KR102674324B1 - 체중지지수단을 구비한 보행재활장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 하단프레임(110)과 측면프레임(120)과 상기 측면프레임에 연결되어 발 디딤부에 링크 동작을 제공하는 링크 유닛(150)과 상기 발 디딤부가 닿는 롤러부(140)와 상기 측면프레임의 모서리에 구비되는 수직지지바(170)와 상기 수직지지바 상단에서 횡방향으로 연결되는 사각형상의 상단프레임(180)과, 상기 상단프레임에 연결되는 체중지지수단(200)을 포함하는 보행재활장치에 대한 것이며, 보행재활기기에서 환자 체중을 지지할 수 있기 때문에 스스로 기립이 어려운 급성기 환자도 보행 재활치료가 가능하며, 체중지지수단에 의해 환자의 몸무게를 측정하고 보행재활치료 시에 몸무게 보조 비율에 대한 정보와 좌-우측 몸무게 변화 등에 대한 정보를 통해 보행 균형 평가가 가능하고 효율적인 재활동작이 가능한 효과가 발휘된다.
Description
본 발명은 체중지지수단을 구비하여 뇌질환의 의료적 처치 후 신체기능이 저하된 급성기 환자의 보행재활을 돕는 장치로서, 환자를 들어올려 보행재활치료를 하면서 보행 기능의 점진적 향상을 위한 몸무게 부하 조절 기능과 보행재활치료 시 좌우 족저부가 지면에 닿을 때의 몸무게를 측정해 균형능력을 평가하고 제공하는 기능을 가지며, 의료진과 재활 대상자에게 이들 데이터의 정량적인 수치와 그래프로 제공하여 올바른 보행 자세를 유도하고 재활 동작을 효과적으로 교정할 수 있도록 한 기술이다.
일반적으로, 보행 재활 기기는 하지 마비나 근력 저하 등의 원인으로 거동이 불편해진 환자의 재활 치료에 사용되는 기기이다. 고령화, 사고, 스트레스 등으로 인해 급속히 증가되고 있는 뇌병변 장애인 및 하지 관절 수술환자에게 있어 가장 필수적이고 재활 효과가 높은 것은 보행 관련 훈련이 될 수 있다. 정상적인 신체의 가동범위(Range of Motion) 내에서 골격의 움직임과 근육의 수축이완 운동은 보행 훈련 및 재활에 있어 고유 기능을 강화시키고 회복시키는 가장 중요한 요소이다. 이러한 정상 가동범위 내에서 보행 재활을 시킬 수 있는 보행 재활 기기의 시장은 급속히 팽창하는 추세이며, 이러한 추세를 대비하여 보행 재활에 널리 활용될 수 있게 값이 싸며 재활 효과를 높일 수 있는 보행 재활 기기의 개발이 요구되고 있다.
이 분야의 종래의 기술로는, 본 출원인에 의해 출원되어 등록된 등록번호 제10-2078750호(명칭: 보폭 조절 기능을 갖는 보행재활장치)와 특허 제10-1644100 호(보행궤적을 구현한 상하지 보행운동기기) 등이 있었다. 상기 종래 기술에 개시된 내용을 보면, 발 디딤부에 연결되어 회전하는 플라이휠과, 상기 발 디딤부와 플라이휠 사이에 구비되며 상기 발 디딤부에 보행 궤적을 제공하는 링크 유닛들이 구비되어 사용자의 보행 훈련을 하는 장치를 개시하고 있다.
그러나, 종래 기술은, 첫째, 환자를 들어올리는 기능이 없고 스스로 보행 가능한 단계의 환자를 대상으로 하는 것이어서, 자신의 신체능력으로 기립 및 보행 동작을 할 수 없는 환자에게는 적용할 수 없는 문제가 있었고, 둘째, 환자들의 몸무게를 보면 매우 다양한 범위의 체중을 가지게 되는데, 환자의 체중 보상을 통한 보행재활의 강도를 조절할 수 없는 문제가 있고, 셋째, 보행재활 과정에서 걷는 형태에서 족저부가 지면에 닿는 동안 좌-우측의 체중 분산 정도 알 수 없어 환자의 균형 능력을 평가할 수 없는 등 문제가 있었다.
본 발명의 상기 문제를 해결하기 위한 것으로, 스스로 일어서거나 보행이 불가능한 급성기 환자의 기능적인 보행 재활치료를 가능하게 하는 보행재활장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 보행재활 과정에서 스스로 일어나기 어려운 환자를 들어올려 최종 기립된 자세를 보행과정에서 유지할 수 있는 수단을 제공하며, 또한 들어올린 환자의 몸무게를 측정하고 보행재활치료 시에 몸무게 보조 비율을 측정할 수 있고, 보행재활치료 시 좌-우측 몸무게 측정을 통한 보행 균형 평가가 가능한 수단을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 하단프레임(110)과 측면프레임(120)과 상기 측면프레임에 연결되어 발 디딤부에 링크 동작을 제공하는 링크 유닛(150)과 상기 발 디딤부가 닿는 롤러부(140)와 상기 측면프레임의 모서리에 구비되는 수직지지바(170)와 상기 수직지지바 상단에서 횡방향으로 연결되는 사각형상의 상단프레임(180)과, 상기 상단프레임에 연결되는 체중지지수단(200)을 포함하는 보행재활장치를 제공한다.
