 이동이나 회전에 대한 정량적 수치 정보를 얻을 수 있도록 한다. 이를 위해서는 바닥면에 대한 정보와 측정 객체에 대한 크기 정보 등을 통해서 측정 공간을 가상의 3D 공간과 매핑하는 캘리브레이션하는 과정을 초기화 과정으로 수행함으로써 측정의 정량화에 대한 신뢰성을 높이도록 한다. 또한, 고정된 영역에서 특정 범위 이내에 해당하는 인체를 측정하는 것이기 때문에 측정 범위를 조정하여 해상도를 높일 수 있다.

특히 3D 정보 생성부(132)는 영상이나 포인트 클라우드 형식의 깊이 정보를 통해서 인체의 움직임을 측정하는 3D 센서(120)의 측정값을 인체에 대한 것으로 한정하고, 이를 관절을 가지는 스켈레톤 형식으로 변환하게 되는데, 측정 오차나 노이즈, 인체의 측정 각도 등에 의해 보행 단계별 움직임을 벗어난 움직임으로 오인식될 수 있다.

따라서, 3D 정보 생성부(132)는 3D정보 보상부(134)로부터 족저 압력 변화 패턴 중 인체 움직임을 특정하는 시점이나 움직임 패턴에 대한 정보를 3D 정보를 보상하기 위한 정보로 수신하여 인체 움직임을 보상할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 족저 압력 패턴에 따라 현재 발이 지면에 닿았는지, 떨어졌는지, 뒤꿈치만 닿았는지 발 전체가 닿았는지와 발의 구획별 지면을 누르는 시간 등을 파악할 수 있고, 이러한 입각기 기간에서 이루어지는 상지 근육과 골격계의 패턴화된 움직임 정보를 통해 족저 압력 패턴의 변화에 따라 예상되는 골격계의 움직임 패턴을 과도하게 벗어나는 정보를 필터링하거나 측정 파라미터를 조정하여 움직임 패턴을 추종하도록 인체의 움직임(특히 스켈레톤 움직임)을 보상된 3D 정보로 생성한다.

이러한 3D 정보에는 인체의 자세변화, 인체의 상하 좌우 움직임은 물론이고 측정되는 인체를 설정된 골격과 관절 구조에 대응시켜 각 관절과 골격의 회전과 비틀림 등에 대한 정보를 얻을 수 있는 구체적인 공간 상 인체 모형의 각 부분 좌표정보들을 포함할 수 있다.

측정 정보 저장부(136)는 압력 측정부(131)와 3D 정보 생성부(132)의 변환 값을 동기된 시간에 맞추어 저장하는데, 간단하게는 압력 측정부(131)에서 인체의 족저 압력으로서 측정되는 정보(측정된 원시 센서 값, 압력의 면적과 강도 및 각 구획별 압력에 대한 시간적 정보, 단,양하지 지지기의 비교, 발바닥의 부위에 대한 정보 등)를 측정 시간 정보와 함께 저장하고, 3D 정보 생성부(132)에서 인체의 3D 정보로 변환된 정보(측정된 원시 센서 값, 인체에 매핑하여 얻은 각 부분의 값, 스켈레톤으로 매핑하여 얻은 각 관절과 골격의 좌표, 보정된 관절과 골격의 좌표 등)를 측정 시간 정보와 함께 저장할 수 있으며, 두 측정부의 실제 측정 시점이 동일한 시간 정보로 정확하게 동기될 수 있다. 혹은 특정한 시간 정보에 맞추어 일정 주기로 압력 측정부(131)와 3D 정보 생성부(132)의 변환 값을 측정 정보 저장부(136)에 저장할 수도 있다.

이렇게 측정 정보 저장부(136)에 시간 동기화되어 저장된 정보들은 필요에 따라 반복적으로 인출되어 활용될 수 있는데, 정확한 보행 단계별 시점을 구분하거나, 일측의 측정 정보에 연동되는 타측의 측정 정보들을 쉽게 확인할 수 있다.

한편, 족저 압력 센서(110)와 3D 센서(120)를 통해 각각 얻을 수 있는 족저 압력 변화의 패턴이나 인체 움직임 패턴을 각각 파악하고 이상이 있는 경우 상관도가 높은 연동 부분에 대한 추가적인 분석을 수행할 수 있는데, 각각의 동적 변화를 필요한 시점이나 기간에 따라 분석할 수 있는 동적 압력 변화 분석부(137)와 동적 3D 정보 분석부(138)를 구성한다.

동적 압력 변화 분석부(137)는 측정 정보 저장부(136)에 저장된 족저 압력을 시간의 흐름에 따라 동적으로 분석하는데, 압력의 변화에 따라 도 2의 보행 단계나 도 3의 무게 중심 이동, 도 6의 족저 압력 변화와 도 5의 보행에 따른 각 발의 위치 분석이 가능하다.

