KR20180025712A - 하지 강화 재활운동을 위한 페달형 휠체어 - Google Patents

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홍성태
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Abstract

본 발명은 페달을 장착하여 뇌혈관질환, 척수손상, 교통사고 환자, 편마비 환자 등 보행이 제한되는 환자의 하지 재활운동을 비롯하여 일반 휠체어 사용으로 인한 하지 약화, 정적인 자세 또는 경직, 강직 및 구축 등의 신체적 변형 예방 및 기능을 강화할 수 있되, 각 부 사이즈를 사용자의 신체 조건에 맞도록 조절 가능한 하지 강화 재활운동을 위한 페달형 휠체어에 관한 것이다.

Description

하지 강화 재활운동을 위한 페달형 휠체어 {Pedal type wheelchair for the lower body strengthening rehabilitation}
본 발명은 휠체어에 관한 것으로, 자세하게는 페달을 장착하여 뇌혈관질환, 척수손상, 교통사고 환자, 편마비 환자 등 보행이 제한되는 환자의 하지 재활운동을 비롯하여 일반 휠체어 사용으로 인한 하지 약화, 정적인 자세 또는 경직, 강직 및 구축 등의 신체적 변형 예방 및 기능을 강화할 수 있되, 각 부 사이즈를 사용자의 신체 조건에 맞도록 조절 가능한 하지 강화 재활운동을 위한 페달형 휠체어에 관한 것이다.
뇌손상, 척수손상, 교통사고 등을 겪고 있는 환자의 보행능력 회복은 기능적인 재활의 주요한 목표로 여겨지고 있다. 특히 하지 운동능력 결여는 보행능력과 균형에 영향을 미치며, 낙상의 위험을 증가시킬 뿐만 아니라 하지 이완성(flaccidity), 경직성(spasticity) 및 환측의 감각 기능 장애로 인한 보행 능력 저하는 독립적인 일상생활능력을 어렵게 만드는 주된 요인으로 지목된다.
한편, 의학의 발달과 경제적 발전으로 평균수명이 연장되어 노인 인구가 증가하고 있으며, 노인인구가 증가함에 따라 뇌졸중 발생률도 증가하는 가운데, 생활의 서구화로 인해 젊은 30 ~ 40대에서도 뇌졸중이 급격하게 증가를 하고 있다.
뇌졸중으로 인한 편마비 환자는 근력의 감소, 체중부하의 불균형, 균형감각의 결여, 과도한 신장반사 혹은 길항근의 공동수축 및 운동조절 능력의 저하 등의 요인들이 있어 독립적인 기능 감소와 낙상의 위험이 증가하게 되며, 기능적 활동과 일상생활의 영위에 상당한 불편과 어려움을 느끼게 된다.
또한, 편마비 환자에 있어 하지 기능 손상은 환측과 비환측의 비대칭성, 보행장애, 비정상적인 신체 균형의 문제를 일으키며, 기립 균형시 안정성을 저하 및 보행장애를 초래한다.
이러한 환자들의 보행장애는 환자 자신과 주위 가족에게 있어 가장 중요시되는 활동능력으로, 퇴원 후 환자가 물리치료를 받더라도 7%만이 사회생활의 보행기준을 만족시킬 수 있는 정도가 되는 것으로 알려져 있다.
이와 같은 문제의 해결을 위한 방법으로 사지부하 자전거타기 운동(limb-loaded cycling)이 마비측과 비마비측 사이 체중의 협응된 이동과 좋은 시기의 하지 체력생성을 돕고 보행 기술의 연습으로 체중 부하 능력을 제공해 준다고 보고되고 있다.
이에 자전거 페달 방식으로 휠체어를 움직일 수 있는 페달형 휠체어를 개발하여 뇌혈관질환, 척수손상, 교통사고 환자, 편마비 환자 등 보행을 제한받거나, 일반 휠체어 사용으로 인한 하지의 약화, 정적인 자세 또는 경직, 강직 및 구축 등 신체적 변형을 예방하고자 하는 상황에서 하지 운동을 할 수 있도록 하고 있다.
