KR20180058688A - Lower limb rehabilitation system with subject specific real time feedback - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a lower limb rehabilitation system including a lower limb rehabilitation device for enhancing a lower limb rotational motion of a rehabilitation trainee. The system comprises: an evaluation unit for evaluating at least one of a self-acceptance sensation, a vestibular sense, a visual response ability, and a motion ability of the rehabilitation trainee; a control unit for generating bio-signal feedback information based on a signal from the evaluation unit and symptoms of the rehabilitation trainee and generating a lower limb training program of the rehabilitation trainee; and an image output device for outputting biometric signal feedback information and a lower limb body training program, wherein the lower limb rehabilitation device can be operated by receiving a signal of a lower limb training program from the control unit.

Description

개인 맞춤형 실시간 피드백 하지 재활 시스템{LOWER LIMB REHABILITATION SYSTEM WITH SUBJECT SPECIFIC REAL TIME FEEDBACK}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rehabilitation system,

본 발명은 실시간 피드백 하지 재활 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a real-time feedback non-rehabilitation system and a control method thereof.

구체적으로, 본 발명은 재활 훈련자의 회전 방향의 감각과 운동 능력을 향상할 수 있도록 재활 훈련을 도와주는 실시간 피드백 장치를 이용한 하지 재활 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.More specifically, the present invention relates to a rehabilitation system using a real-time feedback device that assists rehabilitation training so as to improve sensation and athletic performance in the direction of rotation of a rehabilitation trainer, and a control method thereof.

중풍, 뇌성마비, 척추마비, 다발성 경화증 등의 신경학적 질환이 있는 환자나 인대 및 연골 파열 등의 근골격계 부상 환자의 경우 회전 방향의 움직임에 문제가 있는 경우가 많다.Patients with neurological disorders such as paralysis, cerebral palsy, spinal paralysis, multiple sclerosis, and patients with musculoskeletal injuries such as ligaments and cartilage rupture often have problems with movement in the direction of rotation.

그러나, 대부분의 운동 기구나 재활 기기의 경우 걷는 방향의 보행에만 초점을 맞추고 있기 때문에, 회전 방향의 움직임에 문제가 있는 환자의 경우 효과적으로 재활 훈련을 받기 위한 재활 장치가 없는 실정이다.However, most of the exercise equipment and rehabilitation equipment focuses only on walking in the walking direction. Therefore, there is no rehabilitation device for rehabilitation training for patients who have problems in the direction of rotation.

예를 들어, 종래의 하지 재활 기기(1000)의 예가 도 7에 도시되어 있다. 종래의 하지 재활 기기(1000)는 구동부(1001)에서 생성된 구동력이 구동부(1001)와 연결된 트레드밀(1002)에 전달되어, 트레드밀(1002)이 구동된다. 또한, 트레드밀(1002) 위에서 재활 훈련자가 보행을 하는 경우, 재활 훈련자의 보행이 정상의 보행으로 이루어지고 있는지를 평가하기 위해 재활 훈련자의 양측에 카메라(1003)를 설치하여, 재활 훈련자의 보행을 실시간으로 포착하고 있다.For example, an example of a conventional rehabilitation apparatus 1000 is shown in Fig. The driving force generated in the driving unit 1001 is transmitted to the treadmill 1002 connected to the driving unit 1001 and the treadmill 1002 is driven. In addition, when the rehabilitation trainee makes a walk on the treadmill 1002, a camera 1003 is installed on both sides of the rehabilitation trainee to evaluate whether the walk of the rehabilitation trainee is a normal walk, .

그러나, 전술한 바와 같이, 이러한 종래의 하지 재활 기기(1000)는 재활 훈련자의 걷는 방향, 즉, 하지 재활 기기(1000)의 전후 방향으로만 운동을 유도할 수 있기 때문에, 보행의 회전 방향, 즉, 하지 재활 기기(1000)의 좌우 방향의 움직임(internal/external rotation) 에 문제가 있는 재활 훈련자에게는 효과적으로 재활 훈련을 제공할 수 없는 문제점이 있다.However, as described above, since such a conventional underwear rehabilitation apparatus 1000 can induce the exercise only in the walking direction of the rehabilitation trainee, that is, in the forward and backward directions of the underarm rehabilitation apparatus 1000, , There is a problem that rehabilitation training can not be effectively provided to a rehabilitation trainee who has problems in internal / external rotation of the rehabilitation apparatus 1000 in the left / right direction.

