KR102511983B1 - 뇌혈관 재활환자의 보행능력 평가 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 재활 중인 뇌혈관 환자의 보행능력을 분석하여 평가하는 시스템에 관한 것으로, 재활 중인 뇌혈관 환자의 보행 데이터로부터 보행능력 수준을 객관적으로 분석 평가함으로써, 환자의 재활 경과에 대한 모니터링이 가능하여 보다 효과적인 재활치료가 이루어질 수 있다.

Description

뇌혈관 재활환자의 보행능력 평가 시스템{Walking ability evaluation system for rehabilitation patient with cerebrovascular accident}

본 발명은 재활 중인 뇌혈관 환자의 보행능력을 분석하여 평가하는 시스템에 관한 것이다.

뇌혈관 질환은 조직에 산소와 포도당 같은 영양분을 공급하는 뇌혈관이 여러 가지 원인으로 좁아지거나 파열되어 혈액을 충분히 공급하지 못하게 됨에 따라 혈류량 감소, 허혈 또는 출혈 등을 나타냄으로써 발생하는 신경질환이다.

뇌혈관 질환은 사망률이 높고 손상 받은 부위와 허혈, 경색이나 출혈의 정도에 따라 증상이 다양한데 마비증상이 흔하게 수반된다. 이와 같은 뇌혈관계 질환으로 인한 마비 환자는 신경계의 마비로 인하여 발목관절 주위의 근육활동이 약화되어 보행 시 발목의 배굴, 저굴 및 내번, 외번이 자발적으로 이루어지지 않는다.

즉, 족저굴근의 경직성 마비로 인해 초기 입각기에 발뒤축이 지면에 닿지 않고 발바닥이나 발끝으로 딛게 되는 족 하수(foot drop) 현상이 발생하는데, 이는 신경계의 마비로 발목주위의 근육활동이 작아지거나 없어짐으로 인해 발을 들어 올리지 못하는 증상으로, 중추 및 말초신경계의 마비로 인해 발목 주위에 있는 앞정강이근의 활동이 정상적으로 이루어지지 않아 발생된다.

이에 따라, 뇌혈관계 질환을 겪은 환자는 회선보행을 하게 되어 보행속도가 느려지고 에너지 소모가 크게 증가되는 등의 비효율적 보행이 발생하는데, 이와 같은 보행 장애 현상을 치료하기 위하여 다양한 재활치료가 이루어지고 있다.

재활치료로는 관절을 움직여주어 운동 신경을 회복하기 위한 물리 치료와, 저주파 등의 펄스를 무릎이나 발목 관절 등에 인가하는 전기적 치료 요법이 사용되고 있으며, 재활환자의 보행을 보조하는 다양한 보조기구도 함께 사용되고 있다.

이와 같은 재활치료는 환자의 후유증 정도에 따라 치료기간의 차이는 있으나, 짧게는 수개월 길게는 수년에 걸쳐 이루어진다. 따라서, 상당한 기간의 재활치료가 성공적으로 이루어지기 위해서는, 치료경과에 따른 보행개선 효과를 객관적으로 평가하는 것이 필요하다.

대한민국 공개특허공보 제10-2020-0059829호(지능형 보행 신경근 전기 자극 장치 및 방법, 상기 방법을 수행하기 위한 저장 매체) 대한민국 공개특허공보 제10-2020-0040572호(착용형 보행 신경근 전기 자극 장치) 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0056368호(뇌손상 환자의 보행 개선용 재활 보조장치)

따라서, 본 발명은 뇌혈관계 질환을 겪은 환자의 보행패턴을 모니터링하여 보행능력 수준을 객관적으로 평가할 수 있는 뇌혈관 재활환자의 보행패턴 모니터링 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 재활환자의 발에 착용되어 보행 시 족압과 발목의 회동각도를 포함한 보행 데이터를 측정하는 보행 데이터 측정장치와, 통신망으로 연결된 보행 데이터 측정장치로부터 보행 데이터를 수신하여 재활환자의 보행능력을 판단하는 보행능력 평가장치를 구비하는 재활환자 보행능력 평가 시스템을 제공한다.

