KR20100027570A - 마비환자를 위한 균형훈련 및 보행훈련시스템 - Google Patents

Abstract

뇌졸중, 척수손상 등 편측부전마비 환자들의 양측성 보행훈련과 정적 및 동적 균형훈련을 동시에 실시할 수 있는 마비환자를 위한 균형훈련 및 보행훈련시스템이 개시되는바, 이는 기존의 보행재활장치에다 PC기능을 추가한 것이다. 이를 위해 본 발명은 상기 벨트가 정지된 상태에서 마비환자가 상기 정지된 벨트상에서 양발을 정렬하거나 일정한 보폭으로 벌린상태로 몸의 무게중심을 움직였을 경우 이를 감지하여 정적 균형훈련을 하도록 한 정적 균형감지수단과; 상기 벨트가 움직이는 상태에서 마비환자가 몸의 무게중심을 움직였을 경우 이를 감지하여 동적 균형훈련을 하도록 한 동적 균형감지수단과; 상기 감지된 정적 균형과 동적균형 및 보행상태를 나타내는 신호를 출력하기 위한 인터페이스와; 상기 신호를 입력받아 상기의 마비환자의 훈련상태를 데이터송수신부를 경유하여 외부의 컴퓨터로 전송하기 위한 마이컴과; 상기의 정적 균형과 동적균형 및 보행상태를 시각적으로 표시하기 모니터를 포함한다.

보행훈련, 정적균형훈련, 동적균형훈련, 발판, 정역벨트, 센서, 마이컴, PC, 터치스크린, 자세교정

Description

마비환자를 위한 균형훈련 및 보행훈련시스템{Apparatus for Static, Dynamic balance and Gait Training of Hemiplegic Patients}

본 발명은 편측부전마비환자의 재활훈련을 돕기 위한 보행훈련시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 뇌졸중, 척수손상 등 편측부전마비 환자들의 양측성 보행훈련과 정적 및 동적 균형훈련을 동시에 실시할 수 있는 마비환자를 위한 균형훈련 및 보행훈련시스템에 관한 것이다.

사람의 이동방법을 보행이라고 하며, 정상적으로 대칭적인 교대패턴으로 사지를 움직이는 두발 보행을 한다. 이를 위해서는 정적동적 균형능력이 필요하며, 대칭과 균형의 두 가지 요소는 보행이라는 궁극적인 목표를 이루는데 임상적으로 중요한 요소이다. 보행을 준비하는 환자에게 양측성 보행훈련과 정적 및 동적 균형훈련이 중요한 이유는 다음과 같다.

첫째 신경계 측면에서 볼 때, 척수손상 환자나 뇌졸중 환자와 같이 중추성 환자에게서 나타나는 근력약화, 비정상적인 자세긴장, 과도한 연합반응, 반사항진, 감각과 균형 상실은 보행을 어렵게 하는 문제점이 된다. 이러한 문제점을 안은 환자에게 자발적인 보행을 할 수 있기 전에 하는 강제적 보행훈련 즉, 트레드밀 훈련 은 연합반응을 극대화시켜 오히려 비대칭적이고 불균형적인 패턴을 증가시킨다.

반면 적절한 구심성 자극을 학습시키는 대칭적이고 율동적인 보행 패턴은 정상적인 생역학적 움직임을 촉진시키고 이를 다시 피드백하게 함으로써 올바른 뇌의 가소성(positive plasticity)을 유도할 수 있다. 따라서 환자가 자발적으로 보행하기 어려운 경우, 도구를 사용하여 대칭적인 보행을 유도하면 환자에게 보상작용이나 근 경직을 촉발하지 않고도 정상적인 보행을 학습시킬 수 있을 것이다.

또한 게임이나 시각 또는 청각적 피드백을 통해 환자의 체중 이동경로를 보고 교정할 수 있다면 일반적인 정적 균형뿐만 아니라 보행을 할 때 필요한 동적 균형훈련까지 가능해진다.

둘째 근골격계 측면에서 볼 때 비정상적인 보행패턴으로 훈련하는 환자들은 체중부하를 많이 받게 되는 건측 관절에 관절염을 유발시킨다. 이로써 건측에 의존하여 입각기(stance phase)가 길어지는 보행패턴은 건측의 통증과 기능부전으로 결국 보행을 포기하는 이차적인 문제점을 야기할 수 있다. 또한 비대칭적인 체중부하와 보행습관으로 인해 요추의 정렬이상이 오고 이는 측만증에 의한 이차적인 요통을 호소할 수 있다.