이를 통해 일반 휠체어에서는 구현할 수 없는 양쪽 다리의 상호작용 운동, 즉 교대로 발생하는 굴곡과 신전 움직임의 유사한 보행 패턴(locomotor pattern)을 공유하고 길항근과 교대로 일어나는 근활동을 통해 보행에 가까운 운동을 할 수 있어 하지 근력강화와 같은 기능이 구현될 수 있으며, 페달형(자전거형) 휠체어의 구조가 사용자의 신체적 특징 및 상황에 맞도록 하는 것이 매우 중요한 요소로 여겨진다.
하지만, 종래의 페달형 휠체어는 휠체어와 자전거 페달의 결합구조를 통해 하지 운동에 초점이 맞춰져 규격화된 제품에 사용자의 신체적 특징이나 조건을 맞출 수 있는 어떠한 수단도 구비되지 않는 문제점이 있었다.
공개특허공보 제10-2015-0102278호(2015.09.07.)
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 장애인 및 고령자 등 신체적 손상으로 인해 이동 및 하지 약화가 발생할 수 있는 사용자의 하지 근력 강화 및 교대 운동을 돕되, 사용자의 신체 조건에 맞도록 하여 최적화된 하지 강화 재활운동을 위한 페달형 휠체어를 제공하는 것이다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 양측의 한 쌍의 메인바퀴 및 하측의 전방향 조정 가능한 보조바퀴가 결합되는 메인프레임을 구비한 휠체어에 있어서, 등받이 및 좌판과, 양측의 팔걸이와, 상기 좌판 하측이 상기 메인프레임 상부에서 설정된 범위 내에서 전후방향 위치조절이 가능한 위치조절부를 구비하는 좌석부; 크랭크축 및 한쌍의 페달과, 상기 크랭크축을 높이조절 가능하도록 상기 메인프레임 하부에 연결하는 페달프레임과, 상기 크랭크축의 회전을 상기 메인바퀴의 축으로 전달하는 동력전달수단을 구비하는 구동부; 상기 메인프레임 하측에 지면과 접촉하는 조향바퀴와, 상기 팔걸이에 장착되어 좌우 회동 가능한 핸들부 및 상기 핸들부의 조작에 따라 상기 조향바퀴의 방향을 조절하는 링크수단을 구비하는 조향부; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 페달프레임은 전후방향으로 길이조절이 가능하도록 구성되되, 상기 동력전달수단을 내측에서 외측으로 밀어내도록 작용하는 탄성체를 구비하여 장력을 유지하는 장력조절부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 메인프레임 전면으로 돌출되도록 하단이 상기 메인프레임 하측에 각도조절 가능하도록 결합하되 상단에 손잡이가 형성된 가이드바를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 좌석부는 상기 팔걸이의 높이를 조절하는 높이조절부와, 상기 팔걸이 상부에 형성되어 핸들부가 탈부착되는 마운트부를 더 포함하고, 상기 핸들부는 상기 마운트부에 고정결합을 위한 결합부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 좌석부는 상기 좌판 하부 외측에 설치되어 높이조절에 따라 좌판의 수평각도를 조절하는 각도조절부를 더 포함할 수 있다.
본 발명을 통해 뇌혈관질환, 척수손상, 교통사고 환자, 편마비 환자 등 보행이 제한되는 환자의 하지 재활운동을 비롯하여 일반 휠체어 사용으로 인한 하지 약화, 정적인 자세 또는 경직, 강직 및 구축 등의 신체적 변형 예방 및 기능을 강화하고 효율적인 재활을 통해 독립적인 생활을 통한 삶의 질(Quality of Life) 향상이 이루어질 수 있다.
