KR102419849B1 - 다자유도의 발목 움직임을 허용하는 단하지 보조기 - Google Patents

다자유도의 발목 움직임을 허용하는 단하지 보조기 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 발목 상단체 체결되는 반원 형상의 제1링부(110)와 제2링부(120)로 이루어지는 링부재(100); 상기 제1링부의 일단에서 제1볼조인트(B1)로 연결되는 제1링크(215)와, 상기 제2링부의 일단에서 제2볼조인트(B2)로 연결되는 제2링크(225)와, 상기 제1 및 제2링크와 제3 및 제3볼조인트(B3,B4)로 연결되는 중간연결부(230)와, 상기 중간연결부와 제5볼조인트(B5)로 연결되는 제3링크(235)로 이루어지는 볼조인트 링크 연결부(200); 상기 제3링크의 하부에 연결되는 스프링 댐퍼부(300); 발의 앞쪽을 감싸는 전방지지부(410)와, 뒷굼치를 감싸면서 상기 스프링 댐퍼부에 연결되는 후방지지부(420)로 이루어지는 발 지지부재(400); 상기 제1링부(110)와 상기 전방지지부(410)를 연결하는 제1와이어; 및 상기 제2링부(120)와 상기 전방지지부(410)를 연결하는 제2와이어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단하지보조기를 제공한다.

Description

다자유도의 발목 움직임을 허용하는 단하지 보조기{ankle foot orthosis allowing multiple degrees of freedom movements}
본 발명은 족하수 방지 및 발목 근육의 불균형 해결을 위한 단하지 보조기에 관한 것이며, 구체적으로는 DC모터와 와이어를 통해 발목 외측과 내측의 힘의 불균형을 방지하여 족하수를 방지하는 기술이다.
뇌성마비(Cerebral Palsy, CP) 또는 뇌졸중(Stroke) 장애인 등 중추신경손상의 경우 하지 마비가 발생함에 따라 근육의 강직, 근육의 약화 등에 의해 족하수 등과 같은 증상이 발생하고 이로 인해 보행에 어려움이 존재한다.
족하수(foot drop)란 신경계의 마비로 발목주위의 근육활동이 작아지거나 없어짐으로 인해 발을 들어올리지 못하는 증상을 말한다. 족하수가 발생하는 원인은 중추 및 말초신경계의 마비로 인해 발목 주위에 있는 앞정강이근의 활동이 정상적으로 이루지지지 않아서 발생되며 특히, 경련성 마비환자들에게 자주 발생된다. 족하수 환자의 경우 발목관절의 근육활동이 미비하여 발목의 배굴 및 외번이 자발적으로 이루어지지 않은 특징적인 보행형태를 나타난다.
위와 같이, 족하수(하수족, Drop Foot)는 보행 동안 족관절(발목관절)의 자동적 배굴이 이루어지지 않아 발을 충분히 들어올리지 못하는 병증으로서, 족하수 환자들은 발을 제대로 들어올릴 수 없으므로 보행 시 발을 끌게 되거나 옆으로 큰 궤적을 이루면서 부자연스럽게 보행을 하게 된다. 이러한 족하수는 뇌혈관과 관련된 사고나 척수 손상 혹은 발과 관련된 신경근육시스템에서 근육을 활성화시키는데 요구되는 근육과 신경의 손상, 대개 총비골신경계 손상, 뇌졸중 편마비 장애 등으로 초래되는 것으로 알려져 있다.
뇌졸중 편마비 장애인은 발목근육의 약화(Weakness), 종아리 내측(Medial) 근긴장도(Muscle tone) 증가 및 강직(Spasticity)의 영향으로 내외측 근육의 회전력의 불균형이 발생하며, 이로 인해 Plantar-Inversion 방향으로 발목의 변형 및 족하수가 나타나는 것으로 알려져 있다.
족하수 질병을 앓는 환자들은 근육의 이상이나 신경의 압박 또는 손상 등으로 인하여 근육이 약화되어 발목을 들지 못하고 발등을 몸 쪽으로 당기지 못하며 발이 아래로 떨어지는 증상을 갖는다. 이러한 풋드랍 환자들은 발이 아래로 떨어지는 경우뿐만 아니라 편마비에 의해 발이 좌측 또는 우측으로 틀어지는 경우도 함께 발생할 수 있다. 이 경우 증상 치료 및 재활을 위하여 아래로 떨어지는 발을 끌어올림과 동시에 편마비에 의해 틀어진 발의 균형을 맞추는 것이 매우 중요하다.
