KR102256818B1 - 파킨슨 질병 개선을 위한 걸음 재활 보조 장치 및 방법 - Google Patents

파킨슨 질병 개선을 위한 걸음 재활 보조 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

파킨슨 질병 개선을 위한 걸음 재활 보조 장치 및 방법이 제시된다. 일 실시예에 따른 파킨슨 질병(Parkinson’s Disease, PD) 개선을 위한 걸음 재활 보조 장치는, 사용자의 다리에 착용되는 센서 케이스; 상기 센서 케이스의 내부에 구성되며 요철이 형성된 이동 통로가 구성되는 구슬 수용부; 상기 구슬 수용부의 이동 통로 상을 이동 가능하고, 상기 사용자의 움직임의 크기에 따라 상기 요철이 형성된 이동 통로를 이동하거나 정지하는 구슬; 및 상기 구슬 수용부의 일측에 구성되어, 상기 구슬이 상기 구슬 수용부의 이동 통로 상을 이동함에 따라 클릭되는 스위치를 포함하여 이루어질 수 있다.

Description

파킨슨 질병 개선을 위한 걸음 재활 보조 장치 및 방법{GAIT REHABILITATION DEVICE FOR IMPROVING PARKINSON'S DISEASE AND METHOD USING THE SAME}
아래의 실시예들은 파킨슨 질병 개선을 위한 걸음 재활 보조 장치 및 이를 이용한 걸음 재활 보조 방법에 관한 것이다.
고령화가 영양위생 개선과 첨단 보건의료기술로 계속되면서 선진국들 사이에서는 노인성 질환이 건강한 사회를 만들기 위해 극복해야 할 중요한 과제로 떠오르고 있다. 노인성 질환은 다양하지만, 그 중에서 파킨슨병(Parkinson’s Disease, PD)은 꼭 대비해야 할 대표적인 노인성 질환이다. 파킨슨병(PD)은 중뇌의 Substantia Nigra pars compacta(SNc)의 도파민성 뉴런이 손상된 결과로 초기 임상적 특징이 나타나는 신경 퇴행성 질환이다. 세계 600만 명이 파킨슨병(PD)을 갖고 있으며 많은 환자들이 각종 증상에 시달리고 있는 것으로 추정된다. 이러한 불편함이 환자 자신뿐만 아니라 주변 사람에게도 영향을 미칠 수 있다는 점에서 치료의 중요성이 강조된다.
파킨슨병(PD)의 증상은 두 가지 유형으로 비운동성과 운동성 증상이 있다. 비운동성에는 우울증, 환각증, 수면장애 등이 포함되고, 운동성 증상에는 떨림, 자세 불안정, 서동 등을 포함할 수 있다. 대부분의 파킨슨병(PD)의 치료는 비운동성 증상의 치료를 위해 약물치료를 많이 하고, 운동성 증상의 치료를 위해서는 운동요법을 이용한 재활치료 많이 한다. 그 중 대표적인 것이 큐 트레이닝(Cueing Training)이다.
큐 트레이닝은 파킨슨병(PD) 회생훈련의 연구 방법 중 하나로 환자가 특정 조건에서 인위적인 큐를 만들고 반복하여 의도적인 동작을 계속 진행할 수 있게 하는 치료법을 말한다. 종래 기술은 의도적으로 특정 동작을 수행할 수는 있지만, 정상보행 기준이 없기 때문에 시간이 지남에 따라 행동의 크기나 힘이 감소하게 되어 재활훈련의 효과가 떨어질 뿐만 아니라, 사이즈가 크기 때문에 일상생활에서 사용 할 수 없어 스스로 재활훈련을 할 수 없는 단점이 있다.
Suteerawattananon M, Morris GS, Etnyre BR, Jankovic J, Protas EJ, "Effects of visual and auditory cues on gait in individuals with Parkinson's disease", J of the Neurological Sciences 219: p63-69, 2004.
실시예들은 파킨슨 질병 개선을 위한 걸음 재활 보조 장치 및 방법에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 재활 치료법으로 주목을 받고 있는 큐 트레이닝 중 하나인 청각 신호를 사용하여 파킨슨병(PD) 환자에게 정상적인 보행을 유도할 수 있는 기술을 제공하고자 한다.
실시예들은 청각 큐 트레이닝과 환자 자신의 보행인식과 관련되는 진동을 사용하여 파킨슨병(PD) 환자에게 정상적인 보행을 유도함으로써 정상 보행 기준에 맞춰 보행 훈련을 할 수 있을 뿐만 아니라, 중증 파킨슨병(PD) 등의 경우에 단계별로 보행 훈련을 유도하는 파킨슨 질병 개선을 위한 걸음 재활 보조 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
또한, 실시예들은 3D 프린팅 기술을 통해 소형화 및 경량화된 장치를 제공함으로써, 착용의 편리성 및 휴대성을 향상시킬 수 있는 파킨슨 질병 개선을 위한 걸음 재활 보조 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
또한, 실시예들은 블루투스 등의 무선 통신 기능을 사용하여 센서를 통해 측정된 보행 속도 및 보행 패턴을 스마트 폰으로 전달하여 실시간으로 모니터링이 가능한 파킨슨 질병 개선을 위한 걸음 재활 보조 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
일 실시예에 따른 파킨슨 질병(Parkinson’s Disease, PD) 개선을 위한 걸음 재활 보조 장치는, 사용자의 다리에 착용되는 센서 케이스; 상기 센서 케이스의 내부에 구성되며 요철이 형성된 이동 통로가 구성되는 구슬 수용부; 상기 구슬 수용부의 이동 통로 상을 이동 가능하고, 상기 사용자의 움직임의 크기에 따라 상기 요철이 형성된 이동 통로를 이동하거나 정지하는 구슬; 및 상기 구슬 수용부의 일측에 구성되어, 상기 구슬이 상기 구슬 수용부의 이동 통로 상을 이동함에 따라 클릭되는 스위치를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 센서 케이스, 상기 구슬 수용부, 상기 구슬 및 상기 스위치를 포함하는 센서부는 복수 개 구성되어, 상기 사용자의 양측 발목에 보호대를 통해 고정될 수 있다.
상기 센서 케이스는, 상기 사용자의 발목에 착용되는 보호대와 연결되는 센서 소켓; 상기 센서 소켓 내부에 삽입 고정되는 센서 외부 케이스; 및 상기 센서 외부 케이스 내에 삽입 고정되며, 상측에 상기 구슬 수용부, 상기 구슬 및 상기 스위치가 구성되는 센서 내부 케이스를 포함할 수 있다.
상기 사용자의 양측 발목에 고정되는 상기 구슬 수용부의 이동 통로의 각도를 조절하여, 상기 구슬이 상기 구슬 수용부의 이동 통로 상을 이동하여 상기 스위치를 클릭하도록 하는 상기 사용자의 움직임의 크기 또는 방향을 조절할 수 있다.