한편, 종래의 하지 재활 기기(1000)를 포함하여 많은 재활 훈련기기가 하드웨어 개발에 초점이 맞추어져 있기 때문에 환자의 현재 증상 및 운동 능력에 의거하여 편리하게 재활 장치가 제어되고 환자에게 필요한 재활 훈련을 효과적으로 제공하는 방법론이 없는 실정이다. 특히, 인간의 감각은 운동 능력과 밀접하게 관련이 있으며, 자기수용 감각, 전정 감각, 및 시각을 포함한다.On the other hand, since many rehabilitation devices including the conventional rehabilitation device 1000 are focused on hardware development, the rehabilitation device is conveniently controlled based on the current symptom and exercise ability of the patient, There is no effective method to provide the method. In particular, human senses are closely related to athletic ability, including self-acceptance, vestibular, and visual.

효과적인 운동 제어를 위해서는 우리 몸의 안, 밖과 관련된 정확한 감각 정보가 중요하다. 감각 정보는 자기수용 감각, 시각, 그리고 전정 감각의 정보가 통합되어 뇌에 전달되고, 뇌에서 원하는 움직임을 생성하기 위해 신경 신호를 근육으로 보내게 된다.For effective exercise control, accurate sense information related to the inside and the outside of our body is important. Sensory information integrates self-acceptance, visual, and vestibular sensory information into the brain, and sends the neural signals to the muscles to produce the desired movement in the brain.

중풍, 뇌성마비, 척추마비, 다발성 경화증 등의 신경학적 질환이 있는 환자의 경우 전정 감각 및 자기 수용 감각이 둔화되어 운동장애를 더 심화시키는 경우가 있으므로, 어떤 감각과 운동 능력에 문제가 있는지 평가하고 그에 맞는 재활 훈련을 제공하는 시스템이 필요하다.Patients with neurological disorders such as paralysis, cerebral palsy, spinal paralysis, and multiple sclerosis are susceptible to vestibular dysfunction due to decreased vestibular and sensory receptive senses. There is a need for a system that provides appropriate rehabilitation training.

미국특허공보 제8,613,691호U.S. Patent No. 8,613,691

본 발명의 목적은 재활 훈련자의 하지의 안쪽 및 바깥쪽 회전 방향(internal and external rotation) 의 감각과 운동능력을 향상시키는 엔드이펙터 타입의 재활 시스템 개발 및 그 제어 방법을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide an end effector type rehabilitation system for improving the sensation and the athletic ability of the internal and external rotation of the rehabilitation trainer.

또한, 본 발명의 재활 시스템을 통하여, 하지 회전 방향의 움직임에 문제가 있는 중풍, 뇌성마비, 척추마비, 다발성 경화증 등의 신경학적 질환이 있는 환자나 인대 및 연골 파열 환자 등의 근골격계 재활 훈련자의 하지 재활에 도움을 줄 수 있다.In addition, through the rehabilitation system of the present invention, it is possible to provide a rehabilitation system for a musculoskeletal rehabilitation trainee such as a patient suffering from a neurological disease such as a stroke, a cerebral palsy, cerebral palsy, spinal paralysis, It can help with rehabilitation.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 재활 훈련자의 하체 회전 거동 향상을 위한 하지 재활 장치를 포함하는 하지 재활 시스템으로서, 재활 훈련자의 자기 수용 감각, 전정 감각, 시각 반응 능력 및 운동 능력 중 어느 하나 이상을 평가하는 평가부; 평가부로부터의 신호와 재활 훈련자의 증상에 기초하여, 생체 신호 피드백 정보를 생성하고, 재활 훈련자의 하체 훈련 프로그램을 생성하는 제어부; 및 생체 신호 피드백 정보와 하체 훈련 프로그램을 출력하는 이미지 출력 장치를 포함하고, 제어부로부터 하체 훈련 프로그램의 신호를 전달받아 하지 재활 장치를 구동하는 하지 재활 시스템을 제공할 수 있다.In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a rehabilitation system including a lower limb rehabilitation apparatus for improving lower body rotational behavior of a rehabilitation trainer, wherein the rehabilitation trainer has a self-acceptance sense, vestibular sense, visual response ability, An evaluation unit for evaluating the abnormality; A control unit for generating bio-signal feedback information based on the signal from the evaluation unit and the symptom of the rehabilitation trainee and generating a lower body training program of the rehabilitation trainee; And an image output device for outputting bio-signal feedback information and a lower body training program, and to provide a lower body rehabilitation system that receives a signal of a lower body training program from a control unit and drives a rehabilitation apparatus.

