KR20100089177A - 2인이 함께하는 균형 감각 재활 훈련기기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신체의 균형 감각을 향상시키기 위해 구성되는 균형 감각 재활 훈련기기에 관한 것으로, 하지의 하중을 지지하여 균형 상태를 측정하는 힘판과 상기 힘판에서 전달되는 데이터를 분석하는 연산장치와 상기 연산장치에서 분석된 데이터를 실시간으로 출력하는 모니터로 구성되는 균형 감각 재활 훈련기기에 있어서, 상기 힘판은, 상기 하지가 지지되는 판 형상의 발판과; 상기 발판의 하부면에 위치하여 스트레인게이지와 소정의 탄성을 갖는 금속으로 결합되는 복수 개의 압력측정부와; 상기 압력측정부의 하부면을 지지하는 지지체;로 구성하되, 상기 힘판을 독립적으로 분리되는 제1힘판과 제2힘판으로 구비하여 상기 제1힘판에서는 신체 균형 감각을 회복시키고자 하는 피훈련자의 신체 중심을 측정하고, 상기 제2힘판에서는 상기 피훈련자의 신체 중심 이동 운동을 안내하는 훈련자의 신체 중심을 측정하여, 상기 모니터에는 상기 힘판에서 측정되는 신체의 중심 위치에 따라 각각 구별되어 유동하는 마크가 출력되고, 피훈련자의 마크를 훈련자의 마크 위치로 일치시키는 방법을 통해 균형 감각을 회복할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

균형, 재활, 훈련, 스트레인게이지, 하지, 체중

Description

2인이 함께하는 균형 감각 재활 훈련기기{MULTI-PLAYER TRAINING SYSTEM FOR POSTURAL BALANCE}

본 발명은 균형 감각 재활 훈련기기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 신체의 중심을 측정할 수 있는 힘판과 상기 힘판에서 측정되는 데이터를 출력하는 모니터의 조합을 이용하여 신체의 균형 감각을 향상시키기 위한 훈련을 하되, 피훈련자와 훈련자가 동시에 훈련을 하면서 실시간으로 데이터를 비교하여 훈련의 효과를 높일 수 있도록 구성되는 2인이 함께하는 균형 감각 재활 훈련기기에 관한 것이다.

근래 들어 평균 수명이 연장됨에 따라 노인 인구가 급증하고 있는 추세이며, 상기 노인들은 노화 현상으로 인하여 여러 신체 기능들이 점차 저하되고 결국 그 기능을 상실하기도 한다.

따라서 지속적인 관리와 훈련을 통해 신체 기능이 상실되지 않도록 꾸준히 유지시킬 수 있는 노력이 중요한데, 인간의 여러 신체 기능들 중에서 훈련을 통하여 지속적으로 그 수준을 유지하거나 저하된 기능을 향상시킬 수 있는 신체 기능 중에는 균형 감각이 있다.

신체의 균형 감각이 떨어지게 되면 체중을 지탱하는 양쪽 하지에 체중이 고 르게 분배되지 않고 일측 하지로 쏠리게 되어 상기 일측 하지 관절의 통증을 호소하거나 낙상의 위험성을 높이게 된다.

일반적으로 균형 감각 재활 훈련기기는 상기한 신체 균형 감각의 저하를 예방하고 이미 저하된 신체 균형 감각을 훈련을 통하여 향상시키기 위한 장비로써, 노인이나 환자가 힘판 위에 기립하여 모니터에 나타나는 프로그램의 지시 사항을 인지하고 양쪽 하지에 분배되는 체중의 비율을 스스로 조절하면서 감각을 유지, 회복할 수 있도록 구성되는 것이다.

따라서 상기한 균형 감각 재활 훈련기기는 노인이나 허약자뿐만 아니라 사고나 질병으로 인해 신체가 불편한 환자, 특히 신체 균형 감각의 저하로 인해 양쪽 하지에 체중이 고르게 분배되지 않는 환자가 신체의 균형 감각을 향상시키는 훈련을 할 때 사용된다.

상기와 같은 기존의 균형 감각 재활 훈련기기는 도 1에 도시된 바와 같이, 왼발과 오른발의 하중을 측정하여 측정에 따른 왼발과 오른발의 하중치를 그래프로 나타내어 상호 대비 가능토록 하며, 이를 실시간 디스플레이하여 환자가 보면서 훈련할 수 있도록 하는 것이다.

