KR20170139035A - 수직 위치에서의 보행의 구동과 함께 정와위 또는 부분 와위 자세에서 사람의 하지를 구동하기 위한 장치 - Google Patents

수직 위치에서의 보행의 구동과 함께 정와위 또는 부분 와위 자세에서 사람의 하지를 구동하기 위한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 사람의 하지를 구동하기 위한 장치로, 기본 프레임(4); 사람(1)을 지지하는 테이블(2); 적어도 하나의 전동식 기계 보조기로, 상기 사람(1)의 상기 하지 및 상기 보조기의 운동이 연결되고 동일하게 되도록 하지 중 적어도 하나와 인터페이스를 구성하도록 배치되며, 상기 테이블(2)의 일 단부에 부착되는 보조기; 및 상기 하지의 근육 또는 근육군에 작용하며, 상기 근육 또는 근육군을 자극하고, 상기 근육 또는 근육군의 반응을 측정하도록 의도된 적어도 한 쌍의 자극 및 측정 전극(28, 29)을 포함하는 기능적 전기 자극 및 근전도 측정 장치(24, 25)를 포함하는 장치에 있어서, 사람(1)의 이송 및 배치가 용이하게 되는 낮은 위치, 중간 작업 위치, 및 직립 자세에서 사람(1)의 구동을 가능하게 하는 상승 위치 사이에서 기본 프레임(4)에 대해 테이블(2)의 수직 위치를 변화시키는 것을 가능하게 하는 상승 메커니즘(3), 및 특히 사람(1)이 정와위 자세로 있는 수평 위치와 사람(1)이 직립 자세로 있는 수직 위치 사이에서 기본 프레임(4)에 대해 상기 테이블(2)의 경사를 변경하는 것을 가능하게 하는 상기 테이블(2)의 경사 메커니즘을 또한 포함하되, 테이블(2)의 상승 및 경사 메커니즘들의 조합은 상기 하지의 운동의 각각의 전체 생리학적 범위에 걸쳐 상기 보조기의 이동성을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 장치에 관한 것이다.

Description

수직 위치에서의 보행의 구동과 함께 정와위 또는 부분 와위 자세에서 사람의 하지를 구동하기 위한 장치
본 발명의 분야는, 수직 위치에서의 보행의 구동과 함께, 정와위 또는 부분 와위 자세에서 사람의 하지의 이동성, 힘, 및 지구력의 재교육 및/또는 구동, 특히 예를 들어 하지마비, 반신마비, 또는 뇌성마비의 경우와 같은 운동 또는 신경운동 장애에 이은 재활, 및 스포츠 영역에서 외상후 기능적 재교육 및/또는 구동을 허용하는 장치에 관한 것이다.
횡와위 또는 앉은 자세에서 사람의 하지의 이동성을 훈련하는 장치가 공지되어 있다; 이는 일반적으로 예를 들어 StimMaster 및 ERGYS2 장치와 같은 에르고미터 자전거형의 간단한 페달링 장치이거나, 예를 들어 CON-TREX 장치와 같은, 보통 "레그 프레스"로 불리는, 부하 저항에 반해 다리의 신전을 허용하는 장치이다. 일부 장치는 전기 신경근 자극의 도움을 받는다.
폐루프 모드로 설정되는 전기 신경근 자극의 도움을 받는, 외골격형 구조로 하지를 이동시키는 이러한 장치 중 가장 진보된 장치가 미국 특허 제7 381 192호에 기재되어 있고 상표명 Motionmaker™로 시판되고 있다. 이 장치는 하지의 관절들의 생리학적 범위의 전체 규모에 걸쳐 이동성, 근력, 및 지구력을 구동하는 것을 가능하게 한다. 그러나, 이 장치는 몇 가지 단점이 있다. 특히, 외골격형 구조를 작동시키는 전기 모터가 가동 외골격에 고정되므로 치수가 또한 제한되기 때문에 제한된 전력을 가지므로, 신속한 운동이 불가능하다. 동일한 이유로, "레그 프레스"형의 하지 신전 훈련에서 이 장치에 의해 전달되는 최대력이 다리당 250 뉴턴에 불과하여, 건강한 사람 및/또는 단지 부전마비만 있는 사람의 구동을 허용하기에도 매우 불충분한데, 건강한 사람의 "레그 프레스"형 구동에 필요한 힘은 다리당 약 2000 뉴턴이 되어야 한다.
직립 자세에서 사람의 보행의 구동을 훈련하는 기타 장치가 공지되어 있다; 이는 자주, 사용자가 대개 낙하산형의 하니스에 의해 체중을 경감하는 시스템에 의해 지원을 받고 트레드밀 상의 보행이 다리 보조기 또는 다리 부목에 의해 도움을 받는 반면, 이 요소들의 중량은 예를 들어 평행사변형 지지구와 같은 상호보완적 경감 요소들에 의해 지원될 수 있는, 전동식 트레드밀을 이용한 장치이다. 미국 특허 제6 821 233호에는 이와 같은 장치가 기재되어 있다. 이러한 유형의 장치의 변형예는, 전동식 트레드밀을, 각각 사용자의 발을 지지하도록 의도된 2개의 전동식 가동판으로 이루어진 시스템으로 교체한다. 상기 판들은 보행 운동과 유사한 다리의 교번적인 운동을 결정하는 교번적인 순방향 및 역방향 전동식 운동을 수행한다. GangTrainer 및 HapticWalker 장치는 이러한 변형예를 이용한다. 미국 특허 제6 685 658호에 의해 기재되는 다른 장치는 사용자를 수직으로 배치하기 위한 전동식 테이블로 구성되는데, 이는 사용자가 정와위 자세에서 수직 자세로 전환할 수 있게 하되, 발은 교번적인 전동식 운동을 갖는 2개의 가동판에 안착된다.
종래 기술의 맥락에서 상기에 설명된 장치들은 횡와위 또는 앉은 자세에서 하지의 이동성 및 상기 이동성의 힘과 지구력의 구동을 훈련하는 특정 장치이거나 수직 위치에서 보행의 구동을 훈련하는 다른 특정 장치이기 때문에, 다목적이 아니라는 단점이 있다.
따라서, 하지의 운동 및 이동 기능의 전체 및 조기 재활의 생리학적 요구를 더 잘 해결하고, 시스템 운영자의 작업을 용이하게 하며 단순화하는 한편, 전적으로 신뢰할 만하고 효과적인 해결방안을 보장하기 위해, 제안된 시스템 및 방법을 개선하는 것이 필요하다.
본 발명의 목적은, 정와위 또는 부분 와위 자세에서의 조절 가능한 부하 저항에 대한 하지의 이동성, 힘, 및 지구력의 구동을, 직립(수직) 자세에서의 보행의 조기 구동과 결합시킴으로써, 단일 다목적 장치에 의해, 신경학상 환자(전신마비 또는 부전마비)의 하지의 조기 전체 기능적 재교육 및/또는 건강한 사람의 구동을 수행할 수 있는 데에 있다.