뇌손상 환자의 초기재활에 있어 적극적인 재활운동 훈련도 중요하겠지만 환자의 근력약화와 이로 인한 관절의 불안정성 및 구심성 감각 혼란 상태를 줄이기 위해서는 조기에 쉬운 대칭성 동적 보행훈련을 시킴으로써 올바른 구심성 감각을 입력하여 정상적인 운동조절을 익히고 대칭적인 동적 훈련을 습득하도록 하는 것이 중요하다. 또한 기구를 사용한 지속적인 훈련은 올바른 학습효과에 대한 뇌 가역성 을 이루고, 대칭적인 훈련을 통한 균형능력 학습을 증진시키며, 그리고 보행능력에 따른 보장(step length)과 보행속도를 조절하여 보다 정상적인 보행훈련을 효과적으로 도울 수 있다.

따라서 의료기관이나 재활시설에서 마비환자는 스스로 보행할 수 없으므로 이들의 재활을 위해 보행을 보조 또는 훈련시키려면 1-2명의 간호사, 물리치료사 또는 간병인이 필요하나 인력부족으로 인하여 회복이 지연되고 그 결과 합병증이 발발하게되어 이 시기가 지난 후의 치료비의 현저한 상승과 함께 많은 마비환자들이 적극적인 재활의 기회를 잃고 있는 실정이다.

따라서, 마비환자의 재활은 의료계에서 큰 관심을 가지고 있지만 현재 사용하는 지팡이, 목발, 보행보조기 등 보행장애인 스스로의 상지로 체중을 지지해야 하므로 충분한 상지의 근력이 필요할 뿐 아니라 선 자세의 유지를 위해 전신의 근육이 비정상적으로 수축되므로 정상적인 보행 패턴을 유도하는 치료를 시행하기 어려운 문제와 직선보행과 같은 사람의 기본운동기능에 부합되지 않는 등의 문제점이 있었다.

그리하여 마비환자가 실제 생활에서 사용하는 보행패턴과 가장 유사한 보행패턴을 훈련시킬 수 있는 장치가 필요하게 되었다.

이러한 문제점을 해소하기 위해 본 출원인은 마비환자의 보행훈련에 적합한 "보행 재활훈련장치(특허출원 제2007-0070635호)"를 출원한바 있는데, 이는 도 1에 도시한 바와 같이, 압력센서(도시하지 않았음)가 구비된 발판(1a,1b)을 각기 좌·우의 벨트(2a,2b) 상부에 부착하며, 벨트(2a,2b) 사이에는 탄성이 있는 실리콘 또 는 고무재질의 패드(3)를 수직으로 장착하고, 마비환자의 보행훈련시에는 벨트(2a,2b)상의 방판(1a,1b)에는 마비환자의 좌·우측 발을 각각 올려놓고, 양측손으로는 사이드바(4) 또는 크로스바(5)를 잡은 상태에서 도시하지 않은 스위치를 작동시키면 내부의 정역모터에 의해 벨트(2a,2b)가 서로 상반되게 직선운동을 하도록 하는 이동함으로써 마비환자는 자신이 실제로 보행하는 효과를 얻는 것이다.

여기에서 각각의 벨트(2a,2b)는 계속적으로 한 방향으로 회전하는 것이 아니라 마비환자가 보행훈련을 효율적으로 하도록 소정의 거리(바람직하게는 환자의 보폭거리) 만큼 각각 전진 및 후진을 반복하는 것이다.

그러나, 상기의 보행 재활훈련장치는 단순히 마비환자의 보행 재활훈련만을 위한 것일 뿐 보행훈련을 좀더 체계적으로 할 수 없는 문제점이 있었다.

