KR20160041568A - 보행 안정성을 위한 의족 및 의족 프레임 - Google Patents

Abstract

본 발명의 의족은, 무릎, 하퇴부 및 발로 이루어지는 부분, 또는 하퇴부 및 발로 이루어지는 부분의 잔여지(Stump)에 고정된 고정체에 탈착 가능하게 부착되는 보행 안정성을 위한 의족에 있어서, 상기 고정체에 부착될 수 있도록 상부 영역에 위치하는 결합부; 상기 결합부에 결합되는 발목부 및 상족부가 일체형으로 형성된 상족 프레임; 및 발가락 영역에서 상기 상족 프레임과 연결되는 족저 프레임을 포함하되,
상기 족저 프레임은, 상기 발가락 위치의 말단에서 뒤꿈치 영역 일부까지 절개되며, 상기 뒤꿈치 영역의 적어도 일부가 일체형으로 연결된 U자형 형태를 가지며, 상기 상족 프레임은, 상기 발가락 위치의 말단에서 발등 영역 일부까지 절개되며, 상기 발등 영역의 적어도 일부가 일체형으로 연결된 U자형 형태를 가질 수 있다.

Description

보행 안정성을 위한 의족 및 의족 프레임{Prosthetic Leg and Prosthetic Leg Frame for Walking Stability}

본 발명은 의족 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 다리의 대퇴부(또는 넓적다리) 이하의 부분, 예컨대 무릎, 하퇴부(또는 종아리) 및 발로 이루어지는 부분, 또는 하퇴부 및 발로 이루어지는 부분을 경량이면서 간단한 구조로 제공하고, 아울러 비교적 적은 비용으로 편리하게 제작할 수 있게 하는 의족 및 의족 프레임에 관한 것이다.

지금까지의 통상적인 의족(또는 의족 장치)은 보행 에너지를 저장하고 방출하기 위한 일정형태의 에너지 저장요소를 포함한다. 종래 기술에 따르면, 이러한 에너지 저장요소는 금속 코일스프링이 달린 발목 조인트를 포함한다. 또한, 종래 기술에 따른 의족은 사용자(또는 착용자)의 체중, 또는 그 체중에다 보행 또는 뛸 시 지면으로부터 전달되는 충격에 견딜 수 있도록 하퇴부 또는 발, 또는 이들의 조합을 이루는 금속재질의 지지체를 포함한다. 위와 같은 금속 코일스프링이나 금속재질의 지지체는 의족의 자중을 증대시키고 구조를 복잡하게 하며, 제조단가를 상승시키는 문제가 있다.

또한, 지금까지의 의족은 반복적인 동작이나 계속적으로 부하가 걸리는 상황하에서 사용될 경우, 비교적 무거워 착용자의 대사 에너지의 소모를 증대시키거나, 의족과 결합되는 착용자의 다리부분에 압력을 집중시켜 통증의 유발 또는 움직임을 불편하게 하거나, 이러한 통증의 유발 또는 움직임의 불편이 자세의 균형을 깨뜨려 골반-척추 구조에 통증을 유발하는 문제가 있다.

또한, 종래 기술에 따른 의족은 에너지 저장요소로서 금속 코일스프링을 사용하거나 상기의 에너지 저장요소에다 금속재질의 지지체를 사용하기 때문에, 제품의 자체하중이 큰 데다, 위와 같은 에너지 저장요소를 이용하더라도 그 에너지 저장요소가 의족의 일부분으로서 적용되어 자가-추진력(복귀력)이 비교적 약해 착용자에게 불편을 주는 문제가 있다.

또한, 종래 기술에 따른 의족은 바닥이 평평하지 않거나, 평평한 바닥에 놓여진 돌같은 이물질이 의족에 밟히는 경우, 의족 보행의 안정성을 크게 위협받았다.

한국공개특허 2001-0013639

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 경량이면서 간단한 구조로 제공하고, 우수한 에너지 저장 기능 및 자가-추진력(복귀력)을 가지며, 아울러 비교적 적은 비용으로 편리하게 제작할 수 있게 하는 의족 및 의족 프레임을 제공하는 것이다.

또는, 본 발명은 불평평한 바닥에서 안정성을 확보할 수 있는 의족 및 의족 프레임을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 의족은, 무릎, 하퇴부 및 발로 이루어지는 부분, 또는 하퇴부 및 발로 이루어지는 부분의 잔여지(Stump)에 고정된 고정체에 탈착 가능하게 부착되는 보행 안정성을 위한 의족에 있어서, 상기 고정체에 부착될 수 있도록 상부 영역에 위치하는 결합부; 상기 결합부에 결합되는 발목부 및 상족부가 일체형으로 형성된 상족 프레임; 및 발가락 영역에서 상기 상족 프레임과 연결되는 족저 프레임을 포함하되,

상기 족저 프레임은, 상기 발가락 위치의 말단에서 뒤꿈치 영역 일부까지 절개되며, 상기 뒤꿈치 영역의 적어도 일부가 일체형으로 연결된 U자형 형태를 가지며, 상기 상족 프레임은, 상기 발가락 위치의 말단에서 발등 영역 일부까지 절개되며, 상기 발등 영역의 적어도 일부가 일체형으로 연결된 U자형 형태를 가질 수 있다.

여기서, 상기 족저 프레임의 절개된 홈을 기준으로 구분한 일측 영역과 타측 영역이 서로 다른 높이의 위치에 놓여질 때, 보다 낮은 위치에 놓여진 영역의 방향으로 상기 상족 프레임의 뒤꿈치 영역이 수평 이동할 수 있다.