본 발명은 수직 위치에서의 보행의 구동과 함께 정와위 또는 부분 와위 자세에서 사람의 하지를 구동하기 위한 장치에 관한 것이다.
사지의 고정화, 특히 마비의 결과는, 근육 위축, 건조 가피, 경련, 골다공증, 순환기 질환, 또는 근육-힘줄 및 피막-인대 수축과 같은 일련의 합병증에 의해 악화될 수 있는 중증의 기능 장애인 것으로 잘 알려져 있다. 근육-힘줄 수축은 연관성 근위축을 갖는다. 그 결과는 근육이 힘과 지구력을 잃는 것이다. 그 결과, 이는 기능적 작업을 제공할 능력을 잃는다.
피막-인대 수축은 또한 관절 진폭의 제한(관절 경직) 및 비정상적 자세를 유발할 수 있는 매우 일반적인 주요 합병증이다. 시간의 경과에 따라, 이는 또한 관절 연골에 악영향을 줄 수 있다.
그러므로, 부상의 시작부터 부상에 기반한 잘 구축된 프로그램에 의해 환자를 규칙적으로 이동시켜서 하지의 지구력 및 근육계를 강화함으로써, 이러한 다양한 합병증, 특히 근육-힘줄-관절 문제를 방지하는 것이 필수적이다.
가능한 한 신속하게, 환자를 수직 위치(직립 자세)로 배치하여, 환자가 상이한 신진대사 및 다수의 생리학적 기능의 정형화를 보장하는 생리학적 자세가 되게 한 후, 보행을 최적의 수준으로 회복시키기 위해, 주요 목적들 중 하나인 운동 기능의 조기 구동을 시작하는 것이 또한 필수적이다.
이상적으로, 보행 및 사지의 이동성의 구동은 소정의 환자의 특정 사례에 부합되는 가장 빠른 시간에 시작되어야 한다. 전반적으로, 구동은 비활동이 운동 기능의 경시 및 신경학상 환자에 있어서 운동 기능의 손실을 갖는 신경 퇴화를 더 촉진하는 것을 방지할 수 있어야 한다. 구동은 자발적 행동의 잠재적인 재현이 드러날 때까지 신경 활동을 유지하는 것이 중요하다.
신경학상 환자에 있어서, 신경 장애는 가장 흔하게는 부분적이며, 예를 들어 하반신마비 환자의 20%만이 척수의 전체 장애를 겪는 반면, 80%는 척수의 부분 손상만을 나타낸다.
부분 뇌성 또는 척수 신경 장애를 갖는 대부분의 신경학상 환자는 중추 신경계의 굉장한 "가소성(plasticity)" 능력, 특히 "대체 가소성(plasticity of substitution)" 능력에 기반한 기능적 회복 잠재력을 보인다. 즉, 부-병변 신경 회로의 재구성의 결과로, 손상되지 않은 여전히 건강한 신경 회로들이 파괴된 신경 회로를 대체하여 기능을 보장한다.
이러한 대체 가소성은, 대부분은 고유수용 신경계, 더 구체적으로는, 고유수용 신경계와 해당 근육의 운동 신경(알파 운동 신경세포) 사이에 형성되는 조절 폐루프에 의해 중추 신경계에 공급되는 신경 신호들에 의해 결정되기 때문에 자극될 수 있다.
여기서, 필수사항을 상기할 가치가 있다: 운동을 담당하는 근육의 수축은 상기 근육이 의존하는 고유수용 신경계의 제어 하에 있다. 이러한 신경계는 신체의 운동에 의해 발생되는 자극에 민감한, 민감 신경 섬유의 기원에서 수용기들인 고유수용기들을 포함한다. 이러한 수용기들은 뼈, 관절, 및 근육의 인근에 위치한다. (깊은 감도를 나타내는) 고유수용 신경계는, 이에 의해 제어되는 근육과 함께, 섬세하고 정확한 폐루프 조절 시스템을 형성하는데, 이는 신체의 자세 및 운동의 제어를 가능하게 한다.
고유수용 신경계의 맥락에서, 근육은 2개의 필수적인 고유수용기를 포함하기 때문에 중요한 역할을 하는데, 이들이 속하는 근육의 길이 및 이러한 길이의 변화 속도에 관한 정보의 전달에 의해 환경에 대한 신체의 사지의 세그먼트들의 운동 및 자세를 중추 신경계에 주로 알리는 신경근방추, 및 이들이 속하는 힘줄의 장력의 정도(힘) 및 그 결과 해당 근육에 의해 가해지는 힘에 관한 정보의 전달에 의한 골지힘줄기관이다.
상기의 결과는 이러한 2개의 근육내 고유수용기가 운동 및 자세의 제어에 있어서 원시적 역할을 한다는 것이다. 그러나, 이러한 두 유형의 근육내 고유수용기에 공통된 특징은, 이들이 신전에만 민감하고 신전의 부재 시에는 그대로 유지된다는 것이다.
함께, 근육내 고유수용기들에 의해 공급되는 정보는 골수 기원의 운동 신경세포에 의해, 즉 알파 운동 신경세포에 의해 이러한 근육에 전달되는 운동 신경 전도의 조절에 의해 근육의 수축의 엄격한 제어를 허용한다.
후술하는 예는 이러한 공통적인 원시적 특징의 중요성을 충분히 설명한다. 일반적으로, 소정의 관절의 굴곡 근육의 자발적 수축은 상기 근육의 굴곡 운동을 유발한다. 이러한 수축은, 상기 근육의 단축과 함께, 골지힘줄기관에 의해 중추 신경계에 힘의 정도를 전달하는 근육의 힘줄의 장력을 결정하는 반면, 상기 근육의 신경근방추는 이러한 근육의 수축과 함께 (감마 운동 신경세포에 의해) 공동-활성화되고, 근육의 길이 및 이러한 길이의 변화 속도를 실시간으로 중추 신경계에 전달한다. 이 경우, 중추 신경계에 전달되는 관절 굴곡 운동에 관한 모든 고유수용 정보는 정확하다.
자발적 운동과 달리, 상기 관절의 굴곡 운동이 매뉴얼이든 로봇식이든 외부 수단에 의해 수동으로 유발되는 경우, 유도된 운동은 근육에 부과되는 수동 단축을 유발하고, 그 결과 장력이 상기 근육의 힘줄에 전달되지 않고, 장력의 부재 시에, 골지기관은 그대로 유지되고, 근육의 이러한 수동 단축에 의해 공동-활성화되지 않는 신경근방추도 결과적으로 그대로 유지된다. 이 경우, 고유수용 정보가 중추 신경계에 전달된다.
다음으로, 상기 예는 매뉴얼 또는 로봇식 외부 수단에 의해 부과되는 수동 운동에 의한 구동에서 기인하는 주요 단점을 강조한다. 이와 같은 운동은 대체 가소성의 효과적인 자극에 필수적인 중요한 고유수용 정보를 중추 신경계에 전달하지 않으며, 심지어 역효과를 낳는 것으로 판명될 수 있다는 것이 명백해진다.
