KR20160139153A - 무릎관절 변형 측정장치 - Google Patents

Abstract

무릎관절 변형 측정장치가 개시된다. 일 실시 예에 있어서, 상기 무릎관절 변형 측정장치는 다리에 장착되며 일측 단부 및 타측 단부가 각각 상기 다리의 대퇴부 및 하퇴부에 지지되어 무릎관절의 변형을 감지하는 센서, 상기 센서의 상기 일측 단부 및 상기 타측 단부가 각각 상기 대퇴부 및 상기 하퇴부에 지지되도록 하는 고정부 및 상기 센서와 연결되며 상기 센서로부터 제공되는 신호로부터 상기 무릎관절의 상기 변형의 수준이 기준수준을 초과한 경우에 소리, 진동, 빛 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 형태로 외부에 알리는 알림부를 포함한다. 상기 무릎관절의 상기 변형은 상기 대퇴부에 대한 상기 하퇴부의 상대적인 변위 또는 상기 하퇴부에 대한 상기 대퇴부의 상대적인 변위에 의하여 야기된다. 상기 센서는 상기 무릎관절의 상기 변형에 따라 상기 센서의 상기 일측 단부 및 상기 타측 단부 사이에 가해지는 인장력을 감지한다.

Description

무릎관절 변형 측정장치{apparatus for measuring deformation of knee joint}

본 명세서는 대체로 무릎관절 변형 측정장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 무릎관절각의 과도한 변형을 측정하여 사용자에게 알려주어 사용자 스스로 자세를 교정할 수 있도록 도와주는 무릎관절 변형 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 휜 다리 증상이 계속되면 다리의 내외측 근육의 기능에 균형이 깨지게 되며 몸 전체의 골격에 역학적인 관계가 변질되어 골반의 틀어짐, 허리 휨 현상 등이 나타나기 시작한다. 즉, 휜 다리 증상을 방치하면 다양한 질병의 원인이 되며, 향후에는 퇴행성 관절염을 수반할 수 있다.

휜 다리의 예로는 내반슬(O자 다리), 외반슬(X자 다리), 반장슬(뒤쪽으로 무릎이 휜 상태) 등이 있다. 내반슬은 차렷 자세로 섰을 때 두발은 맞닿지만 무릎이 붙지 않는 경우이고, 외반슬은 무릎은 붙어 있으나, 두 발이 붙지 않는 경우를 일컫는다. 반장슬은 똑바로 서있을 때 정강이에서 허벅지로 이어지는 뒤쪽이 굽어있으며, 걸을 때 무릎이 뒤로 빠지는 경우를 말한다. 이러한 휜 다리는 무릎관절(슬관절) 각이 정상 범위에서 벗어난 각변형(angular deformity)에 기인한다. 정상 범위의 무릎관절각은 나이에 따라 변화하므로 환자의 연령에 따라 정상, 비정상 여부를 결정할 수 있다.

이와 같이, 다리가 내반슬, 외반슬, 반장슬 등의 증상으로 인하여 휘게 되면 장시간 보행의 어려움, 골반의 틀어짐이나 허리 휨 현상 등의 신체 장애 등이 유발될 수 있다.

종래에는 휜 다리 교정을 위하여 다리의 일측에 딱딱한 부목을 대어 교정하거나, 양다리 사이에 배치된 일직선으로 연장된 고정지지대를 중심으로 벨트 등을 활용하여 양쪽 무릎부, 종아리부 및 발목부를 감싸고 벨트의 탄력에 의하여 교정하는 방식을 사용하였다. 이와 관련된 문헌으로는 한국공개실용신안 KR 20-1998-0031907 '다리 교정용 교정구', 한국공개특허 KR 10-2014-0044481 '휜 다리 교정장치' 등이 있다. 이들 종래기술은 교정장치를 활용하여 휜 다리를 교정하는 관점에서 도출된 발명이다. 이들 발명을 통하여 휜 다리를 교정한다고 하더라도 기존의 잘못된 자세 습관이 유지될 경우라면 교정장치를 제거한 이후에는 언제든 휜 다리 문제는 발생할 수 있다는 문제점이 있다. 이와 달리, 본 명세서에서 개시하는 기술은 교정장치의 관점이 아닌 잘못된 자세 습관의 교정이라는 관점에서 도출되었다. 본 명세서에서 개시하는 기술을 사용하는 사용자는 잘못된 자세 습관이 센서를 통하여 인지되면 본 명세서의 기술을 통하여 소리, 진동, 빛 등의 다양한 방법으로 이에 대한 피드백을 제공받아 스스로 자세를 교정할 수 있다. 이를 통하여 본 명세서에서 개시되는 기술은 교정장치를 통한 수동적인 교정이 아닌 사용자 스스로가 자신의 잘못된 자세를 수정하도록 해주는 능동적인 자세 교정을 제공해 줄 수 있다.

