KR20090093116A - 생체역학적 진단 데이터를 이용한 맞춤형 인솔 제작 방법및 상기 방법을 수행하기 위한 시스템 - Google Patents

생체역학적 진단 데이터를 이용한 맞춤형 인솔 제작 방법및 상기 방법을 수행하기 위한 시스템

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KR20090093116A
KR20090093116A KR1020080018460A KR20080018460A KR20090093116A KR 20090093116 A KR20090093116 A KR 20090093116A KR 1020080018460 A KR1020080018460 A KR 1020080018460A KR 20080018460 A KR20080018460 A KR 20080018460A KR 20090093116 A KR20090093116 A KR 20090093116A
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Abstract

생체역학적 진단 데이터를 이용한 맞춤형 인솔 제작 방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 시스템을 개시한다. 맞춤형 인솔 제작 방법은 기 정의된 기준 동작에 대한 대상자의 생체역학 정보를 수집하는 단계; 상기 생체역학 정보에 기초하여 인솔 제작을 위한 처방 데이터를 생성하는 단계; 및, 상기 생성된 처방 데이터에 따라 상기 대상자의 인솔을 자동 제작하는 단계를 포함한다.

Description

생체역학적 진단 데이터를 이용한 맞춤형 인솔 제작 방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 시스템{METHOD FOR MAKING FITTING TYPE INSOLE USING BIOMECHANICAL DIAGNOSIS DATA AND SYSTEM FOR EXECUTING THE METHOD}
본 발명은 인솔 제작 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 생체역학 분석 시스템을 통해 인솔 제작에 필요한 생체역학적 진단 데이터를 수집하고 이에 기초하여 맞춤형 인솔을 자동 제작하는 맞춤형 인솔 제작 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 교정치료나 질환예방을 목적으로 하는 인솔(insole)은 평발, 요족 등 구조적 이상, 무지외반증, 족저근막염, 망치족 등 체중부하, 무리한 운동, 좁은 신발 등으로 인해 발병한 발 질환, 무릎관절 염으로 인한 부하 불균형 해소 등을 위해 사용되고 있으며, 인솔을 착용할 사용자(이하, '대상자'라 칭함)의 발 형태와 질환을 고려하여 인솔 면을 성형하거나, 패드 등을 덧대어 병변 부위를 보호하고 인솔 면의 높낮이 변화로 발에 분포되는 압력을 바로잡아 해당 질환을 치료 및 예방할 수 있다.
대부분 인솔은 석고 등을 사용하여 발 모양의 모형을 만들고 대상자의 발 형태와 질환에 대한 처방에 기초하여 kerby 방법, blake 방법, standard 방법 등에 의해 상기 모형을 원하는 형태로 만든다. 이렇게 만들어진 모형을 사용하여 인솔을 제작하게 된다.
이러한 인솔 제작 방법은 제작 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라 즉시 착용하여 착용시 문제점을 파악하거나 인솔의 형태를 고칠 수 없다. 또한, 기 제작된 인솔의 경우, 인솔 크기도 고정되어 있고 몇 개의 한정된 인솔 형태로 제공되기 때문에 대상자에게 맞는 맞춤형으로 만들기 위해서는 시간이 많이 소요되고 손으로 직접 가공하여야 하는 등의 문제가 있다.
특히, 대상자의 발 질환에 대하여 inverted 형으로 처방이 나올 경우 인솔의 inverted angle을 만드는 것 자체가 힘들기 때문에 미리 제작된 크기의 각을 제외하곤 따로 제작해야 하는 단점이 있다.
지금까지는 대상자의 발 질환에 대하여 처방한 후 이에 기초하여 인솔을 자동 제작하여 사용하는 경우가 전무한 상태이다. 대상자의 발 모양과 크기에 따라 즉, inverted angle, posting angle, heel lift 등의 크기에 따라 대상자에게 맞는 인솔을 제작할 수 없기 때문에 개략적으로 맞추어 사용하는 것이 일반적이다.
인솔을 제작하는데 있어, 6개월 이상 사용하는 형태와, 1-3개월 정도 사용하고 다시 진단받아 새로운 인솔로 바꾸는 형태와, 진단시 바로 착용하여 문제점이 있는지 확인하는 형태(장용 인솔이라고 함)가 있을 수 있다. 그러나, 현재 사용하는 인솔은 대부분이 전자의 2가지 형태이며 제작하는데 3일 이상 걸리는 등 제작 시간이 많이 소요되는 단점이 있다.
본 발명은 대상자의 발 형태나 발 질환에 대한 처방과 동시에 맞춤형 인솔을 자동 제작하여 이를 검증할 수 있는 인솔 제작 시스템에 대한 새로운 기준을 마련한 것이다.
본 발명은 생체역학적 근골격계 질환의 진단 및 예측 진단을 위한 생체역학 분석 시스템을 이용하여 인솔 제작에 필요한 생체역학적 진단 데이터를 수집하고 이를 기초로 맞춤형 인솔을 제작하는 인솔 제작 방법 및 그 시스템을 제공한다.