본 발명에 있어서, 보행 데이터 측정장치는 재활환자의 발바닥을 감싸도록 지지하는 발바닥부에 구비되는 족압 감지센서, 발바닥부의 후방에서 상향으로 연장되어 발목을 감싸도록 U형의 단면을 가지는 발목부에 구비되는 발목회동 측정센서 및, 발바닥부 또는 발목부에 구비되어 보행하는 재활환자의 위치를 파악하는 GPS 센서를 구비한다.

본 발명에 있어서, 보행능력 평가장치는 족압 감지센서에 의해 측정된 족압 데이터를 분석하여 평가하는 족압 데이터 분석 평가부, 발목회동 측정센서에 의해 측정된 발목 회동각도 데이터를 분석하여 평가하는 족압 데이터 분석 평가부 및, GPS 센서로부터 측정된 재활환자의 보행거리와 족압 감지센서 또는 발목 회동각도 감지센서로부터 수신되는 보행 데이터의 발생시간으로부터 보행속도를 산출하여 평가하는 보행 운동데이터 평가부를 구비한다.

본 발명에 따르면, 재활 중인 뇌혈관 환자의 보행 데이터로부터 보행능력 수준을 객관적으로 분석 평가함으로써, 환자의 재활 경과에 대한 모니터링이 가능하여 보다 효과적인 재활치료가 이루어질 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 뇌혈관 재활환자 보행능력 평가 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1의 보행 데이터 측정장치와 보행능력 평가장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 보행 데이터 측정장치에 장착된 족압 감지센서를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 보행 데이터 측정장치에 장착된 발목 회동각도 감지센서를 도시한 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.

본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로서, 도면에서의 요소의 형상, 요소의 크기, 요소간의 간격 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되거나 축소되어 표현될 수 있다.

또한, 실시 예를 설명하는데 있어서, 만일 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "형성되어", "포함되어", "결합되어", "고정되어" 있다고 기재된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 형성, 포함, 결합 또는 고정되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

또한, 실시 예를 설명하는데 있어서 원칙적으로 관련된 공지의 기능이나 공지의 구성과 같이 이미 당해 기술 분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 기술적 특징을 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 뇌혈관 재활환자 보행능력 평가 시스템의 구성도로, 본 발명은 뇌혈관 재활환자의 발에 착용되어 보행 데이터를 측정하는 보행 데이터 측정장치(100), 보행 데이터 측정장치(100)와 통신망으로 연결되어 측정된 보행 데이터에 따라 재활환자의 보행능력 수준을 평가하는 보행능력 평가장치(200)로 이루어진다.

보행 데이터 측정장치(100)와 보행능력 평가장치(200)의 블록도가 도 2에 도시되어 있는데, 도 1,2를 참조하면 보행 데이터 측정장치(100)는 재활환자의 발바닥을 감싸도록 지지하는 발바닥부(110)에 구비되는 족압 감지센서(121,122,123), 발바닥부(110)의 후방에서 상향으로 연장되어 발목을 감싸도록 U형의 단면을 가지는 발목부(130)에 구비되는 발목회동 측정센서(141,142), GPS 센서(150), 및 보행 시 부착된 센서로부터 측정된 보행 데이터를 보행능력 평가장치(200)로 전송하는 무선통신부(160)로 이루어진다.

발바닥부(110)와 발목부(130)는 보행 시 재활환자의 발 움직임에 따라 자유로운 변형이 가능하도록 고무와 같은 연성 재질로 형성되며, 발등과 발목을 감싸는 벨크로(170)로 재활환자의 발에 착용된다. 이때, 발바닥부(110)와 발목부(130)는 자연스러운 보행을 위하여 상호 분할되어 힌지와 같은 연결수단에 의해 연결될 수도 있다.