여기서, 상기 상족 프레임의 뒤꿈치 영역의 수평 이동 여부 또는 이동 거리를 감지하는 센서를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 족저 프레임과 상기 상족 프레임의 적어도 하나는, 절개된 홈을 기준으로 구분한 일측 영역과 타측 영역이 서로 다른 비대칭적인 형상을 가질 수 있다.

예컨대, 상기 일측 영역은 발의 외측(latreal, lateral) 영역일 수 있으며, 상기 타측 영역은 내측(medial) 영역일 수 있다.

여기서, 상기 족저 프레임과 상기 상족 프레임은, 그 뒤꿈치 영역이 정상적인 부하에서는 서로 접촉하지 않고 비정상적으로 큰 부하에서 서로 접촉하도록, 상기 발가락 영역의 연결 부위를 중심으로 V자 형태로 벌어져서, V자 공간을 형성할 수 있다.

여기서, 상기 V자 공간에 상기 족저 프레임 및 상기 상족 프레임의 휨 동작을 억제하기 위한 댐핑 수단을 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 댐핑 수단은, 상기 족저 프레임의 절개된 홈을 기준으로, 일측 영역의 크기와 타측 영역의 크기 및/또는 탄성이 서로 다를 수 있다.

여기서, 상기 족저 프레임의 적어도 일부 영역은 상기 상족 프레임의 가장 얇은 부분 보다 얇은 두께를 가질 수 있다.

여기서, 상기 상족 프레임의 발목 영역은 적어도 하나의 S자형 굴곡부를 가지고, 상기 족저 프레임의 중간 영역은 적어도 하나의 아치형 굴곡부를 가질 수 있다.

여기서, 상기 상족 프레임 및 족저 프레임을 서로 반대 방향으로 회전 가능하도록 상기 발가락 영역에서 연결할 수 있다.

여기서, 상기 상족 프레임 및/또는 상기 족저 프레임에, 다양한 위치에서 상기 프레임 연결부가 체결되도록, 열을 구성한 다수 개의 천공 홀들 또는 발 길이 방향의 슬롯이 형성될 수 있다.

여기서, 상기 결합부는, 상기 고정체와 결합되는 고정체 결합부; 상기 고정체 결합부 하부에 위치하는 결합부 베이스; 및 지면 방향에 대하여 사선 방향의 축을 가지며, 상기 결합부 베이스와 상기 상족 프레임을 결합하는 결합봉을 포함하되, 상기 결합봉을 축으로 한 회전이 방지되도록, 상기 결합부 베이스와 상기 의족 프레임의 밀착 영역은 V자형 돌기 및 이와 맞닿는 V자형 홈이 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 의족 프레임은, 무릎, 하퇴부 및 발로 이루어지는 부분, 또는 하퇴부 및 발로 이루어지는 부분의 잔여지(Stump)에 고정된 고정체에 연결되는 발목부 및 상족부가 일체형으로 형성되고, 발가락 위치의 말단에서 발등 영역 일부까지 절개되며, 상기 발등 영역의 적어도 일부가 일체형으로 연결된 U자형 형태를 가지는 상족 프레임; 발가락 위치의 말단에서 뒤꿈치 영역 일부까지 절개되며, 상기 뒤꿈치 영역의 적어도 일부가 일체형으로 연결된 U자형 형태를 가지며, 상기 발가락 영역에서 상기 상족 프레임과 연결되는 족저 프레임; 및 상기 2 부분으로 분할된 상기 족저 프레임 및 상기 상족 프레임의 분할된 말단들을 각각 연결하는 프레임 연결부를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 상족 프레임 및 상기 족저 프레임은, 일정 탄성을 갖는 유연성 재질의 탄소 섬유 강화 플라스틱 소재로 제작될 수 있다.

상술한 구성에 따른 본 발명의 의족 및/또는 의족 프레임을 실시하면 불평평한 바닥에서 안정성을 확보할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 의족 및/또는 의족 프레임은, 경량이면서 간단한 구조로, 우수한 에너지 저장 기능 및 자가-추진력(복귀력)을 가지며, 아울러 비교적 적은 비용으로 편리하게 제작할 수 있게 하는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 의족의 구조를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 구성 요소들 중 상족 프레임 및 족저 프레임을 보다 상세히 도시한 것이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1의 상족 프레임의 뒤꿈치 영역이 수평 이동하는 것을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 사상에 따른 의족의 결합부의 결합 및 지지 구조를 설명하기 위한 것이다.
도 5는 본 발명의 사상에 따른 의족의 족저 프레임과 상기 상족 프레임에 의한 부하 지지 구조를 설명하기 위한 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 의족 프레임을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 의족 프레임의 발바닥 면을 도시한 것이다.

이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다.

본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.

또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

본 발명의 사상에 따른 의족은, 무릎, 하퇴부 및 발로 이루어지는 부분, 또는 하퇴부 및 발로 이루어지는 부분의 잔여지(Stump)(이는 "발의 잘리고 남은 부분"을 말함)에 고정된 고정체(Fixture)에 탈착 가능하게 부착될 수 있다.

상기 고정체(Fixture)는 상기 잔여지를 감싸는 형상으로 고정되는 소켓형 고정체인 것이 일반적이나, 절단 부위와 의족의 길이가 일치하지 않는 것을 맞추기 위한 지주봉(tube)을 포함하거나, 무릎 이상의 절단 환자가 이용하는 기계식 무릎을 포함할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 의족의 구조를 도시한다. 한편, 도 2는 도 1의 의족 중 프레임들을 보다 상세히 도시한 것이다.

