KR102239909B1 - 지능형 보행 신경근 전기 자극 장치 및 방법, 상기 방법을 수행하기 위한 저장 매체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상세하게는 사용자의 보행 상태에 대응하여 전기적 자극을 제공함으로써 사용자의 보행 재활을 보조할 수 있도록 구현한 지능형 보행 신경근 전기 자극 장치 및 방법, 상기 방법을 수행하기 위한 저장 매체에 관한 것으로, 사용자의 보행 또는 휴식에 따른 발바닥의 압력 분포를 측정하는 족압 측정부; 상기 족압 측정부에서 측정된 발바닥의 압력 분포를 판독하여 사용자의 보행 또는 휴식에 따른 자극제어신호를 생성하는 자극 제어부; 및 상기 자극 제어부로부터 전달되는 자극제어신호에 대응하는 전기적 자극을 제공하는 자극 제공부를 포함한다.

Description

지능형 보행 신경근 전기 자극 장치 및 방법, 상기 방법을 수행하기 위한 저장 매체{DEVICE AND METHOD FOR INTELLIGENT FUNCTIONAL ELECTRICAL STIMULATION, RECORDING MEDIUM FOR PERFORMING THE METHOD}

본 발명은 지능형 보행 신경근 전기 자극 장치 및 방법, 상기 방법을 수행하기 위한 저장 매체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사용자의 보행 상태에 대응하여 전기적 자극을 제공함으로써 사용자의 보행 재활을 보조할 수 있도록 구현한 지능형 보행 신경근 전기 자극 장치 및 방법, 상기 방법을 수행하기 위한 저장 매체에 관한 것이다.

뇌혈관계 질환으로 인한 마비 환자는 신경계의 마비로 인하여 발목관절 주위의 근육활동이 약화되어 보행시 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. 이를 보상하기 위해 마비 환자는 회선보행(circumduction gait)을 하게 되어 보행속도가 느려지고 에너지 소모가 크게 증가되는 등의 비효율적 보행양상을 보이게 된다.

족하수(foot drop)란 신경계의 마비로 발목주위의 근육활동이 작아지거나 없어짐으로 인해 발을 들어올리지 못 하는 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.

족하수 환자의 경우 발목관절의 근육활동이 미비하여 발목의 배굴(dorsiflexion) 및 외번(eversion)이 자발적으로 이루어지지 않은 특징적인 보행형태를 나타난다. 이른바 고관절 올림(hip hiking)이나 고관절 회선보행(hip circumduction) 등이 그 예이다. 즉, 족저굴근이 경직성 마비로 인해 초기입각기에 발뒤축이 지면에 닿지 않고 발바닥이나 발끝으로 딛게 되어 입각기가 짧아지고, 유각기에 발이 지면에 끌리게 되므로 이를 방지하기 위한 보상작용으로 회선 보행(circumduction gait)을 하게 되어 보행속도가 느려지고 에너지 소모가 증가하는 비효율적인 보행양상을 보이게 된다.

족하수 환자의 보행양상을 증진시키기 위한 방법으로 기능적 전기자극(functional electrical stimulation)과 단하지 보조기(ankle-foot orthosis)를 착용하는 방법이 있다.

기존의 기능적 전기 자극법은 환경과 보행속도에 따라 보행주기 및 근육의 기능이 변화하는 보행에서는 적용하기에 어려움이 많았고, 단하지 보조기는 발목관절의 저굴(plantarflexion) 및 배굴(dorsiflexion)의 발생을 방해함으로써 족하수 환자의 보행을 현저하게 호전시키기 못할 뿐 아니라 정상적인 보행과 많이 차이를 보인다는 단점을 가지고 있었다.

그리고, 사용자의 보행에 중점을 두어 보행을 보조하기 위한 전기적 자극을 제공하는 데 그칠 뿐이어서, 사용자가 보행을 중단하고 휴식을 취하는 경우에는 별도의 서비스를 제공하지 않는다는 단점을 가지고 있었다.

한편, 전술한 배경 기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.

한국등록특허 제10-1132889호 한국공개특허 제10-2012-0097962호

본 발명의 일측면은 사용자의 보행 또는 휴식에 따른 발바닥 압력을 분석하여 보행 상태를 파악한 뒤 보행 단계에 따른 발등 굽힘이 이루어질 수 있도록 전기 자극을 제공할 수 있는 지능형 보행 신경근 전기 자극 장치 및 방법, 상기 방법을 수행하기 위한 저장 매체를 제공한다.