종래의 족하수의 방지 및 발목 근육의 불균형의 해결을 목적으로 뇌졸중 편마비 장애인을 위한 단하지 보조기가 사용되고 있으나 근본적인 원인 해결책으로는 부족한 문제점이 있었다.
본 발명은 뇌졸중 편마비 장애인의 보행 시 발목기능 보조를 위하여 발목 외측과 내측에 서로 다른 보조력을 제공하는 단하지 보조기를 제공하여 족하수 및 발목 불안정성을 해결하여 보행기능을 증진시키고자 하는 것이 목적이다.
본 발명은, 발목 상단체 체결되는 반원 형상의 제1링부(110)와 제2링부(120)로 이루어지는 링부재(100); 상기 제1링부의 일단에서 제1볼조인트(B1)로 연결되는 제1링크(215)와, 상기 제2링부의 일단에서 제2볼조인트(B2)로 연결되는 제2링크(225)와, 상기 제1 및 제2링크와 제3 및 제4볼조인트(B3,B4)로 연결되는 중간연결부(230)와, 상기 중간연결부와 제5볼조인트(B5)로 연결되는 제3링크(235)로 이루어지는 볼조인트 링크 연결부(200); 상기 제3링크의 하부에 연결되는 스프링 댐퍼부(300); 발의 앞쪽을 감싸는 전방지지부(410)와, 뒷꿈치를 감싸면서 상기 스프링 댐퍼부에 연결되는 후방지지부(420)로 이루어지는 발 지지부재(400); 상기 제1링부(110)와 상기 전방지지부(410)를 연결하는 제1와이어; 및 상기 제2링부(120)와 상기 전방지지부(410)를 연결하는 제2와이어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단하지보조기를 제공한다.
상기 제1링부(110)에 구비되고 제1와이어에 인장력을 가하는 제1풀리-모터부(115); 및 상기 제2링부(120)에 구비되고 제2와이어에 인장력을 가하는 제2풀리-모터부(125);를 더 포함한다.
상기 스프링 댐퍼부는, 상기 제3링크의 하부에 연결되는 스프링(330)과 상기 스프링을 내장한 프레임을 이루는 댐퍼몸체부(310)로 이루어져서, 보행시에 발생하는 충격을 흡수한다.
상기 스프링 댐퍼부에 구비되는 다이얼부재(510); 상기 발 지지부재를 감싸면서 배치되고, 다이얼부재에 양단이 연결되면서 상기 다이얼부재의 회전에 의해 조임과 풀림이 이루어지는 착탈용 와이어(520,530);를 더 포함한다.
발 지지부재의 전방지지부(410) 상면에는 제1와이어 또는 제2와이어가 연결되는 와이어 연결점(450)이 복수개 구비되어, 사용자의 발목 모양을 고려하여 상기 제1와이어 또는 제2와이어의 전방지지부에서의 연결 위치를 변경할 수 있다.
본 발명은 상기 구성에 의해서, 뇌졸중 편마비 장애인의 보행 시 발목기능 보조를 위하여 발목 외측과 내측에 서로 다른 보조력을 제공하고, 발목의 다자유도 움직임을 허용하여 보행 시 자연스러운 보행을 가능하게 하는 유리한 효과가 발생한다.
도 1과 도 2는 본 발명에 따른 다자유도의 발목 움직임을 허용하는 단하지 보조기의 일부 구성에 대하여 서로 다른 각도에서 바라본 모습이며,
도 3는 본 발명에 따른 다자유도의 발목 움직임을 허용하는 단하지 보조기를 착용한 상태의 개념적인 모습이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 또한, 사용된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들이며 이는 사용자 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1과 도 2는 본 발명에 따른 다자유도의 발목 움직임을 허용하는 단하지 보조기의 일부 구성에 대하여 서로 다른 각도에서 바라본 모습이며, 도 3는 본 발명에 따른 다자유도의 발목 움직임을 허용하는 단하지 보조기를 착용한 상태의 개념적인 모습이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.