도시한 의족은, 무릎, 하퇴부 및 발로 이루어지는 부분, 또는 하퇴부 및 발로 이루어지는 부분의 잔여지(Stump)에 고정된 고정체에 탈착 가능하게 부착되는 의족으로서, 상기 고정체에 부착될 수 있도록 상부 영역에 위치하는 결합부(120); 상기 결합부(120)에 결합되는 발목부(143) 및 상족부(142)가 일체형으로 형성된 상족 프레임(140); 및 발가락 영역에서 상기 상족 프레임(140)과 연결되는 족저 프레임(160)을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 족저 프레임(160)은, 상기 발가락 위치의 말단에서 뒤꿈치 영역(165) 일부까지 절개되며, 상기 뒤꿈치 영역(165)의 적어도 일부가 일체형으로 연결된 U자형 형태를 가질 수 있다.

여기서, 상기 상족 프레임(140)은, 상기 발가락 위치의 말단에서 발등 영역(145) 일부까지 절개되며, 상기 발등 영역(145)의 적어도 일부가 일체형으로 연결된 U자형 형태를 가지도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 족저 프레임(160) 및 상기 상족 프레임(140)에는 발가락 위치 말단부터 절개되어 각 프레임을 2 부분으로 분할하는 절개홈들(149, 169)이 형성되는데, 이 절개홈들(149, 169)은 끝까지 형성되지 않고, 발등 영역(145)이나 뒤꿈치 영역(165)에서 중단되는 형태를 가진다.

한편, 상기 2 부분으로 분할된 상기 족저 프레임(160) 및 상기 상족 프레임(140)의 분할된 말단(147, 148, 167, 168)은 프레임 연결부(180)로 연결될 수 있다.

상술한 바와 같이, 2 부분으로 분할된 상기 족저 프레임(160) 및 상기 상족 프레임(140)의 분할된 말단들(147, 148, 167, 168)은 좌/우측 말단들 끼리 서로 각각 연결되고, 반대쪽 영역은 분할된 영역이 일체형으로 형성된 구조에 의해, 상기 족저 프레임의 절개된 홈을 기준으로 구분한 일측 영역과 타측 영역이 서로 다른 높이의 위치에 놓여질 때, 보다 낮은 위치에 놓여진 영역의 방향으로 상기 상족 프레임(140)의 뒤꿈치 영역이 수평 이동하게 된다.

도 3a 내지 도 3c는 상술한 상기 상족 프레임의 뒤꿈치 영역이 수평 이동하는 것을 도시한다. 도면에서 상기 절개홈을 기준으로 왼쪽 부분이 높이 위치하고, 오른쪽 부분이 낮게 위치하는 형태로 뒤틀림이 가해지면, 하각축(下脚軸)(상기 프레임 연결부가 형성하는 면에 대하여 수직 방향임)에 대하여 90도 보다 큰 각을 가지는 상기 상족 프레임의 높게 위치한 분할 부분에서는 뒤꿈치 부분을 밀어내고, 낮게 위치한 분할 부분에서는 뒤꿈치 부분을 당기는 형태의 힘이 발생한다. 그 결과, 보다 낮은 위치에 놓여진 영역의 방향으로 상기 상족 프레임의 뒤꿈치 영역이 수평 이동한다.

상술한 수평 이동의 상황은, 주로 의족을 착용한 상태에서 평평하지 않은 바닥을 걸을 때 발생된다. 예컨대, 자갈길을 걸을 때나, 평평한 도로상에 놓여진 작은 돌을 밟을 때, 상술한 수평 이동이 발생될 수 있다.

설명의 편의상 수평 이동이라고 표현하였지만, 도 3c에 도시한 바와 같이, 상술한 상황에서 상기 상족 프레임의 뒤꿈치 영역은 발가락 쪽을 축으로 한 원호상에서 수평 이동을 수행한다. 즉, 상기 수평 이동은, 엄밀한 의미의 수평 이동과 뒤꿈치에 대한 피봇이 결합된 형태로 이루어진다고 볼 수 있다. 또한, 상기 상족 프레임 및/또는 족저 프레임의 U자형 형태 부분에서 발생하는 뒤틀림(tortion) 현상도 본 실시예의 의족의 바람직한 효과에 기여할 수 있다.

상술한 상황에서 상기 상족 프레임의 뒤꿈치 영역의 수평 이동은 다음과 같은 효과를 유발한다.

먼저, 첫번째 효과를 설명하겠다. 상술한 상황, 특히, 바닥에 놓여진 돌을 밟은 상황에서는, 바닥면의 기울임에 의해 순간적으로 부하 중심이 낮은 쪽(돌이 없는 쪽)으로 기울여지게 되어, 의족 환자의 보행 균형에 문제가 발생될 수 있다. 이때, 상기 상족 프레임의 뒤꿈치 영역의 수평 이동은 낮은 위치의 방향(돌이 없는 쪽)으로 발생하여, 의족 착용자가 순간적으로 기울여진 보행 균형을 바로 잡는데 도움을 줄 수 있다. 이 효과는 특히, 의족 착용자가 보행할 때 부하가 실리는 바깥쪽 바닥 밑에 돌이 놓여진 상황에서, 의족 착용자의 순간적인 균형 유지에 도움이 된다.