상기의 결과는 하지의 효과적인 구동에 있어서 근육의 능동 참여가 반드시 있어야 하며 무시할 수 없다는 것이다.
그러므로, 자발적 근수축의 운동 신경세포 제어의 부재 또는 부족을 보이는 신경학상 환자에 있어서, 실시간으로 폐루프 모드로 조절되는 부전마비 또는 전신마비된 근육의 기능적 전기 자극(FES)은 중추 신경계에 적절한 고유수용 정보를 전달할 수 있는, 제어된 근수축을 유발하기 위한 선택된 해결방안이다. 폐루프 통합 근운동기록 기능적 전기 자극(CLIMFES)형의 이러한 자극의 다른 이점은, 힘, 속도, 및 관절 진폭에 있어서, 사지의 모든 생리학적 관절 운동을 발생시키고 제어하는 것을 가능하게 한다는 것이다.
재교육 구동의 주요 목적은 환자가 최대한 가능한 정도로 수직 자세에서 신체의 체중을 지지할 수 있고, 훨씬 더 나아가서는 앉은 자세, 심지어 웅크린 자세에서 수직 자세로, 그리고 그 반대로도 전환할 수 있는 하지의 ("피트니스" 수준과 어느 정도 유사한) 기능적 작업 능력을 회복하고 유지할 수 있게 하는 것이다. 이 단계에서만이, 환자는 진정으로 최적의 이점을 가지고 이족 보행 과정의 특정 구동을 조기에 착수할 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하는 것은 우선적으로 가능한 한 실제적이고 정상적인 보행 및 운동의 운동 패턴을 구동하는 것을 수반한다. 이를 위해, 근육에 의해 중추 신경계에 공급되는 고유수용 정보가 유사한 자발적 운동에서 기인하는 정보와 가능한 한 가깝도록 보장하는 것이 필수적이다. 그 결과는, 해당 근육의 능동 참여와 함께 초기 자발적 운동의 가능한 가장 긴밀한 모방을 고려함으로써, 그리고 이러한 초기 운동에 반하는 부하 저항을 철저하게 고려함으로써, 구동된 운동을 수행해야 한다는 것이다.
이족 보행 과정의 조기 구동의 특정 사례에서, 대체 가소성을 적절하게 자극하고, 이후 필요한 경우 보행의 기능적 운동 회복의 첫 번째 징후를 관찰할 수 있도록, 초기에 하지의 3개의 세그먼트의 운동, 즉 엉덩이의 관절에 대한 허벅지의 굴곡-신전 운동, 무릎의 관절에 대한 다리의 굴곡-신전 운동, 및 발목의 관절에 대한 발의 굴곡-신전 운동의 시퀀스의 자연 부하 저항에 반해 운동학 및 동력학을 철저하게 고려하는 것으로 충분하다. 회복을 증명하는 징후의 경우, 특히 골반의 특정 자유 운동을 고려한 지면 상의 자유 보행의 더 정교한 구동이 유효하게 고려될 수 있을 것이다.
추가 목적은, 이후 연속 구동에 걸쳐 회복 상태의 전개를 추적할 수 있도록, 해당 근육의 표면 근전도측정(EMG)에 의해 자발적인 기능적 활동의 회복을 위한 잠재적인 능력의 조기 인덱스 및 신뢰할 만한 전조를 갖는 재교육기를 제공하는 데에 있다.
지금까지는, 하지를 생리학적으로 구동할 수 있도록 전술한 조건을 이행하고, 중추 신경계의 손상 후 불가능해지거나 제한된 자발적 활동의 긴밀한 모방을 고려하며, 통합 표면 근전도검사 시스템(EMG)에 의해 기능적 운동 회복의 조기 징후 및 시간의 경과에 따른 발전의 정도를 평가할 수 있는, 수직 위치에서의 보행의 구동과 함께 정와위 또는 부분 와위 자세에서 신경학상 환자의 하지를 구동하기 위한 단일 다목적 장치가 존재하지 않는다.
본 발명의 목적은, 자발적 능동 훈련의 가능한 가장 긴밀한 모방을 고려하고, 통합 표면 근전도검사(EMG)에 의해 결과 및 시간의 경과에 따른 발전의 평가를 통합함으로써, 하지를 재교육하기 위한 최적의 생리학적 구동 및 이후 보행 구동을 보장하기 위해, 전술한 단점(결함)이 없고 전술한 조건을 이행하는, 보행의 조기 구동과 함께 하지를 구동하기 위한 단일 다목적 장치를 제안하는 데에 있다.
대개는 두 별개의 유형의 장치에 배정되는 모든 기능들의 단일 다목적 장치 내의 기능적 조합으로 인해, 이와 같은 단일의 조밀한 장치는 많은 공간을 절약할 수 있게 하고, 특히 동일한 장치에서 이용 가능한 기능들의 범위를 통해 운영자의 작업을 굉장히 용이하게 할 수 있다는 이점을 제공한다.
이를 위해, 본 발명은 청구항 제1항에 정의된 바와 같은 하지를 구동하기 위한 장치에 관련된다.
예시적인 구현예로서 주어진 후술하는 설명은 도면을 참조한다.
도 1은 정와위 자세의 환자의 초기 배치를 가능하게 하는 낮은 수평 위치에서 본 발명에 따른 장치의 훈련 모드를 개략적으로 나타낸다.
도 2 및 도 3은 두 자세, 각각 도 2의 부분 와위 자세에서의 중간 점진 위치 및 도 3의 수직 위치(환자 직립)를 개략적으로 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 굴곡(4a) 및 신전(4b) 시 도 1의 장치의 기능적 보조기의 두 극단 위치를 개략적으로 도시한다.
도 5는 특히 도 2 및 도 3의 자세에서 장치 상에 환자를 지지하고 유지하도록 의도된 낙하산형 하니스를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 시스템 전체의 블록도를 도시한다.
도 1에 나타낸 장치의 예시적인 구현예에 따르면, 장치는 가위식 이동 승강기 메커니즘(3) 상에 배치되며 관절연결되는 테이블(2)을 포함하고, 그에 따라 초기에 수평인 상기 테이블은 점진적으로 상승되며 경사진 후, 도 2에 도시된 중간 위치에 인덱스되어, 도 3에 도시된 최종 수직 위치가 될 수 있다. 가위식 이동 승강기 메커니즘(3) 자체는 바퀴(5)를 구비한 기본 프레임(4) 상에 배치된다. 테이블(2)의 관절연결된 단부에는, 관절(6)을 통해 그리고 높이-조절 가능 지지구(7)에 의해, 외골격형의 2개의 동일한 기능적 보조기, 다시 말하면 환자(1)의 각각의 다리를 위한 기능적 보조기가 고정되어 있다. 적절하게 패딩된 테이블(2)은 초기 정와위 자세에서 환자의 등과 골반을 지지하도록 의도된다. 2개의 보조기는 각각 관절들(11, 12)에 의해 연결되는 3개의 세그먼트(8, 9, 10)로 이루어진 직렬형의 로봇 시스템을 구성한다.