상기 센서부와 연결되어 상기 스위치의 클릭 시 소리를 제공하거나 기설정된 BPM에 따라 연속적으로 소리를 제공하는 본체부를 더 포함하고, 상기 본체부는, 상기 사용자의 신체에 착용되는 본체 케이스; 상기 본체 케이스의 내부에 배치되며, 상기 센서부와 연결되어 상기 스위치의 클릭 시 소리를 제공하도록 하거나 기설정된 BPM에 따라 연속적으로 소리를 제공하도록 하는 제어부; 및 상기 제어부의 일측에 구성되어 상기 제어부의 제어에 따라 외부로 소리를 제공하는 스피커를 포함할 수 있다.
상기 본체부는, 상기 제어부와 연결되어 외부의 단말에 데이터를 송신하는 무선 통신부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 무선 통신부를 통해 상기 센서부로부터 획득한 사용자의 보행 정보를 상기 단말로 제공할 수 있다.
상기 단말은, 어플리케이션을 통해 상기 제어부로부터 상기 사용자의 보행 정보를 제공 받아 실시간 모니터링이 가능하고, BPM을 설정하여 상기 스피커를 통해 기설정된 BPM에 따라 연속적으로 소리를 제공하도록 할 수 있다.
상기 센서 케이스 및 상기 구슬 수용부는, 소형화 및 경량화를 위해 3D 프린팅을 통해 구현될 수 있다.
큐 트레이닝 모드(Cueing training mode)에서, 기설정된 BPM에 따라 연속적으로 상기 스피커를 통해 소리를 제공하고, 상기 사용자가 상기 소리에 맞춰 보행함에 따라 상기 스위치가 클릭되며, 상기 제어부가 상기 스위치의 클릭을 인식하여 인식한 사용자의 보행 정보를 무선 통신을 통해 외부의 단말로 제공함에 따라 상기 사용자가 스스로 보행 상태를 확인하여 재활운동 할 수 있다.
피드백 트레이닝 모드(Feedback training mode)에서, 상기 사용자가 보행함에 따라 상기 스위치가 클릭되며, 상기 제어부가 상기 스위치의 클릭을 인식하여 상기 스피커를 통해 소리를 제공하고 인식한 사용자의 보행 정보를 무선 통신을 통해 외부의 단말로 제공함에 따라 상기 사용자의 보행 상태를 파악할 수 있다.
다른 실시예에 따른 파킨슨 질병(Parkinson’s Disease, PD) 개선을 위한 걸음 재활 보조 장치를 이용한 걸음 재활 보조 방법은, 상기 걸음 재활 보조 장치는, 사용자의 다리에 착용되는 센서 케이스와, 상기 센서 케이스의 내부에 구성되며 요철이 형성된 이동 통로가 구성되는 구슬 수용부와, 상기 구슬 수용부의 이동 통로 상을 이동 가능하고, 상기 사용자의 움직임의 크기에 따라 상기 요철이 형성된 이동 통로를 이동하거나 정지하는 구슬, 및 상기 구슬 수용부의 일측에 구성되어, 상기 구슬이 상기 구슬 수용부의 이동 통로 상을 이동함에 따라 클릭되는 스위치를 포함하는 센서부; 및 상기 사용자의 신체에 착용되는 본체 케이스와, 상기 본체 케이스의 내부에 배치되며, 상기 센서부와 연결되어 상기 스위치의 클릭 시 소리를 제공하도록 하거나 기설정된 BPM에 따라 연속적으로 소리를 제공하도록 하는 제어부, 및 상기 제어부의 일측에 구성되어 상기 제어부의 제어에 따라 외부로 소리를 제공하는 스피커를 포함하는 본체부를 포함하고, 큐 트레이닝 모드(Cueing training mode)에서, 기설정된 BPM에 따라 연속적으로 상기 스피커를 통해 소리를 제공하는 단계; 상기 사용자가 상기 소리에 맞춰 보행함에 따라 사용자의 양측 발목에 착용된 상기 센서부의 스위치가 클릭되는 단계; 상기 본체부의 제어부가 상기 스위치의 클릭을 인식하는 단계; 및 상기 제어부에서 인식한 사용자의 보행 정보를 무선 통신을 통해 외부의 단말로 제공하는 단계를 포함하고, 상기 큐 트레이닝 모드에 따라 상기 사용자가 스스로 보행 상태를 확인하여 재활운동 할 수 있다.
피드백 트레이닝 모드(Feedback training mode)에서, 상기 사용자가 보행함에 따라 상기 스위치가 클릭되는 단계; 상기 제어부가 상기 스위치의 클릭을 인식하는 단계; 상기 제어부가 상기 스피커를 통해 소리를 제공하는 단계; 및 상기 제어부에서 인식한 사용자의 보행 정보를 무선 통신을 통해 외부의 단말로 제공하는 단계를 포함하고, 상기 피드백 트레이닝 모드에 따라 상기 사용자의 보행 상태를 파악할 수 있다.
상기 센서 케이스, 상기 구슬 수용부, 상기 구슬 및 상기 스위치를 포함하는 센서부는 복수 개 구성되어, 상기 사용자의 양측 발목에 보호대를 통해 고정될 수 있다.
상기 사용자의 양측 발목에 고정되는 상기 구슬 수용부의 이동 통로의 각도를 조절하여, 상기 구슬이 상기 구슬 수용부의 이동 통로 상을 이동하여 상기 스위치를 클릭하도록 하는 상기 사용자의 움직임의 크기 또는 방향을 조절할 수 있다.
상기 단말에서 어플리케이션을 통해 상기 제어부로부터 상기 사용자의 보행 정보를 제공 받아 실시간 모니터링이 가능하고, BPM을 설정하여 상기 스피커를 통해 기설정된 BPM에 따라 연속적으로 소리를 제공하도록 할 수 있다.
실시예들에 따르면 청각 큐 트레이닝과 환자 자신의 보행인식과 관련되는 진동을 사용하여 파킨슨병(PD) 환자에게 정상적인 보행을 유도함으로써 정상 보행 기준에 맞춰 보행 훈련을 할 수 있을 뿐만 아니라, 중증 파킨슨병(PD) 등의 경우에 단계별로 보행 훈련을 유도하는 파킨슨 질병 개선을 위한 걸음 재활 보조 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 실시예들에 따르면 3D 프린팅 기술을 통해 소형화 및 경량화된 장치를 제공함으로써, 착용의 편리성 및 휴대성을 향상시킬 수 있는 파킨슨 질병 개선을 위한 걸음 재활 보조 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 실시예들에 따르면 블루투스 등의 무선 통신 기능을 사용하여 센서를 통해 측정된 보행 속도 및 보행 패턴을 스마트 폰으로 전달하여 실시간으로 모니터링이 가능한 파킨슨 질병 개선을 위한 걸음 재활 보조 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 걸음 재활 보조 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 걸음 재활 보조 장치의 센서부를 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 걸음 재활 보조 장치의 센서부의 분해 사시도를 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 걸음 재활 보조 장치의 센서부의 센서 케이스 및 내부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 걸음 재활 보조 장치의 본체부를 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 걸음 재활 보조 장치의 덮개부를 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 걸음 재활 보조 장치의 본체부의 분해 사시도를 나타내는 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 따른 걸음 재활 보조 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 큐 트레이닝 모드에서의 걸음 재활 보조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 피드백 트레이닝 모드에서의 걸음 재활 보조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 따른 걸음 재활 보조 장치의 센서부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 걸음 재활 보조 장치의 실제 착용 예를 나타내는 도면이다.