또한, 사용자의 보행 상태뿐만 아니라, 사용자가 보행을 중단하고 휴식을 취하는 경우를 별도로 탐지하여, 이에 따른 미세전류를 사용자의 신체로 인가할 수 있도록 구현된 지능형 보행 신경근 전기 자극 장치 및 방법, 상기 방법을 수행하기 위한 저장 매체를 제공한다.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 보행 신경근 전기 자극 장치는, 사용자의 보행 또는 휴식에 따른 발바닥의 압력 분포를 측정하는 족압 측정부; 상기 족압 측정부에서 측정된 발바닥의 압력 분포를 판독하여 사용자의 보행 또는 휴식에 따른 자극제어신호를 생성하는 자극 제어부; 및 상기 자극 제어부로부터 전달되는 자극제어신호에 대응하는 전기적 자극을 제공하는 자극 제공부를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 자극 제어부는, 사용자의 보행 패턴을 보행하고 있는 보행기 또는 보행을 멈추고 있는 휴식기로 구분해 두며, 상기 족압 측정부에서 측정된 발바닥의 압력 분포를 판독하여 보행기로 판독되는 경우 보행을 보조하기 위한 제1 자극제어신호를 생성하여 상기 자극 제공부로 전달하고, 휴식기라고 판독되는 경우 근피로도 감소를 위한 제2 자극제어신호를 생성하여 상기 자극 제공부로 전달할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 자극 제어부는, 상기 족압 측정부에서 측정되는 압력의 분포에 따라 발뒤꿈치에 의한 압력이 가해지는 제1 단계, 발바닥 전체에 의한 압력이 가해지는 제2 단계, 발가락에 의한 압력이 가해지는 제3 단계 및 압력이 가해지지 않는 제4 단계의 순서로 보행기를 구분할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 자극 제어부는, 상기 족압 측정부에서 측정되는 압력의 분포가 일정하게 유지되고 보행에 따른 각 단계의 변화가 없는 경우, 상기 족압 측정부에서 측정된 압력이 기 설정된 압력값을 초과하고 보행 여부를 판단하는 기준 시간 동안 해당 압력값이 일정하게 유지되는 경우를 입식 휴식기로 판독하고, 상기 족압 측정부에서 측정된 기 설정된 압력값 미만이고 기준 시간 동안 일정하게 해당 압력값이 일정하게 유지되는 경우를 좌식 휴식기로 판독할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 자극 제어부는, 상기 족압 측정부에 포함된 복수 개의 압력 센서 중 하나에서 측정되는 압력이 일정하게 유지되고 보행에 따른 각 단계의 변화가 없는 경우, 기 설정된 개수 이상의 다른 압력 센서에서도 압력이 일정하게 유지되는 경우에 한하여 휴식기로 판독할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 자극 제어부는, 사용자가 평지를 보행할 경우의 각 단계에서의 압력값을 기준 압력값으로 설정하여 둘 수 있다.

일 실시예에서, 상기 자극 제어부는, 사용자의 보행에 따른 제1 단계의 압력값이 기준 압력값에 미치지 못하고 제3 단계의 압력값이 기준 압력값을 초과한 경우, 사용자가 언덕길을 오르고 있는 것으로 판독하여 상기 자극 제공부에서 제공되는 자극의 정도를 증가시켜 줄 수 있다.

일 실시예에서, 상기 자극 제어부는, 사용자의 보행에 따른 제1 단계의 압력값이 기준 압력값을 초과하고 제3 단계의 압력값이 기준 압력값에 미치지 못한 경우, 사용자가 언덕길을 내려가고 있는 것으로 판독하여 상기 자극 제공부에서 제공되는 자극의 정도를 감소시켜 줄 수 있다.

일 실시예에서, 사용자의 신체와 대향하는 내측면에 적어도 하나의 상기 자극 제공부가 설치되며, 사용자의 다리에 장착되는 장착부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 보행 신경근 전기 자극 방법은, 사용자의 보행 또는 휴식에 따른 발바닥의 압력 분포를 측정하는 단계; 측정된 압력 분포에 따라 사용자의 보행 상태를 판독하는 단계; 판독된 보행 상태에 따라 제공되는 전기 자극의 정도를 제어하는 자극제어신호를 생성하는 단계; 및 생성된 자극제어신호에 따라 사용자의 보행 보조 또는 근피로도 감소를 위한 전기적 자극을 제공하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 압력 분포를 측정하는 단계는, 발뒤꿈치에 의한 압력을 측정하는 제1 단계; 발바닥 전체에 의한 압력을 측정하는 제2 단계; 발가락에 의한 압력을 측정하는 제3 단계; 및 압력이 측정되지 않는 제4 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 보행 상태를 판독하는 단계는, 상기 압력 분포를 측정하는 단계에서의 각 단계가 순서에 따라 변화되는 경우 사용자가 보행하고 있는 보행기로 판독하고, 발바닥의 압력 분포가 일정하게 유지되고 상기 압력 분포를 측정하는 단계에서의 단계의 변화가 없는 경우 사용자 보행을 멈추고 있는 휴식기로 판독할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 자극제어신호를 생성하는 단계는, 사용자의 보행 패턴이 보행기로 판독되면 보행을 보조하기 위한 제1 자극제어신호를 생성하고, 사용자의 보행 패턴이 휴식기로 판독되면 근피로도 감소를 위한 제2 자극제어신호를 생성할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에는, 지능형 보행 신경근 전기 자극 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록되어 있다.

상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 뇌졸중 등으로 인해 정상적인 보행이 힘든 환자들의 족하수, 내번 또는 외번시에 전기적 자극을 제공함으로써, 보행과 유사한 발목관절의 저굴/배굴을 유도하여 정상에 가까운 보행을 유도하며, 족하수 및 발끌림 등을 방지할 수 있다.