본 발명은, 뇌졸증 편마비 환자를 위한 족하수 치료 또는 재활을 위 단하지보조기로서, 발목의 동작의 허용 움직임 범위를 보장하면서 안정적으로 구동하기 위한 장치이다. 개략적으로는, 종아리와 연결되는 링 형상의 부착부재(100, Calf ling)의 양측에 모터와 풀리 및 와이어가 부착되어 있고, 두 개의 와이어는 서로 다르게 당김 강성 조절이 가능하게 된다. 이를 통해, 와이어는 신발이나 발을 감싸는 부재와 연결되어 하지의 내외측의 강성(stiffness)를 조절 가능하게 구성된다. 그리고, 종아리 뒷편은 볼조인트-소켓구조, 스프링-댐퍼 시스템을 이용하여 다자유도를 가지며 자연스러운 보행을 유도하도록 하였다.
본 발명은 이를 통해서 뇌졸중 편마비 장애인의 보행 시 발목기능 보조를 위하여 발목 외측과 내측에 서로 다른 보조력을 제공하고, 발목의 다자유도 움직임을 허용하여 보행 시 자연스러운 보행을 가능하게 된다.
도 1 내지 도 3을 참고하여, 본 발명에 따른 단하지 보조기를 개략적으로 보면, 사용자의 발목 상단 종아리에 체결되는 링부재(100)와 볼조인트 링크 연결부(200)와, 스프링 댐퍼부(300)와, 발이나 신발을 깜싸는 발 지지부재(400)와, 다이얼 고정부(500)로 이루어진다.
상기 링부재(100)는, 반원 형상으로 된 두 개의 부재로 이루어지는 것으로, 서로 마주보게 구비되어 사용자의 종아리를 감싸면서 체결되는 제1링부(110)와 제2링부(120)로 이루어진다.
상기 볼조인트 링크 연결부(200)는 링부재(100)와 하부의 스프링 댐퍼부(300)를 연결하는 부위로서 위쪽에 두개의 링크와 아래쪽에 하나의 링크를 가지면서 연결하되 이들 사이에는 각각 볼조인트가 배치되어 있어서 움직임의 자유도를 향상시키도록 하였다. 즉, 발목의 동작의 허용 움직임 범위를 보장하면서 안적적으로 구동하기 위한 구조이다.
본 발명의 볼조인트 링크 연결부(200)는, 상기 제1링부(110)의 일단에서 제1볼조인트(B1)를 매개로 제1링크(215)가 연결되고, 상기 제2링부(120)의 일단에서 제2볼조인트(B2)를 매개로 제2링크(225)가 연결된다. 그리고, 상기 제1 및 제2링크는 제3 및 제4볼조인트(B3,B4)를 매개로 중간연결부(230)와 연결되고, 상기 중간연결부와 제3링크(235)는 제5볼조인트(B5)로 연결된다. 이러한 다수의 볼조인트 구조에의해 발목 움직임 자유도가 확대된다.
상기 스프링 댐퍼부(300)는, 상기 제3링크의 하부에 연결되는 스프링(330)과 상기 스프링을 내장한 프레임을 이루는 댐퍼몸체부(310)로 이루어진다. 상기 스프링은 상기 댐퍼몸체부 내부에 구비되어 있어서, 보행시에 상기 제3링크가 아래로 가하는 충격을 흡수하는 역할을 한다.
상기 발 지지부재(400)는, 발의 앞쪽을 감싸는 전방지지부(410)와, 뒷굼치를 감싸면서 상기 스프링 댐퍼부에 연결되는 후방지지부(420)로 이루어진다. 상기 발 지지부재는 발을 감싸거나 또는 신발을 감싸도록 한 부재이다.
그리고, 상기 제1링부(110)의 전방 측면에는 제1풀리-모터부(115)가 구비되고, 상기 제2링부(120)의 전방 측면에는 제2풀리-모터부(125)가 구비된다. 제1풀리-모터부(115)와 제2풀리-모터부(125) 각각은, 풀리와 풀리에 회전력을 가하는 모터로 이루어지고, 각각의 풀리에는 제1와이어(W1)와 제2와이어(W2)의 일단이 연결된다.
