KR20150028536A

KR20150028536A - 착용형 상지 재활 훈련장치

Info

Publication number: KR20150028536A
Application number: KR20130107295A
Authority: KR
Inventors: 문인혁; 배주환
Original assignee: 동의대학교 산학협력단
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2015-03-16
Also published as: KR101546882B1

Abstract

본 발명은 손목 관절의 운동과 손가락 관절의 운동을 연동시켜 상지 재활 훈련 효과를 향상시킬 수 있도록 한 착용형 상지 재활 훈련장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 착용형 상지 재활 훈련장치는, 환자의 팔에 착용되는 전완 착용부와; 상기 전완 착용부의 전단부에 제1회전축을 매개로 회동가능하게 결합되고, 환자의 손등에 착용되는 손 착용부와; 상기 손 착용부의 전단부에 제2회전축을 매개로 회동가능하게 결합되고, 사용자의 손가락에 착용되는 손가락 착용부와; 상기 전완 착용부에 설치되며, 전후방향으로 직선 이동하는 피스톤로드를 구비한 공압실린더와; 상기 공압실린더의 피스톤로드와 연결되며, 상기 손 착용부의 후단부에 상대회전 가능하게 연결되어 피스톤로드의 직선 운동을 손 착용부의 회전 운동으로 변환시키는 운동변환링크와; 후단부가 상기 전완 착용부에 회전 가능하게 연결되고 전단부가 상기 손가락 착용부에 회전 가능하게 연결되어, 손 착용부가 제1회전축을 중심으로 회전운동할 때 손가락 착용부가 제2회전축을 중심으로 회전하도록 연동시키는 연동링크를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

착용형 상지 재활 훈련장치{WEARABLE EXCERCISE DEVICE FOR UPPER LIMB REHABILITATION}

본 발명은 손과 손목 재활 훈련장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 뇌졸중이나 기타 병적 요인에 의해 발생한 상지편마비 환자의 구축된 손가락과 손목의 동작범위를 점차적으로 증가시키는 스트레칭 훈련, 손가락과 손목의 굽힘 또는 폄동작 시 환자의 힘을 보조하는 기능적 동작훈련, 굽힘/폄 동작 방향의 역방향으로 힘을 가함으로써 환자의 기능적 근력을 증강할 수 있는 부하훈련이 가능한 착용형 상지 재활 훈련장치에 관한 것이다.

일반적으로, 뇌졸중(stroke)은 혈액 순환계 질환 중에서는 국내 사망원인 1위의 질환으로써, 그 후유증으로 생존자의 약 85%에게서는 수의적 및 선택적 근육의 수축활동이 어려운 기능적 마비장애를 동반하게 된다. 그 대표적인 증상의 하나가 상지 편마비이다. 이러한 환자의 경우, 물리치료사의 도움이나 반복적 재활훈련을 통해 기능적 장애(functional disability)를 최소화할 수 있다.

한편, 조사에 따르면 뇌졸중으로 인해 매년 약 144,000명의 사망자가 발생하고 있는 미국에서는 2009년 올해에만 약 795,000명의 뇌졸중 환자가 새로이 발생할 것이라고 알려져 있다. 또한 뇌졸중으로 인한 치료나 요법으로 연간 약430억불을 쏟아붓고 있으며, 올해에는 직간접적으로 689억불의 비용이 소요될 것으로 예상하고 있다.

따라서 이러한 막대한 의료비용을 줄이기 위해서는 효과적인 재활치료기법이나 재활치료기기가 필요하다. 상기재활훈련의 종류로는 환측의 굽힘과 폄 근력을 강화시켜주기 위한 의도적인 근력훈련, 운동범위(ROM; Range of Movement)를 증가시키기 위한 스트레칭 훈련이 있으며, 특히 환자의 의지에 따른 환측의 모방훈련(Mirror therapy)은 치료효과가 높은 것으로 알려지고 있다.

최근에는 재활훈련시 치료사를 대신하여, 재활 훈련시 필요로 하는 높은 집중도와 반복성 그리고 특수한 작업 동작 등을 보조하는 재활훈련기기에 관한 연구가 진행되고 있다. 그러나 이와 같은 상지재활보조기기에 대한 다양한 가능성이 제시되고 있으나, 대부분의 경우는 고정된 기기로 인해 사용자가 기기로부터 자유로울 수 없으며, 휴대가 용이하지 않은 시스템을 가지고 있다.