도 13은 일 실시예에 따른 단말의 화면 예를 나타내는 도면이다.
도 14는 일 실시예에 따른 실험 예 1에 따른 정상적인 보행의 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 15는 일 실시예에 따른 실험 예 1에 따른 모방 보행의 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 16은 일 실시예에 따른 실험 예 2에 따른 정상적인 보행의 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 17은 일 실시예에 따른 실험 예 3에 따른 제1 파킨스병 환자의 보행 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 18은 일 실시예에 따른 실험 예 3에 따른 제2 파킨스병 환자의 보행 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
노인 질환 중 하나인 파킨슨병(Parkinson’s Disease, PD)은 보행 경직(Freezing of Gait, FOG), 단차/보단 단축 등과 같은 드문 증상을 유발한다. 이러한 드문 증상은 파킨슨병(PD)이 환자의 삶의 질을 파괴하는 질병으로 간주되는 데 결정적인 역할을 한다.
파킨슨병(PD)은 가벼운 운동부터 고강도 운동까지 다양한 운동을 통해 증상 개선 및 악화 지연이 가능하다. 한편, 큐 트레이닝(Cueing Training)은 파킨슨병 환자가 신경신호전달능력에 이상이 있다는 점을 이용하며, 외부에서 신호를 전달함으로써 보행을 유도할 수 있다. 큐 트레이닝의 종류는 일정한 박자를 활용하는 리드미컬한 큐 트레이닝(Rhythmic Cueing Training), 일정한 박자로 나타나는 시각 표시를 활용한 시각 큐 트레이닝(Visual Cueing Training) 및 일정한 박자의 소리를 활용하는 청각 큐 트레이닝(Auditory Cueing Training)으로 구분될 수 있다. 이러한 큐 트레이닝은 운동능력의 개선에 효과가 있다.
아래에서는 환자의 삶의 질에 가장 영향을 크게 미치는 주요 문제인 보폭 단축 및 분당 걸음 수 감소에 초점을 맞춘 걸음 재활 보조 장치를 제공하고자 한다. 일 실시예에 따른 파킨슨 질병 개선을 위한 걸음 재활 보조 장치는 다음과 같은 특징을 가질 수 있다.
걸음 재활 보조 장치는 재활 치료법으로 주목을 받고 있는 큐 트레이닝 중 하나인 청각 신호를 사용하여 파킨슨병(PD) 환자에게 정상적인 보행을 유도할 수 있다. 또한, 걸음 재활 보조 장치는 환자의 정상적인 보행을 유도하는 목표를 달성하기 위해 블루투스(Bluetooth), 센서의 감도 제어 및 발목 지지대를 센서 소켓으로 사용하여 보행 패턴을 모니터링하는 기능적 장치를 설계하고 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 걸음 재활 보조 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 파킨슨 질병 개선을 위한 걸음 재활 보조 장치는 센서부(100) 및 본체부(200)를 포함하여 이루어질 수 있다.
센서부(100)는 복수 개 구성되어, 사용자의 양측 발목에 보호대를 통해 고정될 수 있고, 본체부(200)는 센서부(100)와 유선 또는 무선으로 연결되며 사용자의 신체, 예컨대, 허리 등에 착용될 수 있다. 이러한 본체부(200)는 센서부(100)와 연결되어 사용자가 걸음을 걸음에 따라 소리를 제공하거나 기설정된 BPM에 따라 연속적으로 소리를 제공하여 재활운동을 유도할 수 있다.
본 실시예에서는 큐 트레이닝 훈련 시스템 중 하나인 청각 큐와 환자 자신의 보행인식과 관련되는 진동을 사용하여 파킨슨병(PD) 환자 보행이 정상인의 보행이 되게 보행 재활훈련을 해주는 장치 개발로써 정상 보행 기준에 맞춰 보행 훈련을 할 수 있을 뿐만 아니라, 중증 파킨슨병(PD)의 경우에는 단계별로 보행 훈련이 가능하게 조절이 가능하다. 특히, 대부분의 파킨슨병(PD) 환자는 근력 저하인 노인으로써 장치의 사이즈와 무게가 보행 훈련에 상당한 영향을 주기 때문에, 본 실시예에서는 3D 프린터를 이용하여 걸음 재활 보조 장치의 소형화 및 경량화를 달성하였다. 또한, 본 실시예에 따른 걸음 재활 보조 장치는 블루투스 등의 무선 통신 기능을 사용하여 보행 속도 및 보행 패턴을 스마트 폰으로 실시간 모니터링이 가능하다.
도 2는 일 실시예에 따른 걸음 재활 보조 장치의 센서부를 나타내는 도면이고, 도 3은 일 실시예에 따른 걸음 재활 보조 장치의 센서부의 분해 사시도를 나타내는 도면이다. 또한, 도 4는 일 실시예에 따른 걸음 재활 보조 장치의 센서부의 센서 케이스 및 내부 구성을 설명하기 위한 도면이다. 보다 구체적으로, 도 4의 (a)는 일 실시예에 따른 걸음 재활 보조 장치의 센서부의 센서 케이스의 평면도이고, (b)는 일 실시예에 따른 따른 걸음 재활 보조 장치의 센서부의 내부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 파킨슨 질병 개선을 위한 걸음 재활 보조 장치의 센서부(100)는 센서 케이스(110, 120, 130), 구슬 수용부(140), 구슬(150) 및 스위치(160)를 포함하여 이루어질 수 있다. 또한 실시예에 따라 센서부(100)는 본체부(200)와의 연결을 위한 오디오 잭(170)을 더 포함할 수 있다.
센서 케이스(110, 120, 130)는 사용자의 다리에 착용될 수 있으며, 사용자 다리에 착용되는 보호대, 탄성 밴드 등을 통해 고정될 수 있다. 한편, 보호대 또는 탄성 밴드를 사용함으로써 사용자의 발목을 지지할 수 있다.
이러한 센서 케이스(110, 120, 130)는 센서 소켓(110), 센서 외부 케이스(120) 및 센서 내부 케이스(130)를 포함하여 이루어질 수 있다.
센서 소켓(110)은 사용자의 다리에 착용되는 보호대와 연결될 수 있다. 예컨대 센서 소켓(110)은 사용자의 발목에 착용되는 보호대와 연결되어 사용자의 발목에 고정될 수 있다. 즉, 센서 소켓(110)은 사용자의 발목에 착용되는 보호대와 결합됨으로써 센서 케이스(110, 120, 130)를 사용자의 발목에 고정시킬 수 있다.