또한, 사용자가 보행을 중단하고 휴식을 취하는 경우에도 근육의 피로를 해소시킬 수 있는 보행시와는 다른 전기적 자극을 제공함으로써 사용자의 근피로도 감소 효과를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 보행 신경근 전기 자극 장치의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.
도 2는 사용자의 보행 상태에 따라 구분된 보행기를 설명하는 도면이다.
도 3는 사용자의 보행의 상태에 따른 자극 제공 방법을 설명하는 순서도이다.
도 4 및 도 5은 사용자가 언덕길을 오르거나 내려가는 경우를 보여주는 도면들이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지능형 보행 신경근 전기 자극 장치의 개략적인 구성이 도시된 도면들이다.
도 8은 도 6의 제3 장착부를 보여주는 도면이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 보행 신경근 전기 자극 방법을 설명하는 순서도이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 보행 신경근 전기 자극 장치의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 보행 신경근 전기 자극 장치(10)는, 족압 측정부(100), 자극 제어부(200) 및 자극 제공부(300)를 포함한다.

족압 측정부(100)는, 사용자의 보행 또는 휴식에 따른 발바닥의 압력 분포를 측정한다.

일 실시예에서, 족압 측정부(100)는, 도 8에서 후술하는 제3 장착부(430)의 상측면에 다수 개가 설치되어 사용자의 보행 또는 휴식에 따른 발바닥의 압력 분포를 측정하고, 측정된 데이터를 유선 통신 또는 무선통신(예를 들어, 블루투스, 와이파이 또는 NFC 등) 등의 통신 수단을 이용하여 자극 제어부(200)로 전달하게 된다.

일 실시예에서, 족압 측정부(100)는, 사용자의 발바닥이 제3 장착부(430)를 누르는 부분을 따라 설치되며, 보행 상태 분석에 일반적으로 사용되는 각종 센서로 형성될 수 있는데, 예를 들어, 압력센서, 2축 가속도센서, 3축 가속도센서, 지자기 센서 또는 자이로센서 등이 이에 해당할 수 있을 것이다.

자극 제어부(200)는, 족압 측정부(100)에서 측정된 발바닥의 압력 분포를 판독하여 사용자의 보행 또는 휴식에 따른 자극제어신호를 생성하여 자극 제공부(300)로 전달한다.

걸음걸이 상태에 따라 여러 가지 신경 또는 근육의 우선순위에 따라 발목의 발등굽힘, 발바닥쪽굽힘, 회내 또는 회외 등과 같은 발목의 움직임이 수행된다.

따라서, 본 발명에 따른 자극 제어부(200)는, 자극 제공부(300)에 의한 자극 제공을 제어하여 각각의 신경 또는 근육의 자극순서에 우선순위를 두어 순차적으로 자극함으로써, 사용자의 걸음걸이 상태에 따라 최상의 발목 운동을 수행하도록 보조할 수 있다.

자극 제공부(300)는, 자극 제어부(200)로부터 전달되는 자극제어신호에 대응하는 전기적 자극을 제공한다.

일 실시예에서, 자극 제공부(300)는, 도 6에 도시된 바와 같이 사용자의 신체와 대향하고 있는 제1 장착부(410) 및 제2 장착부(420)의 내측면에 설치되며, 자극 제어부(200)로부터 전달되는 전기 자극의 정도를 제어하는 자극제어신호에 대응하여 전기적 자극을 제공할 수 있다.

일 실시예에서, 자극 제공부(300)는, 제1 장착부(410) 및 제2 장착부(420)의 내측면에서 발목의 움직임(ankle joint motion(degrees))을 조절하는 근육 또는 신경(예를 들어, 전경골근(Tibialis anterior muscle), 온종아리신경(Common fibular nerve), 장딴지근(Gastrocnemius muscle) 또는 넙치근( Soleus muscle) 등) 등이 위치하는 부분에 설치될 수 있다.

그리고, 자극 제공부(300)는, 사용자가 보행하고 있는 보행기의 경우 자극 제어부(200)로부터 전달되는 제1 자극제어신호의 제어에 따라 전기적자극(예를 들어, 1 내지 120Hz 단상 구형파 등)을 발생시킬 수 있으며, 자극의 세기에 따라 강도를 구분(예를 들어, 10단계 등)시켜 조절하도록 설계될 수 있다.

또한, 사용자가 멈춘 휴식기의 경우 자극 제어부(200)로부터 전달되는 제2 자극제어신호의 제어에 따라 1 내지 3M㎐ 범위의 초음파를 160 내지 250mW/㎠의 출력범위로 출력하는 저출력 초음파(미세전류)를 발생시킴으로써, 사용자의 근피로도 감소효과를 제공할 수 있다.

즉, 자극 제공부(300)는, 사용자의 보행을 보조하는 전기 자극을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 음압 자극을 가속하고 낮은 강도의 펄스 초음파(미세전류)를 방출함으로써 재활과 손상된 신경계 재생을 촉진시키거나 근피로도 감소 기능을 수행할 수 있다.

이를 구현하기 위해 자극 제공부(300)는, 1 내지 3M㎐ 범위의 주파수를 갖는 저강도 초음파를 발생시키는데, 예를 들어 160 내지 250mW/㎠의 출력범위로 단계적으로 출력하여 치료부위나 치료목적에 따라 출력범위를 조절함으로써 환자의 천부에서부터 심부까지 적절한 치료를 실행할 수 있도록 구성될 수 있다.