동적 3D 정보 분석부(138)는 측정 정보 저장부에 저장된 인체 움직임에 대한 3D 정보를 시간의 흐름에 따라 동적으로 분석하는데, 인체 움직임을 통해서 도 2의 보행 단계나 도 3의 무게 중심 이동, 도 5의 보행에 따른 각 발의 위치, 도 6의 보행에 따른 족부 형상이나 움직임 분석이 가능하며, 그 외에도 인체에 대한 골격 움직임과 관절부 움직임과 회전에 대한 측정 및 분석이 가능하다.

이제, 이러한 족저 압력과 인체의 3D 정보를 통해 상관성을 가지는 신체 부정렬을 측정하는 방식의 예시들을 도 7 내지 도 10을 통해 설명한다.

먼저, 보행에 따른 족부의 상태에 따라 가장 직접적으로 상관성을 가지는 부분은 골반의 움직임이다. 보행에 따라 골반은 3가지 특징적인 움직임을 보이는데, 도 7에 도시된 바와 같이 보행에 따라 각 방향 당 4도씩 총 8도의 수평면상 회전성 움직임(A)이 발행하고, x축 상 좌우 5Cm 정도의 병진 운동(B)이 발생하며, y축상 상하 각각 5도 이내의 병진 운동(C)이 발생한다.

이러한 골반의 움직임은 족부 이상과 직접적으로 연관되는 것이므로 족부에 이상이 발생할 경우 골반의 움직임에 이상이 발생하며, 반대로 골반에 이상이 발생할 경우 족부에 이상이 발생하여 신체 부정렬 증후군이 나타나게 된다.

예컨대 동적 압력 변화 분석부(137)는 발이 지면을 누르는 시간을 측정하여 한쪽 발이 반대쪽 발보다 지면을 오래 누를 경우 평발과 무릎, 고관절, 골반의 문제를 예측할 수 있다. 특히, 발가락 떼기(Toe-off) 직전에 발이 지면을 미는 시간의 증가는 과도한 아치의 붕괴 또는 정상각도 이상의 족배굴곡(Dorsi flexion), 과도한 고관절과 대퇴골, 무릎관절의 내회전 및 골반 무명골의 전방회전을 동반한다. 또한, 입각기 말기에서 엄지발가락이 발가락 떼기(Toe-off)직전 얼마나 추진력 있게 밀었는지에 따라 반대쪽 골반의 회전이 발생을 하게 된다. 한쪽 발의 엄지발가락의 추진력이 부족할 경우 동측 및 반대쪽 골반의 회전력은 떨어지게 되며, 이는 동작 압력 변화 분석부(137)와 동적 3D 정보 분석부(138)를 연동하여 확인할 수 있다.

이러한 기본적인 진단 외에 좀 더 정확한 진단을 위해서 인체의 보행에 따른 움직임과 근골격계의 상관성을 살펴볼 필요가 있다.

통상 보행 시 골반은 시상면(sagittal plane)에서 각 장골(Ilium)의 회전은 고관절 신전면에서 전방회전(Anterior rotation)과 굴곡면에서 후방회전(Poster rotation)이 발생한다. 횡단면에서는 골반의 전체 회전이 발생(앞으로 전진하는 하지쪽의 전방회전)하고, 전면에서 골반전체의 회전 즉, 체중부하가 걸리는 면에서는 상방, 다른쪽에서는 하방 운동이 발생한다. 보행시 이들 면에서 골반의 위치가 변하면서 천골(Sacrum)도 각 보행주기에 따라 수직축(Vertical axis)과 경사축(Oblique axis) 주위에서 교대로 우측과 좌측으로 회전한다. 따라서, 골반의 움직임은 보행의 단계에 따라 특정한 움직임 패턴을 가지며 이러한 패턴이 어긋나는 경우 신체 부정렬 발생을 의심할 수 있다.

이러한 골반에 연결된 고관절 역시 보행에 따라 움직임 패턴이 나타나게 되는데, 대퇴골(Femur)의 회전은 골반과 동시에 회전을 하게 된다. 우측 발뒤꿈치 닿기(Initial Contact)에서 우측 고관절은 좌측 전상장골극(Anterior Superior Iliac Spine, ASIS)의 상대적인 후방위치에 따라 약간 외회전(External rotation)된 상태에 있게 된다. 우측 하지 입각기(Stance phase)의 대부분 동안, 좌측 전상장골극이 전방으로 움직임에 따라 우측 고관절에서는 내회전(Internal rotation)의 움직임이 발생하는데 최대로 내회전된 위치는 보행주기의 50%지점에서 일어난다. 보행주기의 50% 지점에서부터 중간 유각기(Mid swing)까지, 우측 하지가 들리면서 전방으로 움직임에 따라 우측 고관절에서는 외회전이 일어나게 된다. 중간 유각기에서 우측 발뒤꿈치 닿기까지 적은 양의 우측 고관절의 내회전이 일어난다.

이러한 보행에 따른 고관절과 대퇴골의 움직임은 무릎 관절과 연관되는데, 발뒤꿈치 닿기 시점에서 무릎 관절은 2~3도 상대적 외회전 위치에 있게 된다. 입각기 내내 경골의 내회전은 대퇴골에 비해 더 크게 일어나기 때문에, 무릎 관절은 점차 내측으로 회전하게 된다. 발가락 떼기가 끝날 때쯤, 무릎 관절은 약 5도의 상대적 내회전 상태에 이르게 된다. 유각기 동안, 무릎 관절은 다음에 일어날 발뒤꿈치 닿기를 준비하기 위해 외측으로 회전한다.