일 실시 예에 있어서, 무릎관절 변형 측정장치가 개시(disclosure)된다. 상기 무릎관절 변형 측정장치는 다리에 장착되며 일측 단부 및 타측 단부가 각각 상기 다리의 대퇴부 및 하퇴부에 지지되어 무릎관절의 변형을 감지하는 센서, 상기 센서의 상기 일측 단부 및 상기 타측 단부가 각각 상기 대퇴부 및 상기 하퇴부에 지지되도록 하는 고정부 및 상기 센서와 연결되며 상기 센서로부터 제공되는 신호로부터 상기 무릎관절의 상기 변형의 수준이 기준수준을 초과한 경우에 소리, 진동, 빛 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 형태로 외부에 알리는 알림부를 포함한다. 상기 무릎관절의 상기 변형은 상기 대퇴부에 대한 상기 하퇴부의 상대적인 변위 또는 상기 하퇴부에 대한 상기 대퇴부의 상대적인 변위에 의하여 야기된다. 상기 센서는 상기 무릎관절의 상기 변형에 따라 상기 센서의 상기 일측 단부 및 상기 타측 단부 사이에 가해지는 인장력을 감지한다.

전술한 내용은 이후 보다 자세하게 기술되는 사항에 대해 간략화된 형태로 선택적인 개념만을 제공한다. 본 내용은 특허 청구 범위의 주요 특징 또는 필수적 특징을 한정하거나, 특허청구범위의 범위를 제한할 의도로 제공되는 것은 아니다.

도 1은 휜 다리 증상의 예를 보여주는 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 본 명세서에서 개시하는 무릎관절 변형 측정장치의 개념도이다.
도 3은 다른 실시 예에 따른 본 명세서에서 개시하는 무릎관절 변형 측정장치의 개념도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 고정부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 다른 실시 예에 따른 고정부를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하고 자 한다. 본문에서 달리 명시하지 않는 한, 도면의 유사한 참조번호들은 유사한 구성요소들을 나타낸다. 상세한 설명, 도면들 및 청구항들에서 상술하는 예시적인 실시 예들은 한정을 위한 것이 아니며, 다른 실시 예들이 이용될 수 있으며, 여기서 개시되는 기술의 사상이나 범주를 벗어나지 않는 한 다른 변경들도 가능하다. 당업자는 본 개시의 구성요소들, 즉 여기서 일반적으로 기술되고, 도면에 기재되는 구성요소들을 다양하게 다른 구성으로 배열, 구성, 결합, 도안할 수 있으며, 이것들의 모두는 명백하게 고안되어지며, 본 개시의 일부를 형성하고 있음을 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 도면에서 여러 층(또는 막), 영역 및 형상을 명확하게 표현하기 위하여 구성요소의 폭, 길이, 두께 또는 형상 등은 과장되어 표현될 수도 있다.

일 구성요소가 다른 구성요소 "에 배치" 이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접 배치되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.

일 구성요소가 다른 구성요소 "에 연결" 이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접 연결되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.

일 구성요소가 다른 구성요소 "에 결합" 이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접 결합되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.

개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “지지되는” 이라고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 지지될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “직접 지지되는”이라고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 “~사이에” 와 “바로 ~사이에” 등도 마찬가지로 이해되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

여기서 사용된 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석 될 수 없다.

도 1은 휜 다리 증상의 예를 보여주는 도면이다. 도 2는 일 실시 예에 따른 본 명세서에서 개시하는 무릎관절 변형 측정장치의 개념도이다. 도 3은 다른 실시 예에 따른 본 명세서에서 개시하는 무릎관절 변형 측정장치의 개념도이다. 도 4는 일 실시 예에 따른 고정부를 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 다른 실시 예에 따른 고정부를 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 도 1의 (a) 내지 (d)는 각각 정상체형, 내반슬 체형, 외반슬 체형 및 반장슬 체형을 보여주는 도면이다. 도 1의 (b) 내지 (d)에서 예로서 표현한 휜 다리의 원인은 선천적인 원인과 후천적인 원인으로 구분할 수 있다. 선천적인 원인으로는 유전적인 요인과 비타민 D의 결핍 등으로 인한 근육계와 신경계의 문제에 기인한 뼈 자체의 기형을 들 수 있다. 후천적인 원인으로는 운동부족, 잘못된 보행습관, 동양식의 좌식문화, 출산 후의 부적절한 산후조리 등을 들 수 있다. 이들 후천적인 원인에 기인하는 휜 다리 증상은 사람의 관심과 노력에 의하여 예방될 수 있다. 본 명세서에서 개시하는 기술을 사용하는 사용자는 잘못된 자세 습관이 센서를 통하여 인지되면 본 명세서의 기술을 통하여 소리, 진동, 빛 등의 다양한 방법으로 이에 대한 피드백을 제공받아 스스로 자세를 교정할 수 있다. 이를 통하여 본 명세서에서 개시되는 기술은 교정장치를 통한 수동적인 교정이 아닌 사용자 스스로가 자신의 잘못된 자세를 수정하도록 해주는 능동적인 자세 교정을 제공해 줄 수 있다.

이하 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 명세서에서 개시하는 무릎관절 변형 측정장치의 구성 및 동작을 설명하기로 한다.

도 2는 일 실시 예에 따른 본 명세서에서 개시하는 무릎관절 변형 측정장치의 개념도이다. 도 2의 (a) 및 (b)는 각각 무릎관절의 변형 수준이 기준수준을 초과하기 전 및 초과한 후의 센서의 모습을 보여주는 도면이다.

도 2를 참조하면, 무릎관절 변형 측정장치(100)는 센서(110), 고정부(미도시) 및 알림부(130)를 포함한다.