각각의 보조기는 하지를 지지하고 안내하기 위한 외골격을 형성하도록 배치되어, 하지, 즉 허벅지, 다리, 및 발을 구성하는 3개의 신체 세그먼트와의 기계 인터페이스를 보장한다.
이를 위해, 도 2를 참조하면, 하지, 허벅지, 및 다리의 세그먼트들은 교정 구조에 연결되는 트로프형 패딩 지지구들(13, 14) 및 "벨크로"형 폐쇄 스트랩들(15, 16)에 의해 기계 보조기의 대응하는 세그먼트들(8, 9)에 연결될 수 있다.
허벅지(8) 및 다리(9)의 교정 세그먼트들은 신축 관으로 이루어지되, 이들의 길이는 환자의 체형에 따라 조정될 수 있고, 그에 따라 엉덩이(6), 무릎(11), 및 발목(12)의 교정 관절들은 기능적 관점에서 환자의 대응하는 생리학적 관절들과 일치한다. 제3 교정 세그먼트(10)는 발 지지구를 구성한다. 발은 "벨크로"형 폐쇄구를 갖는 가요성 텅들(17)에 의해 견고하게 폐쇄될 수 있는, 신발의 상부 구조와 유사한 가요성 구조에 의해 이 발 지지구에 대해 지속적으로 가압된 상태로 유지된다.
인간 사지의 해부학 및 생체역학은 직렬형의 관절 및 근육 구조를 보여준다. 그러므로, 하지의 신체 세그먼트들을 직렬형의 대응하는 교정 세그먼트들에 긴밀하게 연결하는 전술한 인터페이스는 하나의 기능부를 구성한다: 그 결과, 사지 및 보조기의 운동이 연결되고 동일하게 될 것이다.
그 결과, 보조기의 직렬형의 로봇 구조는 보조기가 사지의 세그먼트들의 특정 직렬 구조와 이상적으로 연동할 수 있게 하고, 생리학적 수준으로 가능한 가장 긴밀한 모방을 보장하여, 예를 들어 "레그 프레스", 페달링, 및 보행의 과정과 같은 폐쇄 근육 체인 및 관절 구동, 및 소정의 관절 및 수반되는 근육의 모든 필수 개방 체인 정밀도를 갖는 특정 구동을 동일한 단순성과 효율성으로 수행하는 것을 가능하게 한다.
그러나, 보조기들은 또한 본 발명의 범주를 벗어남 없이 병렬형의 운동학으로 제조될 수 있다.
단일 연쇄만을 포함하는 각각의 보조기의 직렬형의 운동학이 가장 간단하다. 이와 같은 직렬 시스템은 환자의 체형에 따라 매우 쉽게 조절될 수 있기 때문에 상당히 이점이 많다. 이는 쉽게 자동으로 절첩될 수 있다. 3개의 관절이 독립적이므로, 제어가 매우 간단하다.
그러나, 무엇보다도, 도 4a 및 4b에 제시된 바와 같이, 이와 같은 시스템에 의해 허용되는 관절 이동성은 최대이며, 전체 생리학적 범위에 걸쳐 관절 이동성의 최적의 구동을 허용한다. 사실상, 이와 같은 구동은, 각각의 관절에 대해, 운동, 각각 신전 및 굴곡의 하기 진폭을 요구한다.
- 엉덩이의 관절: - 30° 내지 120°
- 무릎의 관절: - 10° 내지 130°
- 발목의 관절: - 25° 내지 45°
3개의 엉덩이, 무릎, 및 발목 관절을 포함하는 외골격형의 직렬 보조기들은 외부에서 하지의 양측에 배치된다. 각각의 관절은 로드-크랭크형 및 전동식 변속기를 연결하는 메커니즘에 의해 구동된다. 이러한 메커니즘은 연결 로드를 통해 크랭크를 작동시키는 것을 가능하게 한다. 연결 로드는 경상 의료 로봇학의 전통에서 플런저 실린더처럼 슬라이딩하는 나사산 로드이다. 신축 운동은 전기 모터에 의해 회전이 제어되는 너트에 의해 달성되어, 모터와 너트의 회전이 보조기의 관절들에 인가되는 병진 운동으로 변환된다. 웜 스크루가 또한 감속 기어로 작동한다. 이러한 "전통적인" 해결방안은 합리적인 비용 및 국부 제어의 용이함을 보장하는 설치의 이점을 제공한다.
그러나, 이러한 해결방안은 다수의 단점을 보인다:
전기 액추에이터들은 액추에이터들에 의해 발생되는 동력과 그 중량의 비인 동력 대 중량비가 낮다. 감속비가 고정되며 제한된다.
전달되는 속도 및 토크는 감속비에 따라 좌우된다: 낮은 감속비는 더 높은 속도와 더 작은 토크를 허용하고, 높은 감속비는 속도를 감소시키지만 토크를 증가시킨다.
전기 액추에이터의 용량은 또한 결과적으로 과도한 치수를 가져야 하는 모터의 가열에 의해 제한된다.
본 발명에 따른 장치의 특정 사례에서, 무릎 및 발목의 관절들의 액추에이터들은 종종 돌출 위치에서 보조기 자체에 의해 "지지"되기 때문에 임계 중량을 나타낸다. 그러므로, 보조기의 운동 속도가 증가할 때 질량 관성 자체는 더욱더 임계값이 된다.
적절하게 계산된 전기 액추에이터들을 갖는 이와 같은 장치의 이전 제조의 결과로, 다리의 보조기들의 동력 및 속도는 단지 마비된 하지의 초기 구동을 보장하기에만 적합한 것으로 판명될 수 있다. 그러나, 이용 가능한 속도 및 동력은 본 발명에 따른 장치의 사지의 운동, 특히 직립 자세에서 보행 과정의 구동 시 환자의 모든 체중의 수용을 보장하고 제어하기에는 불충분한 것으로 판명된다.
본 발명에 따른 장치의 경우, 하나의 목적은, 특히 부하 저항에 반한 다리의 완전 신전에 의한 힘의 구동("레그 프레스" 훈련)의 경우, 1 m/s의 최대 속도에서 2000 뉴턴의 최대력을 획득하는 데에 있다.
다른 목적은, 보조기의 발 지지구(10) 상의 직립 자세에서의 보행의 구동의 맥락에서, 다리 보조기가 보행 사이클의 스탠스 상태에서 환자의 모든 체중을 지지할 수 있는 데에 있다. 환자의 최대 승인 체중이 140 kg이며, 스탠스 상태에서는 이러한 체중이 약 20% 더 증가한다는 것을 고려하면, 수용될 전체 체중은 약 170 kg이다. 그 결과, 2000 뉴턴의 목표 최대력이 필요하다.
전기 액추에이터들의 전술한 모든 단점을 극복하고 본 발명의 요구를 충족시키기 위해, 본 발명에 따른 장치에 유압 액추에이터들이 장착되게 한다. 유압 액추에이터들은 전기 액추에이터들보다 5 내지 10배 큰 동력 대 중량비, 최대 토크에서도 매우 높은 가속 능력 및 높은 작동 속도와 같은 이점을 제공한다.