센서 외부 케이스(120)는 센서 소켓(110) 내부에 삽입 고정될 수 있다. 이 때, 센서 소켓(110) 내부의 센서 외부 케이스(120)을 소정 각도로 회전시켜 센서 각도를 조절할 수 있다. 즉, 센서 소켓(110)의 내부의 센서 외부 케이스(120)을 회전시킴에 따라 센서 외부 케이스(120)의 내부의 센서 내부 케이스(130)의 상측에 구성된 구슬 수용부(140)의 이동 통로의 각도가 조절될 수 있다. 이에 따라 센서 소켓(110)을 통해 센서의 민감도를 조절할 수 있다. 이 때, 센서 소켓(110)에는 각도 조절을 위한 눈금부, 돌기부 등이 구성될 수도 있다.
그리고, 센서 내부 케이스(130)는 센서 외부 케이스(120) 내에 삽입 고정될 수 있다. 센서 내부 케이스(130)의 상측에는 구슬 수용부(140), 구슬(150) 및 스위치(160)가 구성될 수 있다.
구슬 수용부(140)는 센서 케이스(110, 120, 130)의 내부에 구성되며 요철이 형성된 이동 통로가 구성될 수 있다. 특히, 구슬 수용부(140)는 센서 내부 케이스(130)의 상측에 요철 구리판으로 구성될 수 있다.
구슬(150)은 구슬 수용부(140)의 이동 통로 상을 이동 가능하고, 사용자의 움직임의 크기에 따라 요철이 형성된 이동 통로를 이동하거나 정지할 수 있다. 이 때, 구슬(150)은 스테인리스 구슬(150)로 이루어질 수 있다.
스위치(160)는 구슬 수용부(140)의 일측에 구성되어, 구슬(150)이 구슬 수용부(140)의 이동 통로 상을 이동함에 따라 클릭될 수 있다. 즉, 스위치(160)는 구슬 수용부(140)의 일측에 구성되어 구슬 수용부(140) 내의 구슬(150)의 이동에 따라 구슬(150)이 스위치(160)를 눌러 스피커를 통해 소리를 제공할 수 있다. 여기서 스위치(160)는 크기가 작은 마이크로 스위치(160)가 사용될 수 있다.
그리고, 오디오 잭(170)은 센서 내부 케이스(130)의 일측에 구성되며 본체부(200)와 연결선을 통해 연결될 수 있다. 예컨대, 오디오 잭(170)은 3.5mm 오디오 잭(M)이 사용될 수 있다.
이와 같이 센서 케이스(110, 120, 130), 구슬 수용부(140), 구슬(150) 및 스위치(160)를 포함하는 센서부(100)는 복수 개 구성되어, 사용자의 양측 발목에 보호대를 통해 고정될 수 있다. 여기서, 사용자의 양측 발목에 고정되는 구슬 수용부(140)의 이동 통로의 각도를 조절하여, 구슬(150)이 구슬 수용부(140)의 이동 통로 상을 이동하여 스위치(160)를 클릭하도록 하는 사용자의 움직임의 크기 또는 방향을 조절할 수 있다. 즉, 센서부(100)의 센서 각도를 조절하여 사용자의 움직임의 크기 등을 유도할 수 있다.
이러한 센서부(100)는 작고 가볍게 구현되어 사용자가 쉽게 착용할 수 있고 휴대할 수 있도록 할 수 있다. 특히, 소형화 및 경량화를 위해 3D 프린팅을 통해 센서부(100)를 구현할 수 있다. 예를 들어, 센서 케이스(110, 120, 130) 및 구슬 수용부(140)는 3D 프린팅을 통해 구현될 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 걸음 재활 보조 장치의 본체부를 나타내는 도면이고, 도 6은 일 실시예에 따른 걸음 재활 보조 장치의 덮개부를 나타내는 도면이다. 또한, 도 7은 일 실시예에 따른 걸음 재활 보조 장치의 본체부의 분해 사시도를 나타내는 도면이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 파킨슨 질병 개선을 위한 걸음 재활 보조 장치의 본체부(200)는 센서부(100)와 연결되어 스위치(160)의 클릭 시 소리를 제공하거나 기설정된 BPM에 따라 연속적으로 소리를 제공할 수 있다. 이러한 본체부(200)는 본체 케이스(210), 제어부(230), 무선 통신부(250) 및 스피커를 포함하여 이루어질 수 있다. 또한 실시예에 따라 본체부(200)는 덮개부(260), 배터리부(220) 및 오디오 잭(240)을 더 포함할 수 있다.
본체 케이스(210)는 내부에 소정의 수용 공간을 가져, 제어부(230), 배터리부(220), 오디오 잭(240) 및 무선 통신부(250) 중 적어도 어느 하나 이상을 수용할 수 있고, 상부에 덮개부(260)가 결합될 수 있다. 이 때, 덮개부(260)는 경첩 등의 개폐부가 구성되어 배터리부(220)만 개폐될 수도 있다. 본체는 사용자의 신체에 착용되며, 예컨대 본체부(200)는 사용자의 허리 등에 착용될 수 있고 착용을 위해 허리백 등이 사용될 수 있다.
제어부(230)는 본체 케이스(210)의 내부에 배치되며, 센서부(100)와 연결되어 스위치(160)의 클릭 시 소리를 제공하도록 하거나 기설정된 BPM에 따라 연속적으로 소리를 제공하도록 할 수 있다.
이러한 제어부(230)는 유무선 통신을 통해 센서부(100) 또는 외부의 단말과 연결될 수 있고, 센서부(100) 또는 외부의 단말과 정보를 송수신할 수 있다. 예컨대 제어부(230)는 아두이노 우노(Arduino Uno)로 구성될 수 있다.
스피커는 제어부(230)의 일측에 구성되어 제어부(230)의 제어에 따라 외부로 소리를 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 스피커는 센서부(100)의 오디오 잭과 본체부(200)의 오디오 잭(240)이 연결선을 통해 연결되고 센서부(100)의 스위치(160) 신호에 따라 스피커를 통해 외부로 소리를 제공할 수 있다. 예컨대 스피커는 피에조 부저(Piezo buzzer)가 사용될 수 있다. 또한, 스피커는 소형 스피커가 사용될 수 있다.
무선 통신부(250)는 제어부(230)와 연결되어 외부의 단말에 데이터를 송신할 수 있다. 예컨대 무선 통신부(250)는 블루투스 모듈(Bluetooth module)로 구성될 수 있다. 이에 따라 제어부(230)는 무선 통신부(250)를 통해 센서부(100)로부터 획득한 사용자의 보행 정보를 단말로 제공할 수 있다.
배터리부(220)는 본체부(200)에 전원을 공급하며, 오디오 잭(240)은 센서 내부 케이스(130)의 일측에 구성되어 연결선을 통해 센서부(100)와 연결될 수 있다. 예컨대, 오디오 잭(240)은 3.5mm 오디오 잭(M)이 사용될 수 있다.
한편, 단말은 어플리케이션을 통해 제어부(230)로부터 사용자의 보행 정보를 제공 받아 실시간 모니터링이 가능하고, BPM을 설정하여 스피커를 통해 기설정된 BPM에 따라 연속적으로 소리를 제공하도록 할 수 있다.