상기 체중지지수단(200)은, 상면에는 길이방향을 따라 상기 상단프레임과 결합을 위한 상부홈(212)이 구비되고, 하면에는 길이방향을 따라 하부홈(214)이 형성된 결합로드(210); 상기 결합로드의 하부홈에 결합되고 결합로드의 길이방향을 따라 이동하는 이동체(220); 및 상기 이동체 하부에서 상하 방향 이동가능하게 연결되는 와이어(260) 및 하네스(280);를 포함하고 있으며, 상기 와이어는 지면에 수직한 상하방향으로 이동가능하며, 상기 이동체는 전후방향으로 이동가능하여 상기 하네스를 이용하여 보행재활을 하는 환자를 수직 및 전후 방향으로 이동시킬 수 있으며, 상기 하네스에 연결된 와이어의 상하 승강 정도를 조절하여 환자에게 가해지는 중력보상정도(환자 체중을 위로 견인하는 정도)를 조절할 수 있는 구조이다.
상기 결합로드의 하부홈에 구비되고, 회전에 의해 결합로드의 길이방향을 따라 이동체를 이동시키는 구동롤러(225); 및 상기 이동체 내부에 구비되고 상기 구동롤러에 전달되는 회전력을 발생시키는 모터;를 더 포함한다.
상기 결합로드(210)는 상기 상단프레임 중 전후방향에 수직하게 배치되는 제1상단프레임(182)과 제2상단프레임(184)에 연결되고, 상기 결합로드(210)와 상기 제1상단프레임(182) 사이에 구비되어, 결합로드가 제1상단프레임(182)에 가하는 힘을 감지하는 제1로드셀(252); 및 상기 결합로드(210)와 상기 제2상단프레임(184) 사이에 구비되어, 결합로드가 제2상단프레임(184)에 가하는 힘을 감지하는 제2로드셀(254);을 더 포함한다.
다만, 본 발명은 두 개의 로드셀을 대신하여 상기 결합로드(210)와 이동체(220) 사이에 구비되어, 상기 이동체가 상기 결합로드에 가하는 힘을 감지하는 단일 로드셀(250)을 구비할 수도 있다.
그리고, 본 발명은 사용자에 의하여 보행재활장치에게 주어지는 동작 명령을 입력받는 입력수단(140); 상기 측면프레임에 구비되는 모니터(160); 및 상기 입력수단에 입력된 명령에 따라 보행재활 동작을 수행하게 하는 제어부;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 환자의 족저부가 상기 발 디딤부에 닿은 상태에서, 상기 체중지지수단이 환자의 체중 일부를 부담하면서 보행재활 동작을 수행하게 된다.
본 발명은, 환자의 족저부가 상기 발 디딤부에 닿은 상태에서, 상기 체중지지수단이 환자의 체중 일부를 부담하면서 보행재활 동작을 수행하게 되는데, 보행재활 동작 중 상기 체중지지수단에 의한 체중 지지 비율(RA)을 아래 [식 1]로 계산하여 상기 모니터에 표시할 수 있다.
[식 1] 체중 지지 비율(RA)= [체중지지수단이 지지하는 환자의 몸무게(fA)]÷[환자의 실제 몸무게(fP)]
그리고, 좌우 발 디딤부 각각에 의해, 환자의 좌우 족저부에 가해지는 힘은, 아래 [식 2]로 계산할 수 있다.
[식 2] 족저부에 가해지는 힘 = 환자의 실제 몸무게 - 체중지지수단이 지지하는 환자의 몸무게
본 발명은, 상기 체중지지수단이 환자의 체중 전체를 지지한 상태에서 환자를 전방으로 이동시킨 후, 상기 와이어를 하향 이동시키면서 환자의 족저부가 상기 발 디딤부에 닿아서 상기 체중 지지 비율이 미리 설정된 값에 해당하는 순간, 또는 목표치에 도달하는 순간, 상기 와이어의 하향 동작을 멈추고 보행재활을 시작하도록 한다. 와이어 하향 동작을 멈추는 것은 제어부에 의해 자동으로 수행될 수도 있고, 사용자에 의해 수동으로 높이 조절 제어기(콘트롤러 c)의 버튼을 눌러 와이어의 높낮이를 조절하도록 할 수도 있다.
그리고, 상기 와이어에 작용하는 힘은, 상기 이동체가 상기 제1 및 제2로드셀에 가하는 힘을 고려하여 산출한다. 즉, 상기 이동체가 상기 각각의 로드셀에 가하는 힘과 와이어와 하네스 무게 등의 요소를 고려하여 상기 와이어 및 하네스에 의해 지지되는 힘을 정확히 산출하도록 하며, 산출을 위한 필요한 알고리즘을 구비하도록 한다.