족부에서의 체중이동과 하지의 운동을 살펴보면, 도 6에서와 같이 발뒤꿈치 닿기 시점에 발뒤꿈치에 걸리는 체중은 바깥쪽 면을 따라 앞쪽으로 이동하게 된다. 해당 구간은 발뒤꿈치 닿기 시점(Initial Contact)부터 입각기 중기(Mid stance)까지이며, 체중의 후방에서 전방으로 이동하는 시기이고, 이는 발목, 무릎, 고관절에서 전,후방(굴곡,신전) 운동(도 10 참조)을 발생시킨다.

그 다음 발바닥의 바깥쪽에서 안쪽으로 체중이 이동하게 되는데, 해당 구간은 입각기 중기(Mid stance)에서 입각기 말기(Terminal Stance)까지이며, 골반에서는 반대쪽 골반으로의 체중이동과 골반의 회전, 골반의 회전과 상반되는 몸통의 회전이 일어나는 시기이며, 이는 발목(Pronation), 무릎 내전(Adduction + Internal rotation), 고관절의 내회전과 신전(Internal rotation + Extention), 무명골의 전방회전(Anterior rotation)의 운동으로 인해 결과적으로 대퇴골은 내회전 (Internal rotation)과 신전 (Extention) 그리고 내전 (Adduction )운동을 동시에 발생시킨다.

마지막으로 발바닥의 안쪽에서 엄지 발가락으로 체중이 이동하는 구간은 추진력(Propulsive phase)을 얻는 단계로서, 다시 고관절과 무릎관절, 발목관절의 전, 후방(굴곡,신장)운동과 고관절과 대퇴골의 내회전 운동(Internal rotation)을 동반한다.

이와 같이 보행에 따른 동적인 족저 압력 변화와 그에 따른 발목, 무릎, 대퇴골, 고관절 및 골반까지의 연관성만 보더라도 상호 높은 상관성을 가지는 것을 알 수 있으며, 신체 부정렬 증후군 진단 시 이러한 상관성을 고려해야 함을 알 수 있다. 특히, 특정 부위에 문제가 발생할 경우 상관적으로 특별한 문제가 연동하여 발생하는 관계성에 대한 의학적 데이터를 통해 특정 부위의 문제를 확인하면 상관성이 있는 다른 부위의 문제점을 동적 정보 분석을 통해 확인할 필요가 있다.

본 발명 실시예의 경우 3D 센서에 비해 상대적으로 신뢰성이 높은 족저 압력 센서를 통해 얻은 정보를 기준으로 족부 문제를 먼저 파악한 후 연관된 상지 움직임을 분석하는 방식을 이용할 수 있다.

족부의 아치(Foot arch)는 중력에 저항하는 힘을 가지고 있으며 완충작용을 한다. 또한 걷고 뛸 때 추진력을 발생시키며,좌우아치의 균형은 직립관절의 정렬과 바른 자세를 형성한다. 발의 내측 아치(Medial longitudinal arch)는 발 아치의 중심이 되는 중요한 구조이고 앞에서부터 뒤로 제1중족골, 내측 쐐기골(Medial cuneiform), 발배골(Navicular), 거골(Talus), 종골(Calcaneus) 등 5개의 뼈로 구성되어 있다. 발의 외측 아치(lateral longitudinal arch)는 제 5중족골(5th Metatarsal), 입방골(Cuboid), 종골 (Calcaneus) 등의 3개의 뼈가 아치를 구성한다. 발의 횡아치(transverse arch)는 5개의 중족골(1th- 5th Metatarsal)에 의해 구성되며, 중족골(Metatarsal)들은 서로 접촉하여 관절을 구성하는 것이 아니라 중족골들의 사이에 골간근(Interossei)이 끼어 있는 일종의 가상적인 아치라고 할 수 있다.

이러한 발의 내측 아치가 높아진 것을 요족(Pes Cavus)이라 하고, 내측 아치가 낮아진 것을 평발(Pes planus, Flat foot)이라고 한다. 이러한 발 아치의 변형은 골반과 무릎 관절의 영향을 주고 신체의 중심선(Center and line of gravity)을 이동시켜 신체 부정렬 증후군을 유발하게 된다.

이러한 족부 문제들 중 평발을 예로 들어 설명한다.

도 8은 본 발명의 실시예에서 구분 가능한 평발의 종류와 특징을 설명하기 위한 개념도로서, 도시된 바와 같이 평발의 대표적인 3가지 종류의 특징을 보인 것이다.

전족부 내반(Forefoot varus)은 엄지발가락이 5번째 발가락보다 높아진 상태를 말한다. 열린사슬(Open kinetic chain & Uncompensated)에서 관찰되는 전족부 내반은 체중을 지지하는 닫힌사슬(Closed kinetic chain & compensated)에서 발의 외측면이 주로 닿기 때문에 보행 시 앞으로 나가는 추진력이 떨어진다.