또한, 본 발명은 재활 훈련자의 상체에 작용하는 힘, 하체의 근전도, 뇌파 중 하나 이상의 생체 신호를 측정하는 측정부를 더 포함할 수 있고, 이러한 생체 신호는 생체 피드백 정보와 하체 훈련 프로그램에 반영되는 하지 재활 시스템을 제공할 수 있다.In addition, the present invention may further include a measurement unit for measuring a force acting on the upper body of the rehabilitation trainee, an electromyogram of the lower body, and one or more bio-signals of the brain waves. The bio- A rehabilitation system can be provided.

또한, 본 발명의 하지 재활 장치는, 재활 훈련자의 발과 결속되는 발판과, 재활 훈련자의 하체의 자기 수용 감각 및 운동 능력을 측정하는 센서를 포함하는 제1 구동부와, 제어부로부터 하체 훈련 프로그램 신호를 전달받아, 제1 구동부에 구동력을 전달하는 제2 구동부를 포함하고, 발판의 일축이 제1 구동부에 연결되어, 피봇 회전 구동될 수 있다.The undergarment rehabilitation apparatus of the present invention further includes a first driver including a foot plate coupled to the foot of the rehabilitation trainer and a sensor for measuring the self-acceptance sensation and the exercise ability of the lower body of the rehabilitation trainer; And a second driving unit that receives the driving force and transmits the driving force to the first driving unit, and the one axis of the footrest is connected to the first driving unit and can be pivotally driven.

또한, 본 발명의 제2 구동부는 제어부로부터 신호를 전달받아 구동력을 생성하는 모터부를 포함하고, 본 발명의 하지 장치는 제2 구동부의 구동력을 제1 구동부에 전달하는 구동 전달부를 더 포함할 수 있으며, 이러한 구동 전달부는 벨트 또는 케이블이 될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a driving apparatus including a driving unit that transmits a driving force of a second driving unit to a first driving unit, , And the drive transmission portion may be a belt or a cable.

또한, 본 발명의 하지 재활 장치의 센서는, 발판의 회전 움직임 각도와 토크량에 기초하여, 재활 훈련자의 신경근 제어 능력을 더 측정할 수 있으며, 재활 훈련자의 하체의 자기 수용 감각, 운동 능력 및 신경근 제어 능력을 평가부에 전달할 수 있다.Further, the sensor of the underwear rehabilitation apparatus of the present invention can further measure the neuromuscular control ability of the rehabilitation trainee based on the rotational motion angle and the torque amount of the footrest, and can further improve the self-acceptance sensation of the lower body of the rehabilitation trainer, The control capability can be transmitted to the evaluation unit.

또한, 본 발명은 재활 훈련자가 착석 가능하고, 회전 가능한 좌석부를 더 포함하고, 좌석부를 회전하였을 때 재활 훈련자의 전정 감각을 측정하여 평가부에 전달하는 센서가 좌석부에 마련된 하지 재활 시스템을 제공할 수 있다.In addition, the present invention provides a rehabilitation system in which a rehabilitation trainer is seated and further includes a rotatable seat portion, and a sensor for measuring the vestibular sense of the rehabilitation trainer when the seat portion is rotated and delivering the sensation to the evaluation portion is provided in the seat portion .

또한, 본 발명은 재활 훈련자를 지지하는 지지부를 더 포함하고, 재활 훈련자의 생체 신호를 측정하여 측정된 신호를 평가부에 전달하는 생체 신호 측정 센서가 지지부에 마련된 하지 재활 시스템을 제공할 수 있다.The present invention can further provide a rehabilitation system comprising a support for supporting a rehabilitation trainer and a bio-signal measurement sensor for measuring a bio-signal of the rehabilitation trainee and delivering the measured signal to the evaluation unit.