다시 말하면, 정상적인 보행을 위해 필수적으로 필요한 균형능력을 증진시키기 위해서는 꾸준한 정적 및 동적 균형훈련이 필요하지만 종래의 보행 재활훈련장치는 양측성 보행훈련만을 위한 것일 뿐 정적 및 동적 균형훈련을 동시에 할 수 없는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 보행훈련기의 양측성 보행훈련을 제어할 뿐만 아니라 발판 내부에 위치한 압력센서 값을 읽어 신체의 무게중심을 분석하여 보행뿐만 아니라 균형훈련까지 체계적으로 할 수 있도록 한 마비환자를 위한 정적 및 동적균형 및 보행훈련시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다수의 센서들을 구비한 발판을 각각 좌·우의 벨트에 부착하며, 상기 벨트들 사이에는 탄성이 있는 실리콘 또는 고무재질의 패드를 수직으로 장착하되, 상기 벨트들이 서로 상반되게 직선운동을 하여 마비환자의 보행훈련을 하도록 한 보행 재활훈련장치에 있어서: 상기 벨트가 정지된 상태에서 마비환자가 상기 정지된 벨트상에서 양발을 정렬하거나 일정한 보폭으로 벌린상태로 몸의 무게중심을 움직였을 경우 이를 감지하여 정적 균형훈련을 하도록 한 정적 균형감지수단과; 상기 벨트가 움직이는 상태에서 마비환자가 몸의 무게중심을 움직였을 경우 이를 감지하여 동적 균형훈련을 하도록 한 동적 균형감지수단과; 상기 감지된 정적 균형과 동적균형 및 보행상태를 나타내는 신호를 출력하기 위한 인터페이스와; 상기 신호를 입력받아 상기의 마비환자의 훈련상태를 데이터송수신부를 경유하여 외부의 컴퓨터로 전송하기 위한 마이컴; 및 상기의 정적 균형과 동적균형 및 보행상태를 시각적으로 표시하기 위한 디스플레이로 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 보행훈련은 디스플레이를 보면서 실시간으로 시각적으로 피이드백하여 환자 스스로 교정하도록 하는 것이 바람직하며, 또한 보행훈련중 신체의 무게중심의 총 이동궤적 길이, 이동궤적 이력을 통해 몸의 평형상태를 분석하도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명은 정적 및 동적 균형훈련시 몸의 무게중심의 이동에 따른 게임을 하여 균형운동을 하도록 하는 데이터베이스 및 그에 필요한 소프트웨어를 구 비하는 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명은 보행훈련기의 양측성 보행훈련을 제어할 뿐만 아니라 발판 내부에 위치한 압력센서 값을 읽어 신체의 무게중심을 분석하여 보행뿐만 아니라 균형훈련까지 체계적으로 할 수 있는 매우 유용한 발명이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2에는 본 발명에 따른 마비환자를 위한 균형훈련 및 보행훈련장치(10)의 사시도 도시되어 있는바, 컴퓨터(20)가 더 부가된 것을 제외하고는 도 1에 도시된 보행 재활훈련장치와 동일하므로 벨트의 전후운동을 이용한 보행훈련에 대한 상세한 설명은 생략하고 본 발명에 필수적인 부분에 대해서만 설명하기로 한다.

따라서, 본 발명은 보행훈련장치의 양측성 보행훈련을 제어할 뿐만 아니라 발판 내부에 위치한 압력센서 값을 읽어 신체의 무게중심을 분석하여 보행뿐만 아니라 정적 및 동적 균형훈련까지 체계적으로 할 수 있는 기능이 구비되어 있다.

도 3에는 본 발명에 따른 마비환자를 위한 균형훈련 및 보행훈련시스템의 블록도가 도시되어 있는바, 본 발명은 벨트가 정지된 상태에서 마비환자가 상기 정지된 벨트상에서 양발을 정렬하거나 일정한 보폭으로 벌린상태로 몸의 무게중심을 움직였을 경우 이를 감지하여 정적 균형훈련을 하도록 하는 정적 균형감지수단과, 상기 벨트가 움직이는 상태에서 마비환자가 몸의 무게중심을 움직였을 경우 이를 감지하여 동적 균형훈련을 하도록 한 동적 균형감지수단을 구비하였는데, 이는 각각의 발판에 4개의 센서(100)를 장착함으로써 구현될 수 있다.

이렇게 감지된 정적 균형과 동적균형 및 보행상태를 나타내는 신호는 인터페이스(110)를 경유하여 마이컴(120)에 입력되고, 마이컴(120)은 이들 신호를 입력받아 마비환자의 훈련상태를 데이터송수신부(130)를 경유하여 외부의 컴퓨터(140)로 전송하게 된다.