본 발명에 의한 전기 자극은, 뇌졸중 등으로 인한 편마비(hemiplegia, 편측 마비는 편측(한쪽)의 상하지 또는 얼굴부분의 근력 저하가 나타난 상태) 환자의 보행을 보조하기 위한 것으로, 전기 자극에 있어서 신경근 자극을 위한 패드(즉, 자극 제공부(300))의 위치 선정은 매우 중요한 요소이다.

그러나, 보행시 발등굽힘을 보상하기 위한 전기자극을 가하는 부위가 종아리의 앞쪽 구획에 있는 근육만 자극할 경우 발등굽힘이 종아리 안쪽으로 휘어서 진행되는 양상을 나타내게 된다.

따라서, 자극 제공부(300)는, 발등굽힘이 종아리 안쪽으로 휘어지는 등을 방지할 수 있도록 깊은가지-종아리신경(deep branch-fibular nerve) 및 얕은가지-종아리신경(superficial branch-fibular nerve)이 위치하는 부분에 각각 부착되어 해당 신경에 동시에 전기적 자극을 제공함이 바람직하다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 지능형 보행 신경근 전기 자극 장치(10)는, 뇌졸중 등으로 인해 정상적인 보행이 힘든 환자들의 족하수, 내번 또는 외번시에 전기적 자극을 제공함으로써, 보행과 유사한 발목관절의 저굴/배굴을 유도하여 정상에 가까운 보행을 유도하며, 족하수 및 발끌림 등을 방지할 수 있다.

또한, 사용자가 보행을 중단하고 휴식을 취하는 경우에도 근육의 피로를 해소시킬 수 있는 보행시와는 다른 전기적 자극을 제공함으로써 사용자의 근피로도 감소시킬 수 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 자극 제어부(200)의 보행 패턴 판독 및 자극제어신호의 생성을 설명하기로 한다.

일 실시예에서, 자극 제어부(200)는, 사용자의 보행 패턴을 보행하고 있는 보행기 또는 보행을 멈추고 있는 휴식기로 구분해 두며, 족압 측정부(100)에서 측정된 발바닥의 압력 분포를 판독하여 보행기로 판독되는 경우 보행을 보조하기 위한 제1 자극제어신호를 생성하여 자극 제공부(300)로 전달하고, 휴식기라고 판독되는 경우 근피로도 감소를 위한 제2 자극제어신호를 생성하여 자극 제공부(300)로 전달할 수 있다.

자극 제어부(200)는 족압 측정부(100)에서 측정되는 압력의 분포에 따라 보행기와 휴식기의 판독할 수 있는데, 사용자의 보행 상태의 구분에 따른 보행기는 도 2에 도시된 바와 같이 4 단계로 구분될 수 있다.

도 2를 참조하면, 보행기는, 먼저 사용자의 발꿈치에 의한 압력이 가해지는 제1 단계(도 2의 (a)), 발바닥 전체에 의한 압력이 가해지는 제2 단계(도 2의 (b)), 발가락에 의한 압력이 가해지는 제3 단계(도 2의 (c)) 및 압력이 가해지지 않는 제4 단계(도 2의 (d))의 순서로 보행기를 구분하게 된다.

이때, 제1 단계, 제2 단계 및 제3 단계는 보행시 사용자의 발바닥이 지면에 닿아 발을 구르는 단계인 입각기(Standing phase)에 해당하고, 제4 단계는 보행시 사용자의 발바닥이 지면으로부터 떨어져 있는 단계인 유각기(Swing phase)로 구분될 수 있다.

다음으로 자극 제어부(200)는, 족압 측정부(100)에서 측정되는 압력의 분포가 보행에 따른 각 단계의 변화기 없는 경우, 족압 측정부(100)에서 측정된 압력이 기 설정된 압력값을 초과하고 보행 여부를 판단하는 기준 시간 동안 해당 압력값이 일정하게 유지되는 입식 휴식기, 또는 족압 측정부(100)에서 측정된 기 설정된 ?瀏째? 미만이고 기준 시간 동안 일정하게 해당 압력값이 일정하게 유지되는 좌식 휴식기로 구분하여 판독할 수 있다.

일 실시예에서, 자극 제어부(200)는, 입식 휴식기 또는 좌식 휴식기의 경우 도 3의 순서도에 따른 보행기 또는 휴식기의 구분 방법에 따라 휴식 여부를 판독한 뒤 제2 자극제어신호를 생성하여 자극 제공부(300)로 전달할 수 있다.

도 3을 참조하면, 우선 족압 측정부(100)에서 사용자의 족압(즉, 사용자가 족압 측정부(100)를 밟음에 따라 측정되는 압력값)을 측정(S210)한 뒤, 측정된 족압이 사용자가 직립하고 있는 경우의 압력값의 10% 미만 이거나 90%를 초과(S220의 Yes의 경우)하고, 휴식 여부를 판단하는 기준 시간(예를 들어, 3초 내지 10초 등)을 초과(S230의 Yes의 경우)하는 경우, 사용자가 보행하지 아니하는 휴식기로 판독(S240)하여 미세 전류에 따른 자극을 제공(S250)함으로써 사용자의 근피로도를 감소시킬 수 있다.