본 발명은 생체역학 분석 시스템에서 측정된 inverted angle 크기, posting angle 크기, heel lift 크기 등 대상자의 처방 형태에 따라 인솔을 자동 제작할 수 있는 인솔 제작 방법 및 그 시스템을 제공한다.
본 발명은 대상자의 발 형태나 발 질환에 대한 진단에 이어 인솔 제작과 검증을 연계하여 보다 신속한 인솔 제작을 제공하고 즉시 대상자에게 인솔을 착용하도록 함으로써 처방된 인솔의 효과 또는 문제점을 용이하게 확인할 수 있는 인솔 제작 방법 및 그 시스템을 제공한다.
본 발명은 기 정의된 기준 동작에 대한 대상자의 생체역학 정보를 수집한 후 상기 생체역학 정보를 기초로 인솔 제작을 위한 처방 데이터를 생성하는 생체역학 분석 시스템; 및, 상기 생체역학 분석 시스템으로부터 생성된 처방 데이터에 따라 상기 대상자의 인솔을 자동 제작하는 인솔 제작 시스템을 포함하는 맞춤형 인솔 제작 시스템을 제공한다.
본 발명은 기 정의된 기준 동작에 대한 대상자의 생체역학 정보를 수집하는 단계; 상기 생체역학 정보에 기초하여 인솔 제작을 위한 처방 데이터를 생성하는 단계; 및, 상기 생성된 처방 데이터에 따라 상기 대상자의 인솔을 자동 제작하는 단계를 포함하는 맞춤형 인솔 제작 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 생체역학 분석 시스템에 의한 처방 데이터를 이용하여 맞춤형 인솔을 자동 제작함으로써 대상자의 인솔을 보다 용이하게 제작할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 근골격계 질환의 진단에 대한 처방과 즉시 인솔을 제공하여 처방 내용의 효과를 쉽게 확인할 수 있어 대상자의 만족도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 생체역학 분석 시스템을 이용한 맞춤형 인솔 제작 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에서 이용되는 생체역학 분석 시스템의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 대상자의 생체역학 정보를 수집하기 위한 과정에서 대상자의 인체 골격 위치에 표식자(marker)를 부착한 모습을 도시한 도면이다.
도 4는 생체역학적 근골격계 질환에 대한 인솔 처방 과정을 도시한 도면이다.
도 5와 도 6은 상체 관련 생체역학 정보를 측정하는 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 하체 관련 생체역학 정보의 일례로 발의 형태를 판단하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 생체역학 분석 시스템을 이용한 맞춤형 인솔 제작 방법의 전 과정을 도시한 도면이다.
도 9는 인솔 제작을 위한 처방 데이터와 CAD 데이터를 디스플레이 한 인터페이스 화면의 일례를 도시한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 생체역학 분석 시스템
130: 인솔 제작 시스템
131: 대상자 정보 측정수단
133: 인솔 제작수단
135: 인솔 검증수단
201: 생체역학 정보 측정수단
202: 생체역학 분석수단
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 맞춤형 인솔 제작 방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 시스템을 설명한다.
본 발명은 생체역학적 근골격계 질환에 대한 인솔 처방시 처방 즉시 대상자의 인솔을 자동 제작할 수 있는 맞춤형 인솔 제작 시스템을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 생체역학 분석 시스템을 이용한 맞춤형 인솔 제작 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명은 대상자의 근골격계 질환에 대한 인솔 처방을 위하여 생체역학 분석 시스템(110)을 이용한다.
상기 생체역학 분석 시스템(110)은 표식자(markers)를 이용한 비전 시스템(vision system)으로 대상자의 생체역학적 근골격계 질환을 진단하기 위한 생체역학 정보들을 얻을 수 있다.
이를 위해서는, 대상자의 골격 부위에 적어도 하나의 표식자를 부착한 후 기립자세, 걷기, 뛰기 등 기 정의된 기준 동작을 주문하고 대상자가 기준 동작을 실시하는 동안 상기 표식자의 위치 추적을 통해 상기 대상자의 생체역학 정보를 수집할 수 있다.
본 발명에 이용되는 생체역학 분석 시스템(110)의 구성을 상세하게 설명한다.
도 2는 도 1의 생체역학 분석 시스템의 내부 구성을 도시한 도면이다.
상기 생체역학 분석 시스템(110)은 대상자의 생체역학 정보를 측정하기 위한 생체역학 정보 측정수단(201)과, 상기 생체역학 정보를 분석하여 인솔 제작을 위한 처방 데이터를 생성하는 생체역학 분석수단(202)을 포함할 수 있다.
상기 생체역학 정보 측정수단(201)은 상기 기준 동작에 의한 생체역학 정보를 수집하기 위한 추적수단으로, 손, 팔, 어깨, 척추를 이루는 상체 골격 위치와, 발, 다리, 허리를 이루는 하체 골격 위치에 부착 가능한 표시수단과, 상기 기준 동작에 의한 상기 표시수단의 위치 데이터를 측정하는 영상데이터 수집수단과, 상기 기준 동작에 의한 상기 대상자의 족저압 분포도를 측정하는 압력데이터 측정수단을 포함한다.