또한 이를 보상하기 위해서 거골하관절(Subtalar joint)은 과도하게 회내(Pronation)되고, 족근골간관절(Midtarsal joint)는 편평발(Foot-flat position)을 취하게 되어 평발이 된다. 도시된 바와 같이 체중을 지지하지 않는 경우(상)와 체중을 지지하면 안쪽으로 무너지는 모습(하)을 볼 수 있다.

즉, 동적 압력 분석부(137)를 통해서 체중을 지지하는 경우(하) 전반적으로 발의 전,내측의 높아진 압력 패턴을 통해 평발이라는 것을 알 수 있으며, 보행시 엄지발가락이 지면을 밀어 추진력을 내는 구간(propulsive phase) 즉, 전유각기에서 발의 전,내측 부분의 낮은 압력을 확인할 수 있다.

또한 그 종류를 확인하기 위하여 동적 3D 정보 분석부(138)를 통해 체중을 지지하지 않을 경우와 체중을 지지하는 경우의 족부 상태와 체중을 지지하는 경우의 발목관절의 전,후면과 내,외측 각도를 통해 확인할 수 있으며 좌우 체중이동의 불균형과 단하지지지기의 신장의 높이의 차이, 대퇴골의 내회전의 증가, Q-angle의 증가, 경골의 비틀림 등으로 전족부 내반을 파악할 수 있다.

전족부 외반(Forefoot valgus)은 5번째 발가락이 엄지발가락보다 위로 올라가 형태를 의미하며, 전족부 내반과 반대의 모습을 하고 있다. 이러한 이유로 전족부 외반은 도시된 바와 같이 체중을 지지하지 않는 경우(상)와 체중을 지지하면 반대방향인 바깥쪽으로 무너지는 모습(하)을 볼 수 있다.

이 경우 역시 동적 압력 분석부(137)를 통해서 체중을 지지하는 경우 전반적으로 발의 전,외측의 높아진 압력을 확인할 수 있으며 이로 인한 보행시 엄지지발가락이 지면을 밀어 추진력을 내는 구간(propulsive phase) 즉, 전유각기에서 발의 전,외측 부분의 높아진 압력을 확인할 수 있다.

또한 동적 3D 정보 분석부(138)를 통해 체중을 지지하지 않을 경우와 체중을 지지하는 경우의 족부 상태와 체중을 지지하는 경우의 발목관절의 전,후면과 내,외측각도를 통해 확인 할 수 있으며, 좌우 체중이동의 불균형과 단하지지지기의 신장의 높이의 차이, 낮아진 추진력으로 인한 반대쪽으로의 체중이동이 감소된 것을 통해 전족부 외반을 파악할 수 있다.

후족부 내반 (Rearfoot varus)은 발의 뒷부분의 종골(Calcaneus)이 정중선(Midline)쪽으로 내번(Inversion)된 것을 말한다. 이 변형의 반응으로 체중 지지시 거골하 관절은 회내(Subtalar joint pronation)를 통해 보상하여 입각기 동안 전족(Forefoot)부의 내측면이 지면과 많이 접촉하게 만든다. 도시된 바와 같이 체중을 지지하지 않은 모습(상), 체중을 지지하면 안쪽으로 무너지는 모습을 보인다(하).

이 경우 역시 동적 압력 분석부(137)를 통해서 체중을 지지하는 경우 전반적으로 발의 후,내측의 높아진 압력을 확인할 수 있으며 이로 인한 보행 시 뒤꿈치 닿기(Heel contact)에서 뒤꿈치 내측에 압력이 높아진 것을 확인할 수 있으며, 내측 종아치의 붕괴로 입각기 시간의 증가를 확인할 수 있다.

또한, 동적 3D 정보 분석부(138)를 통해 체중을 지지하지 않을 경우와 체중을 지지하는 경우의 족부 상태와 체중을 지지하는 경우의 발목관절의 전,후면과 내,외측각도를 통해 확인 할 수 있으며, 좌우 체중이동의 불균형과 단하지지지기의 신장의 높이 차이, 거골하관절(subtalar joint)의 회내(pronation)로 인한 내측 종아치의 낮아짐과 경골의 수직각도의 변형 및 발의 외전각도 등을 통해서 후족부 내반을 파악할 수 있다.

이와 같이 동적 압력 변화 분석부(137)를 통해서 평발을 파악한 경우에 있어, 그 종류와 원인에 대한 세부적인 진단이 필요하며, 이를 시간 동기된 동적 3D 정보 분석부(138)를 통해 파악할 수 있다.

한편, 동적 압력 변화 분석부(137)를 통해 팔자걸음(Toe-out)을 검출하는 경우, 그 원인은 평발이나 요족과 같은 발의 문제일 수 있으며, 경골의 비틀림, 무릎관절의 회전성 변화, 고관절 외회전근의 단축, 대퇴골의 과도한 전경, 비정상적 Q-각도 등이 원인일 수 있다.