족압 감지센서(121,122,123)는 보행 시 지면에 착지되는 재활환자의 족압을 감지하는 압력센서로, 발바닥부(110)의 길이 방향을 따라 복수 개가 이격되게 구비된다. 도 3에는 보행 데이터 측정장치(100)에 장착된 족압 감지센서(121,122,123)가 도시되어 있는데, 발바닥부(110)의 길이 방향인 발가락에서 발꿈치를 따라 구획 분할된 제1 영역(111), 제2 영역(112), 제3 영역(113)에 제1,2,3, 족압 감지센서(121,122,123)가 각각 구비되어 있다. 이와 같은 족압 감지센서(121,122,123)는 보행 시 지면에 닿는 족압의 크기와 족압의 발생시간을 영역별로 실시간으로 각각 측정하여 보행능력 평가장치(200)로 전송한다.

발목 회동각도 감지센서(141,142)는 보행 시 재활환자의 발목관절의 움직임을 감지하는 관성센서로, 도 4에 도시되는 바와 같이 발바닥부(110)에 제1 발목 회동각도 측정센서(141)와 발목부(130)에 제2 발목 회동각도 측정센서(142)가 각각 구비된다,

이와 같은 제1,2 발목 회동각도 측정센서(141,142)는 보행 시 부착된 발바닥부(110)와 발목부(130)를 기준으로 가속도(acceleration), 각속도(angular rate) 및 각가속도(angular acceleration)를 측정하고, 이로부터 발목 회동각도와 발목회동 발생시간을 측정한다.

GPS 센서(150)는 보행하는 재활환자의 현재 위치를 파악하기 위하여 발바닥부(110) 또는 발목부(130)에 구비되어, 보행 전, 후의 환자위치를 측정한다. 이와 같이 측정된 환자위치로부터 후술하는 바와 같이 재활환자의 보행속도가 산출될 수 있다.

보행능력 평가장치(200)는 무선 통신망을 통하여 보행 데이터 측정장치(100)와 연결되는 무선 단말기로, 휴대가 가능한 스마트폰과 같은 무선 단말기가 사용되는 것이 바람직하다. 보행능력 평가장치(200)에는 수신되는 재활환자의 보행 데이터를 분석 및 평가할 수 있는 프로그램이 탑재된다.

보행능력 평가장치(200)는 도 2에 도시되는 바와 같이, 보행 데이터 측정장치(100)로부터 보행 데이터를 수신하는 무선 통신부(210), 보행 데이터 중 족압 데이터를 분석하여 평가하는 족압 데이터 분석 평가부(220), 보행 데이터 중 발목 회동각도 데이터를 분석하여 평가하는 발목 회동각도 데이터 분석 평가부(230), 재활환자의 보행거리와 속도를 산출하여 평가하는 보행 운동데이터 평가부(240), 재활환자의 족압 데이터, 발목 회동각도, 보행거리와 속도로부터 재활환자의 보행능력을 판단하는 보행능력 통합 평가부(250)로 이루어진다.

족압 데이터 분석 평가부(220)는 발바닥부(110)의 서로 다른 영역에 설치된 각각의 족압 감지센서(121,122,123)에서 측정된 족압 크기와 각 영역별 족압 발생시간을 정상 족압 데이터와 비교하여 재활환자의 보행능력 수준을 분석 평가한다. 여기서, 정상 족압 데이터는 정상인의 보행 시 동일한 발바닥 영역의 족압 크기와 영역별 족압 발생시간 데이터이다.

예를 들어, 재활 초기 환자의 경우 정도가 심한 족 하수로 인하여 발끝으로 보행이 이루어짐에 따라, 발끝 부분 즉, 제1 족압 감지센서(121)에 의해 제1 영역(111)의 족압 만이 측정되며, 그 크기도 제1 영역(111)에 집중되어 높은 값으로 측정된다.

그리고 이로부터 꾸준한 재활치료로 인하여 증세가 호전되어 발끝과 함께 발바닥 중앙으로도 보행이 이루어지면, 보행 시 발끝인 제1 영역(111)과 함께 제2 족압 감지센서(122)에 의해 발바닥 중앙인 제2 영역(112)의 족압도 측정되는데, 이때 족압이 제1, 2영역(111,112)로 분산됨에 따라, 전술한 제1 영역(111)에 족압이 집중되는 경우와 비교하여 보다 낮은 값의 족압이 각각의 영역(111,112)에서 측정된다.