상기 표시수단은 반사 마커(reflective markers) 또는 칼라 마커(color markers) 중 어느 하나를 사용하며, 취득하고자 하는 생체역학 정보를 고려하여 소정의 골격 위치에 부착할 수 있다..
예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같이 취득하고자 하는 생체역학 정보에 따라 소정의 골격 위치에 적어도 하나의 표시수단(301)을 부착한다. 도 3은 상체 전면의 골격 위치에 부착한 표시수단(301)의 일례를 도시하고 있으며, 이 외에도 취득하고자 하는 생체역학 정보에 따라 척추 또는 하체에 해당하는 골격 위치에 상기 표시수단(301)을 부착할 수 있다.
상기 영상데이터 수집수단은 대상자가 기준 동작을 실시하는 동안 표시수단의 위치를 추적하기 위한 것으로, 표시수단의 종류에 따라 적외선 CCD 또는 CMOS 카메라, 일반 CCD 또는 CMOS 카메라 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 압력데이터 측정수단은 대상자의 족저부로부터 전달되는 압력을 측정하는 force plate를 사용할 수 있다.
상기 생체역학 정보는 상기 영상데이터 수집수단에서 측정된 표시수단의 위치 데이터 또는 상기 압력데이터 측정수단에서 측정된 족저압 분포도를 이용하여 수집할 수 있는 것으로, 팔 골격의 휨 정도, 어깨의 높이 차이, 어깨의 회전 정도, 어깨의 경도(tilting) 정도, 척추의 만곡 방향, 척추의 만곡 정도, 귀와 어깨간의 거리 간격, 골반의 전후 높이 차이, 골반의 좌우 높이 차이, 골반의 회전 정도, 골반의 경도 정도, 하지 골격의 휨 정도, 대퇴골과 하퇴골 간의 각도, 종골의 정점과 발바닥과의 각도, 복사뼈와 슬관절 간의 각도, 발의 형태, 발가락의 휨 정도, 족저압 분포도 등을 포함할 수 있다.
상기 생체역학 분석수단(202)은 모델링 모듈과, 생체역학 분석모듈과, 처방 데이터 생성부를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 모델링 모듈은 상기 대상자가 기준 동작을 실시하는 동안 상기 생체역학 정보 측정수단(201)을 통해 측정한 생체역학 정보를 시간 축으로 모델링한다. 상기 생체역학 분석모듈은 상기 모델링 한 생체역학 정보를 3차원 정적 데이터 또는 3차원 운동궤적 데이터로 출력한다. 그리고, 상기 처방 데이터 생성부는 상기 출력된 3차원 정적 데이터 또는 3차원 운동궤적 데이터를 이용하여 상기 대상자의 근골격계 질환에 대한 처방 데이터를 생성한다.
상기한 생체역학 분석 시스템(110)은 상기 생체역학 정보를 수집한 후 상기 생체역학 정보에 기초하여 대상자의 근골격계 질환을 진단하고 상기 근골격계 질환에 대한 권장 처방 즉, 인솔 처방을 제공할 수 있다.
상기 생체역학 분석 시스템(110)에서 제공하는 인솔 처방을 위한 처방 데이터는 medial heel 각도, heel lift 크기, inverted 각도, left/right posting 각도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 인솔 제작 시스템(130)은 상기 생체역학 분석 시스템(110)으로부터 인솔 제작에 필요한 처방 데이터를 수신하고 상기 수신된 처방 데이터에 따라 대상자의 인솔을 자동 제작한다.
상기 인솔 제작 시스템(130)은 대상자 정보 측정수단(131), 인솔 제작수단(133), 인솔 검증수단(135)을 포함할 수 있다.
상기 대상자 정보 측정수단(131)은 대상자의 외형적인 발 모양이나 형태, 발 크기 등 대상자 정보를 측정할 수 있는 측정수단을 의미할 수 있다. 상기 대상자 정보 측정수단(131)은 상기 생체역학 분석 시스템(110)의 내부 구성으로 포함하여 구성될 수도 있다.
상기 인솔 제작 수단(133)은 CAD 데이터 생성수단과, 3차원 프린팅 수단을 포함할 수 있다. 상기 CAD 데이터 생성수단은 상기 생체역학 분석 시스템(110)에서 제공하는 처방 데이터와 상기 대상자 정보 측정수단(131)에서 제공하는 대상자 정보를 기초로 하여 인솔 제작을 위한 CAD 데이터를 생성한다. 그리고, 상기 3차원 프린팅 수단은 상기 CAD 데이터 생성수단으로부터 CAD 데이터를 수신하여 상기 수신된 CAD 데이터에 의한 형상대로 상기 대상자의 인솔을 제작한다.