그러나 상기한 균형 감각 재활 훈련기기는 힘판(100)을 단일하게 구성하여 노인이나 환자 한 사람만의 훈련이 가능하도록 설계되고 왼발과 오른발의 하중치만을 실시간으로 표시함으로써, 상기 왼발과 오른발에서 전달되는 하중이 균일하도록 조절하는 훈련 방식을 통해 신체의 균형 감각을 회복시키고자 한다.

따라서 노인이나 환자가 신체 균형 감각을 향상시키기 위하여 재활 훈련을 하고자 하는 의지가 있음에도 불구하고 상기한 기기를 통해 진행되는 훈련 방법이 지루하고, 장시간 동안 홀로 지속되는 훈련 과정에서 재활 의지가 약해져 훈련을 쉽게 포기하게 된다는 구성의 한계가 있다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 하지로부터 전달되는 압력을 통해 신체 균형의 중심을 측정할 수 있는 힘판과 상기 신체 균형의 중심 위치를 실시간으로 출력하는 모니터를 조합하되, 훈련자와 피훈련자가 함께 신체의 균형 감각을 향상시키는 훈련을 할 수 있도록 하여 재활 훈련을 효과적이고 지속적으로 유지할 수 있도록 하는 균형 감각 재활 훈련기기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 하지의 하중을 지지하여 균형 상태를 측정하는 힘판과 상기 힘판에서 전달되는 데이터를 분석하는 연산장치와 상기 연산장치에서 분석된 데이터를 실시간으로 출력하는 모니터로 구성되는 균형 감각 재활 훈련기기에 있어서, 상기 힘판은, 상기 하지가 지지되는 판 형상의 발판과; 상기 발판의 하부면에 위치하여 스트레인게이지와 소정의 탄성을 갖는 금속으로 결합되는 복수 개의 압력측정부와; 상기 압력측정부의 하부면을 지지하는 지지체;로 구성하되, 상기 힘판을 독립적으로 분리되는 제1힘판과 제2힘판으로 구비하여 상기 제1힘판에서는 신체 균형 감각을 회복시키고자 하는 피훈련자의 신체 중심을 측정하고, 상기 제2힘판에서는 상기 피훈련자의 신체 중심 이동 운동을 안내하는 훈련자의 신체 중심을 측정하여, 상기 모니터에는 상기 힘판에서 측정되는 신체의 중심 위치에 따라 각각 구별되어 유동하는 마크가 출력되고, 피훈련자의 마크를 훈련자 의 마크 위치로 일치시키는 방법을 통해 균형 감각을 회복할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 2인이 함께하는 균형 감각 재활 훈련기기이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에서는 유아나 노인, 허약자 또는 신체 균형 감각이 저하되어 있는 환자 등이 포함되는 피훈련자가 보호자 또는 정상인 등이 포함되는 훈련자의 중심을 따라 상기 피훈련자의 중심을 이동시키는 훈련 방법을 통해 재활 훈련의 흥미를 유발하여 지루함을 없애고 지속적인 시행으로 목표하는 훈련 기대치까지 도달할 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 구조가 간단하여 보급이 쉽고 프로그램을 통해 다양한 패턴의 재활 훈련이 가능하며, 피훈련자와 훈련자의 균형 상태가 모니터를 통해 실시간으로 동시에 대비되어 직접적인 데이터 비교가 가능함으로써, 재활 훈련에 대한 효과적인 분석과 방향을 제시하고 피훈련자로 하여금 기능 회복에 대한 강한 동기를 유발할 수 있는 효과를 얻도록 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 구성 및 작용에 대해 상세하게 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 개략적인 구성도를 도시한 것으로, 본 발명은 신체 균형의 중심을 측정하는 힘판(100)과 상기 힘판(100)에서 전달되는 데이터를 분석하는 연산장치(200)와 상기 연산장치(200)에서 분석된 데이터를 출력하는 모니터(300)로 구성하되, 상기 힘판(100)을 신체의 균형 감각을 회복시키 고자 하는 피훈련자의 신체 중심을 측정하는 제1힘판(100a)과, 상기 피훈련자의 신체 균형 중심 이동을 안내하는 훈련자의 신체 중심을 측정하는 제2힘판(100b)으로 구비하고, 독립되는 두 개의 힘판(100)으로부터 각각의 데이터를 분석하여 모니터(300)에 출력하도록 구성된 것이다.