센서(110)는 다리에 장착되며, 일측 단부(110a) 및 타측 단부(110b)가 각각 상기 다리의 대퇴부 및 하퇴부에 지지되어 무릎관절의 변형을 감지한다. 상기 다리의 상기 대퇴부는 무릎 위의 다리부분을 의미하며, 상기 다리의 하퇴부는 발목과 무릎 사이의 다리부분을 의미한다. 상기 무릎관절의 상기 변형은 상기 대퇴부에 대한 상기 하퇴부의 상대적인 변위 또는 상기 하퇴부에 대한 상기 대퇴부의 상대적인 변위에 의하여 야기된다. 센서(110)는 상기 무릎관절의 상기 변형에 따라 센서(110)의 일측 단부(110a) 및 타측 단부(110b) 사이에 가해지는 인장력을 감지한다. 일례로, 센서(110)의 일측 단부(110a) 및 타측 단부(110b)는 각각 상기 다리의 상기 대퇴부의 안쪽 및 상기 하퇴부의 종아리 부분에 지지될 수 있다. 이 경우, 센서(110)는 반장슬에 따른 무릎관절의 변형을 감지할 수 있다. 다른 예로, 센서(100)의 일측 단부(110a) 및 타측 단부(110b)는 각각 상기 다리의 상기 대퇴부의 안쪽 측면 및 상기 하퇴부의 안쪽 측면 부분에 지지될 수 있다. 이 경우, 센서(110)는 외반슬에 따른 무릎관절의 변형을 감지할 수 있다. 또 다른 예로, 센서(100)의 일측 단부(110a) 및 타측 단부(110b)는 각각 상기 다리의 상기 대퇴부의 바깥쪽 측면 및 상기 하퇴부의 바깥쪽 측면 부분에 지지될 수 있다. 이 경우, 센서(110)는 내반슬에 따른 무릎관절의 변형을 감지할 수 있다.

고정부(미도시)는 센서(110)의 상기 일측 단부 및 상기 타측 단부가 각각 상기 대퇴부 및 상기 하퇴부에 지지되도록 한다. 고정부의 구조 및 기능에 대해서는 후술하는 도 4 및 도 5와 관련된 상세한 설명에서 설명하기로 한다.

알림부(130)는 센서(110)와 연결되며, 센서(110)로부터 제공되는 신호로부터 상기 무릎관절의 상기 변형의 수준이 기준수준을 초과한 경우에 소리, 진동, 빛 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나로 외부에 알린다. 상기 기준수준은 정상범위에서의 상기 무릎관절의 변형으로부터 산출될 수 있다. 예로서, 상기 기준수준은 정상체형인들의 데이터에서 도출한 무릎관절(슬관절)각의 평균으로부터 2표준편차를 벗어나는 시점을 기준으로 정해질 수 있다.

이하 도 2를 참조하여 일 실시 예에 따른 본 명세서에서 개시하는 무릎관절 변형 측정장치의 동작을 설명하기로 한다.

일 실시 예에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 센서(110)는 스위칭부(112), 결합부(114), 스트립부(116) 및 탄성부(118)를 포함할 수 있다.

스위칭부(112)는 알림부(130)와 연결된다.

결합부(114)는 미리 설정된 자력에 의하여 스위칭부(112)에 부착되며, 상기 무릎관절의 변형의 수준이 기준수준을 초과할 경우에 스위칭부(112)와 분리될 수 있다. 상기 자력은 상기 무릎관절의 상기 변형의 상기 기준수준으로부터 설정될 수 있다. 상기 자력은 스위칭부(112), 결합부(114) 및 이들의 조합 중에서 선택되는 어느 하나에 배치되는 자석에 의하여 생성된다. 일례로, 자석이 스위칭부(112) 또는 결합부(114) 중 어느 하나에 배치되는 경우에 다른 하나는 자석의 자력에 의하여 자석과 붙을 수 있는 소재로 제작될 수 있다. 다른 예로, 자석이 스위칭부(112) 및 결합부(114) 모두에 배치되는 경우에 스위칭부(112) 및 결합부(114) 각각에 배치되는 자석은 서로 대향하는 방향의 극성이 반대 극성을 가질 수 있다. 자석은 영구자석 또는 전자석일 수 있다. 보다 구체적으로 말하면, 상기 무릎관절의 상기 변형은 센서(110)의 일측 단부(110a) 및 타측 단부(110b) 사이에 인장력을 야기한다. 상기 자력은 상기 무릎관절의 상기 변형의 상기 수준이 상기 기준수준을 초과할 경우에 결합부(114)가 스위칭부(112)로부터 분리되도록 할 수 있는 값으로 설정될 수 있다.

스트립부(116)는 일측 단부가 결합부(114)와 연결된다. 스트립부(116)는 상기 무릎관절의 상기 변형에 따른 인장력을 결합부(114)에 전달한다.

탄성부(118)는 스위칭부(112)와 결합부(114) 사이에 배치되며, 상기 무릎관절의 상기 변형의 상기 수준이 상기 기준수준 이하일 경우에 결합부(114)를 스위칭부(112)로 이동시켜 결합부(114)가 스위칭부(112)에 부착되도록 할 수 있다. 이 경우, 스위칭부(112) 및 스트립부(116)의 타측 단부가 각각 상기 다리의 상기 대퇴부 및 상기 하퇴부에 지지되거나, 스위칭부(112) 및 스트립부(116)의 타측 단부가 각각 상기 다리의 상기 하퇴부 및 상기 대퇴부에 지지됨으로써 센서(110)의 일측 단부(110a) 및 타측 단부(110b)가 각각 상기 다리의 대퇴부 및 하퇴부에 지지될 수 있다. 이를 통하면, 상기 무릎관절의 상기 변형에 의하여 스위칭부(112)와 결합부(114) 사이에 인가되는 인장력이 상기 자력을 초과할 경우에 스위칭부(112)와 결합부(114)는 서로 분리될 수 있다. 스위칭부(112)는 결합부(114)의 탈부착에 따라 전기적으로 온오프 상태로 동작할 수 있다.