특히, 다년간 증가세를 보이고 있는 뇌졸중 환자의 효율적인 재활을 통해 재발을 방지하여 의료보험 및 기타 비용 절감의 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 외형을 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 구조를 나타낸 분해 사시도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 구조를 나타낸 측면도,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 외형을 나타낸 사시도,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 구조를 나타낸 부분 사시도 이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 하지 강화 재활운동을 위한 페달형 휠체어의 구성을 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 외형을 나타낸 사시도이다. 종래의 휠체어와 동일한 구성으로 의자 형상의 메인프레임(110)이 구비되며, 상기 메인프레임(110)의 양측에는 주행을 위한 한 쌍의 메인바퀴(111)와 더불어 앞쪽 또는 뒤쪽 하부에는 하중을 분담함으로 안정적인 자세유지를 역할의 전방향 조정 가능한 보조바퀴(113)가 결합된다. 이와 같은 비전동형 휠체어는 통상적으로 보호자가 뒤쪽에서 밀어주거나 사용자가 손을 통해 메인바퀴(111)를 직접 돌려줌으로 이동하게 되므로, 메인바퀴(111) 외측으로 손잡이가 형성되기도 하며, 사용자의 환경을 고려하여 적절한 타입의 바퀴를 선택적으로 탈부착 가능하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 보조바퀴(113)는 메인바퀴(111)와 함께 중량을 분담하여 넘어짐을 방지하게 되며, 수평방향 360° 방향조절이 자유롭게 이루어질 수 있어 이동방향에 따라 자연스럽게 방향이 조절되며 메인프레임(110)을 지지하게 된다.
종래의 휠체어에서는 보조바퀴가 메인바퀴 앞쪽에 위치하는 것이 일반적이나 본 발명에서는 앞쪽으로 페달이 설치됨과 더불어 방향전환을 위한 바퀴가 추가로 구비됨에 따라 상기 보조바퀴(113)가 후부 하측으로 돌출되는 보조프레임(112)을 통해 메인바퀴(111) 뒤쪽에 형성되는 것을 실시예로 도시하고 있다.
본 발명에 따른 휠체어는 이와 같은 메인프레임(110) 구조와 더불어 좌석부(120)와, 구동부(130)와, 조향부(140)가 구비된다.
상기 좌석부(120)는 상기 메인프레임(110) 상측에 위치하여 사용자 즉 환자가 앉는 부분으로, 기본적으로 사용자의 등 및 허리가 접촉하는 등받이(121)와 둔부가 접촉하는 좌판(122)을 비롯하여 양측으로 사용자의 양쪽 팔이 각각 얹혀지는 팔걸이(123)가 구비된다.
이때 상기 등받이(121) 및 좌판(122)은 일반 시트형식으로 구성될 수도 있으나, 사용자의 체형에 맞춤형으로 제작된 시트를 사용하는 것이 바람직하며 신체상태에 따라 자세 불안정으로 인한 낙상을 방지하기 위해 신체 일부를 고정할 수 있는 구속구가 적절히 구비될 수 있다.
특히 본 발명의 제1실시예에서는 단일의 규격의 휠체어를 통해 다양한 사용자의 신체 규격에 맞춰 사용 가능하도록 위치조절부(124)를 구비하여, 상기 좌석부(120) 즉 등받이(121)와 좌판(122)이 함께 전후방향으로 일정 범위 내에서 이동하며 위치조절이 이루어질 수 있도록 구성된다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 구조를 나타낸 분해 사시도이다. 상기 위치조절부(124)는 기본적으로 상기 메인프레임(110) 상측에 전후방향의 레일을 구비하고 상기 좌석부(120) 특히 좌판(122)이 상기 레일을 따라 일정 구간 내에서 전후방향으로 이동할 수 있도록 결합함으로 구성된다. 메인프레임(110)의 규격에 따라 통상 수 ㎝ 범위 내에서 이동이 이루어지며 설정된 위치에서 좌판(122)이 고정 가능하도록 구성된다.