여기서 상기한 피훈련자는 유아나 노인, 허약자 또는 신체 균형 감각이 저하되어 있는 환자 등이 포함될 수 있으며, 훈련자는 상기 피훈련자의 저하된 감각을 회복시키기 위하여 중심 이동 훈련을 안내하고 데이터를 비교할 수 있는 보호자 또는 올바른 신체 균형 감각을 유지하고 있는 정상인 등으로 구성됨이 바람직하다.

따라서 이하 설명되는 실시예에서는 본 발명의 구성과 작용 관계를 명확히 표현하기 위해 상기 피훈련자를 신체 균형 감각이 저하되어 재활을 목적으로 하는 환자로 하고, 상기 훈련자를 환자의 보호자로 예시하여 설명하도록 한다.

본 발명의 실시예에 따라 환자 또는 보호자의 신체의 중심을 측정하는 상기 힘판(100)의 구성을 살펴보면, 상부로 환자 또는 보호자의 하지를 지지하기 위한 사각판 형상의 발판(110)과, 상기 발판(110)의 하부면에는 상기 발판(110)의 모서리 위치에 각각 대응하여 구비되는 4개의 압력측정부(120)와, 상기 압력측정부(120)의 하부면에 상기 발판(110)과 압력측정부(120)를 지지하는 지지체(130)로 결합되어 구성된다.

본 발명에서 상기 힘판(100)은 앞서 언급한 바와 같이 환자와 보호자의 신체 중심을 측정하기 위해 각각 독립되는 제1힘판(100a)과 제2힘판(100b)의 두 개로 구비되고, 그 내부 구성요소는 모두 동일하게 적용된다.

도 3 및 도 4는 상기 힘판(100)의 측면도를 도시한 것으로, 도 3은 상기 발판(110)에 압력이 전해지기 전 단계의 상태를 나타낸 것이고, 도 4는 상기 발판(110)에 환자 또는 보호자가 서게 됨으로써 신체의 하중으로 인해 압력이 가해지는 상태를 나타낸 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이 하지로부터 전달되는 신체의 하중이 상기 발판(110)을 거쳐 하부면에 위치하는 상기 압력측정부(120)로 전달되도록 하는데, 상기 압력측정부(120)는 외부의 힘으로 인해 변형이 되었다가 스스로 복원되려는 소정의 탄성력을 갖는 'ㄷ'자형의 탄성금속(121)과 상기 발판(110)의 하부면으로 접촉되는 상기 탄성금속(121) 면에 부착되어지는 스트레인게이지(122)로 구성된다.

상기 스트레인게이지(122)는 상기 탄성금속(121)이 발판(110)으로부터 전달되는 압력에 의해 변형되는 정도의 차이에 따라 저항의 변화를 야기하여 상기 전달되는 압력을 전기적 신호로 해석하여 상기 신호를 전송할 수 있도록 구현된 것으로, 그 구성을 확실하게 표현하기 위해 소정의 두께를 갖도록 도시하였으나 실제로는 얇은 띠와 같은 형태로 탄성금속(121)의 표면에 부착된다.

이때, 상기 발판(110)에서 상기 압력측정부(120)로 가해지는 압력을 더욱 효과적으로 전달하여 상기 탄성금속(121)의 변형 정도에 따라 측정되는 압력을 세밀하게 분석하기 위해, 상기 발판(110)에서 상기 압력측정부(120)의 탄성금속(121)과 접촉되는 하부면에는 압력의 전달을 용이하게 하는 가압돌출부(111)를 형성하여 구성됨이 바람직하다.

도 5는 상기와 같이 구성되는 힘판(100)을 내측으로 포함하여 상기 힘 판(100)을 보호하거나 재활 훈련의 편의성을 높이기 위해 형성되는 지지대(400)를 도시한 사시도이다.

도시된 본 발명의 실시예에 따른 상기 지지대(400)는 상기 힘판(100)의 최하부에 형성된 지지체(130)를 바닥면에 위치하도록 하고 상기 힘판(100)의 상부에 구성되는 발판(110)만이 상향으로 개방되는 형태를 이루도록 하며, 양측에는 환자가 안전하게 재활 훈련을 할 수 있도록 'ㄷ'자형이 회전된 형태를 이루는 손잡이(410)와 정확한 데이터 값을 측정하기 위해 지면의 수평 정도를 파악하는 평형감지장치(도시되지 않음)를 일측 하단에 형성하도록 하였다.