이러한 걸음 재활 보조 장치는 큐 트레이닝 모드(Cueing training mode) 및 피드백 트레이닝 모드(Feedback training mode)로 동작할 수 있다.
큐 트레이닝 모드(Cueing training mode)에서, 걸음 재활 보조 장치는 기설정된 BPM에 따라 연속적으로 스피커를 통해 소리를 제공하고, 사용자가 소리에 맞춰 보행함에 따라 스위치(160)가 클릭되며, 제어부(230)가 스위치(160)의 클릭을 인식하여 인식한 사용자의 보행 정보를 무선 통신을 통해 외부의 단말로 제공함에 따라 사용자가 스스로 보행 상태를 확인하여 재활운동 할 수 있다.
피드백 트레이닝 모드(Feedback training mode)에서, 걸음 재활 보조 장치는 사용자가 보행함에 따라 스위치(160)가 클릭되며, 제어부(230)가 스위치(160)의 클릭을 인식하여 스피커를 통해 소리를 제공하고 인식한 사용자의 보행 정보를 무선 통신을 통해 외부의 단말로 제공함에 따라 사용자의 보행 상태를 파악할 수 있다.
예를 들어, 걸음 재활 보조 장치를 사용자가 착용 후 보행을 하였을 경우에, 정상적인 보행을 하게 되면 스테인리스 구슬(150)이 마이크로 스위치(160)를 누르게 되어 부저가 울리게 되고 블루투스를 통해 외부 장치에 기록이 될 수 있다. 이 때, "1"로 기록될 수 있다. 반면에, 비정상적인 보행에는 부저가 울리지 않게 되고 블루투스를 통해 외부 장치에 "0"으로 기록될 수 있다. 이 때, 외부 장치는 스마트 폰 등과 같은 사용자 단말이 될 수 있다.
또한, 스테인리스 구슬(150)이 움직일 때마다 요철 구리판과 마찰을 일으켜 진동을 발생시킴에 따라 움직이고 있음을 환자에게 알려줄 수 있다. 중증 파킨슨병(PD) 환자의 경우 처음부터 정상인의 보행을 요구하는 것은 무리가 될 수 있고, 성취도를 떨어뜨려 자신감 결여로 이어질 수 있으므로 각도 조절을 통한 난이도 조절이 용이하게 하여 자신감 및 성취도를 높여줄 수 있다.
그러므로 파킨슨병(PD) 보행 재활 보조 장치를 통해 정상인의 보행을 하도록 유도 하는데 크게 도움을 줄 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 따른 걸음 재활 보조 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 일 실시예에 따른 따른 걸음 재활 보조 장치의 센서부(810, 820)는 복수 개 구성되어 사용자의 오른쪽 발 및 왼쪽 발에 착용될 수 있고, 복수 개의 센서부(810, 820)와 본체부(830)가 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다. 일례로, 복수 개의 센서부(810, 820)의 각 오디오 잭과 본체부(830)의 오디오 잭이 연결선을 통해 서로 연결됨에 따라 센서부(810, 820) 및 본체부(830)가 유선 통신으로 연결될 수 있다. 다른 예로, 복수 개의 센서부(810, 820)에 구성된 블루투스 모듈과 본체부(830)에 구성된 블루투스 모듈이 서로 연결됨에 따라 센서부(810, 820) 및 본체부(830)가 무선 통신으로 연결될 수 있다.
또한, 본체부(830)는 외부의 단말(840)과 무선 통신을 통해 연결될 수 있다. 이 때 무선 통신부(831)는 블루투스 모듈로 이루어져 단말(840)과 연결될 수 있다. 또한 무선 통신부(831)는 Wi-Fi, 3G, 4G, 5G 등에 의해 단말(840)과 연결될 수 있다.
큐 트레이닝 모드는 보행을 인식하고, 인식 시 별도의 소리를 발생시키지 않는다. 이 때, 부저(즉, 스피커)(831)를 통해 소리를 발생시키는 BPM을 지정할 수 있다. 보다 구체적으로, 큐 트레이닝 모드에서 걸음 재활 보조 장치는 BPM에 맞추어 연속으로 부저(832)가 작동되고, 마이크로 스위치를 클릭함에 따라 아두이노가 클릭을 인식하여, 인식한 발의 데이터를 무선 통신부(831)를 통해 단말(840)로 전송할 수 있다. 이 때, 무선 통신부(831)는 블루투스를 통해 단말(840)로 데이터를 전송할 수 있다.
피드백 트레이닝 모드는 보행을 인식하고, 인식 시 소리를 발생시킬 수 있다. 이 때, 마이크로 스위치를 클릭함에 따라 소리를 발생시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 피드백 트레이닝 모드에서, 걸음 재활 보조 장치는 마이크로 스위치를 클릭함에 따라 아두이노가 클릭을 인식하여 부저(832)를 울리며, 인식한 발의 데이터를 무선 통신부(831)를 통해 단말(840)로 전송할 수 있다.
여기서, 큐 트레이닝 모드 및 피드백 트레이닝 모드는 프로그램 코드의 변경으로 전환 가능하다.
일 실시예에 따른 파킨슨 질병 개선을 위한 걸음 재활 보조 장치를 이용한 걸음 재활 보조 방법은, 큐 트레이닝 모드(Cueing training mode)에서, 기설정된 BPM에 따라 연속적으로 스피커를 통해 소리를 제공하는 단계, 사용자가 소리에 맞춰 보행함에 따라 사용자의 양측 발목에 착용된 센서부의 스위치가 클릭되는 단계, 본체부의 제어부가 스위치의 클릭을 인식하는 단계, 및 제어부에서 인식한 사용자의 보행 정보를 무선 통신을 통해 외부의 단말로 제공하는 단계를 포함하고, 큐 트레이닝 모드에 따라 사용자가 스스로 보행 상태를 확인하여 재활운동 할 수 있다.
피드백 트레이닝 모드(Feedback training mode)에서, 사용자가 보행함에 따라 스위치가 클릭되는 단계, 제어부가 스위치의 클릭을 인식하는 단계, 제어부가 스피커를 통해 소리를 제공하는 단계, 및 제어부에서 인식한 사용자의 보행 정보를 무선 통신을 통해 외부의 단말로 제공하는 단계를 포함하고, 피드백 트레이닝 모드에 따라 사용자의 보행 상태를 파악할 수 있다.