또한, 본 발명은 재활 훈련자의 안구부에 착용 가능한 시각 피드백 장치를 포함하고, 시각 피드백 장치는 이미지 출력 장치에서 출력되는 이미지의 움직임에 따라 재활 훈련자의 시각 반응 능력을 측정하여 측정된 신호를 평가부에 전달하는 하지 재활 시스템을 제공할 수 있다.In addition, the present invention includes a visual feedback device that can be worn on the eyeball of a rehabilitation trainer, and the visual feedback device measures the visual response capability of the rehabilitation trainer according to the motion of the image output from the image output device, To the rehabilitation system.

또한, 본 발명의 평가부는, 재활 훈련자의 자기 수용 감각, 전정 감각, 시각 반응 능력, 신경근 제어 능력 및 하체 운동 능력을 미리 저장된 데이터와 실시간으로 비교 평가하고, 평가된 신호를 제어부에 전달할 수 있다.In addition, the evaluating unit of the present invention can compare and evaluate the self-acceptance sensation, the vestibular sense, the visual response ability, the neuromuscular control ability, and the lower body exercise ability of the rehabilitation trainee in real time with the stored data and transmit the evaluated signal to the control unit.

또한, 본 발명의 제어부는 재활 훈련 프로그램과, 재활 훈련자의 자기 수용 감각, 전정 감각, 시각 반응 능력, 신경근 제어 능력 및 하체 운동 능력에 기초하여, 제2 구동부에 구동 신호를 전달할 수 있다.In addition, the control unit of the present invention can transmit a driving signal to the second driving unit based on the rehabilitation training program, the self-acceptance sensation of the rehabilitation trainee, the vestibular sense, the visual response ability, the neuromuscular control ability, and the lower body exercise ability.

본 발명의 재활 시스템을 통해, 재활 훈련자의 상태를 포함한 의료정보와 감각 및 운동 능력 평가에 의거하여 감각 및 운동 능력 향상을 위한 개인 맞춤형 재활 훈련을 제공 할 수 있다.The rehabilitation system of the present invention can provide personalized rehabilitation training for improving sensation and athletic performance based on medical information including the condition of the rehabilitation trainer and sensory and athletic performance evaluation.

또한, 본 발명은 치료사의 도움 없이 사용자가 동기 부여가 되고, 과제 수행 능력을 생체 신호 및 재활 시스템의 신호를 이용해 실시간으로 점검할 수 있는 실시간 피드백을 통해 치료의 시간 효율성을 증대할 수 있다.In addition, the present invention can increase the time efficiency of treatment through real-time feedback that allows a user to be motivated without the help of a therapist, and to check task performance in real time using signals from the bio-signal and rehabilitation system.

또한, 본 발명은 재활 훈련자가 다른 재활 훈련을 받는 경우, 다른 재활 훈련의 효용성을 평가하는 하지 기능 평가 툴로 사용될 수 있다.In addition, the present invention can be used as a tool for evaluating the function of the lower extremity, which evaluates the effectiveness of other rehabilitation training when the rehabilitation trainee is subjected to other rehabilitation training.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 하지 재활 시스템을 개략적으로 나타낸 개념도로서, 재활 훈련자가 기립된 상태로 재활 훈련하는 것을 개략적으로 나타내고 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 하지 재활 시스템을 개략적으로 나타낸 측면도로서, 재활 훈련자가 착석된 상태로 재활 훈련하는 것을 개략적으로 나타내고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 하지 재활 시스템을 이용하여, 하지 재활 훈련의 프로세스를 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 하지 재활 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 하지 재활 장치를 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 하지 재활 장치를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 7은 종래문헌의 하지 재활 기기를 개략적으로 나타내는 사시도이다.Fig. 1 is a conceptual diagram schematically showing a lower limb rehabilitation system according to an embodiment of the present invention, schematically showing that a rehabilitation trainee performs rehabilitation training in a standing state.
FIG. 2 is a side view schematically showing a lower limb rehabilitation system according to an embodiment of the present invention, schematically showing rehabilitation training in a state where a rehabilitation trainee is seated.
3 is a flowchart showing a process of underarm rehabilitation training using the underarm rehabilitation system according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view schematically showing a lower limb rehabilitation apparatus according to an embodiment of the present invention.
Fig. 5 is a side view schematically showing a lower limb rehabilitation apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a plan view schematically showing a lower limb rehabilitation apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG.
Fig. 7 is a perspective view schematically showing a conventional rehabilitation apparatus.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 통하여, 본 발명에 따른 하지 재활 시스템 및 그 제어 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a rehabilitation system and a control method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings through preferred embodiments of the present invention.