그리고, 보행재활 시작 후, 좌우 발 디딤부가 상기 롤러부에 의해 지지되면서 보행재활이 이루어지는 과정에서, 변화하는 상기 체중 지지 비율의 변화를 계산하여 상기 모니터에 실시간으로 표시하고, 또한, 상기 좌우 발 디딤부가 상기 롤러부에 의해 지지되는 힘의 차이로 인해, 좌우 족저부 동작시 서로 상이한 체중 지지 비율의 비율을 계산하여 상기 모니터에 표시함으로써, 보행재활시 좌우 균형을 측정할 수 있도록 한다.
환자의 좌우 발 디딤부가 상기 롤러부에 닿는 구간에서 상기 체중 지지 비율을 계산하되, 좌우 족저부 각각의 체중 지지 비율을 계산하고, 이를 실시간 통신으로 전송하여 보행 분석 이미지화 하거나 보행 추이 분석 그래프화로 시각화하여 상기 모니터에 표시함으로써, 보행재활시 좌우 균형을 측정할 수 있도록 할 수 있다.
여기서, 보행 분석 이미지의 한 예로는, 좌우 족저부를 구분하고 좌우 족저부에 가해지는 힘을 투명도를 조절하는 방법이 가능하다. 그리고, 보행 추이 분석 그래프는 시간에 따라 족저부에 가해지는 힘의 변화를 그래프로 표시하고 극대점을 수치로 표시하는 방법이 가능하다.
또한, 본 발명은, 좌측 발 디딤부, 우측 발 디딤부, 상기 좌측 발 디딤부 및 상기 우측 발 디딤부에 보행 궤적을 제공하는 링크 유닛, 하네스에 의해 지지되는 훈련자의 체중을 지지하면서 상기 훈련자를 상하로 이동시키는 체중지지수단, 상기 훈련자를 공중으로 들어올린 후 상기 훈련자의 좌우측 족저부가 상기 좌측 발 디딤부 및 상기 우측 발 디딤부에 닿도록 상기 훈련자를 하강시키되 상기 체중지지수단에 의한 체중 지지 비율이 미리 정해진 목표값이 되면 상기 훈련자를 하강시키는 것을 멈추도록 상기 체중지지수단을 제어하는 제어부, 및 상기 훈련자의 보행재활치료 동안 상기 체중 지지 수단에 의한 체중 지지 비율을 표시하는 모니터를 포함하는 보행재활장치를 제공한다.
상기 좌측 발 디딤부 및 상기 우측 발 디딤부가 보행 궤적에 따라 번갈아 닿게 되는 롤러부를 더 포함하고, 상기 롤러부는 상기 좌측 발 디딤부 및 상기 우측 발 디딤부가 닿았을 때 자유롭게 회전하는 복수의 롤러를 포함하며, 상기 모니터는, 상기 훈련자의 보행재활치료 동안 상기 좌측 발 디딤부가 상기 롤러부에 닿았을 때 체중 지지 비율과 상기 우측 발 디딤부가 상기 롤러부에 닿았을 때 체중 지지 비율을 표시한다.
상기 좌측 발 디딤부 및 상기 우측 발 디딤부가 보행 궤적에 따라 번갈아 닿게 되는 롤러부를 더 포함하고, 상기 롤러부는 상기 좌측 발 디딤부 및 상기 우측 발 디딤부가 닿았을 때 자유롭게 회전하는 복수의 롤러를 포함하며, 상기 모니터는, 상기 훈련자의 보행재활치료 동안 상기 좌측 발 디딤부가 상기 롤러부에 닿았을 때 훈련자 몸무게 측정값과 상기 우측 발 디딤부가 상기 롤러부에 닿았을 때 훈련자 몸무게 측정값을 표시한다.
본 발명의 상기 구성에 의해서, 보행재활기기에서 환자 체중을 지지할 수 있기 때문에 스스로 기립이 어려운 급성기 환자도 보행 재활치료가 가능하게 되는 효과가 발생하며, 체중지지수단에 의해 환자의 몸무게를 측정하고 보행재활치료 시에 몸무게 보조 비율에 대한 정보와 좌-우측 몸무게 변화 등에 대한 정보를 통해 보행 균형 평가가 가능하고 효율적인 재활동작이 가능하게 되는 유리한 효과가 발휘된다.