유압 액추에이터들의 이러한 특징 및 높은 강성은 감속 기어 없이 보조기의 관절들의 직접 구동을 가능하게 하여, 보조기의 관절들의 분산된 운동력에 적합하며 유체 이동을 가능하게 한다.
전기 액추에이터들의 다른 단점은 너무 시끄러운 것으로 판명된 작동인데, 감속 기어와 연관될 때, 귀에 거슬리는 불쾌한 소음을 발생시키며, 이는 교정 로봇 장치 내에서 동시에 작동하는 다수의 액추에이터에 의해 더 실질적으로 증가된다. 이와 같은 소음은 사용자 및 그 환경에 대해 판명된 골칫거리를 초래한다.
반대로, 유압 액추에이터들의 시스템은 상당한 사용자 편의를 제공하는 거의 고요한 작동의 이점을 제공한다.
유압 시스템의 아주 약간의 시끄러운 요소는 방음 중앙 유닛 내에 함께 그룹화될 수 있는 전기 서보밸브들과 펌프이다.
마지막으로, 유압 액추에이터들은 전기 액추에이터들과 달리 전자기 간섭을 발생시키지 않는다는 추가 이점을 제공한다. 이러한 이점은 후술하는 바와 같이 액추에이터들의 작동과 함께 사용되는 통합 근전도 측정 시스템(EMG)에 대한 즉각적인 근접성이 상당하다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 무릎(11) 및 발목(12)의 교정 관절들은 연결 로드-크랭크형이다. 연결 로드는 이중-작동식 유압 실린더들(18, 19)의 로드이다. 이 장치에서, 연결 로드는 크랭크에 연결되는 진자 운동과 연관된 병진 운동을 하는 단부를 갖는다.
150°의 총 회전 능력을 요구하는 엉덩이의 교정 관절은 연결 로드-크랭크형일 수 없다. 회전 유압 실린더(20)가 이를 위해 사용된다.
각각의 유압 실린더는 위치 센서를 구비하고, 각각의 교정 관절은 절대각 위치 센서(33)와 힘 및 토크 센서들(34)을 구비한다.
보조기들의 이동성을 위한 유압 액추에이터들의 시스템의 채택으로 인해, 유압 액추에이터들을 사용하여, 각각 유압 실린더에 의해 테이블(2)의 가위식 이동 승강기 메커니즘(3)을 작동시키고, 실린더(21)에 의해 도 1에 나타낸 테이블(2)의 수평 위치로부터 도 3에 나타낸 상기 테이블의 수직 위치로의 전이를 점진적으로 작동시키며, 이를 도 2에 나타낸 바와 같은 중간 경사 위치에 인덱스하게 된다.
도 5는 예로서 수용 테이블(2) 상에 사람을 지지하기 위한 완전한 하니스(37)를 도시한다. 이 하니스는 등 부분에 의해 상기 테이블에 고정되는 주 골반 벨트를 포함한다. 이 벨트는 특히 수직 위치에서 환자의 체중을 지지하도록 의도된 다리 스트랩형(39)의 하부 및 안정화 복부 벨트를 구비한다.
어깨 스트랩들(38)이 또한 골반 벨트의 후방 상부에 부착된다. 어깨 스트랩들의 타 단부는 환자의 어깨 뒤에서 수용 테이블(2)에 부착된다. 모든 하니스는 소정의 사람의 치수에 따라 완벽히 조절 가능하도록 설계된다.
하니스는 3가지 기능을 수행한다: 1) 사람의 측방향 안정화, 2) 정와위 자세 및 중간 부분 와위 자세에서, 어깨 스트랩들은 구동 훈련 중에, 특히 "레그 프레스" 훈련의 경우에 가해지는 반응력을 상쇄한다, 및 3) 보행 훈련을 위한 직립 자세에서, 레그 스트랩은 사람의 체중을 지지한다.
예시적인 구현예를 통해 후술하는 본 발명에 따른 시스템의 블록도를 도시하는 도 6을 참조한다.
중앙 제어 유닛(22)은 프로그램, 데이터 처리, 및 전체 시스템 제어를 수행하는 중앙 유닛인 마이크로컴퓨터(23)를 포함한다. 이 마이크로컴퓨터는 후술하는 다양한 모듈들 또는 유닛들에 연결된다. 마이크로컴퓨터(23)는 적어도 하나의 전기 신경근 자극 모듈(24)에 연결된다.
자극 모듈(24)의 각각의 출력 채널은 한 쌍의 전극(28, 29)의 관리를 담당하는 스위칭 스테이션(27)에 연결된다.
마이크로컴퓨터(23)는 또한 스위칭 스테이션(27)에 연결되는 측정 입력 채널을 갖는 적어도 하나의 근전도(EMG) 측정 모듈(25)에 연결된다.
마이크로컴퓨터(23)는 또한 스위칭 스테이션(27)에 직접 연결된다.
마이크로컴퓨터(23)는 또한 EMG 시스템의 접지에 연결되는 EMG 시스템의 한 쌍의 기준 전극(30, 31)의 관리 및 제어 유닛(32)에 연결된다.
전체적으로, 본 발명에 따라 적용되며 상기에 제시된 모듈식 신경근 자극 및 근전도 측정 시스템은 스위스 특허출원번호 제00262/15호 및 국제 특허출원번호 제PCT/IB2016/050896호에 상세히 기재된 "다채널 기능적 전기 자극(FES) 및 근전도 측정(EMG) 시스템을 구성한다.
마이크로컴퓨터(23)는 또한 전극들(28, 29; 30, 31)에 통합되는 전자 식별 및 인증 마이크로칩들을 위한 적어도 하나의 관리 및 제어 유닛(26)에 연결된다. 본 발명에 따라 적용되는 이러한 전극 식별 및 인증 시스템은 스위스 특허출원번호 제00263/15호 및 국제 특허출원번호 제PCT/IB2016/050896호에 "통합형 전자 마이크로칩을 갖는 표면 경피 전극"이라는 명칭으로 상세히 기재되어 있다.
마이크로컴퓨터(23)는 또한 보조기들의 각각의 관절들(6, 11, 12), 및 테이블(2)의 가위식 승강기 메커니즘(3)의 유압 액추에이터들, 및 테이블(2)의 경사 액추에이터(21)에 통합되는 위치 센서들(33)에 연결된다.
마이크로컴퓨터(23)는 또한 유압 실린더들(18, 19, 20)에 의해 이동되거나 제동될 수 있는 보조기들의 각각의 관절들(6, 11, 12)에 통합되는 힘 및 토크 센서들(34)에 연결된다.
위치 센서들(33)과 힘 및 토크 센서들(34)은 마이크로컴퓨터(23)에 실시간으로 정보를 전달한다. 중앙 제어 유닛(22)의 상기 관리 마이크로컴퓨터는 이들 데이터를 해석하여, 각각의 관절의 관절 각위치, 가속도, 및 각속도뿐만 아니라, 그 안에서 발생되는 힘 및 토크뿐만 아니라, 초기 수평 위치로부터 수직 위치로 점진적으로 달라질 수 있는 지면으로부터의 테이블(2)의 위치의 높이 및 상기 테이블의 경사각을 실시간으로 인식하는 것을 가능하게 한다.