상기 인솔 제작 수단(133)은 디스플레이 수단과, 인터페이스 수단을 더 포함할 수 있다. 상기 CAD 데이터 생성수단에서 생성된 CAD 데이터와 상기 CAD 데이터에 따른 인솔의 3차원 형상을 상기 디스플레이 수단에 디스플레이 하고, 상기 디스플레이 된 인솔의 3차원 형상을 보면서 상기 인터페이스 수단을 통해 상기 CAD 데이터를 조정할 수 있다.
상기 인솔 검증수단(135)는 상기 인솔 제작수단(133)을 통해 제작된 인솔의 3차원 형상을 측정하기 위한 3차원 측정시스템으로, 상기 제작된 인솔의 3차원 형상을 측정하여 상기 CAD 데이터에 의한 형상대로 제작되었는지 여부를 검증할 수 있다.
이하에서, 상기한 맞춤형 인솔 제작 시스템에 의한 본 발명의 인솔 제작 방법을 설명한다.
본 발명의 맞춤형 인솔 제작 방법은 생체역학 분석 시스템을 이용하여 대상자의 근골격계 질환에 대한 인솔 처방을 결정하는 과정과, 상기 근골격계 질환에 대한 인솔 처방에 따라 상기 대상자의 인솔을 자동 제작하는 과정을 포함할 수 있다.
먼저, 생체역학 분석 시스템을 이용한 인솔 처방 과정을 상세하게 설명한다.
도 4는 근골격계 질환에 대한 인솔 처방 과정을 도시한 도면이다.
대상자의 생체역학 정보를 얻기 위해서는 전문가가 대상자의 소정 골격 위치에 표식자를 부착하고 소정의 기준 동작을 지시한다. 한편, 대상자의 족저압 분포도를 함께 측정하기 위해서는 상기 표식자를 부착한 상태에서 force plate 위에서 상기 기준 동작을 수행하도록 지시한다.
단계(S401)에서 생체역학 분석 시스템은 영상데이터 수집수단 및/또는 압력데이터 측정수단을 통해 상기 기준 동작에 의한 대상자의 생체역학 정보를 수집한다.
단계(S402)에서 생체역학 분석 시스템은 상기 수집된 생체역학 정보를 시간 축으로 모델링 함으로써 3차원 정적 데이터 또는 3차원 운동궤적 데이터로 생성한다.
단계(S403)에서 생체역학 분석 시스템은 상기 3차원 정적 데이터 또는 3차원 운동궤적 데이터를 상기 기준 동작에 대하여 기 정의된 기준 데이터와 비교하여 그 비교 결과에 따라 상기 대상자의 근골격계 질환을 진단할 수 있다. 특히, 상기 생체역학 분석 시스템은 상기 대상자의 근골격계 질환에 대하여 인솔 처방을 제공하게 되는데, 상기 3차원 정적 데이터 또는 3차원 운동궤적 데이터에 기초하여 상기 인솔 처방에 대한 처방 데이터를 생성할 수 있다.
상기한 생체역학 정보 중 몇 가지 생체역학 정보의 취득 방법을 설명한다.
도 5는 생체역학 정보 중 어깨의 높이 차이를 취득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
상기 어깨의 높이 차이를 측정하기 위해서는, 대상자의 양쪽 견갑골의 외측 끝과, 양 견갑골을 잇는 중앙점에 표식자(M1, M2, M3)를 각각 부착한다.
상기 영상데이터 수집수단으로부터 들어오는 상기 표식자(M1, M2, M3)의 위치정보 영상을 이용할 수 있다. 도시한 바와 같이, 상기 영상에 나타난 표식자(M1, M2, M3)의 위치를 서로 연장하여 연결한 선과 기준 데이터(예를 들어, 수평선)를 비교하여 기준 데이터와의 높낮이 차이를 측정함으로써 어깨의 높이 차이를 산출할 수 있다.
도 5의 (A)는 표식자(M1, M2, M3)들의 연결선과 수평선이 일치하는 경우를 도시한 것이고, 도 5의 (B)는 좌우 각각 d1, d2의 높이 차이를 보이는 경우를 도시한 것이며, 도 5의 (C)는 좌우 중 어느 한쪽이 d1의 높이 차이를 보이는 경우를 도시한 것이다.
상기 어깨의 높이 차이를 구하는 방법은 영상의 화소(pixel) 수에 의해 산출하거나 미터 단위계로 표시된 2차원 혹은 3차원 좌표계에 의해 산출할 수 있다.
도 6은 생체역학 정보 중 어깨의 회전 정도를 취득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 회전은 통상 Z축의 좌표가 변하는 정도를 의미한다. 물론 X축과 Y축의 값도 변할 수 있다.
마찬가지로, 대상자의 양쪽 견갑골의 외측 끝과, 양 견갑골을 잇는 중앙점에 표식자(M1, M2, M3)를 부착한다.