도 1은 본 발명에 따른 체중지지수단을 구비한 보행재활장치의 사시도이며,
도 2와 도 3은 본 발명에 따른 체중지지수단을 구비한 보행재활장치의 상부프레임의 일부 사시도이며,
도 4 내지 도 8은 본 발명에 따른 체중지지수단을 구비한 보행재활장치를 이용하여 보행재활을 하는 과정을 도시한 것이며,
도 9는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 체중지지수단을 구비한 보행재활장치의 사시도이며,
도 10과 도 11은 도 9의 실시형태에 따른 보행재활장치의 일부 상세도이며,
도 12와 도 13은 본 발명의 보행재활장치에서 사용자의 체중을 지지하는 원리를 설명하는 개념적인 그림이며,
도 14는 본 발명에 따른 체중지지수단을 구비한 보행재활장치를 이용하여 재활동작을 수행하는 과정에서 본 발명의 보행재활장치에 의해 환자의 몸무게가 보상되는 정도를 %로 실시간으로 나타내고 있는 이미지이며,
도 15은 본 발명에 따른 체중지지수단을 구비한 보행재활장치를 이용하여 재활동작을 수행하는 과정에서 좌우측 족저부가 롤러부에 닿는 구간에서 몸무게 감소비율을 보여주는 이미지이며,
도 16은 본 발명에 따른 체중지지수단을 구비한 보행재활장치를 이용하여 보행재활치료 시에 좌측과 우측의 실시간 몸무게 측정 현황을 보여주는 그래프이다.
도 2와 도 3은 본 발명에 따른 체중지지수단을 구비한 보행재활장치의 상부프레임의 일부 사시도이며,
도 4 내지 도 8은 본 발명에 따른 체중지지수단을 구비한 보행재활장치를 이용하여 보행재활을 하는 과정을 도시한 것이며,
도 9는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 체중지지수단을 구비한 보행재활장치의 사시도이며,
도 10과 도 11은 도 9의 실시형태에 따른 보행재활장치의 일부 상세도이며,
도 12와 도 13은 본 발명의 보행재활장치에서 사용자의 체중을 지지하는 원리를 설명하는 개념적인 그림이며,
도 14는 본 발명에 따른 체중지지수단을 구비한 보행재활장치를 이용하여 재활동작을 수행하는 과정에서 본 발명의 보행재활장치에 의해 환자의 몸무게가 보상되는 정도를 %로 실시간으로 나타내고 있는 이미지이며,
도 15은 본 발명에 따른 체중지지수단을 구비한 보행재활장치를 이용하여 재활동작을 수행하는 과정에서 좌우측 족저부가 롤러부에 닿는 구간에서 몸무게 감소비율을 보여주는 이미지이며,
도 16은 본 발명에 따른 체중지지수단을 구비한 보행재활장치를 이용하여 보행재활치료 시에 좌측과 우측의 실시간 몸무게 측정 현황을 보여주는 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 체중지지수단을 구비한 보행재활장치의 사시도이며, 도 2와 도 3은 본 발명에 따른 체중지지수단을 구비한 보행재활장치의 상부프레임의 일부 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 보행재활장치(100)는, 하단프레임(110)과 측면프레임(120)으로 이루어지는 프레임과, 사용자의 발이 놓여지는 발 디딤부(130)와, 하단프레임의 상측에 구비되어 발 디딤부가 이동하게 되는 롤러부(140)를 포함한다. 그리고, 본 발명은, 상기 측면프레임의 모서리에 구비되는 수직지지바(170)와 상기 수직지지바 상단에서 횡방향으로 연결되는 사각형상의 상단프레임(180)과, 상기 상단프레임에 연결되는 체중지지수단(200)을 포함하는 보행재활장치를 제공한다.
발 디딤부(130)는, 보행재활 훈련 내지 치료를 하는 사용자의 발이 올려져 고정되는 곳이며, 사용자의 발바닥이 접하는 발 디딤판과 사용자의 발을 고정하는 밴드 등으로 이루어진다. 나아가, 발 디딤부(130)는, 후술하는 링크 유닛(150)에 연결되어 보행 동작에 연동하여 상하 및 전후 방향으로 이동 가능하게 구비된다.
프레임(110,120)은, 본 발명의 보행재활장치(100)의 뼈대 역할을 하는 구성요소로, 바닥에 위치하는 하단프레임과 그 양측에 놓이는 측면프레임으로 이루어지고, 안전을 위해 프레임는 외장 커버에 의해 덮일 수 있다.
링크 유닛(150)은, 발 디딤부(130)에 보행 궤적을 제공하는 것으로, 발 디딤부(130)와 측면프레임(120) 사이에 구비되어 발 디딤부(130)와 측면프레임(120)을 연결하게 된다. 사용자가 발 디딤부(130)에 발을 부착하고 힘을 가하면 발 디딤부(130)와 함께 링크 유닛들이 연결부위의 다수의 힌지를 기준으로 각각 회동하면서 발 디딤부(130)에 보행 궤적을 제공하게 된다. 롤러부(140)는, 발 디딤부가 닿아서 자연스럽게 앞뒤로 움직일 수 있도록 하는 구성요소이다. 예를 들어, 롤러부는 복수개의 롤러가 앞뒤로 배치되되 그 양단이 상기 하단프레임에 회전 자유롭게 장착된다. 그리고, 프레임의 상측에는 동작 상황을 나타내는 구비되는 모니터(160)가 구비된다.