다음, 두번째 효과를 설명하겠다. 신체의 발은 수 많은 감각 수용체(특히, 압력 수용체)들을 구비하여, 인간은 걸을 때 바닥면의 상태를 시각으로 확인하지 않고도 용이하게 파악할 수 있다. 그러나, 의족은 이와 같은 감각 수단이 존재하지 않으며, 평평하지 않은 바닥면의 기울임에 의해 순간적으로 부하 중심이 낮은 쪽(돌이 없는 쪽)으로 발목 축이 미세하게 기울여지는 것은, 의족 착용자가 감각적으로 감지하기가 곤란하다. 이는 부하 중심축의 기울임은 착용자의 전체 질량에 대하여 감쇄되는 효과가 커서, 전정기관의 감각에는 미세하게 느껴지기 때문이다.

반면, 본 발명의 사상에 따른 의족을 착용한 경우에는, 평평하지 않은 바닥면의 기울임은, 상기 상족 프레임의 뒤꿈치 영역의 수평 이동을 유발하는데, 상기 뒤꿈치 영역의 수평이동은 착용자 전체 질량의 수평 이동에 연관되어, 착용자가 용이하게 상황을 감각적으로 인지할 수 있다. 또한, 상기 뒤꿈치 영역의 수평이동은, 착용자의 소켓의 미세한 회전력을 가하게 되는데, 소켓은 비교적 신경이 예민한 피부에 접촉하므로, 착용자가 이를 인지할 수 있다.

다음, 세번째 효과를 설명하겠다. 평평하지 않은 바닥면에 대응할 수 있도록 단순 분할된 족저 프레임을 구비하거나, 분균일한 탄성력을 가지는 족저 프레임을 구비한 의족 착용자의 경우, 보행시 의족을 밟고 나갈 때, 발로 차는 형태로 의족이 튀면서 안쪽 또는 바깥쪽으로 의족이 회전하는 회전 키킹 현상이 발생될 수 있다. 특히, 의족 착용자가 평평한 바닥면의 돌을 밟고 지나가는 경우, 돌을 밟은 쪽에 축적된 탄성 에너지가 반대쪽 보다 커서, 돌을 밟은 부분 반대 방향으로 발가락 부위가 회전하는 형태의 회전 키킹 현상이 발생될 수 있다.

반면, 본 발명의 사상에 따른 의족을 착용한 경우에는, 평평하지 않은 바닥면의 기울임은, 상기 상족 프레임의 뒤꿈치 영역의 낮은 방향(돌을 밟은 반대 방향)으로의 수평 이동을 유발하는데, 이 수평 이동은 발 전체로 보았을 때는 반대 방향의 회전을 유발한다. 즉, 돌을 밟은 경우, 상기 수평 이동은, 돌을 밟은 방향으로 발가락 부위가 회전하도록 한다.

그 결과, 상기 회전 키킹 현상에 의한 회전 방향과 반대 방향의 회전력을 부여함으로서, 상기 회전 키킹 현상을 효과적으로 억제할 수 있다.

한편, 상기 2 부분으로 분할된 상기 족저 프레임 및 상기 상족 프레임의 분할된 말단(147, 148, 167, 168)은 프레임 연결부(180)로 연결될 수 있다. 구현에 따라, 상기 프레임 연결부(180)는, 상기 상족 프레임 및 족저 프레임을 서로 반대 방향으로 회전 가능하도록 상기 발가락 영역에서 연결할 수 있다. 예컨대, 상기 프레임 연결부를 상기 프레임 연결부의 연결부위에 천공된 연결공(151)을 관통하여 2 프레임을 결합시키는 나사 수단(182, 183, 184, 185)이나 리벳 수단일 수 있다. 이 경우, 상술한 상기 상족 프레임의 뒤꿈치 부분의 수평 이동을 보다 원할하게 할 뿐만 아니라, 상기 수평이동에 의한 프레임의 손상을 억제할 수 있다.

도면에서 상기 프레임 연결부(180)는, 발의 발가락 끝 위치가 아닌, 앞꿈치 부분에 형성되었으나, 다른 구현에서는 발가락 끝 위치에 형성될 수 있다.

도시된 바와 같이 진보된 다른 구현에서, 상기 프레임 연결부(180)는, 발가락 끝 위치에서 발 중심 위치까지 중에서 하나의 위치로 사용자가 조정할 수 있는 구조를 가질 수 있다. 상기 프레임 연결부(180)가 발가락 끝 위치로 조정되면, 상기 상족 프레임(140) 및 족저 프레임(160)이 겹치는 부분이 많아져, 전체 의족 발 치수는 작아지며, 상기 프레임 연결부(180)가 발 중심 위치로 조정되면, 상기 상족 프레임(140) 및 족저 프레임(160)이 겹치는 부분이 적어져, 전체 의족 발 치수는 커진다. 즉, 동일한 규격의 상족 프레임(140) 및 족저 프레임(160)을 결합하여 의족을 구성할 때, 상기 프레임 연결부(180)의 위치 조정으로 다양한 발 크기에 적합하게 할 수 있다.

이를 위해, 상기 상족 프레임(140) 및/또는 상기 족저 프레임(160)에, 다양한 위치에서 상기 프레임 연결부(180)가 체결(통과)되도록, 열을 구성한 다수 개의 천공 홀들(171 ~ 176)이 형성되거나, 발 길이 방향의 슬롯이 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이 발가락 영역을 상기 상족 프레임(140) 만으로 형성하면, 동양인의 발가락 부분이 얇은 것을 반영하여, 신발 착용시 보다 자연스러운 미관을 확보할 수 있다.

또한, 상기 상족 프레임(140)의 발가락 끝 위치의 저면에는, 패드부(159)를 더 포함할 수 있다. 상기 패드부(159)는 발가락 끝의 박차는 탄력 조정 및/또는 상기 프레임 연결부(180)의 위치 조정에 따른 발바닥면의 높이 편차를 줄이는 기능을 수행할 수 있다.