일례로, 결합부(114)에는 스위칭부(112)와 연결되는 전기배선이 존재할 수 있다. 상기 전기배선은 스위칭부(112)와 결합부(114)가 서로 접합 경우에 폐회로(closed circuit)를 형성하여 스위칭부(112)는 전기적으로 온 상태가 될 수 있다. 반대로, 상기 전기배선은 스위칭부(112)와 결합부(114)가 서로 분리될 경우에 개방회로(open circuit)를 형성하여 스위칭부(112)는 전기적으로 오프 상태가 될 수 있다. 이를 통하여 스위칭부(112)는 결합부(114)의 탈부착에 따라 전기적으로 온오프 상태로 동작할 수 있다.

다른 예로, 결합부(114)와 접하는 스위칭부(112)의 측면에는 압력센서(미도시)가 배치될 수 있다. 상기 압력센서는 감지되는 압력의 변화를 통하여 스위칭부(112)와 결합부(114)의 부착 또는 분리여부를 감지할 수 있다. 즉, 상기 압력센서는 스위칭부(112)와 결합부(114)가 서로 접합 경우에 압력을 감지하며, 스위칭부(112)와 결합부(114)가 서로 분리될 경우에 압력을 감지하지 못한다. 상기 압력센서가 감지한 압력 변화를 통하여 스위칭부(112)는 전기적으로 온오프 상태로 동작할 수 있다.

알림부(130)는 스위칭부(112)의 상기 온오프 상태를 감지하여 상기 무릎관절의 상기 변형의 상기 수준이 상기 기준수준을 초과하였는지 여부를 판단하여 이를 알릴 수 있다. 알림부(130)는 소리, 진동, 빛 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나로 외부에 알린다. 다르게는, 알림부(130)는 무선송수신기(미도시)를 구비할 수 있다. 이를 통하여 알림부(130)는 스위칭부(112)의 상기 온오프 상태를 감지하여 상기 무릎관절의 상기 변형의 상기 수준이 상기 기준수준을 초과하였는지 여부를 판단하여 이를 무선으로 외부에 알릴 수 있다. 이를 통하여, 본 명세서에서 개시하는 기술을 사용하는 사용자는 잘못된 자세 습관이 센서(110)를 통하여 인지되면 본 명세서의 기술을 통하여 소리, 진동, 빛 등의 다양한 방법으로 이에 대한 피드백을 제공받아 스스로 자세를 교정할 수 있다. 이를 통하여 본 명세서에서 개시되는 기술은 교정장치를 통한 수동적인 교정이 아닌 사용자 스스로가 자신의 잘못된 자세를 수정하도록 해주는 능동적인 자세 교정을 제공해 줄 수 있다.

다른 실시 예에 있어서, 도 2에 도시된 바와 달리, 센서(110)는 추가적인 스트립부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 추가적인 스트립부는 일측 단부가 스위칭부(112)와 연결된다. 이 경우, 스트립부(116)의 타측 단부 및 상기 추가적인 스트립부의 타측 단부가 각각 상기 다리의 상기 대퇴부 및 상기 하퇴부에 지지되거나, 스트립부(116)의 타측 단부 및 상기 추가적인 스트립부의 타측 단부가 각각 상기 다리의 상기 하퇴부 및 상기 대퇴부에 지지됨으로써 센서(110)의 일측 단부(110a) 및 타측 단부(110b)가 각각 상기 다리의 대퇴부 및 하퇴부에 지지될 수 있다. 다시 말하면, 도 2에는 상기 다리의 상기 대퇴부 또는 상기 하퇴부에 직접 지지되는 스위칭부(112)가 예로서 표현되어 있다. 이와 달리 스위칭부(112)는 상기 추가적인 스트립부를 통하여 상기 대퇴부 또는 상기 하퇴부에 지지될 수 있다.

이하 도 3을 참조하여 다른 실시 예에 따른 본 명세서에서 개시하는 무릎관절 변형 측정장치의 동작을 설명하기로 한다.

도 3의 (a) 내지 (c)는 각각 센서의 개념도, 인장력이 인가되지 전의 스트레인 게이지 및 인장력이 인가된 후의 스트레인 게이지의 모습을 보여주는 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 센서(210)는 연결부(212), 스트레인 게이지(214), 제어부(240)를 포함한다. 몇몇 다른 실시 예들에 있어서, 센서(210)는 선택적으로(optionally) 연산부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

연결부(212)는 일측 단부 및 타측 단부가 각각 상기 다리의 상기 대퇴부 및 상기 하퇴부에 지지되어 무릎관절의 변형으로부터 인장력을 제공받는다. 연결부(212)는 상기 인장력에 의하여 체적의 변화가 가능한 소재가 사용될 수 있다.