또한, 도시되지는 않았지만 상기 힘판(100)의 일측에는 상기 4개의 압력측정부(120)에서 검출한 신호를 통합하여 외부로 전송하기 위한 회로부를 구현하는데, 상기 회로부에는 목적하는 데이터가 아닌 외부에서 들어온 여러 가지 잡음을 제거하는 필터와 작은 크기의 신호를 처리가 가능한 형태의 크기로 변환하는 신호 증폭기가 포함되어 구성된다.

상기 회로부를 거친 데이터는 힘판(100)에 연결된 출력 포트를 통해 상기 데이터를 처리하기 위한 연산장치(200)의 입력 신호로 전송되며, 상기 연산장치(200)는 일반적인 PC로 구현됨이 바람직하여 상기 데이터를 처리하고 분석하는 프로그램을 실행하고 그 결과값을 모니터(300)로 출력시키도록 한다.

상기 필터 및 증폭기 등을 포함하는 회로부와 신호처리 과정에 대한 구현은 이미 상용화된 기술로써 그에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 작동원리를 바람직한 실시예를 통해 살펴보 면, 제1힘판(100a)의 상단부 즉, 발판(110)에 환자가 올라서게 되면 환자의 체중이 양 하지에 실리게 되고, 양 하지에 실린 체중은 제1힘판(100a)에 압력으로 전달된다.

상기 압력은 발판(110)의 하부면에서 압력측정부(120)의 상부로 구비되는 탄성금속(121)에 전달되어 상기 탄성금속(121)을 변형시키고, 상기 탄성금속(121)의 변형은 스트레인게이지(122)의 저항 변화를 야기하며, 상기 스트레인게이지(122)의 저항 변화는 전압의 변화를 일으키게 되어 최종적으로 압력의 변화가 전압의 변화로 출력하게 된다.

상기 제1힘판(100a)의 발판(110)에는 환자의 체중에 의한 압력이 가해짐으로써 양 모서리에 위치하는 4개의 압력측정부(120)에 신체 중심의 위치에 따라 각각 압력이 분산되어 실리게 되고, 상기 압력측정부(120)는 각각의 압력을 전기 신호로 변환하여 출력하는 역할을 하여 필터와 증폭기를 거친 신호가 연산장치(200)에 전송되도록 한다.

상기 연산장치(200)에서는 상기 4개의 전기 신호를 다시 압력의 측정값으로 변환시키며 4개의 압력 분포를 이용하여 신체의 중심을 계산하는 것이다.

상기 연산장치(200)에 구현된 프로그램에서는 신체의 중심 이동을 통해 컨트롤이 가능한 원(310)이 모니터(300)에 출력되도록 하여, 상기 환자가 양 하지에 실리는 압력의 분포를 변화시키게 되면 변화된 압력의 분포에 따라 신체의 중심이 변화하고 상기 신체의 중심이 프로그램에 따른 상기 원(310)을 움직이며, 상기 원(310)을 환자가 인지하고 양 하지에 실리는 압력의 분포를 변화시키면서 상기 원(310)의 움직임을 제어하는 기작을 가진다.

상기와 같이 환자가 제1힘판(100a)에서 신체의 중심을 측정하는 동시에 제2힘판(100b)에는 보호자가 함께 동일한 과정을 수행하도록 구성됨에 따라 분리된 제1힘판(100a)과 제2힘판(100b)을 한 프로그램에 연결하여 모니터(300)에 동시에 출력하도록 한다.

따라서 환자와 보호자는 각각 자신의 양 하지에 실리는 압력의 분포를 조절하여 모니터(300)에 출력되는 원(310, 320)을 컨트롤하는데, 이때 환자의 원(310)과 보호자의 원(320)의 크기를 다르게 하여 구별이 되도록 한다.

즉, 보호자가 양 하지에 실리는 압력의 분포를 조절하여 큰 원(320)을 움직이게 되면, 환자는 보호자의 원(320)의 움직임을 보고 자신의 양 하지에 실리는 압력의 분포를 조절하여 보호자의 큰 원(320)안에 자신의 작은 원(310)이 완전히 포함되도록 제어한다.

보호자는 환자의 원(310)의 움직임을 인지하고 다시 보호자의 원(320)을 컨트롤하며, 상기한 과정을 반복하면서 환자의 신체 중심 이동을 가이드 한다.