도 4는 본 발명의 사상에 따른 의족의 상기 결합부(120)의 결합 및 지지 구조를 설명하기 위한 것이다.

도시한 상기 결합부(120)는, 상기 고정체와 결합되는 고정체 결합부(122); 상기 고정체 결합부(122) 하부에 위치하는 결합부 베이스(124); 및 지면 방향에 대하여 사선 방향의 축을 가지며, 상기 결합부 베이스(124)와 상기 상족 프레임(140)을 결합하는 결합봉(126)을 포함하되, 상기 결합봉(126)을 축으로 한 회전이 방지되도록, 상기 결합부 베이스(124)와 상기 상족 프레임(140)의 밀착 영역은 V자형 돌기 및 이와 맞닿는 V자형 홈이 형성될 수 있다.

도시한 상기 고정체 결합부(122)는, 상단에 상기 고정체에 체결되는 고정체 체결 수단이 배치될 수 있다. 상기 결합부 베이스(124)는, 그 하단에 상기 V자형 홈이 형성된, 바 구조 형태를 가질 수 있다. 상기 바 구조는 착용자의 잔여지 길이나 의족과 결합하는 상기 고정체 쪽의 구성에 부합되도록, 경우에 따라 적합한 길이를 가질 수 있다.

상기 결합봉(126)은 나사 등 반복적으로 결합 및 해체를 수행할 수 있는 체결 구조를 가질 수 있다. 도면에서의 상기 결합봉(126)은 부하의 지지력 확보 및 회전 방지를 위한 지지력 확보를 위해 중력 방향에 대하여 사선 방향의 축을 가지고 있지만, 다른 구현에서는 중력 방향에 대하여 수직인 축을 가질 수 있다.

도시한 결합봉(126) 및 V자형 홈 구조는, 하나의 결합 수단(예: 나사)을 이용하여 상기 결합부 베이스(124)와 상기 상족 프레임(140)을 결합하여, 비용 및/또는 무게 절감 및 체결 시간 단축의 효과를 가져오면서도, 상기 V자형 홈이 상기 상족 프레임(140)에 형성된 V자형 돌기(144)에 고정되어 상기 상족 프레임(140)의 유동이나 회전을 방지할 수 있는 효과를 동시에 달성하고 있다. 한편, 상기 결합부 베이스(124)에는 상기 결합봉(126)이 삽입될 수 있는 나사공(129)이나 천공홀이 형성될 수 있다. 또한, 미관용 커버 작업을 수행할 때, 발목의 곡선을 최대한 살릴 수 있는 효과를 달성하고 있다.

또한, 상기 V자형 홈을 이용하여, 가장 휨성이 있는 발 중간 부분을 피해서 V자형 홈으로 2분화시켜 측면 각도의 쏠림 현상을 흡수하며, 발목 피라미드 부분의중심 이동을 유도해서, 멀티 조인트 효과를 달성할 수 있다.

구현에 따라, 상기 결합부 베이스(124)에 형성된 상기 V자형 홈과 상기 상족 프레임(140)에 형성된 V자형 돌기(144) 사이에 마모 방지를 위한 가스킷이 더 구비될 수 있다. 상기 가스킷은 상기 결합부 베이스(124) 및 상기 상족 프레임(140) 보다 마모성이 높은 재질로 구성하여, 양자를 마모로부터 보호한다.

도 5는 본 발명의 사상에 따른 의족의 상기 족저 프레임(160)과 상기 상족 프레임(140)에 의한 부하 지지 구조를 설명하기 위한 것이다.

도시한 상기 족저 프레임(160)과 상기 상족 프레임(140)은, 그 뒤꿈치 영역이 정상적인 부하에서는 서로 접촉하지 않고 비정상적으로 큰 부하에서 서로 접촉하도록, 상기 발가락 영역의 연결 부위를 중심으로 V자 형태로 벌어져서, V자 공간(VR)을 형성한다. 즉, 상기 족저 프레임(160) 및/또는 상기 상족 프레임(140)의 발가락 영역은 도시한 바와 같은 소정의 휨(예: 아치형 휨) 구조체를 형성할 수 있다. 도면에서는 상기 상족 프레임(140)은 위로 휘어진 휨 구조체를 형성하고, 상기 족저 프레임(160)은 아래로 휘어진 휨 구조체를 형성하였다. 다른 구현에서는 족저 프레임(160)의 휨 구조체는 위를 향하거나 생략될 수 있다.

착용자의 몸무게에 의한 하중이 가해지는 환경에서는, 상기 V자 공간은 유지되고, 착용자의 몸무게 보다 큰 하중(예: 착용자 몸무게의 4 내지 7 배의 하중)이 가해지는 환경에서는 상기 V자 공간(VR)이 소멸되도록 하는 강성(탄력성)을, 상기 족저 프레임(160) 및/또는 상기 상족 프레임(140)의 발가락 영역 휨 구조체가 가지는 것이 유리하다.

상술한 구조의 경우, 착용자가 비교적 무거운 짐을 가지고 이동 중 보다 낮은 위치로 내려가는 상황 등에서, 상기 V자 공간(VR)이 소멸되면서, 상기 족저 프레임(160)과 상기 상족 프레임(140)이 맞닿아 유효한 지지력을 제공하면서, 과도한 휨으로 인한 프레임의 파손을 방지할 수 있다. 즉, 순간적인 하중이 증가되었을 때, 과도한 움직임의 각도를 제한하는 안전장치로서 기능할 수 있다..