그러므로, 이러한 정보는 각각의 관절의 부하 저항 하의 활동에 대한 포괄적인 피드백을 구성한다. 따라서, 이러한 기술적 피드백은 고유수용 신경계에 의해 중추 신경계에 정상적으로 전달되는 생리학적 피드백을 대신한다. 실제로, 교정 직렬 구조에 의해 제공되는 기술적 피드백은 불충분한 생리학적 피드백을 긴밀하게 모방한다.
마이크로컴퓨터(23)는 또한 탱크 및 펌프를 포함하는 유압 동력 그룹(36)에 의해 각각의 유압 액추에이터(유압 실린더; 18, 19, 20, 21) 및 가위식 승강기 메커니즘(3)에 전달되는 유압 유동을 제어하는 그룹(35)의 각각의 전기-유압 서보밸브들에 연결된다.
마지막으로, 마이크로컴퓨터(23)는 "바이오피드백" 시스템과 결합되는, 운영자에 의한 장치의 제어를 위한 터치스크린을 갖는 인간/기계 인터페이스(37)에 연결되는데, 이는 특히 사람이 끈기 있게 버티도록 고무하고 격려하기 위해, 달성된 또는 달성될 수행 수준을 나타내는 다양한 데이터를 훈련자 앞에 놓인 상기 스크린 상에 표시한다.
전문 문헌은 현재 활동을 용이하게 하는 뚜렷한 유익한 상호보완적 효과를 가질 수 있는 정신적 개입의 전적인 중요성을 강조한다.
구동 프로그램에 따른 훈련은 예를 들어 초기에 프로그램된 각각의 파라미터들의 훈련 편차와 같은 상기 구동의 훈련에서 기인한 다양한 데이터를 마이크로컴퓨터(23)에 저장하는 이른바 "순응성(compliance)" 장치에 의해 제어된다. 이후, 이러한 순응성은 운영자에 의해 참고되고 해석될 수 있다.
도 1을 참조하면, 장치는 초기 위치로 도시되어 있는데, 테이블이 환자를 가장 낮은 위치, 예를 들어 지면으로부터 55 ㎝에 수용하고 있다. 이 위치에서, 지지구(7)의 높이를 조절하기 위한 메커니즘은 또한 보조기들을 테이블(2)에 고정하기 위한 관절(6)을 낮추어, 도 1에 도시된 바와 같은 상기 테이블의 높이 아래로 상기 보조기들을 후퇴시키는 것을 가능하게 한다.
보조기들의 후퇴 고정과 함께 환자를 수용하는 테이블의 이러한 낮은 배치는 상기 환자의 휠체어로부터 상기 테이블로의 용이한 이송을 허용한다.
다음으로, 가위식 승강기 메커니즘(3)에 의해, 테이블은 운영자를 위한 최적의 높이로 상승될 수 있고, 조절 가능한 지지구(7)의 높이는 보조기들을 고정하는 관절(6)이 환자의 엉덩이의 관절과 적절하게 연동하도록 조절될 수 있다. 운영자를 위해, 환자 및 테이블(2)의 높이의 이러한 중간 위치는 인체계측 조절, 특히 하니스(37), 허벅지(8) 및 다리(9)의 신축식 교정 세그먼트들의 길이, 지지구들(13, 14), 및 폐쇄 스트랩들(15, 16)의 조절뿐만 아니라 전극들의 배치를 굉장히 용이하게 한다.
다음으로, 각각 테이블(2)의 높이 및 부분 와위 자세에서의 중간 위치의 경사의 점진적인 조절에 의해, 환자의 자세는 예를 들어 "레그 프레스" 또는 페달링과 같은 소정의 훈련, 또는 심지어 다른 소정의 훈련의 최적의 구동 자세가 된다. 상기 중간 위치의 예가 도 2에 도시되어 있다.
각각 테이블(2)의 높이 및 경사의 점진적인 조절은 최종 위치에서 테이블(2)이 적절한 높이가 되고, 환자가 다리의 보조기들의 발 지지구들(10) 상에 직립하는 동안 환자의 체중이 도 5에 따른 하니스에 의해 지지되는 수직 위치가 되는 것을 가능하게 한다. 도 3에 도시된 이러한 궁극의 위치에서, 환자는 보행 과정의 구동을 시작할 준비가 된다.
장치의 본질적인 목적은 프로그램된 고정 또는 가변 부하 저항에 반해 훈련되는 임의의 유형의 적절하게 제어된 궤적으로 하지의 운동을 발생시킬 수 있는 데에 있다.
소정의 운동의 궤적의 운동학이 마이크로컴퓨터(23)에서 계산되고 저장된다. 소정의 궤적의 이러한 운동학은 유압 액추에이터들(18, 19, 20)에 의해 전동화되는 2개의 기능적 보조기가 각각 관절(6)에 의해 작업 테이블(2)에 연결되고 관절들(11, 12)에 의해 연결되는 3개의 세그먼트(8, 9, 10)로 이루어진 직렬형의 로봇 시스템을 구성하기 때문에 전적인 충실도로 재현될 수 있다. 보조기의 상기 관절들 각각에 통합되는 위치 센서들(33)과 힘 및 토크 센서들(34)은 상기 궤적의 실시간 폐루프 조절을 허용한다.
초기에, 소정의 궤적이 수동으로 재현되도록 계산되는데, 환자에 의해 힘이 가해지지 않고, 보조기의 비중량 및 다리의 중량만이 고려되며 특히 중력에 대해 상쇄된다. 이 경우, 대상과 보조기의 능동적 상호작용이 존재하지 않는다.
다음으로, 동일한 궤적이 건강한 대상에 의해 자발적 능동 방식으로 달성되며, 수반되는 근육의 근전도(EMG)의 시퀀스가 적절하게 계산되고 기록된다. 상이한 부하 저항값을 관절들에 적용하여, 이러한 과정을 반복할 수 있다.
보행 사이클 중의 다리의 특정 궤적에 대해, 대상의 직립 자세에서, 동일한 과정을 수행할 수 있다.
환자에 의해 힘이 가해지지 않는 수동 재현되는 궤적이 수행되는 동안, 환자의 전체 체중은 하니스에 의해 지지되고, 이는 발 지지구(10)에 힘이 인가되지 않게 하고, 그 결과 상기 발 지지구에 의해 가해지는 반응력이 없게 한다.
이후, 보행 사이클의 동일한 궤적이 건강한 대상에 의해 자발적 능동 방식으로 달성되고, 수반되는 근육의 근전도(EMG)의 시퀀스가 적절하게 계산되고 기록된다. 발 지지구(10)에 의해 가해지는 균등한 반응력을 유발하는 상이한 값의 힘을 상기 발 지지구에 인가하여, 이러한 과정을 반복해야 하고, 힘은 하니스에 의해 지지되지 않는 대상의 체중의 일부에 대응할 것이다.