또한 상지를 구성하는 부분 중에서도 손은 많은 관절과 근육이 작용하여 일과중 가장 중요한 일인 먹고, 입고, 쓰고하는 모든 일을 수행해 내기 때문에 가장 중요하다고 볼 수 있지만, 손을 보조하는 재활보조기기에 대한 연구는 거의 미비한 수준이다.

이와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 출원인에 의해 개발되어 등록된 등록특허 제1126637호의 "상지재활훈련로봇 및 그에 적용되는 패러럴 링크 장치"가 있다. 상기 등록특허의 상지재활훈련로봇은 사용자의 팔과 손등 및 손가락에 착용이 가능하며, 복수의 액츄에이터를 사용하여 손목 관절과 손가락 관절을 회전시켜 스트레칭 등의 재활 훈련이 가능하도록 구성되어 있다.

그러나, 상기 등록특허의 상지 재활 훈련장치는 손목 관절의 운동과는 독립적으로 손가락 관절의 운동을 통해 재활 훈련 효과를 향상시키는 이점이 있는 반면에 복수개의 액츄에이터를 사용해야 하므로 장치의 구성이 다소 복잡하고, 무게가 증가하는 등의 문제가 있다.

1. 대한민국 등록특허 제1126637호(등록일자 2012년 03월 07일) : "상지재활훈련로봇 및 그에 적용되는 패러럴 링크 장치" 2. 대한민국 등록특허 제1191555호(등록일자 2012년 10월 09일) : " 손가락 이완 운동기"

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 간단한 구성으로 손목 관절의 운동과 손가락 관절의 운동을 연동시켜 상지 재활 훈련 효과를 향상시킬 수 있도록 한 착용형 상지 재활 훈련장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 착용형 상지 재활 훈련장치는, 환자의 팔에 착용되는 전완 착용부와; 상기 전완 착용부의 전단부에 제1회전축을 매개로 회동가능하게 결합되고, 환자의 손등에 착용되는 손 착용부와; 상기 손 착용부의 전단부에 제2회전축을 매개로 회동가능하게 결합되고, 사용자의 손가락에 착용되는 손가락 착용부와; 상기 전완 착용부에 설치되며, 전후방향으로 직선 이동하는 피스톤로드를 구비한 공압실린더와; 상기 공압실린더의 피스톤로드와 연결되며, 상기 손 착용부의 후단부에 상대회전 가능하게 연결되어 피스톤로드의 직선 운동을 손 착용부의 회전 운동으로 변환시키는 운동변환링크와; 후단부가 상기 전완 착용부에 회전 가능하게 연결되고 전단부가 상기 손가락 착용부에 회전 가능하게 연결되어, 손 착용부가 제1회전축을 중심으로 회전운동할 때 손가락 착용부가 제2회전축을 중심으로 회전하도록 연동시키는 연동링크를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 환자의 팔에 용이하게 착용하여 손목과 손가락의 굽힘 운동 및 폄 운동을 동시에 수행할 수 있으므로 상지 재활 훈련 효과를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

특히 본 발명의 상지 재활 훈련장치는 하나의 공압실린더를 사용하여 손 착용부와 손가락 착용부를 연동시켜 손목과 손가락의 굽힘 운동 및 폄 운동을 동시에 수행할 수 있으므로 전체 구성 및 작동을 단순화시키면서 재활 훈련의 효과를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 착용형 상지 재활 훈련장치를 나타낸 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 상지 재활 훈련장치의 작동을 설명하는 측면도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1의 상지 재활 훈련장치의 손 착용부의 작동을 설명하기 위하여 일부 구성(손가락 착용부)를 제거하여 나타낸 측면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 착용형 상지 재활 훈련장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 착용형 상지 재활 훈련장치의 구성 및 작동을 나타낸 것으로, 먼저 도 1 내지 도 2b를 참조하면, 이 실시예의 착용형 상지 재활 훈련장치는 환자의 아래팔(전완(前腕))에 착용되는 전완 착용부(10)와; 상기 전완 착용부(10)의 전단부에 제1회전축(21)을 매개로 회동가능하게 결합되고, 환자의 손등에 착용되는 손 착용부(20)와; 상기 손 착용부(20)의 전단부에 제2회전축(31)을 매개로 회동가능하게 결합되고, 사용자의 손가락에 착용되는 손가락 착용부(30)와; 상기 전완 착용부(10)에 설치되며, 전후방향으로 직선 이동하는 피스톤로드를 구비한 공압실린더(40)와; 상기 공압실린더(40)의 피스톤로드(41)와 연결되며, 상기 손 착용부(20)의 후단부에 상대회전 가능하게 연결되어 피스톤로드(41)의 직선 운동을 손 착용부(20)의 회전 운동으로 변환시키는 운동변환링크(50)와; 후단부가 상기 전완 착용부(10)에 회전 가능하게 연결되고 전단부가 상기 손가락 착용부(30)에 회전 가능하게 연결되어, 손 착용부(20)가 제1회전축(21)을 중심으로 회전운동할 때 손가락 착용부(30)가 제2회전축(31)을 중심으로 회전하도록 연동시키는 연동링크(60)를 포함한다.