본 발명에 따른 체중지지수단(200)은 결합로드(210)와 이동체(220)와 와이어(260) 및 하네스(280)등을 포함하고 있다. 상기 결합로드(210)는, 그 상면에는 길이방향을 따라 상기 상단프레임과 결합을 위한 상부홈(212)이 구비되고, 하면에는 길이방향을 따라 하부홈(214)이 형성된다. 상기 이동체(220)는 상기 결합로드의 하부홈(214)에 결합되고 결합로드의 길이방향을 따라 이동하게 된다. 이동체의 이동으로 아래쪽에서 지지되는 환자의 이동이 가능하게 된다. 이를 위해, 상기 이동체 하부에는 상하 방향 이동가능하게 연결되는 와이어(260) 및 하네스(280)가 위치한다. 상기 와이어는 이동체 내부에 구비되는 윈치 등에 의해 감김과 풀림을 반복함에 따라 상기 와이어는 지면에 수직한 상하방향으로 이동가능하다.
사용자가 보행 재활을 하는 과정을 보면, 사용자가 자전거 페달과 같이 좌측 및 우측의 발 디딤부(130)을 디디면서 걷기 훈련을 하게 되면, 어느 하나의 발 디딤부가 롤러부에 닿고(접촉한 롤러는 자유롭게 돌게 되고) 나머지 발 디딤부가 제공되는 과정을 번갈아 반복하게 된다. 이때 상기 롤러는 회전이 구속되지 않고 자유롭게 회전할 수 있는 상태로 양단이 체결되어 있으므로, 훈련자는 스스로의 힘으로 매우 자연스럽게(발 바닥에서 저항을 받지 않고) 걷기 동작을 할 수 있다.
그리고, 본 발명은 환자의 체중을 지지하면서 보행재활을 돕는 체중지지수단을 더 포함하는 것이 특징이다. 체중지지수단은 상기 측면프레임(120)의 모서리에서 상측으로 이어지는 수직지지대(170)를 이용하여 보행재활장치 상측에 위치하게 된다.
본 발명에서 설명의 편의상 '전방'이란 환자가 체중지지수단에 의해 지지된 상태에서 전면을 바라보는 방향(보행시 앞쪽 방향)을 의미하며, '후방'이란 전방의 뒤쪽 방향을 의미한다. 그리고, 좌우방향은 환자가 체중지지수단에 의해 지지된 상태에서 좌측 및 우측을 의미한다.
이하에서는 본 발명의 특징인 체중지지수단에 대해서 설명한다.
도 4 내지 도 8은 본 발명에 따른 체중지지수단을 구비한 보행재활장치를 이용하여 보행재활을 하는 과정을 도시한 것이며, 도 14는 본 발명에 따른 체중지지수단을 구비한 보행재활장치를 이용하여 재활동작을 수행하는 과정에서 본 발명의 보행재활장치에 의해 환자의 몸무게가 보상되는 정도를 %로 실시간으로 나타내고 있는 이미지이며, 도 15은 본 발명에 따른 체중지지수단을 구비한 보행재활장치를 이용하여 재활동작을 수행하는 과정에서 좌우측 족저부가 롤러부에 닿는 구간에서 몸무게 감소비율을 보여주는 이미지이며, 도 16은 본 발명에 따른 체중지지수단을 구비한 보행재활장치를 이용하여 보행재활치료 시에 좌측과 우측의 실시간 몸무게 측정 현황을 보여주는 그래프이다.
본 발명의 체중지지수단 중 상기 이동체(220)는 전후방향(재활운동을 하는 환자의 앞뒤 방향)으로 이동하면서 상기 하네스에 의해 지지되는 환자를 전후 방향으로 이동시키게 된다. 본 발명은 상기 하네스에 연결된 와이어의 상하 승강 정도를 조절하여 환자에게 가해지는 중력보상정도(환자 체중을 위로 견인하는 정도)를 조절하는 것이 특징이다. 즉, 환자의 체중(W)은 상기 와이어가 상방으로 견인하는 힘(W1)과 보행재활장치의 발 디딤부가 지지하는 힘(W2)의 합으로 이루어진다(W=W1+W2).
상기 결합로드의 하부홈에는 구동롤러(225)가 구비되어서 구동롤러가 회전함에 의해 상기 이동체(220)는 결합로드의 길이방향을 따라 이동하게 된다. 상기 이동체(220)의 내부에는 상기 구동롤러에 회전력을 전달하기 위해 회전동력을 발생시키는 모터를 더 포함하며, 상기 와이어를 감거나 풀기 위한 윈치를 더 포함할 수 있다.
상기 결합로드(210)는 상기 상단프레임 중 전후방향에 수직하게 배치되는 제1상단프레임(182)과 제2상단프레임(184)의 중앙 지점에 연결된다. 그리고, 결합로드와 제1 및 제2상단프레임 사이에는 두 개의 로드셀이 구비된다. 제1로드셀(252)은 상기 결합로드(210)와 상기 제1상단프레임(182) 사이에 구비되어, 결합로드가 제1상단프레임(182)에 가하는 힘을 감지하고, 제2로드셀(254)은 상기 결합로드(210)와 상기 제2상단프레임(184) 사이에 구비되어, 결합로드가 제2상단프레임(184)에 가하는 힘을 감지하게 된다.