설명에 앞서, 여러 실시 형태에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시 형태에서 설명하고, 그 외의 실시 형태에서는 다른 구성 요소에 대해서만 설명하기로 한다.Prior to explanation, elements having the same configuration are denoted by the same reference numerals in different embodiments, and only other elements will be described in the other embodiments.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 하지 재활 시스템(1)을 개략적으로 나타낸 개념도로서, 도 1은 재활 훈련자가 기립된 상태로 재활 훈련하는 것을 나타내고, 도 2는 재활 훈련자가 착석된 상태로 재활 훈련하는 것을 나타내고 있다.1 and 2 are schematic diagrams showing a rearrangement rehabilitation system 1 according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1 shows a rehabilitation trainee standing upright, FIG. 2 shows a rehabilitation trainer And the rehabilitation training is in a state of being

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 하지 재활 시스템(1)은 아래에서 상세하게 기술할 하지 재활 장치(10)뿐만 아니라, 재활 훈련자가 착석할 수 있는 좌석부(40), 재활 훈련자 상체의 생체 신호 측정 센서(51), 재활 훈련자의 시각 피드백 장치(60)를 포함할 수 있다.1, the underarm rehabilitation system 1 according to an embodiment of the present invention includes not only the underarm rehabilitation apparatus 10 to be described in detail below, but also a seat portion 40 in which a rehabilitation trainee can sit, A physiological body signal measuring sensor 51 of a rehabilitation trainee, and a visual feedback device 60 of a rehabilitation trainee.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 좌석부(40)는 재활 훈련자의 체중이 지지되는 상황을 가정할 수 있도록 바퀴부(42)가 제공될 수 있으며, 좌석부(40)의 높이는 재활 훈련자의 신체 조건 또는 제공하고자 하는 상황에 따라 변경될 수 있으며, 좌우 방향으로 회전이 가능하다. 또한, 좌석부(40)에는 좌석 센서(41)가 함께 결합되어 있어, 좌석부(40)의 회전에 따른 재활 훈련자의 전정 감각(vestibular sense) 능력을 측정하여 평가부(70)에 전달될 수 있다.The seat portion 40 according to the embodiment of the present invention may be provided with the wheel portion 42 so as to assume a situation in which the weight of the rehabilitation trainee is supported and the height of the seat portion 40 may be adjusted according to the physical condition Or may be changed depending on a situation to be provided, and it is possible to rotate in the lateral direction. A seat sensor 41 is coupled to the seat 40 so that the vestibular sense ability of the rehabilitation trainee according to the rotation of the seat 40 can be measured and transmitted to the evaluation unit 70 have.

또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 생체 신호 측정 센서(51)는, 재활 훈련자의 상체를 지지하는 지지부(50)에 부착하거나, 재활 훈련자의 상체에 직접 부착할 수 있으며, 생체 신호 측정 센서(51)는 재활 훈련자의 생체 신호를 측정하여 측정된 신호를 마찬가지로 평가부(70)에 전달할 수 있다.The bio-signal measurement sensor 51 according to an embodiment of the present invention can be attached to the support portion 50 that supports the upper body of the rehabilitation trainee or can be directly attached to the upper body of the rehabilitation trainee, 51 may measure the vital signs of the rehabilitation trainee and may transmit the measured signals to the evaluation unit 70 as well.

한편, 지지부(50)에는 전기적 안전 스위치(52)가 마련되어 있어, 재활 훈련자가 위급한 상황시 전체 재활 시스템(1)을 정지시킬 수 있는 안전 장치로서의 역할을 제공할 수 있다.On the other hand, the support unit 50 is provided with the electric safety switch 52, and can provide a role as a safety device capable of stopping the entire rehabilitation system 1 in a situation where the rehabilitation trainee is in an emergency.