스트레인 게이지(214)는 연결부(212)의 표면 또는 내부에 배치되며, 상기 인장력에 따른 물리적 변형으로부터 저항 변화를 제공한다. 도 3에는 스트립 타입의 연결부(212)의 표면에 배치된 스트레인 게이지(214)가 예로서 표현되어 있다. 다른 예로, 도면에 도시된 바와 달리, 스트레인 게이지(214)는 연결부(212) 내부에 배치될 수도 있다.

제어부(240)는 스트레인 게이지(214)와 연결되며, 스트레인 게이지(214)가 제공하는 상기 저항 변화로부터 상기 무릎관절의 상기 변형의 상기 수준을 추출하고, 추출된 상기 무릎관절의 상기 변형의 상기 수준을 상기 기준수준과 비교하여 상기 무릎관절의 상기 변형의 상기 수준이 상기 기준수준을 초과한 경우에 알림부(130)를 제어하여 외부로 알릴 수 있다.

일 실시 예에 있어서, 제어부(240)는 데이터베이스(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 데이터베이스는 미리 스트레인 게이지(214)에 의하여 측정된 저항 변화에 대응되는 상기 무릎관절의 상기 변형의 수준에 대한 정보를 저장할 수 있다. 이 경우, 제어부(240)는 상기 데이터베이스를 참조함으로써 스트레인 게이지(214)가 제공하는 상기 저항 변화에 대응되는 상기 무릎관절의 상기 변형의 상기 수준을 추출할 수 있다.

연산부는 스트레인 게이지(214)와 연결되며, 스트레인 게이지(214)가 제공하는 상기 저항 변화로부터 상기 무릎관절의 상기 변형의 상기 수준을 추출할 수 있다. 이 경우, 제어부(240)는 상기 연산부가 제공하는 상기 무릎관절의 상기 변형의 상기 수준을 상기 기준수준과 비교하여 상기 무릎관절의 상기 변형의 상기 수준이 상기 기준수준을 초과한 경우에 알림부(130)를 제어하여 외부로 알릴 수 있다.

도 3의 (b) 및 (c)를 활용하여 스트레인 게이지(214)의 동작을 설명하면 다음과 같다. 다리의 대퇴부에 대한 하퇴부의 상대적인 변위 또는 하퇴부에 대한 대퇴부의 상대적인 변위에 의하여 무릎관절의 변형, 즉 무릎관절각이 변형되면 스트레인 게이지(214)에는 인장력이 인가된다. 스트레인 게이지(214)의 체적은 일정하므로 상기 인장력에 의한 스트레인 게이지(214)의 변형은 상기 인장력 방향으로의 스트레인 게이지(214)의 길이 증가와 단면적 감소를 수반한다. 일반적으로 전기 저항은 전류가 흐르는 단면적에 반비례하고, 길이에 비례한다. 따라서 스트레인 게이지(214)에 인가되는 상기 인장력에 의하여 스트레인 게이지(214)의 저항은 증가하는 방향으로 변화하게 된다. 일례로, 상기 연산부는 저항 변화로부터 상기 인장력을 추출할 수 있으며, 미리 입력된 수식 또는 데이터베이스(미도시)에 저장된 값을 활용하여 상기 무릎관절의 상기 변형의 수준을 추출할 수 있다. 다른 예로, 제어부(240)는 스트레인 게이지(214)에 의하여 측정된 저항 변화에 대응되는 상기 무릎관절의 상기 변형 수준에 대한 정보를 미리 저장한 데이터베이스(미도시)를 포함할 수 있다. 제어부(240)는 데이터베이스를 참조함으로써 스트레인 게이지(214)에 의하여 측정되어 제공되는 저항 변화에 대응되는 상기 무릎관절의 상기 변형의 수준을 추출할 수 있다. 이들 과정을 통하여 얻어진 상기 무릎관절의 상기 변형의 상기 수준은 제어부(240)를 통한 상기 무릎관절의 상기 변형의 상기 기준수준과의 비교를 거치게 된다. 제어부(240)는 상기 무릎관절의 상기 변형의 상기 수준이 상기 기준수준을 초과할 경우에 알림부(130)를 제어하여 외부로 알릴 수 있다. 알림부(130)는 소리, 진동, 빛 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나로 외부에 알린다. 이를 통하여, 본 명세서에서 개시하는 기술을 사용하는 사용자는 잘못된 자세 습관이 센서(210)를 통하여 인지되면 본 명세서의 기술을 통하여 소리, 진동, 빛 등의 다양한 방법으로 이에 대한 피드백을 제공받아 스스로 자세를 교정할 수 있다. 이를 통하여 본 명세서에서 개시되는 기술은 교정장치를 통한 수동적인 교정이 아닌 사용자 스스로가 자신의 잘못된 자세를 수정하도록 해주는 능동적인 자세 교정을 제공해 줄 수 있다.

도 4는 일 실시 예에 따른 고정부를 설명하기 위한 도면이다. 도 4의 (a) 및 (b)는 각각 정상자세 및 비정상자세를 보여주는 도면이다. 도 5는 다른 실시 예에 따른 고정부를 설명하기 위한 도면이다. 이하 설명의 편의상 도 2와 관련하여 상술한 센서(110)을 위주로 설명하기로 한다. 하기의 내용은 도 3과 관련하여 상술한 센서(210)에도 적용됨이 자명하다 할 것이며, 이러한 설명이 본 명세서에서 개시하는 무릎관절 변형 측정장치의 권리범위를 제한할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다.