그리고, 본 발명은 사용자에 의하여 보행재활장치에게 주어지는 동작 명령을 입력받는 입력수단(140)과, 상기 측면프레임에 구비되는 모니터(160)와 상기 입력수단에 입력된 명령에 따라 보행재활 동작을 수행하게 하는 제어부를 더 포함하여, 본 발명의 보행재활장치의 동작을 제어하게 된다.
보행재활을 시작하는 것은 환자의 족저부가 상기 발 디딤부에 닿은 상태에서 시작하게 되고, 이때부터 상기 체중지지수단이 환자의 체중 일부를 부담하면서 보행재활 동작을 수행하게 된다. 즉, 환자의 족저부가 상기 발 디딤부에 닿은 상태에서, 상기 체중지지수단이 환자의 체중 일부를 부담하면서 보행재활 동작을 수행하게 되는데, 보행재활 동작 중 상기 체중지지수단에 의한 체중이 부담되는 정도(중력보상정도, 이하 '체중 지지 비율'이라고 함)을 모니터에 표시할 수 있다. 체중 지지 비율은, 체중지지수단이 환자의 실제 몸무게 중 일부를 부담하는 힘의 비율이다. 즉, 환자의 족저부가 상기 발 디딤부에 닿은 상태에서, 상기 체중지지수단이 환자의 체중 일부를 부담하면서 보행재활 동작을 수행하게 되는데, 보행재활 동작 중 상기 체중지지수단에 의한 체중 지지 비율(RA)을 아래 [식 1]로 계산하여 상기 모니터에 표시할 수 있다.
[식 1] 체중 지지 비율(RA)= [체중지지수단이 지지하는 환자의 몸무게(fA)]÷[환자의 실제 몸무게(fP)]
그리고, 환자의 좌우 족저부가 상기 발 디딤부 각각에 작용하는 족저부 또한 계산하여 모니터에 표시할 수 있는데, 그리고, 상기 와이어에 작용하는 힘은, 상기 이동체가 상기 각각의 로드셀에 가하는 힘과 와이어와 하네스 무게 등의 요소를 고려하여 상기 와이어 및 하네스에 의해 지지되는 힘을 정확히 산출하도록 하며, 산출을 위한 필요한 알고리즘을 구비하도록 한다.
도 13을 참고하면, 보행시 바닥을 지지하고 있는 발에 모든 하중이 가해지게 되므로 체중지지시스템이 보조하는 무게를 제외한 환자의 몸무게는 해당 발의 족저부에 가해지게 된다. 환자의 좌우 족저부가 상기 롤러부에 닿는 구간에서 상기 체중 지지 비율을 계산하고, 좌우 족저부 각각의 체중 지지 비율의 비율을 계산하여 상기 모니터에 표시함으로써, 보행재활시 좌우 균형을 측정할 수 있도록 하며, 이러한 데이터를 실시간으로 상기 모니터를 통해 표시하여 보행 재활 자세를 실시간으로 교정할 수 있으며, 또한 상기 데이터를 재활치료에 계속하여 수집하여 효과적인 재활과정에 활용할 수도 있다. 이때, 좌우 발 디딤부 각각에 의해, 환자의 좌우 족저부에 가해지는 힘은, 아래 [식 2]로 계산할 수 있다.
[식 2] 족저부에 가해지는 힘 = 환자의 실제 몸무게 - 체중지지수단이 지지하는 환자의 몸무게
환자의 좌우 발 디딤부가 상기 롤러부에 닿는 구간에서 상기 체중 지지 비율을 계산하되, 좌우 족저부 각각의 체중 지지 비율을 계산하고, 이를 실시간 통신으로 전송하여 보행 분석 이미지화 하거나 보행 추이 분석 그래프화로 시각화하여 상기 모니터에 표시함으로써, 보행재활시 좌우 균형을 측정할 수 있도록 할 수 있다.
여기서, 보행 분석 이미지의 한 예로는, 좌우 족저부를 구분하고 좌우 족저부에 가해지는 힘을 투명도를 조절하는 방법이 가능하다. 그리고, 보행 추이 분석 그래프는 시간에 따라 족저부에 가해지는 힘의 변화를 그래프로 표시하고 극대점을 수치로 표시하는 방법이 가능하다.
이하에서는 본 발명의 보행재활장치를 이용하여 보행재활을 하는 과정을 설명한다.
도 4 내지 도 6과 같이, 앉아있는 환자에게 전신 하네스를 착용시키고 와이어에 리프트 고리를 체결한 후 리프트 입력수단(C, 콘트롤러)의 상하 버튼을 이용해 환자를 기립시키고 발 고정부 위치로 천천히 밀어서 이동시키고, 콘트롤러의 '하'버튼을 눌러 족저부를 발 고정부에 닿도록 이동시킨다. 도 5에서 콘트롤러(c)의 위쪽 방향 화살표는 하네스를 위로 이동시켜 환자를 기립시키는 것을 의미하며, 도 6에서 콘트롤러(c)의 아래쪽 방향 화살표는 하네스를 아래로 이동시키면서 환자의 발이 발 디딤부에 닿도록 하는 것을 의미한다.