발 지지구(10)에 인가되는 힘의 이러한 변경은 상기 발 지지구와 엉덩이(6)의 교정 관절 사이에 그려진 원의 반경의 길이의 아주 약간의 조절에 의해 발생되는 상기 발 지지구의 궤적의 아주 약간의 변경에 의해 달성될 수 있다. 상기 원의 반경이 아주 약간 감소될 때, 발 지지구(10)에 인가되는 힘이 증가하고, 상기 발 지지구에 의해 가해지는 반응력이 그만큼 증가하고, 이는 대상의 지지 하니스 내의 힘의 균등한 경감을 유발한다.
상기 원의 반경의 이러한 약간의 조절은 신체의 체중이 발 지지구(10) 상에 전적으로 인가되게 하고, 그에 따라 하니스 높이에서 완전히 경감되게 할 수 있다.
이러한 극단적인 사례에도, 상기 원의 반경의 필수 단축은 교정 세그먼트들과 다리의 신체 세그먼트들의 적절한 연동을 현저히 방해하지 않으므로, 제약 없이 보행 사이클의 올바른 달성을 가능하게 한다.
보행 사이클 중 상기 원의 반경의 조절의 이러한 동일한 실시간 작동에 의해, 자발적 보행 사이클 중에 일어나는 잘 알려진 지면의 반응력의 조절과의 긴밀한 모방을 고려하기 위해 발 지지구(10)에 의해 가해지는 반응력을 조절할 수 있다.
수반되는 근육의 마비 때문에 소정의 운동의 궤적의 자발적 훈련이 가능하지 않거나 상기 근육의 부분 마비 때문에 불충분할 때, 본 발명의 전술한 설명의 내용은 매뉴얼 또는 로봇식 외부 수단에 의해 부과되는 수동 구동에서 기인하는 커다란 단점과, 이와 달리, 수반되는 근육의 능동 참여의 완전히 원초적이며 생리학적으로 명백한 중요성을 강조하였다.
이와 같은 경우, 근육의 능동 참여는 폐루프 통합 근운동기록 기능적 전기 자극(CLIMFES)형의 실시간 폐루프 모드로 조절되는 근육의 기능적 전기 자극에 의한 상기 근육의 자극에 의해 효과적으로 유발될 수 있는 것이 또한 기재되어 있다.
이와 같은 자극을 발생시키기 위해, 대개는 자극 강도(mA)를 포함하는 각각의 소정의 근육의 복잡한 예비 모델링이 존재한다. 모델은 또한 관절 각도의 영향을 고려한다. 이는 이관절 근육의 경우 각각의 관절마다 하나씩, 두 삼차 함수에 의해 모델링된다. 식별은 다양한 결정된 각도 및 강도에서 달성된다. 그 결과, 힘 강도 및 힘 위치 관계에 대한 총 식별 시간은 약 10분이다. 이러한 유형의 모델링의 최종 결과는 적응된 조절기가 복잡하다는 것이다. 이와 같은 모델링은 특히 미국 특허 제7 381 192호에 기재되어 있다.
모델링 및 조절기의 복잡성, 공정을 늦추는 실행되어야 할 연산들의 수와 복잡성, 및 무엇보다도 각각의 구동 세션 전에 필요한 10분의 총 식별 시간은 많은 단점을 갖는다.
본 발명에 따르면, 전술한 단점을 극복할 상이한 자극 전략이 적용된다.
장치는 정의된 궤적의 훈련에 수반되는 모든 근육의 근전도(EMG)의 시퀀스의 사전 측정 및 기록을 위한 통합 시스템을 포함하되, 이러한 시퀀스는 상기 궤적 전체에 걸쳐 그리고 각각의 근육에 대해, EMG의 위치에 따라 자극 윈도우를 정의하고, 이는 또한 상기 근육이 비생리학적 순간에 자극되는 것을 방지한다. 힘 위치 관계는 또한 상기 자극 윈도우로부터 일어난다. 힘 강도 관계는 또한 EMG 측정에 기반한다.
건강한 대상에 의해 본 발명의 장치의 도움 없이 자체 물리적 능력에 의해 자발적 능동 방식으로 훈련되는 기정의된 궤적의 경우, 측정되는 EMG의 대응하는 시퀀스의 모든 기준 데이터는 상기 시스템에 통합되는 룩업 테이블에 온라인으로 기록될 수 있다.
아울러, 상기 기정의된 궤적의 훈련 중에, 각위치 센서들(33) 및/또는 힘 센서들(34)에 의해 수행되는 측정은 EMG의 룩업 테이블과 연동할 수 있는 시스템에 통합되는 룩업 테이블에 기록될 수 있다.
이와 같은 실시는 간단하며, 정확하고, 매우 신속하다는 이점이 있다. 룩업 테이블이 정확하게 원하는 궤적을 나타내기 때문에, 개산이 이루어지지 않는다.
그 결과는 EMG 측정이 전기 자극의 동기화를 위한 정확한 정보를 제공한다는 것이다. 힘 센서들(34)이 전기 자극의 강도의 조절을 가능하게 하는 한편, EMG 측정과 상기 힘 센서들(34)의 조합은 최종적으로 폐루프 통합 근운동기록 기능적 전기 자극(CLIMFES)형의 실시간 폐루프 모드로 조절되는 신경근 자극을 허용한다.
그 결과, 유압 액추에이터들(18, 19, 20)을 조절하도록 의도된 간단한 조절기는 종래 비례적분미분(PID)형일 수 있다. 다리의 보조기들을 제어할 더 복잡한 실시가 더 이상 필요하지 않다.
전술한 장치는 프로그램된 고정 또는 가변 부하 저항에 반해 훈련되는 임의의 유형의 적절하게 제어된 생리학적 궤적을 훈련하는 하지의 운동을 발생시키고 제어할 수 있기 때문에 굉장한 응용 범용성을 제공한다. 이는 또한 소정의 관절의 폐쇄 근육 체인 및 관절 구동과 개방 체인 특정 구동 모두를 가능하게 한다.
이는 정와위 또는 부분 와위 자세에서의 하지의 이동성, 힘, 및 지구력의 구동, 및 수직 위치에서의 보행의 조기 구동을 가능하게 한다.
CLIMFES형의 자극과 EMG 측정을 결합하는 통합 시스템을 통해, 이는 근육의 능동 참여와 함께 생리학적으로 최적의 구동을 보장하는데, 중추 신경계의 손상 후 불가능해지거나 제한된 자발적 활동의 가장 긴밀한 모방의 고려와 관련하여, 중추 신경계의 정확한 고유수용 자극, 및 필요한 경우 대체 가소성, 및 통합 표면 근전도 측정 시스템(EMG)에 의한 기능적 회복의 조기 징후 및 시간의 경과에 따른 발전의 객관적 평가를 보장한다.
마지막으로, 이는 예를 들어 하지마비, 반신마비, 및 뇌성마비의 경우와 같은 운동 또는 신경운동 장애 상황에서 사람의 전체적인 최적의 구동, 및 스포츠 분야에서 외상후 기능적 재교육 및/또는 구동을 허용한다.