반면, 측정된 족압이 사용자가 직립하고 있는 경우의 압력값의 10% 미만 이거나 90%를 초과의 조건을 만족하지 못하거나(S220의 No의 경우), 상기 조건은 만족하였으나 휴식 여부를 판단하는 기준 시간을 만족하지 못한 경우(S230의 No) 사용자가 보행하고 있는 것으로 판독(S260)하여 보행을 보조하기 위한 기능적 전기 자극을 제공(S270)할 수 있다.

도 3에 있어서, 측정된 족압이 사용자가 직립하고 있는 경우의 압력값의 10% 미만인 경우에는 사용자가 발을 공중에 띄워 놓은 상태에 따라 하중이 실리지 않은 좌식 휴식기(즉, 사용자가 앉거나 누워 있는 상태)에 해당하고, 90%를 초과한 경우에는 사용자의 몸무게를 그대로 지탱하고 있는 입식 휴식기(즉, 사용자가 움직이지 않고 서 있는 상태)에 해당한다.

또한, 자극 제어부(200)는, 족압 측정부(100)에 포함된 복수 개의 압력 센서(도 8의 100-1 내지 100-5) 중 하나(예를 들어, 도 8의 100-1)에서 측정되는 압력이 일정하게 유지되고 보행에 따른 각 단계의 변화가 없는 경우, 기 설정된 개수 이상(예를 들어, 전체 5개의 센서 중 4개 이상 등)의 다른 압력 센서에서도 압력이 일정하게 유지되는 경우에 한하여 휴식기로 판독함으로써, 센서에 의한 센싱의 오류 발생을 최소화시킬 수 있다.

다음으로, 사용자가 오르막길 또는 내리막길을 보행하는 경우에 있어서 자극 제어부(200)에 의한 전기 자극 제어 방법을 설명하기로 한다.

사용자가 평지를 보행하는 경우와는 달리, 사용자가 오르막 길을 오르는 경우에는 발을 내딛는 힘을 평지를 걷는 경우보다 더 필요로 할 것이고, 사용자가 내리막 길을 내려가는 경우에는 내딛는 힘이 평지를 걷는 경우보다 덜 필요로 할 것인 바, 본원 발명에서는 평지를 보행하는 경우와 구분하여 언덕길을 오르거나 내려가는 경우를 별도로 제어함으로써 다양한 상황에서의 보행을 효율적으로 보조하고자 한다.

사용자가 오르막길 또는 내리막길을 보행하는 것을 자극 제어부(200) 자체적으로 판독하기 위해 본 발명에 따른 자극 제어부(200)는, 사용자가 평지를 보행할 경우의 각 단계에서의 압력값을 기준 압력값으로 설정하여 둘 수 있다.

기준 압력값이 설정되면, 먼저, 자극 제어부(200)는, 사용자의 보행에 따른 제1 단계의 압력값이 제1 단계에서의 기준 압력값에 미치지 못하고(도 4의 (a)의 경우) 제3 단계의 압력값이 제3 단계에서의 기준 압력값을 초과한 경우(도 4의 (b)의 경우) 도 4에 도시된 바와 같이 사용자가 언덕길을 오르고 있는 것으로 판독하여 자극 제공부(300)에서 제공되는 자극의 정도를 평지를 보행하는 경우의 자극보다 증가시켜 줄 수 있다.

즉, 사용자가 언덕을 오르는 경우에는, 발꿈치가 지면을 디디는 족압이 평지를 오르는 경우보다 작을 것이고, 발가락으로 지면을 디디어 밀어내는 족압이 평지를 오르는 경우보다 크게 측정될 것이다.

이에 따라, 사용자가 언덕길을 오른다고 판단되는 경우 평지를 보행하는 경우보다 자극의 세기를 높여 보다 효율적으로 언덕을 오르도록 보조할 수 있다.

다음으로, 자극 제어부(200)는, 사용자의 보행에 따른 제1 단계의 압력값이 제1 단계에서의 기준 압력값을 초과하고(도 5의 (a)의 경우) 제3 단계의 압력값이 제3 단계에서의 기준 압력값에 미치지 못한 경우(도 5의 (b)의 경우) 도 5에 도시된 바와 같이 사용자가 언덕길을 내려가고 있는 것으로 판독하여 자극 제공부(300)에서 제공되는 자극의 정도를 감소시켜 줄 수 있다.

즉, 사용자가 언덕을 내려가는 경우에는, 발꿈치가 지면을 디디는 족압이 평지를 오르는 경우보다 클 것이고, 발가락으로 지면을 디디어 밀어내는 족압이 평지를 오르는 경우보다 작게 측정될 것이다.