그런데, 본 발명은 환자의 발이 발 디딤부에 닿은 후 어느 정도 더 하네스가 더 하향 이동하여 발 디딤부가 체중의 일부를 지지한 순간 보행재활을 시작하는 것이 특징이다. 즉, 보행의 시작 시점은 모니터에 표시되는 환자의 몸무게 보상 비율을 확인하고 목표로 하는 체중보상 비율에 부합하면 하향이동을 멈추고 보행재활치료를 시작한다. 체중지지수단이 부담해야 하는 체중의 정도를 미리 결정해 두고 이 값에 해당하는 지점에서 보행재활을 시작하도록 하는 것이다.
다시 말해, 보행 재활치료를 위치로 이동하는 상태에서는 공중에 들어올려진 상태로 중력저항 없이 환자의 몸무게 100%를 체중지지수단으로 지지하도록 한다. 상기 체중지지수단이 환자의 체중 전체를 지지한 상태에서 환자를 전방으로 이동시킨 후, 상기 와이어를 하향 이동시키면서 환자의 족저부가 상기 발 디딤부에 닿아서 상기 체중 지지 비율이 미리 설정된 값에 해당하는 순간, 상기 와이어의 하향 동작을 멈추고 보행재활을 시작하도록 한다.
이상 설명에서는 로드셀이 두개 장착된 구조의 보행재활장치를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 보행재활장치에서는 로드셀을 하나로 구성하였다. 도 9는 본 발명의 다른 실시형태에 따라 로드셀을 하나로 구성한 체중지지수단을 구비한 보행재활장치의 사시도이며, 도 10과 도 11은 도 9의 실시형태에 따른 보행재활장치의 일부 상세도이다.
도 9 내지 도 11의 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 보행재활장치 역시, 하단프레임(110)과 측면프레임(120)으로 이루어지는 프레임과, 사용자의 발이 놓여지는 발 디딤부(130)와, 하단프레임의 상측에 구비되어 발 디딤부가 이동하게 되는 롤러부(140) 등을 포함하고 있으며, 상기 측면프레임의 모서리에 구비되는 수직지지바(170)와 상기 수직지지바 상단에서 횡방향으로 연결되는 사각형상의 상단프레임(180)과, 상기 상단프레임에 연결되는 체중지지수단(200)을 포함한다.
그리고, 상기 체중지지수단(200)은 결합로드(210)와 이동체(220)와 와이어(260) 및 하네스(280)등을 포함하고 있다. 상기 결합로드(210)는 상면이 상단프레임과 결합되고, 그 하면에는 길이방향을 따라 하부홈이 형성된다. 상기 이동체(220)는 상기 결합로드의 하부홈(214)에 결합되고 결합로드의 길이방향을 따라 이동하게 된다. 이동체의 이동으로 아래쪽에서 지지되는 환자의 이동이 가능하게 된다. 이를 위해, 상기 이동체 하부에는 상하 방향 이동가능하게 연결되는 와이어(260) 및 하네스(280)가 위치한다. 상기 와이어는 이동체 내부에 구비되는 윈치 등에 의해 감김과 풀림을 반복함에 따라 상기 와이어는 지면에 수직한 상하방향으로 이동가능하다.
상기 결합로드의 하부홈에는 구동롤러(225)가 구비되어서 구동롤러가 회전함에 의해 상기 이동체(220)는 결합로드의 길이방향을 따라 이동하게 된다. 상기 이동체(220)의 내부에는 상기 구동롤러(R)에 회전력을 전달하기 위해 회전동력을 발생시키는 모터와 감속기 등을 포함하는 모터유닛(M)을 포함하며, 상기 와이어를 감거나 풀기 위한 윈치를 더 포함할 수 있다.
그리고, 본 실시예에서는 상기 결합로드(210)와 이동체(220) 사이에는 단일 로드셀(250)이 위치한다. 더 구체적으로는 상기 결합로드 내부에는 길이방향으로 이동하는 구동롤러(R)가 결합된 롤러몸체가 구비되는데, 상기 단일 로드셀(250)은 상기 이동체(220)와 롤러몸체 사이에 위치하여 이동체가 상기 롤러몸체(결합로드)에 가하는 힘을 감지하게 된다.
본 실시예에서는 하중을 감지하는 로드셀이 개수와 위치가 상이하며 그 외의 구조 및 구성들은 위에서 설명한 실시예와 유사하므로 본 발명의 장치에 대한 설명은 중복 설명을 피하기 위해 생략하도록 한다.
도 12와 도 13은 본 발명의 보행재활장치에서 사용자의 체중을 지지하는 원리를 설명하는 개념적인 그림이다. 도 14 내지 도 16을 보면, 본 발명의 보행재활장치에서 체중지지수단이 환자의 체중 일부를 지지하면서 재활운동을 하는 과정에서 다양한 데이터 정보를 모니터에 표시할 수 있다. 즉, 재활운동을 수행할 환자에 대한 정보가 미리 입력되고, 기 저장된 환자의 몸무게 등 정보를 기반으로 환자의 체중지지수단이 부담하는 몸무게 보상 정도를 실시간으로 % 값으로 나타낼 수도 있고, 발 디딤부가 부담하는 환자 체중 보조비율을 시각적으로 확인할 수 있다(도 14).