본 발명의 사상에 따라 평평하지 않은 바닥면에 놓여져, 상기 상족 프레임(140)의 뒤꿈치 영역의 수평 이동이 발생하는 때에는, 상기 상족 프레임(140) 및 상기 족저 프레임(160)에는 뒤틀림 힘이 가해져, 상기 상족 프레임(140) 및 상기 족저 프레임(160)의 내구성을 떨어뜨린다.

도시한 구현의 경우, 상기 족저 프레임(160)의 적어도 일부 영역은 상기 상족 프레임(140)의 가장 얇은 부분 보다 얇은 두께를 가질 수 있다. 이는 비용 및 구조 면에서 비교적 교체가 곤란한 상족 프레임(140)의 내구성 손상을 억제하기 위한 것이다. 즉, 상기 수평 이동 상황에서, 족저 프레임(160)의 뒤틀림이 크도록 유도하여, 상기 상족 프레임(140)의 뒤틀림이 작아지도록 한다.

구현에 따라, 상기 상족 프레임(140)의 발목 영역은 적어도 하나의 S자형 굴곡부를 가질 수 있다. 상기 상족 프레임(140)은 탄성력 있는 소재(예: 강화 플라스틱 소재)로 제작되며, 이 경우 상기 S자형 굴곡부에 의한 탄성력에 의해 중력 방향의 충격을, 인체 척추의 S자형 굴곡부와 같이 감쇠시킬 수 있다.

구체적으로 상기 S자형 굴곡부는, 초기 입각기(Initial-contact)시 무릎에 전해지는 충격을 완화시키며, 무릎 굴곡으로 동작이 되기까지 보행의 유연성을 증가시킬 수 있다.(ex: foot plate - dorsiflextion)

구현에 따라, 상기 족저 프레임(160)의 중간 영역은 적어도 하나의 아치형 굴곡부를 가질 수 있다. 상기 족저 프레임(160)은 탄성력 있는 소재(예: 강화 플라스틱 소재)로 제작되며, 이 경우 상기 아치형 굴곡부에 의한 탄성력에 의해 중력 방향의 충격을, 인체 발 골격의 아치형 굴곡부와 같이 감쇠시킬 수 있다.

상기 족저 프레임(160) 및 상족 프레임(140)은 하나의 의족 프레임을 구성할 수 있다. 즉, 본 발명의 사상에 따른 의족 프레임은, 무릎, 하퇴부 및 발로 이루어지는 부분, 또는 하퇴부 및 발로 이루어지는 부분의 잔여지(Stump)에 고정된 고정체에 탈착 가능하게 부착되는 의족을 기계적으로 지지하는 역할을 수행한다.

상기 의족 프레임은, 상기 고정체에 연결되는 발목부 및 상족부가 일체형으로 형성되고, 발가락 위치의 말단에서 발등 영역 일부까지 절개되며, 상기 발등 영역의 적어도 일부가 일체형으로 연결된 U자형 형태를 가지는 상족 프레임(140); 발가락 위치의 말단에서 뒤꿈치 영역 일부까지 절개되며, 상기 뒤꿈치 영역의 적어도 일부가 일체형으로 연결된 U자형 형태를 가지며, 상기 발가락 영역에서 상기 상족 프레임(140)과 연결되는 족저 프레임(160); 및 상기 2 부분으로 분할된 상기 족저 프레임(160) 및 상기 상족 프레임(140)의 분할된 말단들을 각각 연결하는 프레임 연결부(180)를 포함할 수 있다.

상기 의족 프레임은 일정 탄성을 갖는 유연성 재질로 제작할 수 있으며, 예컨데, 탄소 섬유 강화 플라스틱 소재로 제작할 수 있다.

보다 구체적으로, 본 발명의 의족 프레임은, 가령, 에폭시 바인더를 갖는 탄소 필라멘트를 이용하여 만들어질 수 있다. 그러나, 경량이며 절단수술자와 일치하는 구조 및 동적 특성을 보증하는 한, 글라스(fiber-glass), 케블라(Kevlar), 나일론과 같은 다른 필라멘트 형태를 사용할 수 있다. 또는, 그래핀(graphene) 재질을 포함할 수 있다.

바람직하게, 발부재(10)는 종방향 필라멘트를 서로 묶고 하중의 작용하에 그들의 분리를 막기 위해 종방향 필라멘트의 단편으로 산재된 종방향(길이 방향) 필라멘트의 조합을 이용하여 구성된다. 일실시예에 있어서, 종방향 또는 90° 필라멘트 및 횡방향 또는 0°필라멘트가 사용될 수 있다. 그러나, 다른 필라멘트 배열도 사용할 수 있다. 예를 들면, 종방향 및 횡방향 필라멘트는 45°와 같이, 서로에 대해서 다양한 각도로 배열될 수 있다. 바람직하게, 종방향 필라멘트는 서로 직접 접촉하여 배치되는 박막으로 배열된다. 예를 들면, 박막은 봉입 중합체에 의해 작동적인 관계를 유지하면서 서로 포개질 수 있고, 박막의 두께에 의해 결정되는 굽힘응력을 견뎌낼 수 있다. 박막의 수는 의족의 사이즈에 따라 적절히 달라진다. 예를 들면, 소형 의족의 프레임은 대형 의족의 프레임 보다도 적은 수의 박막을 포함할 수 있다.

상기 의족 프레임을 구성하는 상족/족저 프레임(140, 160) 및 프레임 연결부(180)는 앞서 상세히 설명하였으므로 중복 설명을 생략하겠다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 의족 프레임을 도시한 것이다.