걸음 재활 보조 장치는, 앞에서 설명한 바와 같이, 사용자의 다리에 착용되는 센서 케이스와, 센서 케이스의 내부에 구성되며 요철이 형성된 이동 통로가 구성되는 구슬 수용부와, 구슬 수용부의 이동 통로 상을 이동 가능하고, 사용자의 움직임의 크기에 따라 요철이 형성된 이동 통로를 이동하거나 정지하는 구슬, 및 구슬 수용부의 일측에 구성되어, 구슬이 구슬 수용부의 이동 통로 상을 이동함에 따라 클릭되는 스위치를 포함하는 센서부, 그리고 사용자의 신체에 착용되는 본체 케이스와, 본체 케이스의 내부에 배치되며, 센서부와 연결되어 스위치의 클릭 시 소리를 제공하도록 하거나 기설정된 BPM에 따라 연속적으로 소리를 제공하도록 하는 제어부, 및 제어부의 일측에 구성되어 제어부의 제어에 따라 외부로 소리를 제공하는 스피커를 포함하는 본체부를 포함하여 이루어질 수 있다. 센서 케이스, 구슬 수용부, 구슬 및 스위치를 포함하는 센서부는 복수 개 구성되어, 사용자의 양측 발목에 보호대를 통해 고정될 수 있다.
아래에서 걸음 재활 보조 장치의 동작을 보다 상세히 설명한다.
도 9는 일 실시예에 따른 큐 트레이닝 모드에서의 걸음 재활 보조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
큐 트레이닝 모드는 환자 스스로 걸음을 통해 보행 상태를 확인하고, 재활운동을 할 수 있는 모드이다.
큐 트레이닝 모드에서, 걸음 재활 보조 장치는 센서 각도 조절이 가능하고, 걸음 재활 보조 장치는 블루투스 등의 무선 통신과 스마트 폰의 어플리케이션을 이용하여 보행 상태를 확인할 수 있다. 이 때, 센서부는 사용자의 양측 발에 각각 착용이 가능하다. 또한, 걸음 재활 보조 장치는 가변저항을 이용해 신호의 BPM을 조절할 수 있다.
도 9를 참조하면, 큐 트레이닝 모드(900)에서, 기설정된 BPM에 따라 연속적으로 스피커를 통해 소리를 제공하는 단계(910), 사용자가 소리에 맞춰 보행함에 따라 사용자의 양측 발목에 착용된 센서부의 스위치가 클릭되는 단계(920), 본체부의 제어부가 스위치의 클릭을 인식하는 단계(930), 및 제어부에서 인식한 사용자의 보행 정보를 무선 통신을 통해 외부의 단말로 제공하는 단계(940)를 포함하고, 큐 트레이닝 모드에 따라 사용자가 스스로 보행 상태를 확인하여 재활운동 할 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 피드백 트레이닝 모드에서의 걸음 재활 보조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
피드백 트레이닝 모드는 환자의 걸음 상태를 확인하여 환자의 상태를 평가할 수 있는 모드이다.
피드백 트레이닝 모드에서, 걸음 재활 보조 장치는 사용자가 걸을 때 스피커를 통해 특정 소리를 제공할 수 있다. 예컨대, 걸음 재활 보조 장치는 사용자가 걸을 때 ‘삑’ 소리가 나도록 할 수 있다.
또한, 걸음 재활 보조 장치는 센서 각도 조절이 가능하고, 걸음 재활 보조 장치는 블루투스 등의 무선 통신과 스마트 폰 어플리케이션을 이용하여 보행 상태를 확인할 수 있다. 이 때, 센서는 사용자의 양측 발에 각각 착용이 가능하다.
도 10을 참조하면, 피드백 트레이닝 모드(1000)에서, 사용자가 보행함에 따라 스위치가 클릭되는 단계(1010), 제어부가 스위치의 클릭을 인식하는 단계(1020), 제어부가 스피커를 통해 소리를 제공하는 단계(1030), 및 제어부에서 인식한 사용자의 보행 정보를 무선 통신을 통해 외부의 단말로 제공하는 단계(1040)를 포함하고, 피드백 트레이닝 모드에 따라 사용자의 보행 상태를 파악할 수 있다.
한편, 단말에서 어플리케이션을 통해 제어부로부터 사용자의 보행 정보를 제공 받아 실시간 모니터링이 가능하고, BPM을 설정하여 스피커를 통해 기설정된 BPM에 따라 연속적으로 소리를 제공하도록 할 수 있다.
사용자의 양측 발목에 고정되는 구슬 수용부의 이동 통로의 각도를 조절하여, 구슬이 구슬 수용부의 이동 통로 상을 이동하여 스위치를 클릭하도록 하는 사용자의 움직임의 크기 또는 방향을 조절할 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 따른 걸음 재활 보조 장치의 센서부의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 보다 구체적으로, 도 11의 (a)는 소정 크기 미만의 동작에 따른 센서부의 구슬의 이동을 설명하기 위한 도면이고, 도 11의 (b)는 소정 크기 이상하의 동작에 따른 센서부의 구슬의 이동을 설명하기 위한 도면이며, 도 11의 (c)는 구슬이 이동하는 이동 통로의 각도 조절을 설명하기 위한 도면이고, 도 11의 (d)는 센서 각도를 설명하기 위한 도면이다.
도 11의 (a)에 도시된 바와 같이, 걸음 재활 보조 장치를 착용한 사용자가 소정의 보폭 미만으로 걸음을 걷는다면 구슬(1120)도 구슬 수용부(1110)의 이동 통로를 따라 앞으로 많이 나가지 않을 것이다. 만약, 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이, 사용자가 더 힘을 크게 주어 멀리 걸음을 걷는다면 구슬(1120)도 구슬 수용부(1110)의 이동 통로를 따라 더 멀리 나가 스위치(1130)를 누를 수 있을 것이다.
도 11의 (c)에 도시된 바와 같이, 구슬 수용부(1110)의 이동 통로의 각도가 바뀌어 구슬(1120)의 통행을 방해한다면 사용자는 멀리 가는 동시에 다리를 높이 들어야 한다. 도 11의 (d)에 도시된 바와 같이, 이 때 변화하는 각도를 센서 각도라 한다. 즉, 센서 각도의 조절을 통해 사용자의 보행에 따른 센서 민감도를 조절할 수 있다.
걸음 재활 보조 장치를 사용함에 따라 사용자가 특정 각도에서 수준 미달의 인식률을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이에, 해당 각도에서 재활운동을 실시하여 높은 인식률을 달성하도록 할 수 있다. 이 과정이 재활 운동의 과정이라고 할 수 있다.
도 12는 일 실시예에 따른 걸음 재활 보조 장치의 실제 착용 예를 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 사용자가 걸음 재활 보조 장치를 실제 착용한 예를 나타낸다. 걸음 재활 보조 장치의 장점은 크기가 작고 가벼워 사용자가 착용하고 걷기 용이하며 휴대성이 좋다. 예컨대, 걸음 재활 보조 장치의 본체부(200)는 88 x 89 x 20mm이고, 센서부(100)는 반경 30mm x 높이 35mm로 구성될 수 있다. 또한 걸음 재활 보조 장치의 본체부(200)는 무게 132.9g이고 센서부(100)는 각 112g이며, 총 357g 정도로 구성할 수 있다. 또한, 걸음 재활 보조 장치의 장점은 스마트 폰 등의 단말을 이용한 데이터의 수집이 가능하다. 그리고, 걸음 재활 보조 장치는 가변저항을 이용해 큐 트레이닝에 필요한 신호의 BPM을 조절할 수 있다. 또한 환자 본인의 힘을 이용하여 더 멀리 걷게 만들도록 유도하는 보조 기기이다.