그리고, 환자의 체중을 보조하고 있는 상황에서 좌-우측 족저부가 지면(롤러부)에 닿는 각 구간에서 몸무게가 감소하는 비율을 측정해 재활보행시 좌우 균형을 측정할 수도 있다(도 15). 그리고, 보행재활치료 시에 좌측과 우측의 실시간 몸무게 측정 현황을 실시간으로 나타내고 누적된 데이터를 기반으로 보행 분석 자료로 활용할 수도 있다.
본 발명은 위와 같은 구성과 동작을 통해 급성기 환자에게 기능적인 보행재활치료의 제공과 균형능력을 측정하고 분석해 실시간 제공할 수도 있으며, 보행재활 종료 후 의료진과 대상자에게 보행 기능 데이터를 정량적 수치 및 그래프로 제공해 올바른 보행 자세의 유도 및 교정을 할 수 있는 등의 효과가 발생한다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 인스트럭션(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨팅 장치 또는 특수 목적 컴퓨팅 장치를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 인스트럭션(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 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.
Claims (12)
- 하단프레임(110)과 측면프레임(120)과 상기 측면프레임에 연결되어 발 디딤부에 링크 동작을 제공하는 링크 유닛(150)과 상기 발 디딤부가 닿는 롤러부(140)와 상기 측면프레임의 모서리에 구비되는 수직지지바(170)와 상기 수직지지바 상단에서 횡방향으로 연결되는 사각형상의 상단프레임(180)과, 상기 상단프레임에 연결되는 체중지지수단(200)을 포함하고,
상기 체중지지수단(200)은, 상면에는 길이방향을 따라 상기 상단프레임과 결합을 위한 상부홈(212)이 구비되고, 하면에는 길이방향을 따라 하부홈(214)이 형성된 결합로드(210); 상기 결합로드의 하부홈에 결합되고 결합로드의 길이방향을 따라 이동하는 이동체(220); 및 상기 이동체 하부에서 상하 방향 이동가능하게 연결되는 와이어(260) 및 하네스(280); 상기 결합로드의 하부홈에 구비되고, 회전에 의해 결합로드의 길이방향을 따라 이동체를 이동시키는 구동롤러(225); 및 상기 이동체 내부에 구비되고 상기 구동롤러에 전달되는 회전력을 발생시키는 모터; 상기 결합로드(210)와 이동체(220) 사이에 구비되어, 상기 이동체가 상기 결합로드에 가하는 힘을 감지하는 로드셀(250);을 포함하고,
동작 명령을 입력받는 입력수단(140); 상기 측면프레임에 구비되는 모니터(160); 및 상기 입력수단에 입력된 명령에 따라 보행재활 동작을 수행하게 하는 제어부;를 더 포함하고,
상기 제어부는,
환자의 족저부가 상기 발 디딤부에 닿은 상태에서, 상기 체중지지수단이 환자의 체중 일부를 부담하면서 보행재활 동작을 수행하게 하고, 보행재활 동작 중 상기 체중지지수단에 의한 체중 지지 비율(RA)을 아래 [식 1]로 계산하여 상기 모니터에 표시하고,
[식 1] 체중 지지 비율(RA)= [체중지지수단이 지지하는 환자의 몸무게(fA)]÷[환자의 실제 몸무게(fP)]
좌우 발 디딤부 각각에 의해 환자의 좌우 족저부에 가해지는 힘은, 아래 [식 2]로 계산하여 상기 모니터에 표시하고,
[식 2] 족저부에 가해지는 힘 = 환자의 실제 몸무게 - 체중지지수단이 지지하는 환자의 몸무게
보행재활 시작 후, 좌우 발 디딤부가 상기 롤러부에 의해 지지되면서 보행재활이 이루어지는 과정에서, 변화하는 상기 체중 지지 비율(RA)의 변화를 상기 모니터에 실시간으로 표시하고,
또한, 상기 좌우 발 디딤부가 상기 롤러부에 의해 지지되는 힘의 차이로 인해, 좌우 족저부 동작시 서로 상이한 체중 지지 비율의 비율을 계산하여 상기 모니터에 표시함으로써, 보행재활시 좌우 균형을 측정할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 체중지지수단을 구비한 보행재활장치. - 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
환자의 좌우 발 디딤부가 상기 롤러부에 닿는 구간에서 상기 체중 지지 비율을 계산하되, 좌우 족저부 각각의 체중 지지 비율을 계산하고, 이를 실시간 통신으로 전송하여 보행 분석을 이미지화 하거나 보행 추이 분석데이터를 그래프화로 시각화하여 상기 모니터에 표시함으로써, 보행재활시 좌우 균형을 측정할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 체중지지수단을 구비한 보행재활장치. - 삭제
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