이에 따라, 사용자가 언덕길을 내려가는 것으로 판단되는 경우 평지를 보행하는 경우보다 자극의 세기를 줄여 보다 효율적으로 언덕을 내려가도록 보조할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 자극 제어부(200)는, 운영체제(Operation System; OS), 즉 시스템을 기반으로 다양한 소프트웨어를 실행하거나 제작할 수 있다. 상기 운영체제는 소프트웨어가 장치의 하드웨어를 사용할 수 있도록 하기 위한 시스템 프로그램으로서, 안드로이드 OS, iOS, 윈도우 모바일 OS, 바다 OS, 심비안 OS, 블랙베리 OS 등 모바일 컴퓨터 운영체제 및 윈도우 계열, 리눅스 계열, 유닉스 계열, MAC, AIX, HP-UX 등 컴퓨터 운영체제를 모두 포함할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 지능형 보행 신경근 전기 자극 장치(10)의 각 구성에 의한 지능형 보행 신경근 전기 자극 방법은 도 9의 방법 설명에서 후술한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지능형 보행 신경근 전기 자극 장치의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 지능형 보행 신경근 전기 자극 장치(20)는, 족압 측정부(100), 자극 제어부(200), 자극 제공부(300) 및 장착부(400)를 포함한다. 여기서, 족압 측정부(100), 자극 제어부(200) 및 자극 제공부(300)는, 도 1의 구성요소와 동일하므로 그 설명을 생략한다.

장착부(400)는, 사용자의 신체와 대향하는 내측면에 적어도 하나의 자극 제공부(300)가 설치되며, 사용자의 다리에 장착된다.

일 실시예에서, 장착부(400)는, 제1 장착부(410), 제2 장착부(420) 및 제3 장착부(430)를 포함할 수 있다.

제1 장착부(410)는, 사용자의 종아리의 형태에 대응하는 형상으로 형성되어 사용자의 종아리(즉, 사용자 다리의 뒷면)에 장착되고, 사용자의 종아리와 대향하는 내측면에 적어도 하나의 자극 제공부(300)가 설치된다.

제2 장착부(420)는, 사용자의 정강이의 형태에 대응하는 형상으로 형성되어 사용자의 정강이(즉, 사용자 다리의 앞면)에 장착되고, 사용자의 정강이와 대향하는 내측면에 적어도 하나의 자극 제공부(300)가 설치된다.

일 실시예에서, 제2 장착부(420)는, 제1 장착부(410)의 전단으로부터 일체로서 연장 형성되거나, 제1 장착부(410)와는 분리되어 독립된 구성으로 형성되어도 무방하다.

제1 장착부(410)와 제2 장착부(420)는, 서로 대향하는 양측에 도 7에 도시된 바와 같은 부착 수단(421)(예를 들어, 벨크로, 벨트 또는 버클 등)을 이용하여 사용자의 다리를 둘러싸고 서로 체결됨으로써 사용자의 다리에 장착될 수 있다.

제3 장착부(430)는, 사용자의 발바닥의 형태에 대응하여 형성되고,

도 6a 또는 도 7a에 도시된 바와 같이 제1 장착부(410)과 분리되어 형성되어 사용자의 발바닥에 장착되거나, 도 6b 또는 도 7b에 도시된 바와 같이 사용자의 발목에 대응하는 제1 장착부(410)의 하측으로부터 전단 직각 방향으로 연장 형성되며, 사용자의 보행 또는 휴식에 따른 발바닥의 압력 분포를 측정하는 족압 측정부(100)가 도 8에 도시된 바와 같이 상측면에 다수 개(100-1 내지 100-5)가 설치된다.

다만, 도 8에 예시된 족압 측정부(100)은, 하나의 예에 불과하며 발바닥의 형태 또는 크기 등의 요소를 고려하여 보다 적게 또는 보다 많게 설치되어도 무방할 것이다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 보행 신경근 전기 자극 방법을 설명하는 순서도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 보행 신경근 전기 자극 방법은, 사용자의 보행 또는 휴식에 따른 발바닥의 압력 분포를 측정한다(S110).

즉, 상술한 단계 S110는, 족압 측정부(100)를 통해서 사용자의 보행 또는 휴식에 따른 발바닥의 압력 분포를 실시간으로 측정할 수 있다.

일 실시예에서, 상술한 단계 S110는, 발뒤꿈치에 의한 압력을 측정하는 제1 단계, 발바닥 전체에 의한 압력을 측정하는 제2 단계, 발가락에 의한 압력을 측정하는 제3 단계 및 압력이 측정되지 않는 제4 단계에 따라 사용자의 보행 단계를 구하여 측정할 수 있다.

상술한 단계 S110에서 측정된 압력 분포에 따라 사용자의 보행 상태를 판독한다(S120).

상술한 단계 S120에서는, 자극 제어부(500)에서 족압 측정부(100)에서 측정된 발바닥의 압력 분포를 판독함으로써 사용자의 보행 또는 휴식 여부에 따른 보행 상태를 판독하되, 압력 분포를 측정하는 단계(S110)에서의 각 단계(즉, 제1 단계 내지 제4 단계)가 순서에 따라 변화되는 경우 사용자가 보행하고 있는 보행기로 판독하고, 발바닥의 압력 분포가 일정하게 유지되고 압력 분포를 측정하는 단계에서의 단계의 변화가 없는 경우 사용자 보행을 멈추고 있는 휴식기로 판독할 수 있다.

즉, 보행 상태를 판독하는 단계(S120)는, 사용자의 보행 패턴을 보행하고 있는 보행기 또는 보행을 멈추고 있는 휴식기로 구분하여 판독할 수 있다.

상술한 단계 S120에서 판독된 보행 상태에 따라 제공되는 전기 자극의 정도를 제어하는 자극제어신호를 생성한다(S130).