도 13은 일 실시예에 따른 단말의 화면 예를 나타내는 도면이다.
도 13의 (a)를 참조하면, 단말의 어플리케이션을 통해 사용자의 보행 정보를 제공 받을 수 있다. 예를 들어, 단말과 걸음 재활 보조 장치가 블루투스로 연결되어, 걸음 재활 보조 장치의 센서부의 스위치의 클릭에 따라 복수 개의 센서부의 좌측 및 우측의 클릭을 기록할 수 있다. 그리고, 도 13의 (b)에 도시된 바와 같이 보행 속도에 따른 보행 수를 그래프로 표시하여 실시간으로 보행 정보를 모니터링 할 수 있다.
아래에서는 실험을 통해 걸음 재활 보조 장치의 성능을 확인한다.
도 14는 일 실시예에 따른 실험 예 1에 따른 정상적인 보행의 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
실험 예 1에서, 실험 대상은 20대의 정상인 3명이다. 실험 조건은 먼저 보통 걸음으로 20m 걷기를 5개의 각각 다른 센서 각도(40도 ~ 60도, 5도 간격)에 따라 측정한다. 이후, 파킨슨병 환자의 걸음을 모방하여 10m 걷기를 5개의 각각 다른 센서 각도(10도 ~ 30도, 5도 간격)에 따라 측정한다.
도 14에 도시된 바와 같이, 실험 예 1에서 정상인의 보행 실험 결과, 왼발은 40도에서 평균 12.5번 인식하고, 60도에서 평균 0.3번 인식하며, 오른발은 40도에서 평균 3.8번 인식하고, 60도에서 평균 0번 인식한다.
여기서 왼발과 오른발 모두 각도가 증가함에 따라 인식 횟수가 줄어드는 경향이 있고, 왼발의 인식 횟수가 오른쪽에 비해 많음을 확인할 수 있다.
도 15는 일 실시예에 따른 실험 예 1에 따른 모방 보행의 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 모방 보행 실험 결과, 왼발은 10도에서 평균 10번 인식하고, 30도에서 평균 8.3번 인식하며, 오른발은 10도에서 평균 15.7번 인식하고, 30도에서 평균 0번 인식한다.
여기서 오른발은 각도가 증가함에 따라 인식 횟수가 줄어드는 경향이 있고, 왼발은 전체적으로 일정한 경향을 파악하기가 어렵다.
도 16은 일 실시예에 따른 실험 예 2에 따른 정상적인 보행의 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
실험 예 2에서, 실험 대상은 20 ~ 30대의 정상인 10명이다. 실험 조건은 보통 걸음으로 왼발 15보, 오른발 15보, 총 30보를 보행하며, 8개의 각각 다른 센서 각도(10도 ~ 50도, 5도 간격)에 따라 측정한다. 그리고 5개의 각각 다른 속도조건(1km/h ~ 3km/h, 0.5km/h 간격)으로 측정한다.
도 16에 도시된 바와 같이, 정상인의 보행 실험 결과, 왼발은 10도에서 시속 1 일 때 0.26이고, 3일 때 0.81의 평균 정규 값(Normalized value)을 갖는다. 또한, 50도에서 시속 1 일 때 0.07이고, 3일 때 0.07의 평균 정규 값을 갖는다.
오른발은 10도에서 시속 1 일 때 0.56이고, 3일 때 0.93의 평균 정규 값을 갖는다. 또한, 50도에서 시속 1 일 때 0,00이고, 3일 때 0.00의 평균 정규 값을 갖는다.
여기서, 왼발의 경우 작은 각도에서 평균 정규 값의 분포가 불안정하고, 30도 보다 각도가 커지면 안정되어 속도가 빠를 때 높은 정규 값을 기록한다. 오른발의 경우 전체적으로 각도가 크고 속도가 빠를수록 높은 정규 값을 기록한다.
도 17은 일 실시예에 따른 실험 예 3에 따른 제1 파킨스병 환자의 보행 실험 결과를 나타내는 그래프이다. 또한 도 18은 일 실시예에 따른 실험 예 3에 따른 제2 파킨스병 환자의 보행 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
실험 예 3에서, 실험 대상은 70대의 파킨슨병 진단 환자 2명이고, 실험 조건은 보통 걸음으로 1분간 자유 보행하고, 5개의 각각 다른 센서 각도(20도 ~ 40도, 5도 간격)에 따라 측정한다. 그리고 5개의 각각 다른 속도조건으로 측정한다. 이 때, 속도는 사전에 측정한 환자의 선호 속도에 기반할 수 있으며, 여기에서는 선호 속도의 30%, 60%, 100%, 140%, 170%이다.
파킨슨병 환자의 보행 실험 결과, 첫 번째 환자의 경우 왼발은 20도에서 0.5km/h 일 때 0이고, 2.4km/h일 때 0.98의 평균 정규 값을 기록한다. 오른발은 20도에서 0.5km/h일 때 0.33이고, 2.4km/h 일 때 0.05의 평균 정규 값을 기록한다.
또한, 두 번째 환자의 경우 왼발은 20도에서 0.5km/h 일 때 0.67이고, 1.7km/h일 때 0.17의 평균 정규 값을 기록한다. 오른발은 20도에서 0.5km/h일 때 0.5이고, 1.7km/h 일 때 0.65의 평균 정규 값을 기록한다.
여기서, 환자들의 실험 결과 왼발과 오른발 모두 불규칙한 인식 값을 기록하였고, 각도, 속도와 보행 인식 횟수 관계가 전혀 없다고 판단된다.
또한, 실험 예 2 및 실험 예 3에서 사용된 정규화(Normalizing) 공식을 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112020027183614-pat00001
이상과 같이, 실시예들에 따른 걸음 재활 보조 장치는 재활 활동과 동시에 보행을 인식하여 보행 패턴 데이터를 추출할 수 있고, 정상인의 보행과 환자의 보행을 구분하는 데이터를 추출할 수 있다.
실험 측면에서, 정상인들의 보행은 센서 각도가 증가함에 따라 인식 횟수가 줄어들고, 정상인들의 보행 속도가 빨라짐에 따라 인식 횟수가 늘어난다. 반면, 환자들의 보행은 센서 각도나 보행 속도와 무관한 불규칙적인 인식 패턴을 보이고, 환자의 경우 일관성 있는 보행 패턴을 갖는 것이 어렵다고 판단할 수 있다.