상기 제1와이어(W1)는 상기 제1링부(110)의 풀리와 상기 전방지지부(410)의 특정 부위를 연결하고, 상기 제2와이어(W2)는 상기 제2링부(120)의 폴리와 상기 전방지지부(410)의 특정 부위를 연결하고 있다. 제1풀리-모터부(115)는 상기 제1와이어(W1)에 인장력을 가하고, 상기 제2풀리-모터부(125)는 상기 제2와이어에 인장력을 가하여 사용자의 발에 재활 또는 발목 움직임을 위해 필요한 인장력을 가하게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 발 지지부재의 전방지지부(410) 상면에는 제1와이어 또는 제2와이어가 연결되는 와이어 연결점(450)이 복수개 구비된다. 상기 연결점의 위치는 발가락관절(metatarsophalangeal joints)의 위치를 고려하고 또한 개별 사용자의 발목 모양 및 발의 크기 등등 고려하여 상기 제1와이어 또는 제2와이어의 전방지지부에서의 바람직한 연결 위치를 선정할 수 있도록 다수 위치에 연결 지점을 구비한 것이다.
그리고, 사용자가 발 지지부재(400)를 용이하게 착탈하도록 하기 위해서 발 지지부재를 와이어로 감싸면서 와이어의 길이를 조절할 수 있게 하였다. 상기 스프링 댐퍼부에 다이얼부재(510)를 배치하고, 다이얼부재에 착탈용 와이어(520,530)를 연결한 것이다. 상기 착탈용 와이어는 상기 발 지지부재를 감싸면서 다이얼부재에 양단이 연결되고, 상기 다이얼부재의 회전에 의해 조임과 풀림 동작이 가능하게 한 것이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (5)

  1. 반원 형상의 제1링부(110)와 제2링부(120)로 이루어지는 링부재(100);
    상기 제1링부의 일단에서 제1볼조인트(B1)로 연결되는 제1링크(215)와, 상기 제2링부의 일단에서 제2볼조인트(B2)로 연결되는 제2링크(225)와, 상기 제1 및 제2링크와 제3 및 제4볼조인트(B3,B4)로 연결되는 중간연결부(230)와, 상기 중간연결부와 제5볼조인트(B5)로 연결되는 제3링크(235)로 이루어지는 볼조인트 링크 연결부(200);
    상기 제3링크의 하부에 연결되는 스프링 댐퍼부(300);
    발의 앞쪽을 감싸는 전방지지부(410)와, 뒷꿈치를 감싸면서 상기 스프링 댐퍼부에 연결되는 후방지지부(420)로 이루어지는 발 지지부재(400);
    상기 제1링부(110)와 상기 전방지지부(410)를 연결하는 제1와이어; 및
    상기 제2링부(120)와 상기 전방지지부(410)를 연결하는 제2와이어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단하지보조기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1링부(110)에 구비되고 제1와이어에 인장력을 가하는 제1풀리-모터부(115); 및
    상기 제2링부(120)에 구비되고 제2와이어에 인장력을 가하는 제2풀리-모터부(125);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단하지보조기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스프링 댐퍼부는,
    상기 제3링크의 하부에 연결되는 스프링(330)과 상기 스프링을 내장한 프레임을 이루는 댐퍼몸체부(310)로 이루어져서, 보행시에 발생하는 충격을 흡수하는 것을 특징으로 하는 단하지보조기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스프링 댐퍼부에 구비되는 다이얼부재(510);
    상기 발 지지부재를 감싸면서 배치되고, 다이얼부재에 양단이 연결되면서 상기 다이얼부재의 회전에 의해 조임과 풀림이 이루어지는 착탈용 와이어(520,530);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단하지보조기.
  5. 제1항에 있어서,
    발 지지부재의 전방지지부(410) 상면에는 제1와이어 또는 제2와이어가 연결되는 와이어 연결점(450)이 복수개 구비되어,
    사용자의 발목 모양을 고려하여 상기 제1와이어 또는 제2와이어의 전방지지부에서의 연결 위치를 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는 단하지보조기.
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