상술한 단계 S120에서 판독된 보행 상태에 따라 자극 제어부(500)는, 제공되는 전기 자극의 정도를 제어하는 자극제어신호를 생성할 수 있다.

상술한 S130에서 생성된 자극제어신호에 따라 정상적인 발목의 각도로 사용자의 발목이 움직일 수 있도록 발목의 움직임을 조절하는 근육 또는 신경으로 전기적 자극을 제공한다(S140).

상술한 단계 S140에서는, 자극 제어부(500)에서 생성된 자극제어신호를 전달받은 사용자의 신체와 대향하고 있는 제1 장착부(100) 및 제2 장착부(200)의 내측면에 설치된 자극 제공부(400)에서 자극 제어부(500)로부터 전달되는 전기 자극의 정도를 제어하는 자극제어신호에 대응하여 전기적 자극을 제공할 수 있다.

이상의 실시예들에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field programmable gate array) 또는 ASIC 와 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램특허 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다.

구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로부터 분리될 수 있다.

뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU 들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.

도 9를 통해 설명된 실시예에 따른 지능형 보행 신경근 전기 자극 방법은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어 및 데이터를 저장하는, 컴퓨터로 판독 가능한 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 이때, 명령어 및 데이터는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 소정의 프로그램 모듈을 생성하여 소정의 동작을 수행할 수 있다. 또한, 컴퓨터로 판독 가능한 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터로 판독 가능한 매체는 컴퓨터 기록 매체일 수 있는데, 컴퓨터 기록 매체는 컴퓨터 판독 가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 기록 매체는 HDD 및 SSD 등과 같은 마그네틱 저장 매체, CD, DVD 및 블루레이 디스크 등과 같은 광학적 기록 매체, 또는 네트워크를 통해 접근 가능한 서버에 포함되는 메모리일 수 있다.

또한, 도 9를 통해 설명된 실시예에 따른 지능형 보행 신경근 전기 자극 방법은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램(또는 컴퓨터 프로그램 제품)으로 구현될 수도 있다. 컴퓨터 프로그램은 프로세서에 의해 처리되는 프로그래밍 가능한 기계 명령어를 포함하고, 고레벨 프로그래밍 언어(High-level Programming Language), 객체 지향 프로그래밍 언어(Object-oriented Programming Language), 어셈블리 언어 또는 기계 언어 등으로 구현될 수 있다. 또한 컴퓨터 프로그램은 유형의 컴퓨터 판독가능 기록매체(예를 들어, 메모리, 하드디스크, 자기/광학 매체 또는 SSD(Solid-State Drive) 등)에 기록될 수 있다.

따라서 도 9를 통해 설명된 실시예에 따른 지능형 보행 신경근 전기 자극 방법은 상술한 바와 같은 컴퓨터 프로그램이 컴퓨팅 장치에 의해 실행됨으로써 구현될 수 있다. 컴퓨팅 장치는 프로세서와, 메모리와, 저장 장치와, 메모리 및 고속 확장포트에 접속하고 있는 고속 인터페이스와, 저속 버스와 저장 장치에 접속하고 있는 저속 인터페이스 중 적어도 일부를 포함할 수 있다. 이러한 성분들 각각은 다양한 버스를 이용하여 서로 접속되어 있으며, 공통 머더보드에 탑재되거나 다른 적절한 방식으로 장착될 수 있다.

여기서 프로세서는 컴퓨팅 장치 내에서 명령어를 처리할 수 있는데, 이런 명령어로는, 예컨대 고속 인터페이스에 접속된 디스플레이처럼 외부 입력, 출력 장치상에 GUI(Graphic User Interface)를 제공하기 위한 그래픽 정보를 표시하기 위해 메모리나 저장 장치에 저장된 명령어를 들 수 있다. 다른 실시예로서, 다수의 프로세서 및(또는) 다수의 버스가 적절히 다수의 메모리 및 메모리 형태와 함께 이용될 수 있다. 또한 프로세서는 독립적인 다수의 아날로그 및(또는) 디지털 프로세서를 포함하는 칩들이 이루는 칩셋으로 구현될 수 있다.

또한 메모리는 컴퓨팅 장치 내에서 정보를 저장한다. 일례로, 메모리는 휘발성 메모리 유닛 또는 그들의 집합으로 구성될 수 있다. 다른 예로, 메모리는 비휘발성 메모리 유닛 또는 그들의 집합으로 구성될 수 있다. 또한 메모리는 예컨대, 자기 혹은 광 디스크와 같이 다른 형태의 컴퓨터 판독 가능한 매체일 수도 있다.

그리고 저장장치는 컴퓨팅 장치에게 대용량의 저장공간을 제공할 수 있다. 저장 장치는 컴퓨터 판독 가능한 매체이거나 이런 매체를 포함하는 구성일 수 있으며, 예를 들어 SAN(Storage Area Network) 내의 장치들이나 다른 구성도 포함할 수 있고, 플로피 디스크 장치, 하드 디스크 장치, 광 디스크 장치, 혹은 테이프 장치, 플래시 메모리, 그와 유사한 다른 반도체 메모리 장치 혹은 장치 어레이일 수 있다.

