KR20040017245A - 개선된 보행을 위한 정형 외과적 장치 - Google Patents

개선된 보행을 위한 정형 외과적 장치 Download PDF

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KR20040017245A KR10-2003-7016842A KR20037016842A KR20040017245A KR 20040017245 A KR20040017245 A KR 20040017245A KR 20037016842 A KR20037016842 A KR 20037016842A KR 20040017245 A KR20040017245 A KR 20040017245A
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케네쓰 벵트손
벵트 쇠더버그
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캠프 스칸디나비아 에이비
글로벌 올토패딕 래보래토리 아베
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Abstract

본 발명은 사람의 보행을 교정해 줄 목적으로 신발 내부에서 환자의 발 밑에 놓이게 되거나, 보철이나 보조기의 일부분이 되는 깔창으로서 서로 다른 굽힘저항(flexural resistance)을 갖는 2 이상의 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다. 서로 다른 영역간의 경계선은 "S" 를 닮은 어떤 모양을 갖는다. 상기 깔창은 탄소섬유 합성물, 아라미드 섬유 복합물 및/또는 다른 재료들로 구성된다. 그리고 굽힘저항에 있어서의 차이는 예를 들면 평행 섬유(parallel fibres), 또는 직조물, 또는 깔창의 각 부분별로 다른 수의 층 및 서로 다른 각도로 교차되어 있는 섬유로 된 직물들로 구성된 강화 섬유로 된 복합물에 의하여 얻을 수 있으며 또는 각기 다른 영역에 각기 다른 직조물들을 적용함으로써 얻어질 수 있다.

Description

개선된 보행을 위한 정형 외과적 장치 {ORTHOPAEDIC APPLIANCE FOR IMPROVED GAIT}
단순한 해부학적 기능장애를 보정해주기 위한 다양한 보조물(inlays)과 장치들이 오랫동안 알려져 왔다. 이러한 장치들은 정지상태의 발과 다리의 무게 및 힘의 분포를 고려하고 있다. 정지상태 및 움직이는 상태에서의 힘 모두를 고려하려는 시도 즉, 걷는 동안 발생되는 힘에 대하여는 1934년에 에를리히(Ehrlich)에게 허여 된 특허공보 SE 제 89967 호에 개시되어 있다. 상기 공보에는 정형 외과적 신발류(footwear)와 그 제품을 위한 생산방법 및 장치들이 개시되어 있다.
파베시(Pavesi)가 출원한 EP 제 0,931,470 A2 호에는 굳은(rigid) 또는 적어도 어느 정도 굳은(semi-rigid) 특성을 갖는 요소로 된 샌드위치 타입의 신발류가 개시되어 있는데 이는 바닥창 유닛 또는 중창(insole)의 일 부분으로 사용 가능하다.
레빌(Revill)에게 허여 된 GB 1,433,488 호에는 중창의 앞부분보다 뒷부분이 더 높은 밀도를 갖고 또한 앞부분 보다 뒷부분이 더 큰 경도를 갖는 비직조(non-woven)접착(bonded) 섬유질을 포함하는 신발 중창을 개시하고 있다.
캐스티글리아(Castiglia)에게 허여 된 US 4,085,758 호에는 신발 깔창에 부착되도록 한 무게보정용(weight-redistribution) 정형 외과적 장치가 개시되어 있다. 상기 정형 외과적 장치는 상기 깔창 파단선(break line)의 앞 쪽 방향으로 신발의 깔창에 부착되는 비탄성 패드이며, 상기 패드는 깔창의 표면에 쉽게 맞춰 질 수 있을만큼의 충분한 신축성이 있다.
본 발명은 일반적으로 장애를 입거나 불구가 된 사람들의 보행 개선을 위한 보철(prostheses) 및 보조기(orthoses)와 같은 정형 외과적 장치에 관한 것이며, 특히 각기 다른 굽힘저항(flexural resistance) 영역을 갖는 깔창(sole)에 관한 것이다.
도 1은 발 아래의 지면 반력의 진행선을 도시하는 평면도이며,
도 2는 여러 개의 선택적인 릴리스 라인을 보여주는 도면이며,
도 3은 각기 다른 굽힘저항을 갖는 부분을 나타내는 도면이며,
도 4는 깔창의 여러 층을 보여주는 평면도 및 측면도이다.