도 4를 참조하면, 고정부(120)는 밴드본체(122)를 포함한다. 밴드본체(122)는 다리의 무릎관절, 대퇴부의 적어도 일부 및 하퇴부의 적어도 일부를 감쌀 수 있는 관 형상을 가질 수 있다. 센서(110)의 일측 단부(110a) 및 타측 단부(110b)는 각각 밴드본체(122)의 제1결합부(124) 및 제2결합부(126) 또는 제2결합부(126) 및 제1결합부(124)와 결합할 수 있다. 밴드본체(122)의 적어도 일부분은 신축성을 가지는 소재로 제작될 수 있다. 도 4에 도시된 밴드본체(122)는 전체가 신축성을 가지는 소재로 제작된 예를 보여주며, 도 5의 (a)에 도시된 밴드본체(122)는 제1결합부(124) 및 제2결합부(126)를 감싸는 부분이 신축성을 가지는 소재로 제작된 예를 보여준다.

밴드본체(122)의 상기 적어도 일부분의 신축성에 의하여 제1결합부(124) 및 제2결합부(126)는 각각 상기 대퇴부의 상기 적어도 일부 및 상기 하퇴부의 상기 적어도 일부에 밀착될 수 있다. 제1결합부(124) 및 제2결합부(126)가 각각 상기 대퇴부의 상기 적어도 일부 및 상기 하퇴부의 상기 적어도 일부에 밀착됨에 의하여 센서(110)의 일측 단부(110a) 및 타측 단부(110b)가 각각 상기 다리의 대퇴부 및 상기 하퇴부 또는 상기 다리의 하퇴부 및 대퇴부에 지지될 수 있다. 도 4에는 밴드본체(122)의 외부에 배치된 센서(110) 및 알림부(130)이 예로서 표현되어 있다. 다른 예로, 도면에 도시된 바와 달리, 센서(110) 및 알림부(130)는 밴드본체(122)의 내부에 배치될 수도 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 상기한 예시 이외에 무릎관절의 변형을 감지할 수 있는 한 센서(110)의 배치 위치에는 제한이 없다.

또한, 도면에는 내반슬에 따른 무릎관절의 변형을 감지하는 모습을 예로서 표현하고 있다. 후술하는 내용은 외반슬 및 반장슬을 감지하는 데에 적용될 수 있다. 내반슬에 의하여 무릎관절의 상기 변형의 수준이 기준수준을 넘어서면 도 4의 (b)에서 도시한 바와 같이 스위칭부(112)와 결합부(114)는 서로 분리된다. 이를 통하여 본 명세서에서 개시하는 무릎관절 변형 측정장치는 무릎관절의 변형을 감지할 수 있다. 한편, 도면에 도시된 바와 달리, 센서(210)이 사용될 경우 내반슬에 의하여 스트레인 게이지(214)는 인장력을 경험하게 되며, 이에 따라 저항 변화가 발생한다. 제어부(240)를 통한 판단을 통하여 무릎관절 변형 측정장치는 무릎관절의 변형을 감지할 수도 있다.

도 5의 (b)를 참조하면, 고정부(120a)는 제1밴드(120a-1) 및 제2밴드(120a-2)를 포함할 수 있다. 제1밴드(120a-1)는 신축성을 가지며, 대퇴부의 적어도 일부를 감쌀 수 있다. 제2밴드(120a-2) 신축성을 가지며, 하퇴부의 적어도 일부를 감쌀 수 있다. 도 5의 (b)에는 버튼 타입의 제1밴드(120a-1) 및 제2밴드(120a-2)가 예로서 표현되어 있다. 다른 예들로, 도면에 도시된 바와 달리, 링 형상의 탄성을 가지는 밴드타입, 벨크로 타입 등 다양한 타입이 제1밴드(120a-1) 및 제2밴드(120a-2)로서 사용될 수도 있다.

센서(110)의 일측 단부(110a)는 제1밴드(120a-1)와 결합되어 제1밴드(120a-1)의 신축성에 의하여 대퇴부의 상기 적어도 일부에 밀착되어 지지될 수 있다. 센서(110)의 타측 단부(110b)는 제2밴드(120a-2)와 결합되어 제2밴드(120a-2)의 신축성에 의하여 하퇴부의 상기 적어도 일부에 밀착되어 지지될 수 있다. 다르게는, 센서(110)의 일측 단부(110a)는 제2밴드(120a-2)와 결합되어 제2밴드(120a-2)의 신축성에 의하여 대퇴부의 상기 적어도 일부에 밀착되어 지지될 수 있다. 센서(110)의 타측 단부(110b)는 제1밴드(120a-1)와 결합되어 제1밴드(120a-1)의 신축성에 의하여 하퇴부의 상기 적어도 일부에 밀착되어 지지될 수 있다. 고정부(120a) 및 센서(110)의 동작은 앞서 상술한 고정부(120) 및 센서(110)의 동작과 실질적으로 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략하기로 한다.

