KR102091675B1 - 근골격계 및 신경계 환자의 재활을 위한 올인원 재활훈련 장치 - Google Patents

근골격계 및 신경계 환자의 재활을 위한 올인원 재활훈련 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 근골격계 및 신경계 환자의 재활을 위한 올인원 재활훈련장치에 관한 것으로서, 하부에 구동바퀴가 장착된 하부프레임(①)과, 상기 하부프레임(①)의 후방측에 연결된 후방링크(③)에 연결되어 유압실린더의 작동에 의해 수평으로 상승하는 판형상의 베드프레임(④)과, 상기 베드프레임(④)의 전방측에 전방링크(②)를 매개로 연결되어 상기 하부프레임(①)에 대하여 수직으로 세워지거나 상기 베드프레임(④)의 상면에 눕혀지도록 작동하는 슬라이더(⑧)가 상면에 부착된 로워베드프레임(⑤)과, 상기 로워베드프레임(⑤)이 세워져 있을 때 그 상단에 결합되어 있는 어퍼베드프레임(⑥)과, 상기 로워베드프레임(⑤)의 하단 전방에 환자의 발을 올려 놓을 수 있는 다수의 발판(⑩)과, 상기 로워베드프레임(⑤)의 중간 전방에 환자의 종아리를 지지하는 다리지지부(⑨)로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

근골격계 및 신경계 환자의 재활을 위한 올인원 재활훈련 장치{Rehabilitation apparatus for neurological disease and nuscular skeletal disease}
본 발명은 근골격계 및 신경계 환자의 재활을 위한 올인원 재활훈련 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 근골격계 환자의 경우 무릎과 엉덩 관절 수술 환자의 필수적 재활을 위해 Continuous passive motion(CPM) 기기와 자전거 엘리고미터가 주된 재활치료 장비로 사용되고 있고, 또한, 신경계 환자의 경우 틸팅 테이블에 환자를 기립자세를 경험하게 하거나 물리치료사에 의해 관절가동범위 운동, 보행, 근력강화 훈련이 일반적인 치료방법이며, 결과적으로, 본 발명의 장치는 근골격계 및 신경계 손상환자의 개별적인 필수 재활치료를 '올인원' 치료 장비형태로 동시에 시행가능 하며, 개발 장비와 스마트폰 어플리케이션과의 연동을 통한 사물 인터넷(IOT; Internet of Things) 기반의 새로운 개념의 독창적인 재활훈련 장치에 관한 것이다.
일반적으로 스트레칭 동작은 근육 및 관절의 유연성을 높이면서 근육의 경직을 완화시킬 수 있어 재활 치료에 활용되고 있다. 이와 같은 스트레칭 동작은 신경계 질환에 의해 근육에 경직이 발생되는 환자뿐만 아니라 근골격계 질환을 가진 환자에게도 유용한 치료 방법 중의 하나로 사용되고 있다.
한편, 재활치료는 집중적이며 장기간의 치료 과정이 필요하며, 이를 위해 로봇 및 보조 기구를 이용한 치료 장치들이 제안되고 있다.
대한민국 특허공보 10-1615365호에는 신경 손상 환자의 수부를 인위적으로 견인하여 관절 및 근육을 신전(stretching)시켜 줄 수 있는 수부 재활 훈련용 기구장치가 제시되어 있다. 상기 10-1615365호 특허는 팔 부위와 손가락 부분을 고정 밴드 등을 이용해 고정한 상태에서 손가락 부분을 모터를 이용해 스트래칭할 수 있는 구조를 제안하고 있다.
하지만, 이와 같은 10-1615365 특허는 손바닥 및 손가락 부분을 스트레칭시켜 주는 장치로는 효과적이지만 신경계 환자 및 근골격계 환자들의 수부 재활 치료 효과를 향상시키기에는 한계가 있다.