본 발명은 각기 다른 굽힘저항 영역을 갖는 깔창 모양의 정형 외과적 장치를 제공하여 단순히 해부학적인 기능장애 뿐 아니라 장애를 입거나 불구가 된 사람들의 보행시 발생되는 정지상태 및 움직이는 상태에서의 힘을 보정함으로써 상기 언급된 문제를 해결한다. 상기 영역들의 경계를 정의하는 경계 영역, 또는 경계선들은 어떤 선호하는 모양을 갖게 된다. 깔창 자체 또는 보철이나 보조기의 필수적인 부분으로서의 깔창이 환자들의 문제를 해결하기 위하여 이른바 릴리스 라인(release line)의 위치 및/또는 모양을 고안, 제조 및 보강되었다. 이른바, 진행선(progression line)의 연장(extension)에 대한 조정, 특히나 절단된 발 또는 손상된 근육을 다룰 때, 그러한 조정의 중요성을 깨달은 발명자들이 본 발명의 근간을 이루고 있다. 본 발명은 3차원적 보행분석의 도움으로 묘사 가능하게 됨에 따라 비정상적인 보행을 하는 환자들이 상해(injuries)로 인해 무릎, 엉덩이 그리고 등부분에 영향을 받는 것을 방지하기 위한 노력에 있어 중요한 요소가 된다.
본 발명에 따른 깔창은 동시에, 정상적인 신발의 깔창보다 측면부 및 전면부를 보강함으로써 진행선과 릴리스 라인의 위치 및 모양을 교정하는 문제를 해결한다. 상기 깔창은 일정한 방법으로 발을 지지하며, 지면 반력 진행선은 정상으로 되돌아 오게된다. 이렇게 안내하고 지지하는 효과는 사람들이 걸을 때 발을 올바른 위치에 유지하는 것을 더욱 쉽게 해주며, 발목, 무릎 그리고 고관절에 보행편차(gait deviations)를 방지해준다. 환자들은 발걸음마다 발을 돌려 주어야하는 비생리적인 보행을 줄일 수 있다. 대신에 다리는 직선으로 왔다갔다 할 수 있게 된다. 더 자연스러운 보행이 얻어진다. 지면 반력진행선의 이동 또는 변경을 포함하는 상기 결과들은 3차원 보행 분석을 사용하여 얻을 수 있다.
상기 깔창은 강화된 탄소 섬유 복합물(carbon fibre reinforced composite materials) 또는 그 유사한 재질로 제조될 수 있으며 깔창의 각 부분에 다른 수의 층들을 갖게 하고 상기 언급된 섬유의 교차하는 방향으로 여러 겹의 직물 층의 여러 형태를 포함한다. 상기 발명은 사용되는 재질의 종류에는 의존하지 않는다.
압력에 민감한 신발 바닥 판의 발전에 따라 발명가들이 지면으로부터 신발류의 바닥 또는 발바닥에 미치는 반력을 측정하는 것이 가능하게 되었다. 도 1은 비정상적인 반력진행선(102)과 정상적인 반력진행선(101)을 비교할 수 있도록 함께 그려 넣은 바닥을 보여준다.
정상적인 보행을 하는 사람이 걸을 때는 중립적인 진행선(101)의 형태로 나타나게 된다. 상기 진행선(101)은 발뒤꿈치의 뒷부분에서 시작되며 엄지발가락을 향하여 앞으로 진행한다. 마지막 단계에서 발은 발허리발가락관절 (metatarsophalangeal joints)에서 접히며 발바닥은 이른바 릴리스 라인(release line)(105)이라고 하는 부위를 따라 접히게 된다. 정상적인 릴리스 라인(105)은 도 1에 도시되어 있으며, 발의 볼록한 부분을 따라 나타난다. 좋은 신발류는 이러한 정상적인 릴리스 라인(105)을 따라 만들어진다. 정상적인 보행 동안에는 한발 한발 내디딜 때마다 발을 돌려줄 필요가 없으며 다리는 일직선으로 왔다갔다할 수 있다. 도 2에서는 보행에 있어서 사람마다 다른 병리(pathology)에 따른 여러 가지 선택적인 릴리스 라인(202-205)을 보여준다. 정상적인 릴리스 라인(201)은 파선으로 도시되어있다.
국부마비나 부분적인 마비증상 또는 부분적으로 발이 절단되어 불편을 겪는 사람은 일반적인 신발류로는 적합하게 걸을 수 없다. 그러한 사람에게 있어 장애는 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이 비정상적인 진행선(102)을 발생시킬 것이다. 상기 진행선(102)은 새끼발가락을 향해서 굽어있는데 이는 발(또는 발의 좌측 부위)이 하중을 견딜 수 없기 때문이다. 비정상적인 진행선(102) 즉, 비정상적인 작용점에 작용하는 지면의 반력때문에 발이 보행상태에서 돌아가게 되는 것이며, 다리는 일직선으로 왔다갔다할 수 없게 된다. 더 나아가 무릎이 안쪽으로 휘는 순간이 늘어 갈 것이고 그 사람은 발목, 무릎 그리고 고관절에 차례로 문제를 발생시키게 되는 절름발이 양상을 띠게 될 것이다.