이상에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "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.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (15)

  1. 파킨슨 질병(Parkinson's Disease, PD) 개선을 위한 걸음 재활 보조 장치에 있어서,
    사용자의 다리에 착용되는 센서 케이스;
    상기 센서 케이스의 내부에 구성되며 요철이 형성된 이동 통로가 구성되는 구슬 수용부;
    상기 구슬 수용부의 이동 통로 상을 이동 가능하고, 상기 사용자의 움직임의 크기에 따라 상기 요철이 형성된 이동 통로를 이동하거나 정지하는 구슬; 및
    상기 구슬 수용부의 일측에 구성되어, 상기 구슬이 상기 구슬 수용부의 이동 통로 상을 이동함에 따라 클릭되는 스위치
    를 포함하는, 걸음 재활 보조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서 케이스, 상기 구슬 수용부, 상기 구슬 및 상기 스위치를 포함하는 센서부는 복수 개 구성되어, 상기 사용자의 양측 발목에 보호대를 통해 고정되는 것
    을 특징으로 하는, 걸음 재활 보조 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 센서 케이스는,
    상기 사용자의 발목에 착용되는 보호대와 연결되는 센서 소켓;
    상기 센서 소켓 내부에 삽입 고정되는 센서 외부 케이스; 및
    상기 센서 외부 케이스 내에 삽입 고정되며, 상측에 상기 구슬 수용부, 상기 구슬 및 상기 스위치가 구성되는 센서 내부 케이스
    를 포함하는, 걸음 재활 보조 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 사용자의 양측 발목에 고정되는 상기 구슬 수용부의 이동 통로의 각도를 조절하여, 상기 사용자의 움직임의 크기 또는 방향에 따라 상기 구슬이 상기 구슬 수용부의 이동 통로 상을 이동하여 상기 스위치를 클릭하도록 하는 센서의 민감도를 조절하는 것
    을 특징으로 하는, 걸음 재활 보조 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 센서부와 연결되어 상기 스위치의 클릭 시 소리를 제공하거나 기설정된 BPM에 따라 연속적으로 소리를 제공하는 본체부
    를 더 포함하고,
    상기 본체부는,
    상기 사용자의 신체에 착용되는 본체 케이스;
    상기 본체 케이스의 내부에 배치되며, 상기 센서부와 연결되어 상기 스위치의 클릭 시 소리를 제공하도록 하거나 기설정된 BPM에 따라 연속적으로 소리를 제공하도록 하는 제어부; 및
    상기 제어부의 일측에 구성되어 상기 제어부의 제어에 따라 외부로 소리를 제공하는 스피커
    를 포함하는, 걸음 재활 보조 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 본체부는,
    상기 제어부와 연결되어 외부의 단말에 데이터를 송신하는 무선 통신부
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 무선 통신부를 통해 상기 센서부로부터 획득한 사용자의 보행 정보를 상기 단말로 제공하는 것
    을 특징으로 하는, 걸음 재활 보조 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단말은,
    어플리케이션을 통해 상기 제어부로부터 상기 사용자의 보행 정보를 제공 받아 실시간 모니터링이 가능하고, BPM을 설정하여 상기 스피커를 통해 기설정된 BPM에 따라 연속적으로 소리를 제공하도록 하는 것
    을 특징으로 하는, 걸음 재활 보조 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 센서 케이스 및 상기 구슬 수용부는,
    소형화 및 경량화를 위해 3D 프린팅을 통해 구현되는 것
    을 특징으로 하는, 걸음 재활 보조 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    큐 트레이닝 모드(Cueing training mode)에서, 기설정된 BPM에 따라 연속적으로 상기 스피커를 통해 소리를 제공하고, 상기 사용자가 상기 소리에 맞춰 보행함에 따라 상기 스위치가 클릭되며, 상기 제어부가 상기 스위치의 클릭을 인식하여 인식한 사용자의 보행 정보를 무선 통신을 통해 외부의 단말로 제공함에 따라 상기 사용자가 스스로 보행 상태를 확인하여 재활운동 하는 것
    을 특징으로 하는, 걸음 재활 보조 장치.
  10. 제5항에 있어서,
    피드백 트레이닝 모드(Feedback training mode)에서, 상기 사용자가 보행함에 따라 상기 스위치가 클릭되며, 상기 제어부가 상기 스위치의 클릭을 인식하여 상기 스피커를 통해 소리를 제공하고 인식한 사용자의 보행 정보를 무선 통신을 통해 외부의 단말로 제공함에 따라 상기 사용자의 보행 상태를 파악하는 것
    을 특징으로 하는, 걸음 재활 보조 장치.
  11. 파킨슨 질병(Parkinson's Disease, PD) 개선을 위한 걸음 재활 보조 장치에 의해 수행되는 걸음 재활 보조 방법에 있어서,
    상기 걸음 재활 보조 장치의 본체부는 제어부의 제어에 따라 큐 트레이닝 모드(Cueing training mode)에서, 기설정된 BPM에 따라 연속적으로 스피커를 통해 소리를 제공하는 단계;
    사용자가 상기 소리에 맞춰 보행함에 따라 사용자의 양측 발목에 착용된 상기 걸음 재활 보조 장치의 센서부의 스위치가 클릭되는 단계;
    상기 본체부의 제어부가 상기 센서부와 연결되어 상기 스위치의 클릭을 인식하는 단계; 및
    상기 제어부는 인식한 사용자의 보행 정보를 무선 통신을 통해 외부의 단말로 제공하는 단계
    를 포함하고,
    상기 걸음 재활 보조 장치의 센서부의 스위치가 클릭되는 단계는,
    센서 케이스의 내부에 요철이 형성된 이동 통로인 구슬 수용부가 구성되어, 구슬이 상기 구슬 수용부의 이동 통로 상을 이동 가능하고, 상기 구슬이 상기 사용자의 움직임의 크기에 따라 상기 요철이 형성된 이동 통로를 이동하거나 정지함에 따라 상기 구슬 수용부의 일측에 구성된 스위치가 클릭되는 것
    을 특징으로 하는, 걸음 재활 보조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    피드백 트레이닝 모드(Feedback training mode)에서, 상기 사용자가 보행함에 따라 상기 스위치가 클릭되는 단계;
    상기 제어부가 상기 스위치의 클릭을 인식하는 단계;
    상기 제어부가 상기 스피커를 통해 소리를 제공하는 단계; 및
    상기 제어부에서 인식한 사용자의 보행 정보를 무선 통신을 통해 외부의 단말로 제공하는 단계
    를 포함하는, 걸음 재활 보조 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 센서 케이스, 상기 구슬 수용부, 상기 구슬 및 상기 스위치를 포함하는 센서부는 복수 개 구성되어, 상기 사용자의 양측 발목에 보호대를 통해 고정되는 것
    을 특징으로 하는, 걸음 재활 보조 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 사용자의 양측 발목에 고정되는 상기 구슬 수용부의 이동 통로의 각도를 조절하여, 상기 구슬이 상기 구슬 수용부의 이동 통로 상을 이동하여 상기 스위치를 클릭하도록 하는 상기 사용자의 움직임의 크기 또는 방향을 조절하는 것
    을 특징으로 하는, 걸음 재활 보조 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 단말에서 어플리케이션을 통해 상기 제어부로부터 상기 사용자의 보행 정보를 제공 받아 실시간 모니터링이 가능하고, BPM을 설정하여 상기 스피커를 통해 기설정된 BPM에 따라 연속적으로 소리를 제공하도록 하는 것
    을 특징으로 하는, 걸음 재활 보조 방법.
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