도시한 바와 같이, 기준 동작에 대하여 상기 영상데이터 수집수단으로부터 들어오는 표식자(M1, M2, M3)의 위치정보를 통해 견갑골 양 끝의 표식자(M2, M3)의 움직임을 관찰하여 기준 동작에 대한 표식자(M2, M3)의 움직임 정도(d)로부터 세 점 M2', M1, M2가 이루는 각도(θ)를 산출한다. 상기 움직임 정도(d)는 상기 기준 동작에 의해 순방향으로 움직이다가 다시 역방향으로 움직일 때까지 측정된 거리를 의미한다. 다시 말하자면, 순방향에서 역방향으로 변경된 점을 M2라고 하면 역방향에서 순방향으로 변경되는 점을 M2'라 한다.
상기 움직임 정도(d)를 화소 수에 의한 방법으로 구할 경우 실제 움직인 거리는 d * a (mm)이다. 여기서 화소 수당 길이는 a(mm)라 한다. 또한 M2과 M3의 거리(L)가 화소 수로 구하여 지면, 실제 길이는 L * a (mm)가 된다. 따라서 각도(θ)는 d/L 이 된다.
또한, 3차원 좌표계에 의하여 구할 수도 있다. M1, M2, M3의 좌표를 (x1,y1,z1), (x2,y2,z2), (x3,y3,z3)로, M2', M3'의 좌표를 (x2',y2',z2'), (x3',y3',z3')라 한다. 3차원 좌표계로부터 각도를 쉽게 구하기 위해서는 M1이 좌표계 원점(O)이 되도록 M2, M3, M2', M3'를 같이 평행 이동시킨다. 그러면 M1의 새 좌표는 O(0,0,0)이 되고, M2의 새 좌표는 M2(x2-x1, y2-y1, z2-z1), M2'의 새 좌표는 M2'(x2'-x1, y2'-y1, z2'-z1)가 된다. 그러면 선분 0M2가 X 축과 이루는 각은 tan-1{(z2-z1)/(x2-x1)}이며, 선분 0M2'가 X 축과 이루는 각은 tan-1{(z2'-z1)/(x2'-x1)}이다. 세 점 M2, O, M2'가 이루는 각은 [tan-1{(z2-z1)/(x2-x1)} - tan-1{(z2-z1)/(x2-x1)}]이 된다. 따라서, 세 점 M2', M1, M2가 이루는 각도(θ)는 세점 M2, O, M2'가 이루는 각이므로 [tan-1{(z2-z1)/(x2-x1)} - tan-1{(z2-z1)/(x2-x1)}]이다.
이는, 상기 기준동작이 완료되는 시점까지 상기 영상데이터 수집수단으로부터 들어오는 표식자(M1, M2, M3)의 위치정보 영상을 주기적으로 수집하고 상기 수집된 위치정보 영상을 시간 축으로 모델링 한 후 상기 기준 동작에 대한 어깨의 회전 정도 즉, 3차원 운동궤적 데이터를 산출하여 제공할 수 있다.
상기 상체 생체역학 정보 중 골반의 높이 차이, 골반의 회전 정도는 상기한 어깨의 높이 차이, 어깨의 회전 정도를 산출하는 방법과 유사한 방법으로 취득할 수 있다. 또한, 어깨 및 골반의 경도 정도를 산출하는 것은 각도를 구하는 것이므로 상기 회전 정도를 산출하는 방법과 유사하다. 차이점은 회전 정도를 산출할 경우 표식자 중 M1이 기준이 되지만, 골반의 경도 정도를 산출할 때 기준은 골반과 척추가 만나는 점이 기준이 될 수 있다. 이러한 기준 점은 하나의 예시이며 다른 기준 점을 잡아 어깨 및 골반의 경도 정도를 산출할 수 있다.
한편, 생체역학 정보 중 발의 형태를 구분하는 방법은 다음과 같다.
발의 형태는 overpronation type, oversupination type, normal pronation type으로 구분하고, normal pronation type일 경우 양 발의 형태를 (pro, nor), (pro, sup), (nor, sup), (nor, pro), (sup, nor), (sup, pro)으로 구분한다. 여기서, pro는 pronation type, sup는 supination type, nor는 normal type을 의미한다.
상기 발의 형태를 판단하는 방법은 여러 가지 방법이 있을 수 있지만, 족저압 분포도를 이용하여 overpronation type, oversupination type, normal pronation type으로 구분할 수 있다.
다시 말해, 대상자의 족저압 분포도로부터 후족부와 중족부의 길이를 측정한 후 지표 ARI(Arch Ration Index)를 통해 발의 형태를 구분할 수 있다.
ARI = (A/B) * 100 (%)
(여기서, A는 중족의 가장 좁은 부위의 너비를 의미하며, B는 후족의 가장 넓은 부위의 너비를 의미한다.)
이때, 상기 ARI 값이 0.6~1이면 normal type이며, 1보다 크면 overpronation type이며, 0.6보다 적으면 oversupination type이다.
또한, 상기 발의 형태가 normal pronation type일 경우 RCSP angle을 측정하여 pronation type, normal type, supination type를 구분할 수 있다.