이를 구현하기 위한 다양한 방식이 존재하나 바람직하게는 상기 메인프레임(110) 에 형성된 레일 내측으로 전후 길이방향으로 톱니를 형성하되, 상기 좌판 하측에 상기 톱니와 결합하며 전후 방향 회전축을 갖는 웜(기어)를 설치하고, 도구(tool)를 사용하여 외측에서 노출된 웜 회전축을 돌려주어 좌판을 이동시키는 방식을 적용할 수 있다. 이와 유사하게 상기 좌판(122) 하측에 전후 길이방향으로 톱니를 형성하고, 상기 메인프레임 상측에 톱니와 결합하며 전후 방향 회전축을 갖는 웜(기어)를 설치하여 도구(tool)를 사용하여 외측에서 노출된 웜 회전축을 돌려주어 좌판을 이동시키는 것도 가능하다.
상기 구동부(130)는 사용자가 상기 좌석부(120)에 앉은 자세에서 페달(133)을 통해 휠체어를 이동시키기 위한 구성으로 하지 운동을 위해 자전거 구동방식을 차용함에 따라 양단에 페달(133)이 형성된 크랭크축(132)과, 상기 크랭크축(132)의 회전을 상기 메인바퀴(111)의 축으로 전달하는 체인이나 벨트로 이루어지는 동력전달수단(134)을 구비하게 된다. 이와 같은 구동구조는 통상의 자전거의 구동구조를 통해 어렵지 않게 도출될 수 있음에 따라 본 발명의 취지가 흐려지는 것을 방지하기 위해 구체적인 설명은 생략한다.
본 발명에서 상기 크랭크축(132)은 페달프레임(131)을 통해 상기 메인프레임(110) 하부에 연결되며, 승강부(135)를 통해 크랭크축(132)의 높이 조절이 이루어지도록 구성된다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 구조를 나타낸 측면도로서, 상기 페달프레임(131)의 전단에는 상기 크랭크축(132)이 회전 가능하도록 결합하며, 페달프레임(131)의 중단 내지는 후단이 메인프레임(110) 하부에 회동 가능하도록 축 고정되어 상기 크랭크축(132)의 높이가 일정 각도 범위 내에서 조절된다. 이때 높이 조절과 더불어 조절된 각도로 고정 가능하도록 실린더 형태의 승강부(135)를 통해 상기 메인프레임(110) 하측에 페달프레임(131)을 연결함으로 승강부(135)의 길이조절을 통해 크랭크축(132)의 높이조절 및 고정이 이루어지도록 구성하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 더욱 최적화된 사용자 신체에 대한 맞춤구조를 제공하기 위하여 상기 페달프레임(131)은 전후방향으로 일부 길이조절이 가능하도록 구성할 수도 있다. 즉 상기 페달프레임(131)의 일부가 텔레스코프 방식으로 겹쳐지며 길이조절 가능한 길이조절부(136)가 구비된다.
또한, 상기 길이조절부(136)를 통한 페달프레임(131)의 최대 길이에서 상기 동력전달수단(134)의 장력이 최대가 되도록 구성하되, 상기 길이조절부(136)의 길이가 단축됨에 따른 상기 동력전달수단의 장력이 약해져 동력전달이 원활치 못하게 되는 것을 방지하기 위하여, 상기 동력전달수단(134)을 내측에서 외측으로 밀어내어 장력을 일정하게 유지하는 장력조절부(137)가 구비된다. 즉 상기 장력조절부(137)는 환형의 동력전달수단(134) 내측에 위치하도록 상기 페달프레임(131)에 고정되되 상기 동력전달수단(134) 내측에 접촉하여 회전하는 휠(139)과, 상기 휠(139)의 축을 밀어주는 탄성체(138)를 구비하여 상시 동력전달수단(134)에 압력을 가함으로 페달프레임(131)의 길이가 줄어들더라도 처짐을 방지하고 장력이 유지될 수 있도록 구성된다.
상기 조향부(140)는 사용자가 한 쌍의 페달(133)을 교대로 밟아 크랭크축(132)을 돌려줌으로 휠체어의 이동시 방향전환을 위한 구성으로 조향바퀴(141)와, 이를 조작하기 위한 핸들부(142) 및 링크수단으로 이루어진다.