예를 들어, 외전(supination)과 내전(pronation)을 방지하기 위한 깔창이 있는 달리기 선수용 신발을 만드는 방법이 알려져 있다. 이러한 신발들은 주로 발을 똑바르게 하도록 중족(metatarsus)과 발뒤꿈치 주위를 올려서 만들어지며 또한 발을 중앙 쪽 또는 측면 쪽으로 기울인다. 이러한 기울기는 릴리스 라인에는 아무런 영향을 끼치지 않는바 일반적인 신발에서 나타나는 것과 같은 위치에 릴리스 라인이 나타나게 된다.
도 3은 상기 발명에 따른 깔창의 굽힘저항의 각기 다른 영역을 도시한다. 상기 깔창은 릴리스 라인의 위치 및/또는 모양을 환자들의 문제에 대처하도록 하기 위하여 고안, 제조 및 보강되었다. 상기 깔창은 정상적인 신발의 깔창과 비교했을 때 측면쪽과 전면쪽으로 보강되었다, 즉 발의 새끼발가락 부위에 대응하는 발부위(또는 발의 좌측 부위), 그리고 발의 측면부는 엄지발가락에 대응하는 부위와 발의 중앙 앞부위 보다 더 딱딱한 지지물로 이루어진다. 상기 깔창은 이러한 방법으로 발을 지탱하게 되며 그로 인하여 지면의 반력진행선은 정상적으로 돌아오게 된다. 이렇게 안내되고 지지되는 효과로 인해 사람들이 걸을 때 발을 올바른 위치에 유지하는 것이 더욱 쉬워지며, 발목, 무릎 그리고 고관절에 보행편차를 방지해준다. 환자들은 걸을 때마다 발을 돌려야하는 불편을 덜 수 있으며 다리는 직선으로 운동할 수 있게 된다. 더 자연스런 보행을 얻을 수 있다.
다시 도 3으로 가서, 상기 깔창은 각기 다른 굽힘 저항의 신축적인 부분들을 갖는다. 도 3에서 한 예로서, Ⅰ로 표시된 영역은 가장 신축적이다. Ⅱ로 표시된 영역은 Ⅰ로 표시된 영역보다 조금 덜 신축적이다. Ⅲ으로 표시된 영역은 Ⅱ로 표시된 영역보다 조금 덜 신축적이다. Ⅳ로 표시된 영역은 가장 딱딱한 영역이다. 이러한 구조의 또 하나의 장점은 발끝(toe-off) 부분에서 생기는 스프링 효과(spring effect)인데 이는 에너지를 보존해 준다.
본 깔창의 이러한 신축적인 영역은 깔창의 외선 또는 가장자리와 하나 이상의 경계구역 또는 경계선(301, 302, 303)에 의해서 경계 지어진다. 또는 경계선만으로 구분된다. 도면들에서는 경계선이 얇은 선으로 그려졌으나 실제 제품에 있어서는 이러한 선들은 중간 굽힘저항의 영역을 형성하는 수 밀리미터 이상의 두께를 가질 수 있다.
도 3에 도시된 것처럼 본 발명의 바람직한 실시예의 경계선(301, 302)은 깔창(300)의 측면부 가장자리(310)에서 시작되어 깔창의 중심선(도면에 표시되지 않음)을 향하고 동시에 뒷부분 방향으로 뻗치어 깔창(300)의 중앙부 가장자리(320)에 도달하게 되며, 상기 경계선(301, 302)의 끝점(331, 332)은 그 출발점보다 명백하게 더 뒷부분에 배열되게 된다. 즉 상기 선의 출발점보다 깔창(300)의 뒤꿈치 끝(340)에 더욱 가깝게 된다. 이런 식으로 진행선은 엄지발가락을 향한 방향으로 이동할 것이다. 동시에 릴리스 라인은 더 정상적인 또는 발이 내전하는(pronated) 위치를 향하여 이동하거나 기울어질 것이다. 제 3 경계선(303)은 직선방향으로 배열된다.