또한 데이터송수신부(130)는 마이컴(120)의 지령신호에 의해 인버터(150)를 작동시켜 그로 하여금 벨트(2a,2b)를 구동하는 모터(160)를 정역회전시켜 보행 재활훈련을 할 수 있도록 한다. 여기에서 컴퓨터(140)의 입력 및 출력모니터로는 터치스크린방식의 모니터(20)가 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명의 보행훈련과 균형훈련에 대해 좀더 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명은 기립상태에서 할 수 있는 재활장비로 크게 보행훈련기능과 균형훈련기능으로 구성되며, 균형훈련은 다시 정적균형훈련과 동적균형훈련기능으로 구분되는바. 그에 대한 화면은 도 4 및 도 5에 도시되었다.

보행훈련기능

보행훈련 기능은 일정시간, 보폭, 속도를 설정한 후 설정 값에 따라 보행훈련기를 이용하여 하지의 좌우 대칭적인 교대훈련을 통한 양측성 보행훈련을 하면서 환자의 무게중심 상태를 모니터를 통해 실시간으로 시각적 피드백 함으로써 환자스 스로 교정할 수 있도록 하는 기능과, 보행훈련 중 신체의 무게중심의 총 이동궤적 길이, 이동궤적 이력 등을 통한 몸의 평형능력을 분석하는 기능을 수행할 수 있다.

정적 균형훈련기능

이 훈련은 보행훈련기위에 서서 양발을 발판위에 정렬하거나 또는 일정한 보폭으로 벌린 상태로 몸의 무게중심을 움직이며 균형훈련을 하는 방식으로 다음과 같은 기능이 있다.

첫째, 기립상태에서 몸의 균형능력을 측정하기 위해 눈을 뜨고 또는 감은 상태에서 일정시간동안 몸의 무게중심의 이동궤적을 표시하고 총 이동궤적 길이를 출력하는 기능이 있다.

둘째, 몸의 무게중심을 한쪽으로 이동시킨 채 일정한 시간동안 유지하게 하는 체중이동 훈련을 할 수 있다.

셋째, 다리를 보행중의 보폭만큼 벌린 상태에서 일정한 시간동안 몸의 균형을 유지하게 하는 평형유지 훈련과 그 상태에서 몸의 무게중심을 한쪽으로 이동시킨 채 균형을 유지하게 하는 체중이동 훈련을 할 수 있다.

넷째, 모니터의 지시에 따라 몸의 무게중심을 이동시키는 게임식 체중이동 훈련을 할 수 있는바, 예컨대 환자의 몸의 무게중심을 좌우로 이동하면 컴퓨터의 터치스크린안의 골키퍼가 이를 따라 골대의 좌우로 이동하면서 컴퓨터에서 찬 공을 막는 게임인 소위 페널트킥 게임(좌우체중이동)을 할 수 있고, 또한 환자의 몸의 무게중심을 앞으로 이동하면 컴퓨터안의 원숭이가 나무에 올라가서 나무 위에 있는 바나나를 따서 바나나를 다 먹을 때까지 몸의 균형을 앞으로 그대로 유지한 후, 다시 몸의 무게중심을 가운데로 이동하면 원숭이가 나무에서 내려온다. 단 원숭이가 나무 끝까지 못 올라가거나 바나나를 다 먹지 않은 상태에서 몸의 무게중심이 뒤로 이동하면 원숭이는 나무에서 떨어지는 게임인 원숭이 게임(앞뒤체중이동)을 할 수 도 있고, 마지막으로는 환자의 몸의 무게중심을 앞뒤좌우로 이동하면 컴퓨터안의 바늘이 이를 따라 이동하면서 화면에 산재해있는 풍선들을 빠르게 터뜨리는 게임인 풍선터트리기 게임(전방위체중이동)을 할 수도 있다.

동적 균형훈련기능

이 훈련은 기립상태에서 발판이 움직이는 상태에서 몸의 무게중심을 움직이며 균형훈련을 하는 방식으로 다음과 같은 기능이 있다.