일반적으로 신경계 환자 및 근골격계 환자들의 수부 재활을 위해서는 다양한 물리 치료 방법들이 적용되고 있다. 예를 들어, 손목뼈의 각 뼈 사이의 연골 간격은 평균 2㎜로 유지되어야 하지만, 반복적인 동작이나 장시간의 작업 등 여러 가지 원인에 의해 좁아진 경우, 이의 재활을 위해서는 손목의 견인 치료가 효과적이다.
또한 손목의 운동 형상학은 동시에 움직임이 일어나는 이중 관절 시스템으로 두 관절 사이의 동적인 관계에 근거하여 운동하여야 한다. 두 관절에서 일어난 오목면과 볼록면의 이중 관절 시스템으로 개별 관절들에서 일어난 중간 정도의 운동이 결합하여 더 큰 전체 가동 범위를 생산하는 이득을 나타내는데 이를 위해서는 손목 글라이딩 치료법이 효과적이다.
또한 스트레칭은 단순히 유연성을 향상시킬 뿐만 아니라 근육과 관절의 여러 장애를 예방하고 동시에 신체의 유연성을 증가시켜 최상의 동작을 할 수 있도록 균형과 협응을 도와주고 근육의 힘을 증가시켜 줄 수 있어 재활치료에 효과적이다.
이와 같은 견인, 스트레칭 및 글라이딩 치료 방법은 환자의 상태에 따라 개별적으로 행해지거나 복합적으로 행해질 필요가 있다.
더욱이 환자의 재활 치료 효과를 향상시키기 위해서는 이와 같은 견인, 글라이딩, 스트레칭 치료 방법과 더불어 근전도 유발 신경근육 전기자극과 같은 전기 자극 치료 방법과 근육 진동에 의한 마사지 치료 방법이 병행될 필요가 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 요망에 부응하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명은 근골격계 환자의 하지관절 재활에 필수적인 하지 근력강화, 스트레칭 및 관절가동 범위 증진뿐만 아니라 신경계 손상환자의 경우 상하지의 연동 체중부하 조절을 통한 상하지 협응력 증진, 관절의 고유수용감각, 전신 혈액순환과 같은 동시 다목적 '올인원' 운동효과를 갖도록 한 근골격계 및 신경계 환자의 재활을 위한 올인원 재활훈련 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 제1 실시예에 의한 근골격계 및 신경계 환자의 재활을 위한 올인원 재활훈련 장치는, 하부에 구동바퀴가 장착된 하부프레임(①)과, 상기 하부프레임(①)의 후방측에 연결된 후방링크(③)에 연결되어 유압실린더의 작동에 의해 수평으로 상승하는 판형상의 베드프레임(④)과, 상기 베드프레임(④)의 전방측에 전방링크(②)를 매개로 연결되어 상기 하부프레임(①)에 대하여 수직으로 세워지거나 상기 베드프레임(④)의 상면에 눕혀지도록 작동하는 슬라이더(⑧)가 상면에 부착된 로워베드프레임(⑤)과, 상기 로워베드프레임(⑤)이 세워져 있을 때 그 상단에 결합되어 있는 어퍼베드프레임(⑥)과, 상기 로워베드프레임(⑤)의 하단 전방에 환자의 발을 올려 놓을 수 있는 다수의 발판(⑩)과, 상기 로워베드프레임(⑤)의 중간 전방에 환자의 종아리를 지지하는 다리지지부(⑨)로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 올인원 재활훈련장치는 환자의 재활을 위하여 수동, 자동, 반자동 중의 작동방식을 선택할 수 있는 선택적 씨피엠(CPM) 모드(10)와, 상하지 연동형 저항운동을 위한 상하지 연동 스쿼트 모드(20)와, 상하지 연동형 보행훈련을 위한 상하지 연동형 보행모드(30)를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 근골격계 및 신경계 환자의 재활을 위한 올인원 하지 재활훈련 장치에 의하면,수술 후 재활목적으로 시행하는 운동은 CPM(continuous passive motion exercise), 근력강화 운동 등이 있다. CPM는 지속적인 수동운동을 통하여 관절에 기능을 회복시킬 수 있는 장치이고, 현재 무릎 수술 후 가장 보편화된 관절 운동이다. 많은 연구에서 CPM를 추가한 재활운동은 슬관절 치환술 후 환자의 active knee flexion ROM 증진, 통증 감소, 기능 향상 및 삶의 질을 개선하는 등의 효과가 있다고 보고되고 있다. 또한 하지 근력강화 운동을 통하여 하지 근력 강화, 보행 능력 향상, 평형성 개선, 통증 이완, 피로 해소 및 무릎관절의 유인성 개선의 효과가 있다.