도 3에서 도시된 바와 같이 경계선은 "S"자를 연상시키는 곡선으로 생각할 수 있고 또는 다른 곡선이나 직선이 될 수도 있다. 여러 실험들은 일반적으로 연장된 "S"자를 닮은 경계선의 모양, 쌍곡 탄젠트 함수 그래프, S자 함수 그래프, 적분기호 또는 유사한 것들의 모양이 적절한 역할을 수행하기에 적합하다는 것을 잘 나타낸다. 경계선(301, 302)에서 곡선(351, 352)은 깔창의 앞끝(360) 또는 뒤꿈치 끝(340)을 향하여 진행할 수 있다. 곡선은 또한 깔창(300)의 측면부(310) 또는 중앙부(320)쪽으로 향할 수 있다. 또는 부분적으로 향할 수 있다. 실시예에서 세 개의 경계선(301-303)이 배열되어 있다. 제 1 경계선(301)은 깔창(300)의 앞쪽 끝(360) 방향으로 볼록한 제 1 곡선(351)으로 배열되어 있다. 상기 경계선(301)은 또한 깔창(300)의 앞쪽 끝(360) 방향으로 오목한 제 2 곡선(352)으로 배열되어 있다. 제 2 경계선(302)은 깔창(300)의 앞쪽 끝(360) 방향으로 볼록한 제 1 곡선(353)으로 배열되어 있고, 또한 깔창(300)의 앞쪽 끝(360) 방향으로 오목한 제 2 곡선(354)으로 배열 되어있다.
상기 깔창은 강화된 탄소 섬유 복합물 또는 그와 유사한 재질로 제조될 수 있다. 그러나, 상기 발명은 사용되는 재료의 형태에 의존하지 않는다. 적절한 신축성을 갖는 모든 재료, 예를 들어 강화 플라스틱 유리섬유, 다른 플라스틱, 나무, 철, 또는 다른 금속과 같은 재료들이 사용될 수 있다. 더 바람직한 재료들은 케블라(KEVLAR, 등록상표)(아라미드)섬유, 탄소섬유, 유리섬유, 철 그리고 열가소성 수지를 포함한다.
각기 다른 굽힘저항의 영역을 형성하는 바람직한 한가지 방법은 깔창을 여러 겹의 재료층으로 제조하는 것이다. 도 3을 참조하면, 깔창은 영역Ⅰ에서 하나의 재료층으로, 영역Ⅱ에서는 두 개의 재료층으로, 영역Ⅲ에서는 세 개의 재료 층으로, 그리고 영역Ⅳ에서는 네 개의 재료층으로 만들 수 있다.
그러나, 실시예에서 영역Ⅰ은 서로 교차하는 탄소섬유물 2 개의 층과 한쪽 방향의 탄소섬유 재질의 2 개의 층으로 구성된다. 영역Ⅱ는 한쪽 방향 섬유질의 2 개층, 교차 방향 섬유질의 2 개층 그리고 다시 한쪽 방향 섬유질의 2 개층으로 구성된다. 영역Ⅲ은 영역Ⅱ의 구성과 같으나 한쪽 방향 섬유질 층이 추가된다. 영역Ⅳ는 한쪽 방향 섬유질의 3 개의 층과 교차 방향 섬유질의 3 개의 층 그리고 다시 한쪽 방향 섬유질의 2 개의 층으로 구성된다.
도 4는 또 하나의 실시예를 도시한다. 여기서 깔창은 상부 및 측면으로부터 도시된 것이다. 선 C1, C2, C3 및 여기에 대응하는 위치들은 양 관점에서 본 것을 나타낸다. 서로 다른 재질 및 연장 범위의 각기 다른 층들이 도시된다. 최상단 층(401)은 깔창의 전체 폭에 걸쳐 연장되어 있으며 45도의 케블라(KEVLAR, 등록상표)섬유(씨줄과 날줄 사이가 45도 각도)로 구성된다. 두 번째 층(402)은 C1까지 연장되며 45도 탄소 섬유로 구성된다. 세 번째 층(403)은 C2까지 연장되며 순수 탄소 섬유로 구성된다. 네 번째 층은 C1까지 연장되며 45도 탄소 섬유질로 구성된다. 다섯 번째 층(405)은 깔창의 전체 폭에 걸쳐 연장되며 또한 45도 탄소 섬유질로 구성된다. 여섯 번째 층은 C3까지 연장되며 순수 탄소섬유로 구성된다. 일곱 번째 층은 C1까지 연장되며 45도 탄소섬유질로 구성된다. 여덟 번째 층은 C2 까지연장되며 순수 탄소섬유로 구성된다. 아홉 번째 층은 C1까지 연장되며 45도 탄소섬유질로 구성된다. 열 번째 층과 바닥 층은 깔창의 전체 폭에 걸쳐 연장되며 45도 케블라(KEVLAR, 등록상표)섬유로 구성된다.