도시한 의족 프레임은, 고정체에 연결되는 발목부 및 상족부가 일체형으로 형성되고, 발가락 위치의 말단에서 발등 영역 일부까지 절개되며, 상기 발등 영역의 적어도 일부가 일체형으로 연결된 U자형 형태를 가지는 상족 프레임(140); 발가락 위치의 말단에서 뒤꿈치 영역 일부까지 절개되며, 상기 뒤꿈치 영역의 적어도 일부가 일체형으로 연결된 U자형 형태를 가지며, 상기 발가락 영역에서 상기 상족 프레임(140)과 연결되되, 상기 발가락 영역의 연결 부위를 중심으로 상기 상족 프레임(140)에 대하여 V자 형태로 벌어져서, V자 공간을 형성하는 족저 프레임(160); 상기 2 부분으로 분할된 상기 족저 프레임(160) 및 상기 상족 프레임(140)의 분할된 말단들을 각각 연결하는 프레임 연결부(180); 및 상기 V자 공간에 상기 족저 프레임(160) 및 상기 상족 프레임(140)의 휨 동작을 억제하기 위한 댐핑 수단(190)을 포함할 수 있다.

즉, 상기 족저 프레임(160)과 상기 상족 프레임(140)에 대하여, 상기 발가락 영역의 연결 부위를 중심으로 V자 형태로 벌어져서 형성된 V자 공간에 상기 댐핑 수단(190)이 위치한다. 상기 댐핑 수단(190)은 과도하거나 급격한 휨 발생에 의한 상기 족저 프레임(160)과 상기 상족 프레임(140)의 손상을 억제할 수 있으며, 착용자의 몸무게에 따라 탄성력, 복원력, 감쇠성능을 미세하게 조정하는 역할을 수행할 수 있다.

구현에 따라, 상기 댐핑 수단(190)은 가령 폴리우레탄이나 폴리프로필렌과 같은 딱딱한 플라스틱으로 제조할 수 있다. 상기 댐핑 수단(190)은 가령 폼(foam), 천연 또는 합성 고무 등과 같이 보다 압축성 재료로 제조할 수도 있다. 그러나, 상기 댐핑 수단(190)은 의족 프레임에 적절한 충격 흡수를 제공하도록 구성된 것이라면 어떠한 재료로도 제조할 수 있다.

또 다른 구현의 의족 프레임의 경우, 상기 댐핑 수단(190)은, 상기 족저 프레임(160)의 절개된 홈을 기준으로, 일측 영역의 크기와 타측 영역의 크기 및/또는 탄성이 서로 다른 성질을 가질 수 있다.

한편, 상기 족저 프레임(160)의 절개된 홈을 기준으로 나누어진 일측 영역 및 타측 영역에 서로 분리된 형태의 댐핑 수단이 설치되거나, 하나의 단일 형태의 댐핑 수단이 설치될 수 있다. 전자의 경우, 2 영역의 댐핑 수단의 크기 및/또는 탄성이 서로 다른 성질을 가지도록 형성될 수 있다. 후자의 경우, 위에서 본 형태가 직사각형이 아닌, 사다리꼴이나, 삼각형, 부채꼴, S자 변을 가진 형태 등으로, 상기 2 영역의 면적이 다른 단일 형태의 댐핑 수단이 적용될 수 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 의족 프레임의 발바닥 면을 도시한 것이다.

본 실시예의 족저 프레임(260)과 상족 프레임의 적어도 하나는, 절개된 홈(269)을 기준으로 구분한 일측 영역과 타측 영역이 서로 다른 비대칭적인 형상을 가질 수 있다.

예컨대, 도시한 구조에서, 오른쪽에 위치한 분할된 말단(268)은 발의 바깥쪽에 해당되고, 왼쪽에 위치한 분할된 말단(267)은 발의 안쪽에 해당될 수 있다. 이는 의족 착용자는 보통 사람들과는 달리 발의 바깥쪽에 부하를 가하면서 보행하는 것을 감안한 것으로, 발 뒤꿈치 영역(265)에서 부터 오른쪽에 위치한 분할된 말단(268)을 거쳐 발가락 영역으로 원할하게 부하를 이동시킬 수 있게 한다.

또는, 2개의 분할된 말단들(267, 268) 중 폭이 넓은 것(도면에서는 268)을 엄지쪽으로 적용하여, 보행시 지면에서 떨어진 직후의 안정성을 높일 수 있다.

도시하지는 않았지만, 본 실시예의 상족 프레임도 상기 족저 프레임(260)과 동일한 형태의 절개 홈을 가질 수 있으며, 서로 다른 형태의 패드부(256)를 구비할 수 있다.

도시하지는 않았지만, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 의족은, 상족 프레임(도 1의 140)의 뒤꿈치 영역의 수평 이동 여부 또는 이동 거리를 감지하는 센서를 더 포함할 수 있다. 상기 센서는 감지한 상기 뒤꿈치 영역의 수평 이동 여부 또는 이동 거리에 대한 정보를 의족이 연결되는 고정체로 전달할 수 있다. 그러면, 상기 고정체의 상부에 설치되거나, 접속되는 연산 장치에서, 보행 중 의족에 부하가 가해지는 특성을 판단할 수 있다.

이를 위해 상기 상족 프레임(140) 또는 족저 프레임(도 1의 160) 중 하나의 뒤꿈치 영역에 발광 소자(예: LED) 및 상기 발광 소자에서 방출된 빛의 반사광을 수신하는 감광 소자(예: 포토 다이오드)를 구비하고, 다른 하나의 뒤꿈치 영역에 바코드나 천공홀들을 구비할 수 있다. 여기서, 상기 바코드나 천공홀들은 상술한 뒤꿈치 영역의 수평 이동 방향으로 나열될 수 있다.