여기서, 증세가 더욱 호전되어 족 하수 증상이 완화되면, 보행 시 지면에 닿는 발바닥 중앙면적이 증가하고 또한 발끝과 동시에 지면 접촉이 이루어지는데, 이에 따라 제1 영역(111)에서 측정된 족압 크기는 점차 낮아지고, 이에 대응하여 제2 영역(112)에서 측정된 족압 크기는 점차 증가하며, 이에 따라 제1, 2영역(111,112)에서 각각 측정된 족압 발생시간도 그 차이가 점점 줄어들게 된다.

더 나아가, 꾸준한 재활치료로 완전히 회복되어 발끝과 발바닥 중앙은 물론, 발꿈치로도 보행이 이루어지면, 제1,2영역(111,112)과 함께 제3 족압 감지센서(123)에 의해 발꿈치가 위치하는 제3 영역(113)의 족압도 측정된다. 이에 따라, 제3 영역(113)으로 분산된 족압에 따라 전술한 경우보다 보다 낮은 족압이 각각의 영역(111,112,113)에서 측정되며, 각 영역에서의 족압 발생시간 차이도 거의 없게 된다.

족압 데이터 분석 평가부(220)는 비교되는 재활환자의 족압 데이터와 정상 족압 데이터의 차이정도에 따라, 차등 있는 점수나 등급으로 재활환자의 보행능력 수준을 평가할 수 있다. 이와 같이, 족압 데이터 분석 평가부(220)는 측정된 족압 크기와 족압 발생시간으로부터 재활환자의 증세호전 또는 재활치료 정도를 객관적으로 평가할 수 있다.

발목 회동각도 데이터 분석 평가부(230)는 발목 회동각도 측정센서(141,142)로부터 수신되는 발목 회동각도 데이터를 정상 발목 회동각도 데이터와 비교하여 재활환자의 보행능력 수준을 분석 평가한다. 여기서, 정상 발목 회동각도 데이터는 정상인의 보행 시 발목의 회동각도 데이터이다.

여기서, 발목 회동각도 데이터 분석 평가부(230)는 도 4에 도시된 바와 같이, 발목관절(J)의 회전축(X)을 향한 제1,2 발목 회동각도 측정센서(141,142)의 위치벡터(v1,v2)를 좌표축(X,Y,Z)을 기준으로 설정하고, 보행 시 제1,2 발목 회동각도 측정센서(141,142)가 측정한 발목 회동각도 데이터인 가속도, 각속도, 각가속도를 실시간으로 수신한다.

그리고, 보행 시 발목관절의 비틀림으로 발생하는 기준위치 벡터(v1,v2) 사이의 각도를 발목의 회동각도로 산출한다. 이때, 발목의 회동각도는 족 하수 증세가 호전됨에 따라 그 각도는 점차 증가하는데, 각각의 좌표축(X,Y,Z)으로부터 계산된 발목 회동각도를 정상 발목 회동각도 데이터와 비교하여 평가할 수 있다. 마찬가지로, 비교되는 발목 회동각도의 차이정도에 따라, 차등 있는 점수나 등급으로 재활환자의 보행능력 수준이 평가될 수 있다.

보행 운동데이터 평가부(240)는 족압 감지센서 또는 발목 회동각도 감지센서로부터 수신되는 보행 데이터의 발생시간으로부터 보행시간을 계산하고, 보행시간 동안의 GPS 센서(150) 위치신호로부터 재활환자의 보행거리를 계산한다. 그리고, 보행시간과 보행거리로부터 보행속도를 산출하고, 정상인 보행속도와 비교함으로써 재활환자의 보행능력 수준을 또한 평가할 수 있다. 이때, 마찬가지로 비교되는 보행속도의 차이정도에 따라, 역시 차등 있는 점수나 등급으로 보행능력 수준이 평가될 수 있다.