도 7은 발의 형태 즉, pronation type(A), normal type(B), supination type(C)를 도시한 것이다.
상기 RCSP 각도가 0±1도(경우에 따라서는 2도가 가능함)일 경우 normal type, RCSP 각도가 -1도(혹은 -2도) 이상일 경우 pronation type, RCSP 각도가 +1도(혹은 2도)일 경우 supination type으로 구분할 수 있다.
상기 생체역학 정보의 취득 방법들 외에 통상적인 수학적인 방법을 사용하여 구할 수 있다는 것은 다 아는 사실이므로 상기에 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니된다.
상기한 취득 과정을 거쳐 수집된 생체역학 정보를 이용하여 대상자의 근골격계 질환에 대한 진단과 인솔 처방을 제공한다.
이하에서, 회전 정도는 시계 방향일 경우 양, 반시계 방향일 경우 음으로 구분하며, 경도 정도는 몸 앞으로 숙일 경우 양, 몸 뒤로 숙일 경우 음으로 구분한다. 또한, 양 어깨 및 양 골반(pelvis)의 높이 차이는 왼쪽이 높을 경우 음, 오른쪽이 높을 경우 양으로 구분하고 방향성에 대한 판단은 사람의 뒤쪽에서 보는 것을 기준으로 한다.
먼저 진단과정은, 어깨 및 골반의 높이 차이에서 양인지 음인지, 어깨 및 골반의 회전 정도에서 양인지 음인지를 확인하고, 어깨 및 골반의 경도 정도에서 양인지 음인지를 확인한다.
그리고, 발의 형태가 overpronation type, oversupination type, normal pronation type인지 확인하고, normal pronation type일 경우 양 발의 형태가 (pro, nor), (pro, sup), (nor, sup), (nor, pro), (sup, nor), (sup, pro) 중 어느 형태에 해당하는지 확인한다.
상기 진단과정을 통해 많은 결과들이 발생하며 이러한 결과 중 몇 개의 진단결과에 대한 인솔 처방의 예시는 다음과 같다.
예를 들어, 생체역학 정보에 의한 대상자의 진단결과, 골반의 높이 차이가 양이고, 골반의 높이 차이의 크기가 6mm, 회전 정도가 오른쪽 골반이 -40도(반시계방향), 왼쪽 골반이 +20도(시계방향), 오른쪽 발이 RCSP -5도이고 왼발의 RCSP 0도, 발의 형태가 oversupination 이면, 다음과 같은 인솔 처방을 권장할 수 있다. 인솔 처방: medial heel 각도 10도, Heel Lift 크기 3 mm, inverted 각도 15도, right posting 각도 varus 4도, left posting 각도 0도.
또한, 생체역학 정보에 의한 대상자의 진단결과, 골반의 높이 차이가 음이고, 골반의 높이차이크기 1 Cm, 회전정도가 왼쪽 골반이 40도이고 오른쪽 골반이 - 20도이고, 왼발의 RCSP 각도 -6, 오른발의 RCSP 각도 +4, 발의 형태가 normal pronation이고 왼발과 오른발의 형태가 (pro, sup)이면, 다음과 같은 인솔 처방을 권장할 수 있다. 인솔 처방: medial heel 각도 4도, Heel Lift 크기 4 mm, inverted 각도 0도, right posting 각도 valgus 4도, left posting 각도 varus 4도.
따라서, 본 발명의 생체역학 분석 시스템을 이용할 경우 생체역학 정보를 근거로 대상자의 근골격계 질환에 대한 진단 결과를 제공하고 해당 진단 결과에 대한 인솔 처방을 자동 지시할 수 있다.
상기한 인솔 처방 과정에 이어 대상자의 인솔을 자동 제작하는 과정을 상세하게 설명한다.
도 8은 본 발명에 따른 맞춤형 인솔 제작 방법의 전 과정을 도시한 도면이다.
단계(S801)에서 인솔 제작 시스템은 생체역학 분석 시스템으로부터 인솔 처방에 대한 처방 데이터를 수신한다.
아울러, 단계(S802)에서 인솔 제작 시스템은 대상자의 발 모양이나 형태, 발 크기 등 대상자 정보를 수신한다.
단계(S803)에서 인솔 제작 시스템은 처방 데이터 및 대상자 정보를 기초하여 인솔 제작을 위한 CAD 데이터를 생성한 후 상기 생성된 CAD 데이터 및 상기 CAD 데이터에 따른 인솔의 3차원 형상을 소정의 표시수단에 디스플레이 한다.
도 9는 인솔 제작을 위한 CAD 데이터와 인솔의 3차원 형상을 디스플레이 한 인터페이스 화면의 일례를 도시한 도면이다.
상기 인솔 제작 시스템은 상기 생성된 CAD 데이터에 따른 인솔의 3차원 형상(901)을 디스플레이 함과 아울러 상기 CAD 데이터를 조정할 수 있는 인터페이스 화면(902)을 제공한다.