상기 조향바퀴(141)는 지면에 접촉하여 회전하되, 외력 즉 사용자의 조작에 의해 진행방향이 조절됨에 따라 상기 메인바퀴(111) 회전시 휠체어의 진행방향을 조정하는 바퀴로서 메인프레임(110) 하측의 적정 위치에 설치될 수 있으며, 바람직하게는 상기 메인바퀴(111)의 앞쪽인 페달프레임(131)의 하측에 결합될 수 있다.
상기 핸들부(142)는 상기 팔걸이(123)에 장착되어 사용자가 좌우회동함에 따라 상기 조향바퀴(141)를 움직일 수 있도록 링크수단을 통해 조향바퀴(141)와 연결된다. 상기 링크수단은 대표적으로 와이어를 비롯하여 다양한 기계적인 구조로 구현되어 핸들부(142)의 좌우 회동에 대응하여 조향바퀴(141)의 진행방향이 좌우로 회동될 수 있도록 구성될 수 있으며, 핸들부(142)에 레버를 구비하여 이를 잡아줌으로 선택되는 바퀴의 제동이 이루어지도록 브레이크가 구성될 수도 있다.
통상적으로 뇌졸중이나 편마비가 이루어진 환자의 경우 자세를 유지하기 어려울 뿐 아니라 마비가 발생하지 않는 측으로 핸들부(142)가 설치되어야 함에 따라 본 발명에서는 상기 핸들부(142)가 좌우측 팔걸이에 선택적으로 장착될 수 있도록 구성되며, 자세유지를 원활히 하기 위하여 사용자의 신체조건에 맞추어 좌우측 팔걸이(123)의 높이를 개별적으로 조절할 수 있도록 높이조절부(125)가 구비된다.
구체적으로 좌우측 팔걸이(123) 상부에 형성되어 핸들부의 탈부착을 위한 마운트부(126)가 형성되며, 상기 핸들부(142)의 하측에는 상기 마운트부(126)에 고정결합을 위한 결합부(143)가 구비된다. 다양한 방식으로 결합 가능하나 바람직하게는 상기 핸들부(142)의 길이방향을 따라 한쌍의 홈 형상의 마운트부(126)를 형성하고, 상기 핸들부(142) 하측으로 홈 형상의 마운트부(126)를 따라 슬라이드 이동할 수 있도록 한 쌍의 돌기 형태의 결합부(143)를 형성함으로 사용자의 신체조건에 적합한 팔걸이(123) 상에 상기 핸들부(142)가 위치할 수 있도록 구성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 외형을 나타낸 사시도, 도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 구조를 나타낸 부분 사시도로서, 본 발명의 제2실시예는 메인프레임(110)을 비롯하여 좌석부(120)와, 구동부(130)와, 조향부(140)의 기본구조가 제1실시예와 동일하되 사용자 편의를 위한 가이드바(150)와 좌석부(120)의 각도조절을 위한 각도조절부(127)가 부가되고 있다.
상기 가이드바(150)는 첨부된 도면과 같이 기본적으로 상기 메인프레임(110) 전면으로 돌출되도록 하단이 상기 메인프레임(110) 하측에 전후방향 각도조절 가능하도록 결합하되 상단에 손잡이(151)가 형성됨으로 상기 좌석부에 앉은 사용자가 편하게 잡을 수 있도록 구성된다. 이는 초기 운동 치료를 위한 구성으로 흔들림 및 충격흡수를 위해 수 ㎝ 범위의 소정의 간격 내로 기울어질 수 있도록 구성됨과 더불어 원위치 복구를 위한 탄성체를 구비할 수 있다. 또한, 상기 손잡이(151)가 상기 조향부(140)의 핸들부(142)를 대체하도록 하여 사용자가 손잡이(151)를 회동시킴으로 조향바퀴(141)가 대응하여 회동할 수 있도록 구성하는 것도 가능하다.