동적 압력 변화 분석부(137)를 통해서 앞서 설명한 평발 여부를 확인할 수 있고, 요족(Supinated foot) 여부를 확인할 수 있다. 요족의 특징은 내측 종아치(Medial longitudinal arch)가 비정상적으로 높아진 경우이다. 발의 후족부터 내번(Inversion)되기 때문에 전족부터 그에 대한 보상작용으로 외번(Eversion)되며 발가락은 갈퀴발가락(Claw toe)이 된다.

한편, 그 외의 경골 비틀림, 무릎관절의 회전성 변화, 고관절 외회전근의 단축, 대퇴골의 과도한 전경, 비정상적 Q-각도에 대해서는 3D 정보 분석부(138)를 통해서 확인할 수 있다. 예컨대, 단순히 팔자걸음이 진단된다거나, 평발이 진단된다는 것이 아닌, 전족부 외반에 의한 팔자걸음이며, 상관 부정렬로 무릎관절 회전성 변화가 발견되었다는 좀 더 정확한 진단이 가능하게 된다.

경골의 비틀림(Tibia torsion)은 내측상과(Medial malleolus)와 외측상과(Lareral malleolus)를 연결한 경골 연점축(transmalleolar axis)이 20도 이상 회전한 경우이며, 이러한 경골(Tibia)의 비틀림을 팔자걸음의 원인이라고 판단할 수 있다.

무릎관절의 회전성 변화는 대퇴경골의 회전성변화 (Tibiofemoral rotation, TFR)라고 한다. 하지의 움직임에서 대퇴골(Femur)과 경골 (Tibia)은 무릎관절을 이루며 동시에 대퇴골(Femur)의 문제를 경골(Tibia)로 전이시키거나 경골의 문제를 대퇴골 (Femur)로 전이시키는 관계에 있다.

닫힌 사슬운동 (Closedkinetic chain)인지 열린 사슬운동 (Open kinetic chain)인지에 따라서 대퇴골에 대한 경골(Tabial-on-femoral), 경골에 대한 대퇴골(Femoral-on-tibial)의 움직임이 결정되고, 어떤 면에서 움직이느냐에 따라 움직임의 종류가 결정된다. 경골 대퇴관절의 움직임은 시상면에서의 굴곡, 신전 움직임과 수평면에서의 회전의 움직임이 발생한다.

대퇴근막장근(Tensor fascia lata)은 고관절과 무릎 관절을 지나가는 2관절 근육으로, 중둔근의 약화로 대퇴근막장근이 과사용 되면 대퇴골은 내회전(Internal rotation)시키고 경골을 외회전(External rotation) 시켜서 팔자걸음이 발생하게 된다. 이러한 대퇴경골 회전성 움직임이 경골의 비틀림과는 다른 것은 경골의 비틀림은 경골 자체의 골성변화이고, TFR은 비틀림이 무릎관절에서 일어난다. 이러한 움직임은 골반과 고관절, 무릎관절에 회전성 변형을 주어 복합적인 문제를 야기한다.

따라서, 팔자걸음이 있는 경우 경골 비틀림은 아니며 무릎관절의 회전성 변화가 있다면 중둔근의 약화에 따른 문제일 수 있다고 진단하고 해당 중둔근 강화를 위한 운동 처방을 할 수도 있다.

고관절 외회전근(External rotator)의 단축은 이상근, 상쌍자근, 하쌍자근, 내폐쇄근, 외폐쇄근, 대퇴방형근을 포함하는 고관절 외회전근이 긴장하거나 단축되는 경우이며, 이 때 고관절 높이에서 팔자걸음이 나타나게 된다.

대퇴골의 과도한 전경(Femoral retrotorsion)은 고관절이 후념된 것을 의미하는데, 대퇴골 염전각(torsion angle)은 전방으로 15도 기울어진 것이 정상이나 고관절이 후념이 된다면 대퇴골두에 있는 점이 관골구에 있는 점보다 뒤에 오게 되어 정상적인 고관절의 움직임이 일어나지 않으며 이에 대퇴골이 외회전하면서 대퇴골 후념을 보상하게 되어 팔자 걸음이 나타나게 된다.

Q-각도는 슬개골(Patella)에 대해 대퇴사두근(Quadriceps femoris)의 가쪽 당김을 알아볼 수 있는 상대적 지표로서, 도 9에 도시된 바와 같이 골반의 전상장골극(ASIS)에서 슬개골(Patella)의 중심선으로 일직선을 그리고 슬개골의 중심선에서 경골조면(Tibial tubercle)까지의 일직선을 그린 후 그 사이의 각도를 측정한 것이다. 정상적인 각도는 10~15도이며, 고관절의 내전(Hip adduction), 고관절의 내회전(Hip internal rotation), 발의 과 회내(Foot over pronation)가 있는 경우 그 각도가 증가하게 된다.