상기 인터페이스 화면(902)은 상기 처방 데이터와 대상자 정보를 포함한 CAD 데이터 목록(903)과, 각각의 CAD 데이터를 변경 및 조정할 수 있는 데이터 조정 메뉴(904)를 포함한다.
상기 CAD 데이터에 대한 조정이 필요하다고 판단될 경우 상기 데이터 조정 메뉴(904)를 통해 해당 CAD 데이터를 조정할 수 있다.
단계(S804)에서 인솔 제작 시스템은 상기 생성된 CAD 데이터를 인솔을 제작하는 3차원 프린팅 수단으로 전송하고 상기 3차원 프린팅 수단을 통해 상기 CAD 데이터에 의한 3차원 형상대로 대상자의 인솔을 제작한다.
단계(S805)에서 인솔 제작 시스템은 인솔 검증 수단을 이용하여 상기 제작된 인솔의 3차원 형상을 측정한 후 상기 제작된 인솔이 기 설정된 오차 범위 내로 제작되었는지 여부를 검증한다. 다시 말해, 상기 인솔의 3차원 형상 데이터와 상기 단계(S803)에서 생성된 CAD 데이터를 비교하여 오차 범위를 측정하고 상기 측정된 오차 범위가 기 설정범위를 벗어날 경우 인솔 제작을 다시 수행하고 상기 설정범위 이내일 경우 상기 제작된 인솔을 해당 대상자에게 제공한다.
따라서, 본 발명의 맞춤형 인솔 제작 시스템은 생체역학 분석 시스템을 이용하여 대상자의 근골격계 질환에 대한 진단과 동시에 인솔 처방을 제공하고 생체역학 분석 시스템에서 제공한 인솔 처방의 처방 데이터를 기초로 맞춤형 인솔을 자동 제작할 수 있다.
본 발명에 따른 맞춤형 인솔 제작 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 본 발명을 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 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (18)

  1. 기 정의된 기준 동작에 대한 대상자의 생체역학 정보를 수집한 후 상기 생체역학 정보를 기초로 인솔 제작을 위한 처방 데이터를 생성하는 생체역학 분석 시스템; 및,
    상기 생체역학 분석 시스템으로부터 생성된 처방 데이터에 따라 상기 대상자의 인솔을 자동 제작하는 인솔 제작 시스템
    을 포함하는 맞춤형 인솔 제작 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 생체역학 분석 시스템은,
    상기 대상자로부터 생체역학 정보를 측정하기 위한 추적수단과,
    상기 대상자가 상기 기준 동작을 실시하는 동안 상기 추적수단을 통해 측정한 생체역학 정보를 시간 축으로 모델링하는 모델링 모듈과,
    상기 모델링한 생체역학 정보를 3차원 정적 데이터 또는 3차원 운동궤적 데이터로 출력하는 생체역학 분석모듈과,
    상기 3차원 정적 데이터 또는 3차원 운동궤적 데이터를 이용하여 상기 대상자의 근골격계 질환에 대한 처방 데이터를 생성하는 처방 데이터 생성부
    를 포함하는 맞춤형 인솔 제작 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 추적수단은,
    손, 팔, 어깨, 척추를 이루는 상체 골격 위치와, 발, 다리, 허리를 이루는 하체 골격 위치에 부착 가능한 표시수단과,
    상기 기준 동작에 의한 상기 표시수단의 위치 데이터를 측정하는 영상데이터 수집수단과,
    상기 기준 동작에 의한 상기 대상자의 족저압 분포도를 측정하는 압력데이터 측정수단을 포함하고,
    상기 생체역학 정보는 상기 영상데이터 수집수단에서 측정된 표시수단의 위치 데이터 또는 상기 압력데이터 측정수단에서 측정된 족저압 분포도를 이용하여 측정하는 것
    을 특징으로 하는 맞춤형 인솔 제작 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 표시수단은,
    반사 마커(reflective markers) 또는 칼라 마커(color markers)를 사용하는 것
    을 특징으로 하는 맞춤형 인솔 제작 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 생체역학 정보는,
    팔 골격의 휨 정도, 어깨의 높이 차이, 어깨의 회전 정도, 어깨의 경도(tilting) 정도, 척추의 만곡 방향, 척추의 만곡 정도, 귀와 어깨간의 거리 간격, 골반의 전후 높이 차이, 골반의 좌우 높이 차이, 골반의 회전 정도, 골반의 경도 정도, 하지 골격의 휨 정도, 대퇴골과 하퇴골 간의 각도, 종골의 정점과 발바닥과의 각도, 복사뼈와 슬관절 간의 각도, 발의 형태, 발가락의 휨 정도, 족저압 분포도 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 처방 데이터는,
    medial heel 각도, heel lift 크기, inverted 각도, left/right posting 각도 중 적어도 하나를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 맞춤형 인솔 제작 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 인솔 제작 시스템은,
    상기 대상자의 발 모양과 크기를 포함하는 대상자 정보를 측정하기 위한 대상자 정보 측정수단과,
    상기 대상자 정보와 함께 상기 생체역학 분석 시스템에서 생성된 처방 데이터를 기초로 상기 대상자의 인솔을 제작하는 인솔 제작 수단
    을 포함하는 맞춤형 인솔 제작 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 인솔 제작 수단은,
    상기 대상자 정보와 처방 데이터를 기초로 인솔의 CAD 데이터를 생성하는 CAD 데이터 생성수단과,
    상기 CAD 데이터에 따라 인솔을 제작하는 3차원 프린팅 수단
    을 포함하는 맞춤형 인솔 제작 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 인솔 제작 수단은,
    상기 CAD 데이터 및 상기 CAD 데이터에 따른 인솔의 3차원 형상을 디스플레이 하기 위한 디스플레이 수단과,
    상기 디스플레이 된 CAD 데이터를 조정하기 위한 인터페이스 수단
    을 더 포함하는 맞춤형 인솔 제작 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 인솔 제작 시스템은,
    상기 제작된 인솔의 3차원 형상을 검증하기 위한 인솔 검증수단
    을 더 포함하는 맞춤형 인솔 제작 시스템.