또한, 뇌졸중 환자의 경우 신경계 손상으로 인해 신체 관절에 구축이 발생하며, 특히 무릎의 경우 장기간 침상생활 및 걸음걸이 제한으로 무릎의 관절가동 범위의 감소가 환자의 삶의 질을 저하시키는데 결정적 요인으로 알려져 있다. 신경계 손상 환자의 하지 재활은 대부분 물리치료사에 의한 수동적 관절가동술, 기능적 전기자극, 열치료 등이 대표적이다. 하지만, 이러한 치료방법은 시간적, 공간적, 경제적으로 환자, 병원에 부담을 가중시키는 요소이다. 또한, 기존의 재활치료는 CPM과 근력운동을 별도로 수행하는 치료방법이 대부분이여서 슬관절 치환술 환자 및 뇌졸종 환자의 무릎기능 회복에 재한점이 있다. 따라서 CPM 와 근력운동을 동시수행 가능하는 효과를 가지고 있다.
도 1은 본 발명의 올인원 재활훈련기기의 전체적인 구동을 위한 구성도이며,
도 2는 본 발명의 재활훈련기의 상지, 하지, 높낮이 조절 실린더, 90도 틸팅 실린더에 대한 대표 도면이며,
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 CPM 모드를 구현하기 위해 하지 0~130도 구동을 위한 무릎각도와 상지 움직임에 대한 각도를 시뮬레이션한 도면이며,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 CPM 모드, 보행훈련 모드, 스쿼트 훈련모드를 구현하기 위해 설계한 도면이며,
도 5은 본 발명의 수동, 자동 선택적 CPM 모드를 구현하기 위해 하지 움직임 구현을 위해 동작별 프로토콜 도면이며,
도 6은 본 발명의 재활 훈련장치의 누운 자세에서 상하지 연동형 저항운동를 구현하기 위해 상지, 하지 움직임 구현을 위해 동작별 프로토콜 도면이며,
도 7은 본 발명의 상하지 연동형 운동을 구현하기 위해 상지, 하지 움직임 구현을 위해 동작별 프로토콜 도면이며,
도 8은 본 발명의 상하지 연동형 보행훈련을 구현하기 위해 상지, 하지 움직임 구현을 위해 동작별 프로토콜 도면이며,
도 9는 본 발명의 올인원 재활훈련 장치를 제어하기 위한 제어도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 도면번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.
'제1', '제2' 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. '및/또는' 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, '전면', '후면', '상면', '하면' 등과 같은 도면에 보이는 것을 기준으로 기술된 상대적인 용어들은 '제1', '제2' 등과 같은 서수들로 대체될 수 있다.