상기 전완 착용부(10)는 편평한 판상의 베이스(11)와, 상기 베이스(11)의 양측에 아치형으로 만곡되게 형성되어 환자의 팔이 삽입되면서 지지되는 한 쌍의 팔착용판(12)과, 상기 베이스(11)의 전단부 양측에 고정되게 설치되어 상기 제1회전축(21)이 결합됨과 동시에 상기 연동링크(60)의 후단부가 회전 가능하게 연결되는 축연결편(13)을 포함한다.

상기 손 착용부(20)는 환자의 손등 부분과 연접하는 손등지지판(22)과, 상기 손등지지판(22)의 양측에 아치형으로 만곡되게 형성되어 손의 측면부를 지지하는 측면지지판(23)과, 상기 손등지지판(22)의 양측에 후방으로 연장되게 형성되어 상단부가 상기 운동변환링크(50)와 연결되고 하단부가 상기 전완 착용부(10)에 연결되는 연결편(24)을 포함한다.

상기 손가락 착용부(30)는 평판형으로 이루어져 환자의 손가락 위쪽에 연접하면서 손가락에 하측으로 미는 힘을 가하는 작용을 한다. 상기 손가락 착용부(30)의 양측 후단부는 상기 제2회전축(31)에 의해 상기 손 착용부(20)의 전단부 하측에 상대 회전가능하게 연결된다.

상기 연동링크(60)는 C자형의 바아 형태를 가지며, 2개가 전완 착용부(10) 및 손가락 착용부(30)의 양측에 각각 연결된다. 상기 연동링크(60)의 전단부는 상기 손가락 착용부(30)의 후단부에 제1연결핀(61)을 매개로 상대 회전 가능하게 연결되고, 연동링크(60)의 후단부는 상기 전완 착용부(10)의 전단부, 엄밀히 말하면 전완 착용부(10)의 축연결편(13)에 제2연결핀(62)을 매개로 상대 회전 가능하게 연결된다.

상기 운동변환링크(50)는 역 'U'자형의 바아 형태로 이루어져 양측부가 손 착용부(20)의 연결편(24) 상측에 제3연결핀(51)에 의해 상대 회전이 가능하게 연결되고, 중앙부가 상기 공압실린더(40)의 피스톤로드(41) 끝단에 연결된다.

상기 공압실린더(40)는 후단부가 상기 전완 착용부(10)의 베이스(11) 후단부에 회전 가능하게 연결된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 착용형 상지 재활 훈련장치는 다음과 같이 작용한다.

피훈련 환자의 마비된 아래팔(전완)을 전완 착용부(10)의 팔착용판(12) 내측으로 삽입하여 전완 착용부(10)를 환자의 팔에 착용시킨다. 그리고, 환자의 손을 손 착용부(20)의 측면지지판(23) 내측으로 삽입하여 손 착용부(20)를 손에 착용시킨다. 이 때 손 착용부(20)의 손등지지판(22)은 환자의 손등에 연접하면서 지지된다. 그리고, 상기 손가락 착용부(30)는 환자의 손가락 위에 연접하게 된다.

이와 같이 상지 재활 훈련장치가 환자의 팔과 손에 착용되면, 컨트롤러(미도시)를 통해 공압실린더(40)에 공압이 인가되어 피스톤로드(41)가 신장되거나 수축되면서 직선 왕복이동한다. 도 3a 및 도 3b에 도시한 것과 같이 상기 피스톤로드(41)가 직선 왕복 이동함에 따라 피스톤로드(41)와 연결된 운동변환링크(50)가 피스톤로드(41)와 함께 이동하게 되고, 운동변환링크(50)에 연결된 손 착용부(20)가 제1회전축(21)을 중심으로 회동하게 된다. 이에 따라 환자의 손목 관절이 회전하면서 손목 관절 운동을 하게 된다.