  10. 기 정의된 기준 동작에 대한 대상자의 생체역학 정보를 수집하는 단계;
    상기 생체역학 정보에 기초하여 인솔 제작을 위한 처방 데이터를 생성하는 단계; 및,
    상기 생성된 처방 데이터에 따라 상기 대상자의 인솔을 자동 제작하는 단계
    를 포함하는 맞춤형 인솔 제작 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    기 정의된 기준 동작에 대한 대상자의 생체역학 정보를 수집하는 단계는,
    상기 대상자에게 기준 동작을 지시하고 상기 기준 동작을 실시하는 동안 생체역학 정보를 수집하는 단계와,
    상기 수집된 생체역학 정보를 시간 축으로 모델링하는 단계와,
    상기 모델링한 생체역학 정보를 3차원 정적 데이터 또는 3차원 운동궤적 데이터로 출력하는 단계
    를 포함하는 맞춤형 인솔 제작 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 생체역학 정보에 기초하여 인솔 제작을 위한 처방 데이터를 생성하는 단계는,
    상기 3차원 정적 데이터 또는 3차원 운동궤적 데이터를 이용하여 상기 대상자의 근골격계 질환에 대한 처방 데이터를 생성하는 것
    을 특징으로 하는 맞춤형 인솔 제작 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 생체역학 정보는,
    팔 골격의 휨 정도, 어깨의 높이 차이, 어깨의 회전 정도, 어깨의 경도(tilting) 정도, 척추의 만곡 방향, 척추의 만곡 정도, 귀와 어깨간의 거리 간격, 골반의 전후 높이 차이, 골반의 좌우 높이 차이, 골반의 회전 정도, 골반의 경도 정도, 하지 골격의 휨 정도, 대퇴골과 하퇴골 간의 각도, 종골의 정점과 발바닥과의 각도, 복사뼈와 슬관절 간의 각도, 발의 형태, 발가락의 휨 정도, 족저압 분포도 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 처방 데이터는,
    medial heel 각도, heel lift 크기, inverted 각도, left/right posting 각도 중 적어도 하나를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 맞춤형 인솔 제작 방법.
  14. 제10항 있어서,
    상기 생성된 처방 데이터에 따라 상기 대상자의 인솔을 자동 제작하는 단계는,
    상기 대상자의 발 모양과 크기를 포함하는 대상자 정보를 측정하는 단계와,
    상기 대상자 정보와 상기 처방 데이터를 기초로 인솔의 CAD 데이터를 생성하는 단계와,
    상기 CAD 데이터에 따라 인솔을 제작하는 단계
    를 포함하는 맞춤형 인솔 제작 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 생성된 처방 데이터에 따라 상기 대상자의 인솔을 자동 제작하는 단계는,
    상기 CAD 데이터 및 상기 CAD 데이터에 따른 인솔의 3차원 형상을 디스플레이 하는 단계와,
    상기 디스플레이 된 CAD 데이터를 조정하는 단계
    를 더 포함하는 맞춤형 인솔 제작 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 생성된 처방 데이터에 따라 상기 대상자의 인솔을 자동 제작하는 단계는,
    상기 제작된 인솔의 3차원 형상을 검증하는 단계
    를 더 포함하는 맞춤형 인솔 제작 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제작된 인솔의 3차원 형상을 검증하는 단계는,
    상기 인솔의 3차원 형상을 측정하는 단계와,
    상기 측정된 3차원 형상과 상기 CAD 데이터를 비교하여 오차범위를 측정하는 단계와,
    상기 측정된 오차범위가 기 설정범위 이내에 해당할 경우 상기 대상자의 인솔 제작을 완료하는 단계
    를 포함하는 맞춤형 인솔 제작 방법.
  18. 제10항 내지 제17항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체.
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