이와 같이 족저 압력만으로 그 구체적인 원인을 알 수 없는 이상이 측정될 경우 해당 이상과 상관성이 있는 부위의 이상 여부를 3D 정보를 통해서 확인할 수 있고, 이렇게 얻어진 3D 정보를 통해 상관성이 있는 부위에 대한 정보를 확인하면 그에 대하여 상관성이 있는 다른 부분에 대한 정보들도 확인할 수 있다. 또한, 3D 정보를 통해서 판단되는 여러 관련 문제들에 대해서 다시 추가적인 확인이 필요한 경우 족저 압력 변화 패턴을 통해 3D 정보를 보충하여 신체 부정렬 증후군의 상태와 원인에 대해 파악할 수 있다.

따라서, 동적 3D 정보 분석부(138)는 보행에 따른 신체질량의 상하, 좌우 이동의 움직임, 몸통과 팔의 동작 및 그에 따른 어깨와 팔의 움직임, 골반 동작, 고관절 동작, 무릎관절 동작, 발목 관절 동작을 측정하는데, 도 10에 도시된 바와 같은 세분된 보행 단계에서의 관절 동작 특성 패턴을 기준으로 파악하여 보정하거나, 이상 여부를 판단할 수 있다.

도 2에 도시된 부정렬 증후군 진단부(135)는 앞서 설명했던 동적 압력 변화 분석부(137)나 동적 3D 정보 분석부(138) 중 적어도 하나의 분석 결과에 따라 보행 단계를 세분하는 보행 단계 분석부(133)의 세분된 보행 단계 정보를 기준으로 동적 압력 변화 분석부(137)와 동적 3D 정보 분석부(138) 각각 혹은 연동성에 기반한 분석 결과 조합을 요청 및 수신한 후 신체 부정렬 부위들과 각 부위의 연관성을 파악하여 신체 부정렬 증후군에 대한 진단 정보를 생성한다.

이를 위해서 의학적으로 연구된 골격과 관절 및 근육의 상관성 정보를 활용할 수 있으며, 진단 정보를 근거로 운동 처방 등을 제시할 수도 있다.

이러한 의학적으로 연구된 골격과 관절 및 근육의 상관성 정보의 예시로서 평발에 관한 상관성 정보를 설명한다.

평발은 대퇴근막장근(ITband syndrome)의 과다한 거골하관절 회내(subtalar joint pronation)가 중요한 병리학적인 요소로 작용하게 된다. 경골 (tibia)이 과도하게 내회전(Internal rotation)된 것은 대퇴근막장근 말단(Distal iliotibial band)을 외측대퇴상과(lateral femoral epicondyle) 위로 끌어 당겨서 대퇴근막장근 마찰(Iliotibial band friction)을 발생시키고, 무릎관절에서의 Q-angle을 증가시킨다.

회내(Pronation)된 발의 경골은 내회전, 대퇴골은 외회전의 모습을 보이고 골반은 전방경사(Pelvic anterior tilt), Q-angle은 증가한다. 회외(Supination)된 발의 경골은 외회전, 대퇴골은 내회전의 모습을 보이고 골반은 후방경사(Pelvic posterior tilt), Q-angle은 감소한다. 따라서, 이러한 특징들을 종합하여 발의 회내나 회외를 진단하거나, 발의 회내와 회외를 측정하면 후속적으로 다른 특징들이 발생하는 지 확인할 수 있다.

평발 검출 시 중요한 진단 대상은 대퇴골(Femur)이 내회전 (Internal rotation) 하면서 골반에 미치는 영향이다. 대퇴골(Femur)이 안쪽으로 회전하면 대퇴골두(Femur head)가 뒤쪽으로 이동하고 이로 인해서 골반 전체가 앞쪽으로 기울어지게 된다. 이는 연속적으로 몸통의 회전성 변형을 일으킨다.

결국, 발의 문제로 인하여 경골은 내회전되고 무릎관절(Tibiofemoral joint) 은 굴곡(Flexion)되며, 대퇴골은 내회전 되고 고관절은 굴곡된다. 이로써 골반은 전방경사되어 요추전만은 과도해진다. 골반이 전방경사 되면서 내려온 골반으로 인해 척추측만이 만들어지고 이를 보상하기 위해 위쪽에서는 다른 방향의 측만을 형성한다. 더하여, 부하의 왜곡된 패턴이 유발하는 통증 및 스트레스가 자율신경에도 영향을 주어 비뇨생식기계, 위장관계 등에 기능장애가 발생할 수도 있으며, 부정렬은 근골격계 기능장애를 보이기도 한다.

이로써 전족부 내번, 외번, 후족부 내번(Forefoot varus, Forefoot valgus, Rearfoot Varus)과 같은 평발은 발 위쪽의 모든 문제를 유발할 수 있다.

따라서, 부정렬 증후군 진단부(135)는 이러한 상관도 정보를 활용하여 족부의 이상이 검출되면 그 상부의 문제들을 보행 단계별 인체의 3D 정보를 통해 확인하면서 문제점을 진단한다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 신체 부정렬 증후군 진단 장치의 신체 부정렬 증후군 진단 과정을 나타낸 순서도로서, 도시된 바와 같이 먼저 인체의 움직임을 진단할 공간과 3D 센서가 측정하는 가상의 공간을 매핑하여 인체 움직임을 정량화하는 초기화 단계를 통해 측정을 준비한다.