도면을 다시 참조하면, 본 명세서에서 개시하는 무릎관절 변형 측정장치(100, 200)는 사용자가 정상자세를 유지할 경우에는 센서(110, 210)가 동작하지 않는다. 즉, 사용자가 정상자세를 유지할 경우에는 센서에 인장력이 인가되지 아니하며, 사용자가 비정상자세를 취할 경우에 센서에 인장력이 인가된다. 인장력은 무릎관절의 변형에 기인하며, 무릎관절 변형 측정장치(100, 200)는 인장력의 세기에 따른 자력, 저항변화를 분석하여 무릎관절의 변형 정도를 추출한다. 이후 무릎관절의 변형 정도가 기준수준을 초과할 경우에 알림부(130)를 통하여 사용자에게 알리고, 사용자는 스스로 자세를 교정할 수 있다.

본 명세서에서 개시하는 무릎관절 변형 측정장치(100, 200)를 사용하는 사용자는 잘못된 자세 습관이 센서를 통하여 인지되면 본 명세서의 기술을 통하여 소리, 진동, 빛 등의 다양한 방법으로 이에 대한 피드백을 제공받아 스스로 자세를 교정할 수 있다. 이를 통하여 본 명세서에서 개시되는 기술은 교정장치를 통한 수동적인 교정이 아닌 사용자 스스로가 자신의 잘못된 자세를 수정하도록 해주는 능동적인 자세 교정을 제공해 줄 수 있다.

상기로부터, 본 개시의 다양한 실시 예들이 예시를 위해 기술되었으며, 아울러 본 개시의 범주 및 사상으로부터 벗어나지 않고 가능한 다양한 변형 예들이 존재함을 이해할 수 있을 것이다. 그리고 개시되고 있는 상기 다양한 실시 예들은 본 개시된 사상을 한정하기 위한 것이 아니며, 진정한 사상 및 범주는 하기의 청구항으로부터 제시될 것이다.

Claims (7)