추가적으로, 중립 위치에는 소정의 패턴을 구비하고, 상기 발광 소자 및 감광 소자로, 상기 중립 위치 패턴을 감지하도록 구현할 수도 있다. 그러면, 상기 연산 장치에서, 중립 위치에 대하여 비대칭적으로 보행 중 의족에 부하가 가해지는 특성을 판단할 수 있다.

상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

120 : 결합부
140 : 상족 프레임
160 : 족저 프레임
149, 169 : 절개홈
180 : 프레임 연결부

Claims (14)

1. 무릎, 하퇴부 및 발로 이루어지는 부분, 또는 하퇴부 및 발로 이루어지는 부분의 잔여지(Stump)에 고정된 고정체에 탈착 가능하게 부착되는 보행 안정성을 위한 의족에 있어서,
   상기 고정체에 부착될 수 있도록 상부 영역에 위치하는 결합부;
   상기 결합부에 결합되는 발목부 및 상족부가 일체형으로 형성된 상족 프레임; 및
   발가락 영역에서 상기 상족 프레임과 연결되는 족저 프레임
   을 포함하되,
   상기 족저 프레임은, 상기 발가락 위치의 말단에서 뒤꿈치 영역 일부까지 절개되며, 상기 뒤꿈치 영역의 적어도 일부가 일체형으로 연결된 U자형 형태를 가지며,
   상기 상족 프레임은, 상기 발가락 위치의 말단에서 발등 영역 일부까지 절개되며, 상기 발등 영역의 적어도 일부가 일체형으로 연결된 U자형 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 의족.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 족저 프레임의 절개된 홈을 기준으로 구분한 일측 영역과 타측 영역이 서로 다른 높이의 위치에 놓여질 때, 보다 낮은 위치에 놓여진 영역의 방향으로 상기 상족 프레임의 뒤꿈치 영역이 수평 이동하는 것을 특징으로 하는 의족.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 상족 프레임의 뒤꿈치 영역의 수평 이동 여부 또는 이동 거리를 감지하는 센서를 더 포함하는 의족.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 족저 프레임과 상기 상족 프레임의 적어도 하나는, 절개된 홈을 기준으로 구분한 일측 영역과 타측 영역이 서로 다른 비대칭적인 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 의족.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 족저 프레임과 상기 상족 프레임은, 그 뒤꿈치 영역이 정상적인 부하에서는 서로 접촉하지 않고 비정상적으로 큰 부하에서 서로 접촉하도록, 상기 발가락 영역의 연결 부위를 중심으로 V자 형태로 벌어져서, V자 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 의족.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 V자 공간에 상기 족저 프레임 및 상기 상족 프레임의 휨 동작을 억제하기 위한 댐핑 수단을 더 포함하는 의족.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 댐핑 수단은,
   상기 족저 프레임의 절개된 홈을 기준으로, 일측 영역의 크기와 타측 영역의 크기 또는 탄성이 서로 다른 것을 특징으로 하는 의족.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 족저 프레임의 적어도 일부 영역은 상기 상족 프레임의 가장 얇은 부분 보다 얇은 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 의족.
   
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 상족 프레임의 발목 영역은 적어도 하나의 S자형 굴곡부를 가지고,
   상기 족저 프레임의 중간 영역은 적어도 하나의 아치형 굴곡부를 가지는 의족.
   
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 상족 프레임 및 족저 프레임을 서로 반대 방향으로 회전 가능하도록 상기 발가락 영역에서 연결하는 프레임 연결부
    를 더 포함하는 의족.
    
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 상족 프레임 또는 상기 족저 프레임에, 다양한 위치에서 상기 프레임 연결부가 체결되도록, 열을 구성한 다수 개의 천공 홀들 또는 발 길이 방향의 슬롯이 형성된 것을 특징으로 하는 의족.
    
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 결합부는,
    상기 고정체와 결합되는 고정체 결합부; 및
    상기 고정체 결합부 하부에 위치하는 결합부 베이스; 및
    지면 방향에 대하여 사선 방향의 축을 가지며, 상기 결합부 베이스와 상기 상족 프레임을 결합하는 결합봉을 포함하되,
    상기 결합봉을 축으로 한 회전이 방지되도록, 상기 결합부 베이스와 상기 의족 프레임의 밀착 영역은 V자형 돌기 및 이와 맞닿는 V자형 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 의족.
    
13. 무릎, 하퇴부 및 발로 이루어지는 부분, 또는 하퇴부 및 발로 이루어지는 부분의 잔여지(Stump)에 고정된 고정체에 연결되는 발목부 및 상족부가 일체형으로 형성되고, 발가락 위치의 말단에서 발등 영역 일부까지 절개되며, 상기 발등 영역의 적어도 일부가 일체형으로 연결된 U자형 형태를 가지는 상족 프레임;
    발가락 위치의 말단에서 뒤꿈치 영역 일부까지 절개되며, 상기 뒤꿈치 영역의 적어도 일부가 일체형으로 연결된 U자형 형태를 가지며, 상기 발가락 영역에서 상기 상족 프레임과 연결되는 족저 프레임; 및
    상기 족저 프레임 및 상기 상족 프레임의 U자형 형태로 분할된 말단들을 각각 연결하는 프레임 연결부
    를 포함하는 보행 안정성을 위한 의족 프레임.
    
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 상족 프레임 및 상기 족저 프레임은, 일정 탄성을 갖는 유연성 재질의 탄소 섬유 강화 플라스틱 소재로 제작된 것을 특징으로 하는 보행 안정성을 위한 의족 프레임.
    

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