측정이 시작되는 경우 신체 부정렬 증후군 진단 장치는 족저 압력 센서(실시예에서는 발판)를 통해 적어도 2스탭 이상의 인체 보행에 따른 인체의 족저 압력과 3D 센서를 통해 인체 움직임에 대한 3D 정보를 산출하여 동기화된 시간 정보에 따라 내부 측정 정보 저장부에 저장한다.

신체 부정렬 증후군 진단 장치는 내부 측정 정보 저장부에 저장된 족저 압력 변화에 대한 분석이나 3D 정보의 변화에 대한 분석 중 적어도 하나를 통해 보행 단계를 세분한다.

필요에 따라 신체 부정렬 증후군 진단 장치는 보행 단계별 족저 압력 변화 패턴에 대응되는 인체 움직임에 맞추어 3D 정보를 보상할 수 있으며, 해당 보상 정보를 내부 측정 정보 저장부에 보상된 움직임의 발생 시간에 맞추어 저장할 수 있다.

신체 부정렬 증후군 진단 장치는 내부 측정 정보 저장부에 저장된 보행 단계별 족저 압력과 3D 정보의 변화를 동기된 시간에 맞추어 각각 또는 연동성에 기반하여 조합하여 확인하면서 신체 부정렬 부위들과 각 부위의 연관성을 분석한다. 이 경우 앞서 설명했던 바와 같이 이상 발생의 상관성을 고려하여 부정렬 발생의 원인을 세부적으로 파악하는 것이 바람직하다.

이러한 분석이 완료되면 신체 부정렬 증후군 진단 장치는 분석된 신체 부정렬 부위들과 각 부위의 연관성을 기반으로 부정렬 종류와 원인에 대한 진단을 제공할 수 있다.

이상에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예들에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능할 것이다.

100: 신체 부정렬 증후군 진단 장치 110: 족저 압력 센서
120: 3D 센서 130: 보행 분석부
131: 압력 측정부 132: 3D 정보 생성부
133: 보행 단계 분석부 134: 3D 정보 보상부
135: 부정렬 증후군 진단부 136: 측정 정보 저장부
137: 동적 압력 변화 분석부 138: 동적 3D 정보 분석부
139: 제어부

Claims (10)

1. 적어도 2스탭 이상의 인체 보행에 따른 족저 압력을 연속적으로 측정하는 족저 압력 센서와;
   보행에 따른 인체의 움직임 정보를 적어도 깊이 정보로 측정하는 3D 센서와;
   상기 족저 압력 센서의 측정값과 상기 3D 센서의 측정값을 인체에 대한 족저 압력과 인체 움직임에 대한 3D 정보로 변환하여 각각 동기된 시간에 따라 저장하고, 상기 저장된 족저 압력의 동적 변화와 3D 정보의 동적 변화를 토대로 보행 단계별 족저 상태와 그와 상관성을 가진 하지 이상의 상부 신체의 움직임 패턴을 연동 분석하여 부정렬 증후군을 진단하는 보행 분석부를 포함하며,
   상기 보행 분석부는 족저 압력의 동적 변화를 통해 각 발의 보행 단계와, 보행 단계별 시간 정보, 단하지·양하지 지지기에 대한 시간 정보, 압력분포와 구획별 족저 압력의 시간 정보 중 적어도 하나를 획득하고, 족저 압력의 동적 변화에 동기된 3D 정보의 동적 변화를 통해 골반과 상·하지관절의 굴곡과 신전, 내전과 외전의 움직임 또는 회전, 경골의 회전, 몸통의 회전, 신체 질량의 좌우·상하 이동, 무릎의 Q각도, 무릎의 높이, 발의 높이를 포함하는 신체의 움직임 중 적어도 하나에 대한 정보를 연동 정보로서 획득하는 것을 특징으로 하는 족저 압력과 신체의 움직임 정보를 이용한 신체 부정렬 증후군 진단 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 보행 분석부는 보행 단계별 족저 압력 변화 패턴에 대응되는 인체 움직임에 맞추어 상기 3D 센서의 측정값에 따른 인체 움직임 3D 정보를 보상하는 것을 특징으로 하는 족저 압력과 신체의 움직임 정보를 이용한 신체 부정렬 증후군 진단 장치.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 족저 압력 센서는 압력 센서들이 배치된 발판, 신발, 깔창, 트레드밀 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 족저 압력과 신체의 움직임 정보를 이용한 신체 부정렬 증후군 진단 장치.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 3D 센서는 스테레오 카메라, ToF 센서, 레이저 센서, 초음파 센서, 키넥트 센서 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 족저 압력과 신체의 움직임 정보를 이용한 신체 부정렬 증후군 진단 장치.
   