1. 다리에 장착되며, 일측 단부 및 타측 단부가 각각 상기 다리의 대퇴부 및 하퇴부에 지지되어 무릎관절의 변형을 감지하는 센서;
   상기 센서의 상기 일측 단부 및 상기 타측 단부가 각각 상기 대퇴부 및 상기 하퇴부에 지지되도록 하는 고정부; 및
   상기 센서와 연결되며, 상기 센서로부터 제공되는 신호로부터 상기 무릎관절의 상기 변형의 수준이 기준수준을 초과한 경우에 소리, 진동, 빛 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나로 외부에 알리는 알림부를 포함하되,
   상기 무릎관절의 상기 변형은 상기 대퇴부에 대한 상기 하퇴부의 상대적인 변위 또는 상기 하퇴부에 대한 상기 대퇴부의 상대적인 변위에 의하여 야기되며,
   상기 센서는 상기 무릎관절의 상기 변형에 따라 상기 센서의 상기 일측 단부 및 상기 타측 단부 사이에 가해지는 인장력을 감지하는 무릎관절 변형 측정장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 고정부는 상기 다리의 상기 무릎관절, 상기 대퇴부의 적어도 일부 및 상기 하퇴부의 적어도 일부를 감쌀 수 있는 관 형상의 밴드본체를 포함하며,
   상기 센서의 상기 일측 단부 및 상기 타측 단부는 각각 상기 밴드본체의 제1결합부 및 제2결합부와 결합하되,
   상기 밴드본체의 적어도 일부분은 신축성을 가지는 소재로 제작되며,
   상기 밴드본체의 상기 적어도 일부분의 신축성에 의하여 상기 제1결합부 및 상기 제2결합부는 각각 상기 대퇴부의 상기 적어도 일부 및 상기 하퇴부의 상기 적어도 일부에 밀착되며,
   상기 제1결합부 및 상기 제2결합부가 각각 상기 대퇴부의 상기 적어도 일부 및 상기 하퇴부의 상기 적어도 일부에 밀착됨에 의하여 상기 센서의 상기 일측 단부 및 상기 타측 단부가 각각 상기 다리의 대퇴부 및 상기 하퇴부에 지지되는 무릎관절 변형 측정장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 고정부는
   신축성을 가지며, 상기 대퇴부의 적어도 일부를 감쌀 수 있는 제1밴드; 및
   신축성을 가지며, 상기 하퇴부의 적어도 일부를 감쌀 수 있는 제2밴드를 포함하며,
   상기 센서의 상기 일측 단부는 상기 제1밴드와 결합되어 상기 제1밴드의 신축성에 의하여 상기 대퇴부의 상기 적어도 일부에 밀착되어 지지되며,
   상기 센서의 상기 타측 단부는 상기 제2밴드와 결합되어 상기 제2밴드의 신축성에 의하여 상기 하퇴부의 상기 적어도 일부에 밀착되어 지지되는 무릎관절 변형 측정장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 센서는
   상기 알림부와 연결되는 스위칭부;
   미리 설정된 자력에 의하여 상기 스위칭부에 부착되며, 상기 무릎관절의 상기 변형의 상기 수준이 상기 기준수준을 초과할 경우에 상기 스위칭부와 분리되는 결합부;
   일측 단부가 상기 결합부와 연결되는 스트립부; 및
   상기 스위칭부와 상기 결합부 사이에 배치되며, 상기 무릎관절의 상기 변형의 상기 수준이 상기 기준수준 이하일 경우에 상기 결합부를 상기 스위칭부로 이동시켜 상기 결합부가 상기 스위칭부에 부착되도록 하는 탄성부를 포함하되,
   상기 스위칭부 및 상기 스트립부의 타측 단부가 각각 상기 다리의 상기 대퇴부 및 상기 하퇴부에 지지되거나, 상기 스위칭부 및 상기 스트립부의 타측 단부가 각각 상기 다리의 상기 하퇴부 및 상기 대퇴부에 지지됨으로써 상기 센서의 상기 일측 단부 및 상기 타측 단부가 각각 상기 다리의 대퇴부 및 하퇴부에 지지되며,
   상기 무릎관절의 상기 변형에 의하여 상기 스위칭부와 상기 결합부 사이에 인가되는 상기 인장력이 상기 자력을 초과할 경우에 상기 스위칭부와 상기 결합부는 서로 분리되며,
   상기 스위칭부는 상기 결합부의 탈부착에 따라 전기적으로 온오프 상태로 동작하며,
   상기 알림부는 상기 스위칭부의 상기 온오프 상태를 감지하여 상기 무릎관절의 상기 변형의 상기 수준이 상기 기준수준을 초과하였는지 여부를 판단하여 이를 알리는 무릎관절 변형 측정장치.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 센서는
   상기 알림부와 연결되는 스위칭부;
   미리 설정된 자력에 의하여 상기 스위칭부에 부착되며, 상기 무릎관절의 상기 변형의 상기 수준이 상기 기준수준을 초과할 경우에 상기 스위칭부와 분리되는 결합부;
   일측 단부가 상기 결합부와 연결되는 스트립부;
   일측 단부가 상기 스위칭부와 연결되는 추가적인 스트립부; 및
   상기 스위칭부와 상기 결합부 사이에 배치되며, 상기 무릎관절의 상기 변형의 상기 수준이 상기 기준수준 이하일 경우에 상기 결합부를 상기 스위칭부로 이동시켜 상기 결합부가 상기 스위칭부에 부착되도록 하는 탄성부를 포함하되,
   상기 스트립부의 타측 단부 및 상기 추가적인 스트립부의 타측 단부가 각각 상기 다리의 상기 대퇴부 및 상기 하퇴부에 지지되거나, 상기 스트립부의 타측 단부 및 상기 추가적인 스트립부의 타측 단부가 각각 상기 다리의 상기 하퇴부 및 상기 대퇴부에 지지됨으로써 상기 센서의 상기 일측 단부 및 상기 타측 단부가 각각 상기 다리의 대퇴부 및 하퇴부에 지지되며,
   상기 무릎관절의 상기 변형에 의하여 상기 스위칭부와 상기 결합부 사이에 인가되는 상기 인장력이 상기 자력을 초과할 경우에 상기 스위칭부와 상기 결합부 는 서로 분리되며,
   상기 스위칭부는 상기 결합부의 탈부착에 따라 전기적으로 온오프 상태로 동작하며,
   상기 알림부는 상기 스위칭부의 상기 온오프 상태를 감지하여 상기 무릎관절의 상기 변형의 상기 수준이 상기 기준수준을 초과하였는지 여부를 판단하여 이를 알리는 무릎관절 변형 측정장치.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 센서는
   일측 단부 및 타측 단부가 각각 상기 다리의 상기 대퇴부 및 상기 하퇴부에 지지되어 무릎관절의 상기 변형으로부터 상기 인장력을 제공받는 연결부;
   상기 연결부의 표면 또는 내부에 배치되며, 상기 인장력에 따른 물리적 변형으로부터 저항 변화를 제공하는 스트레인 게이지;
   상기 스트레인 게이지와 연결되며, 상기 스트레인 게이지가 제공하는 상기 저항 변화로부터 상기 무릎관절의 상기 변형의 상기 수준을 추출하는 연산부; 및
   상기 연산부가 제공하는 상기 무릎관절의 상기 변형의 상기 수준을 상기 기준수준과 비교하여 상기 무릎관절의 상기 변형의 상기 수준이 상기 기준수준을 초과한 경우에 상기 알림부를 제어하여 상기 외부로 알리는 제어부를 포함하는 무릎관절 변형 측정장치.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 센서는
   일측 단부 및 타측 단부가 각각 상기 다리의 상기 대퇴부 및 상기 하퇴부에 지지되어 무릎관절의 상기 변형으로부터 상기 인장력을 제공받는 연결부;
   상기 연결부의 표면 또는 내부에 배치되며, 상기 인장력에 따른 물리적 변형으로부터 저항 변화를 제공하는 스트레인 게이지; 및
   상기 스트레인 게이지와 연결되며, 상기 스트레인 게이지가 제공하는 상기 저항 변화로부터 상기 무릎관절의 상기 변형의 상기 수준을 추출하고, 추출된 상기 무릎관절의 상기 변형의 상기 수준을 상기 기준수준과 비교하여 상기 무릎관절의 상기 변형의 상기 수준이 상기 기준수준을 초과한 경우에 상기 알림부를 제어하여 상기 외부로 알리는 제어부를 포함하되,
   상기 제어부는 데이터베이스를 포함하며,
   상기 데이터베이스는 미리 상기 스트레인 게이지에 의하여 측정된 저항 변화에 대응되는 상기 무릎관절의 상기 변형의 수준에 대한 정보를 저장하며,
   상기 제어부는 상기 데이터베이스를 참조함으로써 상기 스트레인 게이지가 제공하는 상기 저항 변화에 대응되는 상기 무릎관절의 상기 변형의 상기 수준을 추출하는 무릎관절 변형 측정장치.

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