환자의 신체 균형 감각이 많이 저하되어 있는 경우에는 보호자의 원(320)의 크기가 커지고 환자의 원(310)의 크기가 상대적으로 작아지게 되어 원의 감도를 낮추도록 하고, 환자의 재활 훈련 정도에 따라 보호자의 원(320)의 크기는 작아지고 환자의 원(310)의 크기는 커지게 되어 원의 감도를 점점 높여 재활 훈련의 강도를 조절할 수 있게 한다.

또한, 전체 재활 훈련의 시간과 보호자의 원(320)과 환자의 원(310)의 중심 이 일치되는 시간의 비율을 표시하여 신체 중심 이동의 정확성을 측정하고 하나의 데이터로 그 기록을 저장할 수 있도록 구성한다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구 범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 종래의 균형 감각 재활 훈련기기를 통한 환자의 훈련 모습 사시도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 균형 감각 재활 훈련기기의 개략적인 구성도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 힘판의 측면도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 힘판에 압력이 가해진 상태의 측면도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 지지대의 사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100. 힘판

100a. 제1힘판 100b. 제2힘판

110. 발판 111. 가압돌출부

120. 압력측정부

121. 탄성금속 122. 스트레인게이지

130. 지지체

200. 연산장치

300. 모니터

310. 환자의 움직임을 나타내는 원

320. 보호자의 움직임을 나타내는 원

400. 지지대 410. 손잡이

Claims (6)

1. 하지의 하중을 지지하여 균형 상태를 측정하는 힘판과 상기 힘판에서 전달되는 데이터를 분석하는 연산장치와 상기 연산장치에서 분석된 데이터를 실시간으로 출력하는 모니터로 구성되는 균형 감각 재활 훈련기기에 있어서,

   상기 힘판은, 상기 하지가 지지되는 판 형상의 발판과; 상기 발판의 하부면에 위치하여 스트레인게이지와 소정의 탄성을 갖는 금속으로 결합되는 복수 개의 압력측정부와; 상기 압력측정부의 하부면을 지지하는 지지체;로 구성하되,

   상기 힘판을 독립적으로 분리되는 제1힘판과 제2힘판으로 구비하여 상기 제1힘판에서는 신체 균형 감각을 회복시키고자 하는 피훈련자의 신체 중심을 측정하고, 상기 제2힘판에서는 상기 피훈련자의 신체 중심 이동 운동을 안내하는 훈련자의 신체 중심을 측정하여, 상기 모니터에는 상기 힘판에서 측정되는 신체의 중심 위치에 따라 각각 구별되어 유동하는 마크가 출력되고, 피훈련자의 마크를 훈련자의 마크 위치로 일치시키는 방법을 통해 균형 감각을 회복할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 2인이 함께하는 균형 감각 재활 훈련기기.
2. 제1항에 있어서, 상기 발판은 평면이 사각판 형상으로 제작되어 4개의 모서리 하부면에 소정 길이로 돌출되는 가압돌출부를 형성하고, 상기 가압돌출부에 각각 대응하는 4개의 압력측정부가 결합되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 2인이 함께하는 균형 감각 재활 훈련기기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 압력측정부에는 검출되는 신호의 잡음을 제거하는 필터와 상기 신호의 크기를 증폭하는 증폭기가 포함되는 회로부가 연결되어 측정되는 압력을 전기신호로 변환하여 연산장치로 전송하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 2인이 함께하는 균형 감각 재활 훈련기기.
4. 제1항에 있어서, 상기 마크는 원으로 표현하여 상기 원의 중심을 일치시키는 방법을 통해 균형 감각을 회복할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 2인이 함께하는 균형 감각 재활 훈련기기.
5. 제1항에 있어서, 상기 힘판을 내측으로 포함하여 상기 힘판의 상부만이 개방되도록 하고 양측에는 'ㄷ'자형이 회전된 형태를 이루어 구비되는 손잡이가 형성된 지지대가 구성되는 것을 특징으로 하는 2인이 함께하는 균형 감각 재활 훈련기기.
6. 제5항에 있어서, 상기 지지대의 하단에는 힘판의 수평 상태를 확인하기 위한 평형 감지장치가 구성되는 것을 특징으로 하는 2인이 함께하는 균형 감각 재활 훈련기기.

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