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서, 상기 보행 분석부는
   상기 족저 압력 센서의 측정값을 인체에 대한 족저 압력으로 변환하는 압력 측정부와;
   상기 3D 센서의 측정값을 인체 움직임에 대한 3D 정보로 변환하는 3D 정보 생성부와;
   상기 압력 측정부와 상기 3D 정보 생성부의 변환 값을 동기된 시간에 맞추어 저장하는 측정 정보 저장부와;
   상기 측정 정보 저장부에 저장된 족저 압력을 시간의 흐름에 따라 동적으로 분석하는 동적 압력 변화 분석부와;
   상기 측정 정보 저장부에 저장된 인체 움직임에 대한 3D 정보를 시간의 흐름에 따라 동적으로 분석하는 동적 3D 정보 분석부와;
   상기 동적 압력 변화 분석부나 상기 동적 3D 정보 분석부 중 적어도 하나의 분석 결과에 따라 보행 단계를 세분하는 보행 단계 분석부와;
   상기 보행 단계 분석부의 세분된 보행 단계 정보를 기준으로 상기 동적 압력 변화 분석부와 상기 동적 3D 정보 분석부 각각 혹은 연동성에 기반한 분석 결과 조합을 요청 및 수신한 후 신체 부정렬 부위들과 각 부위의 연관성을 파악하여 신체 부정렬 증후군에 대한 진단 정보를 생성하는 부정렬 증후군 진단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 족저 압력과 신체의 움직임 정보를 이용한 신체 부정렬 증후군 진단 장치.
   
7. 청구항 6에 있어서, 상기 보행 단계 분석부에서 세분된 보행 단계의 대응되는 상기 동적 압력 변화 분석부의 족저 압력 변화 패턴 중 인체 움직임을 특정하는 시점이나 움직임 패턴에 대한 정보를 3D 정보를 보상하기 위한 정보로 생성하여 상기 3D 정보 생성부에 제공하는 3D 정보 보상부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 족저 압력과 신체의 움직임 정보를 이용한 신체 부정렬 증후군 진단 장치.
   
8. 청구항 7에 있어서, 상기 압력 측정부, 상기 3D 정보 생성부, 상기 측정 정보 저장부, 상기 동적 압력 변화 분석부, 상기 동적 3D 정보 분석부, 상기 보행 단계 분석부, 상기 3D 정보 보상부 및 상기 부정렬 증후군 진단부 사이의 구성되어 상기 각 부 간의 정보 교환과 정보 요청을 중개하고 상기 부정렬 증후군 진단부의 진단 과정에 따라 각 부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 족저 압력과 신체의 움직임 정보를 이용한 신체 부정렬 증후군 진단 장치.
   
9. 족저 압력 센서와 3D 센서를 구비한 신체 부정렬 증후군 진단 장치에서 족저 압력과 족부 이상의 신체에서 발생하는 움직임 정보를 이용하여 신체 부정렬 증후군을 진단하는 방법으로서,
   인체의 움직임을 진단할 공간과 3D 센서가 측정하는 가상의 공간을 매핑하여 인체 움직임을 정량화하는 초기화 단계와;
   족저 압력 센서를 통해 적어도 2스탭 이상의 인체 보행에 따른 연속적인 인체의 족저 압력과 상기 3D 센서를 통해 인체 움직임에 대한 3D 정보화를 산출하여 동기화된 시간 정보에 따라 측정 정보 저장부에 저장하는 단계와;
   상기 측정 정보 저장부에 저장된 족저 압력의 압력분포와 그에 따른 족저 압력의 기 설정된 구획 별 시간의 정보에 대한 분석이나 3D 정보의 변화에 대한 분석 중 적어도 하나를 통해 보행 단계를 세분하는 단계와;
   상기 측정 정보 저장부에 저장된 보행 단계별 족저 압력의 동적 변화와 3D 정보의 동적 변화를 동기된 시간에 맞추어 연동 정보로 획득하여 신체 부정렬 부위들과 각 부위의 연관성을 분석하는 단계와;
   분석된 신체 부정렬 부위들과 각 부위의 연관성을 기반으로 부정렬 종류와 원인에 대한 진단을 제공하는 단계를 포함하되,
   상기 연관성을 분석하는 단계는 족저 압력의 동적 변화를 통해 각 발의 보행 단계와, 보행 단계별 시간 정보, 단하지·양하지 지지기에 대한 시간 정보, 압력분포와 구획별 족저 압력의 시간 정보 중 적어도 하나를 획득하고, 족저 압력의 동적 변화에 동기된 3D 정보의 동적 변화를 통해 골반과 상·하지관절의 굴곡과 신전, 내전과 외전의 움직임 또는 회전, 경골의 회전, 몸통의 회전, 신체 질량의 좌우·상하 이동, 무릎의 Q각도, 무릎의 높이, 발의 높이를 포함하는 신체의 움직임 중 적어도 하나에 대한 정보를 연동 정보로서 획득하는 단계를 포함하는 족저 압력과 신체의 움직임 정보를 이용한 신체 부정렬 증후군 진단 방법.
   
10. 청구항 9에 있어서, 보행 단계별 족저 압력 변화 패턴에 대응되는 인체 움직임에 맞추어 3D 정보를 보상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 족저 압력과 신체의 움직임 정보를 이용한 신체 부정렬 증후군 진단 방법.
    

Images