'제1', '제2' 등의 서수들에 있어서 그 순서는 언급된 순서나 임의로 정해진 것으로서, 그 순서는 필요에 따라 임의로 변경될 수 있다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
[실시예]
도 1은 본 발명의 올인원 재활훈련기기의 전체적인 구동을 위한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 재활훈련기의 상지, 하지, 높낮이 조절 실린더, 90도 틸팅 실린더에 대한 대표 도면이며, 도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 CPM 모드를 구현하기 위해 하지 0~130도 구동을 위한 무릎각도와 상지 움직임에 대한 각도를 시뮬레이션한 도면이며, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 CPM 모드, 보행훈련 모드, 스쿼트 훈련모드를 구현하기 위해 설계한 도면이며, 도 5은 본 발명의 수동, 자동 선택적 CPM 모드를 구현하기 위해 하지 움직임 구현을 위해 동작별 프로토콜 도면이며, 도 6은 본 발명의 재활 훈련장치의 누운 자세에서 상하지 연동형 저항운동를 구현하기 위해 상지, 하지 움직임 구현을 위해 동작별 프로토콜 도면이며, 도 7은 본 발명의 상하지 연동형 운동을 구현하기 위해 상지, 하지 움직임 구현을 위해 동작별 프로토콜 도면이며, 도 8은 본 발명의 상하지 연동형 보행훈련을 구현하기 위해 상지, 하지 움직임 구현을 위해 동작별 프로토콜 도면이며, 도 9는 본 발명의 올인원 재활훈련 장치를 제어하기 위한 제어도면이다.
특히, 도 2에는 오른쪽 팔 굽힘 폄 모터, 오른쪽 무릎 굽힙 폄 모터, 왼똑팔 굽힙 폄 모터 및 오른쪽 무릎 굽힙 폄 모터가 도시되어 있다. 또한, 도 9에는 BLDB 모터 드라이버와 연결되는 왼쪽 무릎 BLDC모터, 오른쪽 무릎 BLDC모터, 왼쪽 팔 BLDC모터, 오른쪽 팔 BLDC모터가 도시되어 있다.
도 2 및 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 올인원 재활훈련 장치는 환자의 오른쪽 팔을 굽히거나 펴기 위한 오른쪽 팔 BLDC모터, 환자의 왼쪽 팔을 굽히거나 펴기 위한 왼쪽 팔 BLDC 모터, 환자의 오른쪽 무릎을 굽히거나 펴기 위한 오른쪽 무릎 BLDC 모터 및 환자의 왼쪽 무릎을 굽히거나 펴기 위한 왼쪽 무릎 BLDC 모터를 포함한다.
도 1 내지 도 9에서 보는 바와 같이, 본 발명의 근골격계 및 신경계 환자의 재활을 위한 올인원 재활훈련장치는, 하부에 구동바퀴가 장착된 하부프레임(①)과, 상기 하부프레임(①)의 후방측에 연결된 후방링크(③)에 연결되어 유압실린더의 작동에 의해 수평으로 상승하는 판형상의 베드프레임(④)과, 상기 베드프레임(④)의 전방측에 전방링크(②)를 매개로 연결되어 상기 하부프레임(①)에 대하여 수직으로 세워지거나 상기 베드프레임(④)의 상면에 눕혀지도록 작동하는 슬라이더(⑧)가 상면에 부착된 로워베드프레임(⑤)과, 상기 로워베드프레임(⑤)이 세워져 있을 때 그 상단에 결합되어 있는 어퍼베드프레임(⑥)과, 상기 로워베드프레임(⑤)의 하단 전방에 환자의 발을 올려 놓을 수 있는 다수의 발판(⑩)과, 상기 로워베드프레임(⑤)의 중간 전방에 환자의 종아리를 지지하는 다리지지부(⑨)로 이루어진다.
또한, 올인원 재활훈련장치는 환자의 재활을 위하여 수동, 자동, 반자동 중의 작동방식을 선택할 수 있는 선택적 씨피엠(CPM) 모드(10)와, 상하지 연동형 저항운동을 위한 상하지 연동 스쿼트 모드(20)와, 상하지 연동형 보행훈련을 위한 상하지 연동형 보행모드(30)를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
미설명 부호 ⑦은 환자의 등받이이다.
근골격계 및 신경계 환자를 치료하기 위해 수동 및 자동 CPM 모드, 보행 기능이 가능하며, 단계적 체중부하, 상하지 연동형 체중부하 조절기능, 스쿼트 운동이 가능하다.