본 발명을 유리하게 제조할 수 있는 방식을 예시하기 위해 이제까지 주어진 설명에 이어, 본 발명은 이러한 구현예에 제한되지 않음을 주목해야 한다. 수직 위치에서의 보행의 구동과 함께 정와위 또는 부분 와위 자세에서 사람의 하지 및 상지를 구동하기 위한 장치의 여러 변형 구현예들이 첨부된 청구범위에 정의된 바와 같이 본 발명의 범주를 벗어남 없이 당해 기술분야에서 고려될 수 있다.

Claims (15)

  1. 사람의 하지를 구동하기 위한 장치로, 기본 프레임(4), 상기 사람(1)을 지지하는 테이블(2), 적어도 하나의 전동식 기계 보조기로, 상기 사람(1)의 상기 하지 및 상기 보조기의 운동이 연결되고 동일하게 되도록 상기 하지 중 적어도 하나와 인터페이스를 구성하도록 배치되며, 상기 테이블(2)의 일 단부에 고정되는 보조기, 및 한편으론 상기 하지의 근육 또는 근육군을 자극하고 다른 한편으론 상기 근육 또는 근육군의 반응을 측정하기 위해, 상기 근육 또는 근육군에 작용하도록 의도된 적어도 한 쌍의 자극 및 측정 전극(28, 29)을 포함하는 기능적 전기 자극 및 근전도 측정 장치(24, 25)를 포함하는 장치에 있어서,
    상기 사람(1)의 이송 및 배치가 용이하게 되는 낮은 위치, 중간 작업 위치, 및 직립 자세에서 상기 사람(1)의 구동을 가능하게 하는 높은 위치 사이에서 상기 기본 프레임(4)에 대해 상기 테이블(2)의 수직 위치를 변화시키는 것을 가능하게 하는 상승 메커니즘(3), 및 특히 상기 사람(1)이 정와위 자세로 있는 수평 위치와 상기 사람(1)이 직립 자세로 있는 수직 위치 사이에서 상기 기본 프레임(1)에 대해 상기 테이블(2)의 경사를 변경하는 것을 가능하게 하는 상기 테이블(2)의 경사 메커니즘을 추가로 포함하되, 상기 테이블(2)의 상기 상승 및 경사 메커니즘들의 조합은 상기 하지의 운동의 각각의 생리학적 범위의 전체 규모에 걸쳐 상기 보조기의 이동성을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    각각 상기 환자의 상기 하지 중 하나와 인터페이스를 구성하도록 배치되는 2개의 보조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각각의 보조기는 각각 상기 사람(1)의 허벅지, 다리, 및 발과 기계 인터페이스를 구성하도록 의도된 적어도 3개의 교정 세그먼트(8, 9, 10)를 포함하되, 상기 제1 및 제2 세그먼트(8, 9)는 상기 사람(1)의 허벅지 및 다리에 대한 각각의 연결을 위한 수단(13, 15; 14, 16)을 포함하고, 상기 제3 세그먼트(10)는 발 지지구를 구성하도록 배치되며 상기 발 지지구를 상기 사람(1)의 발에 고정하기 위한 수단(17)을 포함하고, 상기 제1 세그먼트(8)는 상기 사람(1)의 엉덩이의 높이에 위치하는 제1 전동식 관절(6)에 의해 상기 테이블(2)에 일 단부에서 연결되며, 제2 전동식 관절(11)에 의해 상기 제2 세그먼트(9)의 일 단부에 타 단부에서 연결되고, 상기 제2 세그먼트(9)의 타 단부는 제3 전동식 관절(12)에 의해 상기 제3 세그먼트(10)에 연결되며, 상기 관절들(6, 11, 12)의 전동화는 액추에이터들(18, 19, 20)에 의해 보장되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 교정 세그먼트(8, 9)의 상기 연결 수단은 상기 사람(1)의 상기 하지 중 하나를 수용하는 것을 가능하게 하는 트로프형 패딩 지지구들(13, 14), 및 상기 교정 세그먼트들(8, 9)에 연결되는 스트랩들(15, 16)로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제3 교정 세그먼트(10)는 상기 사람(1)의 발들 중 하나를 수용하는 것을 가능하게 하는 신발의 일반적인 형태를 가지되, 상기 신발은 가요성 텅들(17)에 의해 견고하게 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액추에이터들(18, 19, 20)은 상기 제2 및 제3 관절(11, 12)을 위한 유압형, 특히 이중-작동식 유압 실린더들(18, 19) 및 상기 제1 관절(6)을 위한 회전 유압 실린더(20)인 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 교정 세그먼트(8, 9)는 가변 길이의 요소들로 구성되어, 상기 사람(1)의 체형에 따라 길이를 조정할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 관절(6)은 상기 테이블(2) 상의 상기 사람(1)의 이송 및 배치를 용이하게 하기 위해 수평 위치에서 상기 테이블(2)의 높이 아래로 후퇴될 수 있도록 상기 테이블(2)에 조절 가능하게 고정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 관절(6, 11, 12)은 적어도 하나의 위치 센서(33) 및 적어도 하나의 힘 센서(34)를 구비하되, 상기 센서들(33, 34)은 상기 관절(6, 11, 12)의 위치 및 그 안에서 발생되는 힘과 토크에 관한 데이터를 중앙 제어 유닛(22)에 실시간으로 전달할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 중앙 제어 유닛(22)은 상기 위치 및 힘 센서들(33, 34)에 의해 수행되는 일련의 측정에 대해 상기 한 쌍의 자극 및 측정 전극(28, 29)에 의해 수행되는 일련의 근전도 측정을 저장하는 적어도 하나의 기준 데이터 테이블을 포함하되, 상기 기준 데이터는 단지 물리적 능력에 의해 기정의된 궤적에 따라 각각의 하지를 이동시킨 기준 사용자에 관한 것이며, 상기 중앙 제어 유닛(22)은 상기 기준 데이터 테이블을 사용하여 폐루프 모드 및 실시간으로 상기 액추에이터들(18, 19, 20) 및 상기 한 쌍의 자극 및 측정 전극(28, 29)을 제어하여, 상기 기정의된 궤적에 따라 상기 사람(1)의 상기 하지 중 적어도 하나를 이동시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 중앙 제어 유닛(22)은 마이크로컴퓨터(23)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 테이블(2)의 상기 경사 메커니즘은 적어도 하나의 액추에이터(21)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사람(1)을 지지하는 상기 테이블(2)에는 상기 사람(1)을 지지하는 하니스(37)가 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 하니스(37)는 상기 테이블(2)의 수평 또는 경사 위치 및 상기 사람(1)의 정와위 또는 부분 와위 자세에서, 힘 구동 훈련 중에 가해지는 반응력을 상쇄하도록 의도된 어깨 스트랩들(38)을 갖는 상부, 및 수직 위치에서 상기 사람(1)의 체중을 지지하도록 의도된 레그 스트랩형(39)의 하부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상승 메커니즘은 상기 기본 프레임(4)에 통합되는 가위 구조(3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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