보행능력 통합 평가부(250)는 전술한 족압 데이터 분석 평가부(220)에 의해 분석된 재활환자의 족압 데이터, 발목 회동각도 데이터 분석 평가부(230)에 의해 분석된 발목 회동각도 데이터, 및 보행운동 평가부(240)에 의해 분석된 보행시간, 거리 및 속도와 같은 보행운동 데이터에 따라 재활환자의 보행능력 수준을 통합 평가한다. 이는 측정된 족압 데이터, 발목 회동각도 데이터, 및 보행운동 데이터에 기반하여 평가된 각각의 보행능력 수준에 중요도에 기반한 서로 다른 가중치를 부여하고, 합산하여 통합적인 보행능력 수준을 평가한다.

이와 같이, 본 발명은 재활 중인 뇌혈관 환자의 보행 데이터로부터 보행능력 수준을 객관적으로 분석 평가함으로써, 환자의 재활 경과에 대한 모니터링이 가능하여 보다 효과적인 재활치료가 이루어질 수 있다.

이상 설명한 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형 예 또는 수정 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

100 : 보행 데이터 측정장치 110 : 발바닥부
121,122,123 : 제1~3 족압 감지센서 130 : 발목부
141,142 : 제1,2 발목회동 측정센서 150 : GPS 센서
160, 210 : 무선 통신부 170 : 벨크로
200 : 보행능력 평가장치
220 : 족압 데이터 분석 평가부
230 : 발목 회동각도 데이터 분석 평가부
240 : 보행운동 데이터 분석 평가부
250 : 보행능력 통합 평가부

Claims (3)

1. 재활환자의 보행능력을 평가하는 시스템에 있어서,
   상기 재활환자의 발에 착용되어 보행 시 족압과 발목의 회동각도를 포함한 보행 데이터를 측정하는 보행 데이터 측정장치; 및,
   통신망으로 연결된 상기 보행 데이터 측정장치로부터 상기 보행 데이터를 수신하여 상기 재활환자의 보행능력을 판단하는 보행능력 평가장치;를 구비하고,
   상기 보행 데이터 측정장치는,
   재활환자의 발바닥을 감싸도록 지지하는 발바닥부에 구비되는 족압 감지센서;
   상기 발바닥부의 후방에서 상향으로 연장되어 발목을 감싸도록 U형의 단면을 가지는 발목부에 구비되는 발목회동 측정센서; 및,
   상기 발바닥부 또는 발목부에 구비되어 보행하는 상기 재활환자의 위치를 파악하는 GPS 센서;를 구비하며,
   상기 보행능력 평가장치는,
   상기 족압 감지센서에 의해 측정된 족압 데이터를 분석하여 평가하는 족압 데이터 분석 평가부;
   상기 발목회동 측정센서에 의해 측정된 발목 회동각도 데이터를 분석하여 평가하는 발목 회동각도 데이터 분석 평가부; 및,
   상기 GPS 센서로부터 측정된 재활환자의 보행거리와 상기 족압 감지센서 또는 발목 회동각도 감지센서로부터 수신되는 보행 데이터의 발생시간으로부터 보행 속도를 산출하여 평가하는 보행 운동데이터 평가부;를 구비하고,
   상기 발바닥부는 발가락 부위부터 발 뒤꿈치 부위로 이어지는 방향이 세 개의 구역으로 분할되며,
   상기 족압 감지 센서는 상기 세 개의 구역 중에서 발가락 부위에 설치되는 제1족압 감지 센서와 상기 발 뒤꿈치 부위에 설치되는 제3족압 감지 센서 및 중심부위에 설치되는 제2족압 감지 센서로 이루어져서, 상기 제1족압 감지 센서의 측정 압력과 대비한 제2 족압 센서와 제3 족압 센서의 측정 압력이 점진적으로 증가하는 정도로 회복의 정도가 파악되고,
   상기 발목회동 측정센서는 상기 세 개의 구역 중에서 중심에 위치한 구역에 설치되는 제1발목회동 측정센서와 상기 발목부에 구비되는 제2 발목회동 측정센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 재활환자 보행능력 평가 시스템.
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