이와 같이 구성된 본 발명은 수술 후 재활목적으로 시행하는 운동은 CPM(continuous passive motion exercise), 근력강화 운동 등이 있다. CPM는 지속적인 수동운동을 통하여 관절에 기능을 회복시킬 수 있는 장치이고, 현재 무릎 수술 후 가장 보편화된 관절 운동이다. 많은 연구에서 CPM를 추가한 재활운동은 슬관절 치환술 후 환자의 active knee flexion ROM 증진, 통증 감소, 기능 향상 및 삶의 질을 개선하는 등의 효과가 있다고 보고되고 있다. 또한 하지 근력강화 운동을 통하여 하지 근력 강화, 보행 능력 향상, 평형성 개선, 통증 이완, 피로 해소 및 무릎관절의 유인성 개선의 효과가 있다.
또한, 뇌졸중 환자의 경우 신경계 손상으로 인해 신체 관절에 구축이 발생하며, 특히 무릎의 경우 장기간 침상생활 및 걸음걸이 제한으로 무릎의 관절가동 범위의 감소가 환자의 삶의 질을 저하시키는데 결정적 요인으로 알려져 있다. 신경계 손상 환자의 하지 재활은 대부분 물리치료사에 의한 수동적 관절가동술, 기능적 전기자극, 열치료 등이 대표적이다. 하지만, 이러한 치료방법은 시간적, 공간적, 경제적으로 환자, 병원에 부담을 가중시키는 요소이다. 또한, 기존의 재활치료는 CPM과 근력운동을 별도로 수행하는 치료방법이 대부분이여서 슬관절 치환술 환자 및 뇌졸종 환자의 무릎기능 회복에 재한점이 있다. 따라서 CPM 와 근력운동을 동시수행 가능하다.
이상에서와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다할 것이다.
① : 하부프레임 ② : 전방링크
③ : 후방링크 ④ : 베드프레임
⑤ : 로워베드프레임 ⑥ : 어퍼베드프레임
⑧ : 슬라이더 ⑨ : 다리지지부
⑩ : 다수의 발판 10 : 선택적 CPM 모드
20 : 상하지 연동 스쿼트 모드 30 : 상하지 연동형 보행모드

Claims (3)

  1. 하부에 구동바퀴가 장착된 하부프레임(①);
    상기 하부프레임(①)의 후방측에 연결된 후방링크(③)에 연결되어 유압실린더의 작동에 의해 수평으로 상승하는 판형상의 베드프레임(④);
    상기 베드프레임(④)의 전방측에 전방링크(②)를 매개로 연결되어 상기 하부프레임(①)에 대하여 수직으로 세워지거나 상기 베드프레임(④)의 상면에 눕혀지도록 작동하는 슬라이더(⑧)가 상면에 부착된 로워베드프레임(⑤);
    상기 로워베드프레임(⑤)이 세워져 있을 때 상기 로워베드프레임의 상부에 결합되어 있는 어퍼베드프레임(⑥);
    상기 로워베드프레임(⑤)의 하단 전방에 환자의 발을 올려 놓을 수 있는 다수의 발판(⑩);
    상기 로워베드프레임(⑤)의 중간 전방에 환자의 종아리를 지지하는 다리지지부(⑨);
    환자의 재활을 위하여 수동, 자동, 반자동 중의 작동방식을 선택할 수 있는 선택적 씨피엠(CPM) 모드와, 상하지 연동형 저항운동을 위한 상하지 연동 스쿼트 모드와, 상하지 연동형 보행훈련을 위한 상하지 연동형 보행모드를 제어하는 제어부;
    환자의 오른쪽 팔을 굽히거나 펴기 위한 오른쪽 팔 BLDC모터;
    환자의 왼쪽 팔을 굽히거나 펴기 위한 왼쪽 팔 BLDC 모터;
    환자의 오른쪽 무릎을 굽히거나 펴기 위한 오른쪽 무릎 BLDC 모터; 그리고,
    환자의 왼쪽 무릎을 굽히거나 펴기 위한 왼쪽 무릎 BLDC 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 근골격계 및 신경계 환자의 재활을 위한 올인원 재활훈련 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
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