Claims (15)

  1. 신발의 내부에서 환자의 발 밑에 놓이게 되거나 정형 외과적 장치의 일부가 되는 깔창으로서, 상기 깔창의 제 1 영역에 제 1 굽힘저항을 제공하고 제 2 영역에 제 2 굽힘저항을 제공하도록 배열되는 재료를 포함하는 깔창에 있어서,
    각기 다른 굽힘저항 영역을 구분하는 경계선(302)은 상기 깔창의 측면부에서 중앙부까지 연장되는 "S" 자를 닮은 곡선(302)을 가지며,
    상기 제 1 영역이 반드시 발가락 부분 위에까지 연장되는 동시에 상기 깔창의 중앙부까지 연장되고,
    상기 제 2 영역은 뒤꿈치 부분까지 연장되고 동시에 상기 깔창의 측면부 대부분에 걸쳐 연장됨으로써,
    상기 깔창이 환자들에 의하여 사용되어질 때, 사고 등으로 인하여 부적합하게 된 보행을 교정하는데 도움이 되도록, 지면 반력 진행선이 새끼발가락을 지나는 방향(102)으로부터 엄지발가락을 지나는 방향(101)으로 전환되는 것을 특징으로 하는,
    깔창.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 깔창은 경계선(301-303)에 의하여 구분되는 각기 다른 굽힘저항(Ⅰ-Ⅳ)을 갖는 3 개 이상의 영역을 포함하며, 상기 경계선 중 적어도 하나는 곡선인 것을특징으로 하는,
    깔창.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 경계선 중 하나 이상의 경계선은 상기 깔창(300)의 측면부 가장자리(310)로부터 상기 깔창(300)의 중앙부 가장자리(320)까지 이어지는 갖는 것을 특징으로 하는,
    깔창.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 깔창의 중앙부 가장자리(320)에 있는 경계선의 최종점(331)이 상기 깔창의 측면부 가장자리(310)에 있는 시작점(341)보다 명백하게 발가락 부분으로부터 더 멀리 위치해 있는 것을 특징으로 하는,
    깔창.
  5. 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 깔창의 경계선 중 하나 이상의 경계선(303)이 직선모양을 갖는 것을 특징으로 하는,
    깔창.
  6. 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 깔창의 경계선 중 하나 이상의 경계선(310, 302)이 상기 경계선을 따라 적어도 한 지점(351-354)에서 곡선으로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    깔창.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 깔창의 경계선 중 하나 이상의 경계선이 한 지점(351)에서 발가락 끝부분을 향해서 곡선을 이루며, 또 하나의 지점(352)에서 발뒤꿈치 끝부분을 향해서 곡선을 이루는 것을 특징으로 하는,
    깔창.
  8. 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 깔창의 경계선 중 하나 이상의 경계선(301, 302)은 쌍곡 탄젠트 그래프 또는 경면 대칭인 쌍곡 탄젠트 그래프를 닮은 모양을 갖는 것을 특징으로 하는,
    깔창.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 깔창의 상기 제 1 영역(Ⅰ)은 더 작은 굽힘저항을 갖는, 즉 깔창의 나머지 부분(Ⅱ-Ⅳ)보다 더 신축적인 것을 특징으로 하는,
    깔창.
  10. 제 2 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 깔창은 복합물, 탄소 섬유질, 유리 섬유질, 케블라(KEVLAR, 등록상표) 섬유질과 같은 아라미드 섬유질, 플라스틱 재질, 또는 금속 중에서 하나 이상의 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    깔창.
  11. 제 2 항 내지 제 9 항에 있어서,
    상기 아라미드 섬유질과 탄소 섬유질이 다른 섬유질 방향과 다른 형태의 섬유질로 교대하는 샌드위치(sandwich)층(401-410)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    깔창.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 각기 다른 층(401-410)들은 상기 깔창의 전체 영역 중에서 각기 연장되어 있는 영역의 범위가 각각 다른 것을 특징으로 하는,
    깔창.
  13. 상기 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 하나의 항에 따른 깔창과 결합된, 보조기(prosthesis).
  14. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 하나의 항에 따른 깔창과 결합된,
    신발.
  15. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 하나의 항에 따른 깔창과 결합된, 정형장치(orthosis).
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