첫째, 발판을 좌우 대칭적으로 움직이거나 또는 불규칙적으로 움직이는 상태에서 일정시간 동안 몸의 균형을 유지하게 하는 평형유지 훈련과 몸의 무게중심을 한쪽으로 이동시킨 채 균형을 유지하게 하는 체중이동 훈련과,

둘째, 발판을 좌우 대칭적으로 움직이거나 또는 불규칙적으로 움직이는 상태에서 모니터의 지시에 따라 몸의 무게중심을 이동시키는 게임식 체중이동 훈련이 있는바, 후자의 경우에는 환자의 몸의 무게중심을 좌우로 이동하면 컴퓨터안의 트랙을 따라 움직이는 머그가 따라 움직이며 좌우에 산재해 있는 먹이를 먹는 게임인 머그 게임(좌우체중이동)(도6 및 도 7 참조)과, 동물(사람포함)이 컴퓨터 화면에 나타난 산에 오르려면 환자의 몸의 무게중심을 앞으로 이동해서 그 상태를 유지해 야 하며 일정시간 계속 오르막길이 계속되다가 다시 내리막길이 나타나면 환자의 몸의 무게중심을 뒤로 이동해서 그 상태를 유지하는 산에 오르고 내리기 게임(앞뒤체중이동)이 있는바, 이러한 것은 그에 따른 프로그램을 적적히 활용하면 구현될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 전후진 하는 벨트에서 보행훈련을 할 수 있음과 동시에 정적균형 및 동적균형 재활운동을 할 수 있는 매우 유용한 발명이다.

도 1은 종래 기술에 따른 보행 재활훈련장치의 개략적 사시도;

도 2는 본 발명의 균형훈련 및 보행훈련시스템이 적용된 재활훈련장치의 개략적 사시도;

도 3은 본 발명에 따른 균형훈련 및 보행훈련시스템의 블록도;

도 4는 개인정보 및 최근훈련정보를 나타낸 화면;

도 5는 보행훈련 및 균형훈련의 선택화면; 및

도 6과 도 7은 게임식 동적균형훈련 화면들을 나타낸 것이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 ※

1a,1b: 발판 2a,2b: 벨트

3: 패드 4: 사이드바

5: 크로스바 10: 균형훈련 및 보행훈련장치

20: 모니터

Claims (4)

1. 다수의 센서들을 구비한 발판을 각각 좌·우의 벨트에 부착하며, 상기 벨트들 사이에는 탄성이 있는 실리콘 또는 고무재질의 패드를 수직으로 장착하되, 상기 벨트들이 서로 상반되게 직선운동을 하여 마비환자의 보행훈련을 하도록 한 보행 재활훈련장치에 있어서:

   상기 벨트가 정지된 상태에서 마비환자가 상기 정지된 벨트상에서 양발을 정렬하거나 일정한 보폭으로 벌린상태로 몸의 무게중심을 움직였을 경우 이를 감지하여 정적 균형훈련을 하도록 한 정적 균형감지수단과;

   상기 벨트가 움직이는 상태에서 마비환자가 몸의 무게중심을 움직였을 경우 이를 감지하여 동적 균형훈련을 하도록 한 동적 균형감지수단과;

   상기 감지된 정적 균형과 동적균형 및 보행상태를 나타내는 신호를 출력하기 위한 인터페이스와;

   상기 신호를 입력받아 상기의 마비환자의 훈련상태를 데이터송수신부를 경유하여 외부의 컴퓨터로 전송하기 위한 마이컴과;

   상기의 정적 균형과 동적균형 및 보행상태를 시각적으로 표시하기 위한 디스플레이로 구성됨을 특징으로 하는 마비환자를 위한 균형훈련 및 보행훈련시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 보행훈련은,

   상기 디스플레이를 보면서 실시간으로 시각적으로 피이드백하여 환자 스스로 교정하도록 함을 특징으로 하는 마비환자를 위한 균형훈련 및 보행훈련시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보행훈련은,

   보행훈련중 신체의 무게중심의 총 이동궤적 길이, 이동궤적 이력을 통해 몸의 평형상태를 분석하도록 함을 특징으로 하는 마비환자를 위한 균형훈련 및 보행훈련시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 정적 및 동적 균형훈련시 몸의 무게중심의 이동에 따른 게임을 하여 균형운동을 하도록 하는 데이터베이스를 더 구비함을 특징으로 하는 마비환자를 위한 균형훈련 및 보행훈련시스템.

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