이 때, 도 2a 및 도 2b에 도시된 것과 같이 상기 손가락 착용부(30)가 연동링크(60)에 의해 전완 착용부(10)에 연결되어 있으므로 손 착용부(20)의 회전 운동과 연동하여 제2회전축(31)을 중심으로 회전하게 된다. 이에 따라 환자의 손가락이 눌려지거나 펴지면서 손가락 관절 운동을 하게 된다.

이와 같이 본 발명의 상지 재활 훈련장치는 공압실린더(40)의 작동에 의해 손 착용부(20)가 회전 운동함과 동시에 손 착용부(20)와 연동하여 손가락 착용부(30)가 회전 운동하면서 환자의 손목 관절 및 손가락 관절의 굽힘과 펴는 동작이 발생나게 된다.

이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

10 : 전완 착용부 11 : 베이스
12 : 팔착용판 13 : 축연결편
20 : 손 착용부 21 : 제1회전축
22 : 손등지지판 23 : 측면지지판
24 : 연결편 30 : 손가락 착용부
31 : 제2회전축 40 : 공압실린더
41 : 피스톤로드 50 : 운동변환링크
60 : 연동링크

Claims

환자의 팔에 착용되는 전완 착용부(10)와;
상기 전완 착용부(10)의 전단부에 제1회전축(21)을 매개로 회동가능하게 결합되고, 환자의 손등에 착용되는 손 착용부(20)와;
상기 손 착용부(20)의 전단부에 제2회전축(31)을 매개로 회동가능하게 결합되고, 사용자의 손가락에 착용되는 손가락 착용부(30)와;
상기 전완 착용부(10)에 설치되며, 전후방향으로 직선 이동하는 피스톤로드를 구비한 공압실린더(40)와;
상기 공압실린더(40)의 피스톤로드(41)와 연결되며, 상기 손 착용부(20)의 후단부에 상대회전 가능하게 연결되어 피스톤로드(41)의 직선 운동을 손 착용부(20)의 회전 운동으로 변환시키는 운동변환링크(50)와;
후단부가 상기 전완 착용부(10)에 회전 가능하게 연결되고 전단부가 상기 손가락 착용부(30)에 회전 가능하게 연결되어, 손 착용부(20)가 제1회전축(21)을 중심으로 회전운동할 때 손가락 착용부(30)가 제2회전축(31)을 중심으로 회전하도록 연동시키는 연동링크(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 착용형 상지 재활 훈련장치.
제1항에 있어서, 상기 연동링크(60)는 C자형의 바아 형태를 가지며, 2개가 전완 착용부(10) 및 손가락 착용부(30)의 양측에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 착용형 상지 재활 훈련장치.
제1항에 있어서, 상기 전완 착용부(10)는 편평한 판상의 베이스(11)와, 상기 베이스(11)의 양측에 아치형으로 만곡되게 형성되어 환자의 팔이 삽입되면서 지지되는 한 쌍의 팔착용판(12)과, 상기 베이스(11)의 전단부에 고정되게 설치되어 상기 제1회전축(21)이 결합됨과 동시에 상기 연동링크(60)의 후단부가 회전 가능하게 연결되는 축연결편(13)을 포함하는 것을 특징으로 하는 착용형 상지 재활 훈련장치.
제1항에 있어서, 상기 손 착용부(20)는 환자의 손등 부분과 연접하는 손등지지판(22)과, 상기 손등지지판(22)의 양측에 아치형으로 만곡되게 형성되어 손의 측면부를 지지하는 측면지지판(23)과, 상기 손등지지판(22)의 양측에 후방으로 연장되게 형성되어 상단부가 상기 운동변환링크(50)와 연결되고 하단부가 상기 전완 착용부(10)에 연결되는 연결편(24)을 포함하는 것을 특징으로 하는 착용형 상지 재활 훈련장치.
제1항에 있어서, 상기 운동변환링크(50)는 역 'U'자형의 바아 형태로 이루어져 양측부가 손 착용부(20)의 후단부 상측에 상대 회전이 가능하게 연결되고, 중앙부가 상기 공압실린더(40)의 피스톤로드(41) 끝단에 연결되어 피스톤로드(41)와 함께 이동하도록된 것을 특징으로 하는 착용형 상지 재활 훈련장치.