상술된 실시예들은 예시를 위한 것이며, 상술된 실시예들이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 상술된 실시예들이 갖는 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술된 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.

본 명세서를 통해 보호받고자 하는 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

10, 20: 지능형 보행 신경근 전기 자극 장치 100: 족압 측정부
200: 자극 제어부 300: 자극 제공부
400: 장착부 410: 제1 장착부
420: 제2 장착부 430: 제3 장착부

Claims (14)

1. 사용자의 보행 또는 휴식에 따른 발바닥의 압력 분포를 측정하는 족압 측정부;
   상기 족압 측정부에서 측정된 발바닥의 압력 분포를 판독하여 사용자의 보행 또는 휴식에 따른 자극제어신호를 생성하는 자극 제어부;
   상기 자극 제어부로부터 전달되는 자극제어신호에 대응하는 전기적 자극을 제공하는 자극 제공부; 및
   사용자의 신체와 대향하는 내측면에 적어도 하나의 상기 자극 제공부가 설치되며, 사용자의 다리에 장착되는 장착부;를 포함하는, 지능형 보행 신경근 전기 자극 장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 자극 제어부는,
   사용자의 보행 패턴을 보행하고 있는 보행기 또는 보행을 멈추고 있는 휴식기로 구분해 두며, 상기 족압 측정부에서 측정된 발바닥의 압력 분포를 판독하여 보행기로 판독되는 경우 보행을 보조하기 위한 제1 자극제어신호를 생성하여 상기 자극 제공부로 전달하고, 휴식기라고 판독되는 경우 근피로도 감소를 위한 제2 자극제어신호를 생성하여 상기 자극 제공부로 전달하는, 지능형 보행 신경근 전기 자극 장치.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 자극 제어부는,
   상기 족압 측정부에서 측정되는 압력의 분포에 따라 발뒤꿈치에 의한 압력이 가해지는 제1 단계, 발바닥 전체에 의한 압력이 가해지는 제2 단계, 발가락에 의한 압력이 가해지는 제3 단계 및 압력이 가해지지 않는 제4 단계의 순서로 보행기를 구분하는, 지능형 보행 신경근 전기 자극 장치.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 자극 제어부는,
   상기 족압 측정부에서 측정되는 압력의 분포가 일정하게 유지되고 보행에 따른 각 단계의 변화가 없는 경우, 상기 족압 측정부에서 측정된 압력이 기 설정된 압력값을 초과하고 보행 여부를 판단하는 기준 시간 동안 해당 압력값이 일정하게 유지되는 경우를 입식 휴식기로 판독하고, 상기 족압 측정부에서 측정된 기 설정된 압력값 미만이고 기준 시간 동안 일정하게 해당 압력값이 일정하게 유지되는 경우를 좌식 휴식기로 판독하는, 지능형 보행 신경근 전기 자극 장치.
   
5. 제4항에 있어서, 상기 자극 제어부는,
   상기 족압 측정부에 포함된 복수 개의 압력 센서 중 하나에서 측정되는 압력이 일정하게 유지되고 보행에 따른 각 단계의 변화가 없는 경우, 기 설정된 개수 이상의 다른 압력 센서에서도 압력이 일정하게 유지되는 경우에 한하여 휴식기로 판독하는 지능형 보행 신경근 전기 자극 장치.
   
6. 제3항에 있어서, 상기 자극 제어부는,
   사용자가 평지를 보행할 경우의 각 단계에서의 압력값을 기준 압력값으로 설정하여 두는, 지능형 보행 신경근 전기 자극 장치.
   
7. 제6항에 있어서, 상기 자극 제어부는,
   사용자의 보행에 따른 제1 단계의 압력값이 기준 압력값에 미치지 못하고 제3 단계의 압력값이 기준 압력값을 초과한 경우, 사용자가 언덕길을 오르고 있는 것으로 판독하여 상기 자극 제공부에서 제공되는 자극의 정도를 증가시켜 주는, 지능형 보행 신경근 전기 자극 장치.
   
8. 제6항에 있어서, 상기 자극 제어부는,
   사용자의 보행에 따른 제1 단계의 압력값이 기준 압력값을 초과하고 제3 단계의 압력값이 기준 압력값에 미치지 못한 경우, 사용자가 언덕길을 내려가고 있는 것으로 판독하여 상기 자극 제공부에서 제공되는 자극의 정도를 감소시켜 주는, 지능형 보행 신경근 전기 자극 장치.
   
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 사용자의 보행 또는 휴식에 따른 발바닥의 압력 분포를 측정하는 단계;
    측정된 압력 분포에 따라 사용자의 보행 상태를 판독하는 단계;
    판독된 보행 상태에 따라 제공되는 전기 자극의 정도를 제어하는 자극제어신호를 생성하는 단계; 및
    생성된 자극제어신호에 따라 사용자의 보행 보조 또는 근피로도 감소를 위한전기적 자극을 제공하는 단계;를 포함하되,
    상기 전기적 자극을 제공하는 단계에서는,
    사용자의 신체와 대향하는 내측면에 적어도 하나의 자극 제공부가 설치되어있는 장착부를 상기 사용자의 다리에 장착한 상태에서 전기적 자극을 제공하는, 지능형 보행 신경근 전기 자극 방법을 수행하기 위한, 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
    

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