상기 각도조절부(127)는 사용자의 신체 불균형을 바로잡아 보다 안정적으로 휠체어를 사용할 수 있도록 구비되는 구성으로, 수 ㎝ 범위 내에서 높이 조절되는 실린더 형상으로 이루어져 상기 좌판(122) 하부 외측 부분에 설치되어 높이를 조절함에 따라 좌판(122) 및 좌석부(120)의 수평각도를 조절하게 된다. 전후 및 좌우방향의 각도조절을 위해서는 사각형 형상의 좌판 모서리에 각각 총 4개의 실린더를 통해 각도조절부(127)를 구현할 수 있으며, 각각의 실린더는 앞서 언급한 웜 기어 방식으로 외부에서 도구를 사용하여 축을 돌려줌으로 높이가 조절되어 사용자의 신체 조건에 맞는 좌석부의 각도 조절 및 유지가 이루어질 수 있다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
110: 메인프레임 111: 메인바퀴
112: 보조프레임 113: 보조바퀴
120: 좌석부 121: 등받이
122: 좌판 123: 팔걸이
124: 위치조절부 125: 높이조절부
126: 마운트부 127: 각도조절부
130: 구동부 131: 페달프레임
132: 크랭크축 133: 페달
134: 동력전달수단 135: 승강부
136: 길이조절부 137: 장력조절부
138: 탄성체 139: 휠
140: 조향부 141: 조향바퀴
142: 핸들부 143: 결합부
150: 가이드바 151: 손잡이

Claims (5)

  1. 양측의 한 쌍의 메인바퀴(111) 및 하측의 전방향 조정 가능한 보조바퀴(113)가 결합되는 메인프레임(110)을 구비한 휠체어에 있어서,
    등받이(121) 및 좌판(122)과, 양측의 팔걸이(123)와, 상기 좌판(122) 하측이 상기 메인프레임(110) 상부에서 설정된 범위 내에서 전후방향 위치조절이 가능한 위치조절부(124)를 구비하는 좌석부(120);
    크랭크축(132) 및 한쌍의 페달(133)과, 상기 크랭크축(132)을 높이조절 가능하도록 상기 메인프레임(110) 하부에 연결하는 페달프레임(131)과, 상기 크랭크축(132)의 회전을 상기 메인바퀴(111)의 축으로 전달하는 동력전달수단(134)을 구비하는 구동부(130);
    상기 메인프레임(110) 측에 지면과 접촉하는 조향바퀴(141)와, 상기 팔걸이(123)에 장착되어 좌우 회동 가능한 핸들부 및 상기 핸들부(142)의 조작에 따라 상기 조향바퀴(141)의 방향을 조절하는 링크수단을 구비하는 조향부(140); 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하지 강화 재활운동을 위한 페달형 휠체어.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 페달프레임(131)은 전후방향으로 길이조절이 가능하도록 구성되되, 상기 동력전달수단(134)을 내측에서 외측으로 밀어내도록 작용하는 탄성체(138)를 구비하여 장력을 유지하는 장력조절부(137)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하지 강화 재활운동을 위한 페달형 휠체어.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메인프레임(110) 전면으로 돌출되도록 하단이 상기 메인프레임(110) 하측에 각도조절 가능하도록 결합하되 상단에 손잡이(151)가 형성된 가이드바(150)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하지 강화 재활운동을 위한 페달형 휠체어.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 좌석부(120)는 상기 팔걸이(123)의 높이를 조절하는 높이조절부(125)와, 상기 팔걸이(123) 상부에 형성되어 핸들부(142)가 탈부착되는 마운트부(126)를 더 포함하고,
    상기 핸들부(142)는 상기 마운트부(126)에 고정결합을 위한 결합부(143)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하지 강화 재활운동을 위한 페달형 휠체어.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 좌석부(120)는 상기 좌판(122) 하부 외측에 설치되어 높이조절에 따라 좌판(122)의 수평각도를 조절하는 각도조절부(127)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하지 강화 재활운동을 위한 페달형 휠체어.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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