또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 시각 피드백 장치(60)는 안경의 형태로서 재활 훈련자가 착용 가능하고, 시각 피드백 장치(60)의 전방에 위치하는 이미지 출력 장치(61)와 연동할 수 있다. 예를 들어, 전방의 이미지 출력 장치(61)에서 출력되는 이미지를 재활 훈련자가 인식하고, 이에 따라 재활 훈련자의 시각 반응 능력을 측정할 수 있으며, 측정된 신호는 마찬가지로 평가부(70)에 전달될 수 있다.The visual feedback device 60 according to an embodiment of the present invention can be worn by a rehabilitation trainee in the form of glasses and interlocked with the image output device 61 located in front of the visual feedback device 60 . For example, the rehabilitation trainee recognizes the image output from the front image output device 61, thereby measuring the visual response capability of the rehabilitation trainee, and the measured signal is similarly transmitted to the evaluation unit 70 .

한편, 전술한 좌석부(40)의 좌석 센서(41)는 시각 피드백 장치(60)의 시각 반응 능력을 함께 고려하여, 재활 훈련자의 전정감각 능력을 측정할 수 있다.On the other hand, the seat sensor 41 of the above-described seat unit 40 can measure the vestibular sense ability of the rehabilitation trainer in consideration of the visual reaction capability of the visual feedback device 60 as well.

도 3는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 하지 재활 훈련의 흐름도를 나타낸 순서도로서, 도 3에 도시된 사항을 참고하여, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 재활 시스템(1)의 작동 관계를 설명하고자 한다.FIG. 3 is a flowchart showing a flowchart of a rehabilitation training according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, a description will be given of an operation relationship of the rehabilitation system 1 according to an embodiment of the present invention do.

우선, 재활 시스템(1)에 재활 훈련자 코드를 입력하여, 재활 훈련자의 회전 방향의 가동 범위와 토크 제한값(limit)을 설정한다.First, a rehabilitation trainer code is inputted to the rehabilitation system 1 to set the operation range and the torque limit value in the rotating direction of the rehabilitation trainer.

먼저, 재활 훈련자의 감각 및 운동 능력 등을 평가할 필요가 있는 경우에는, 감각 운동 평가 모듈을 작동시켜서, 재활 훈련자의 자기 수용 감각, 전정 감각, 시각 반응 및 신경근 제어 능력을 우선 측정하도록 한다.First, when it is necessary to evaluate the senses and athletic ability of the rehabilitation trainer, the sensory exercise evaluation module is operated to first measure the self-acceptance sense, vestibular sense, visual response and neuromuscular control ability of the rehabilitation trainee.

구체적으로, 하지 재활 장치(10)의 발판(21)을 초당 2°보다 느린 속도로 방향, 속도, 및 움직임이 무작위(pseudorandom)하게 제어되어 재활 훈련자가 언제, 어느 방향(안쪽 또는 바깥쪽)으로 움직이는지 예측하지 못하도록 한다.Specifically, the footrest 21 of the underarm rehabilitation apparatus 10 is pseudorandomly controlled in direction, speed, and motion at a speed slower than 2 degrees per second, so that when the rehabilitation trainer is in any direction (inward or outward) Do not predict if it will move.

재활 훈련자가 생체 신호 측정 센서(51)의 움직임과 방향을 통해 인지한 방향이 자동으로 기록되고, 하지 재활 장치(10)의 발판(21)이 움직이기 시작한 시점부터 상체 신호 측정 센서(51)가 작동한 시간 및 발판(21)의 회전 움직임의 각도가 장치에 전자 신호로 기록된 뒤, 자기 수용 감각 평가의 성공률과 함께 계산되어 평가부(70)에 기록되게 된다.The direction recognized by the rehabilitation trainee through the movement and direction of the bio-signal measurement sensor 51 is automatically recorded and from the time when the footrest 21 of the underarm rehabilitation apparatus 10 starts to move, the upper body signal measurement sensor 51 The time of the operation and the angle of the rotary motion of the footrest 21 are recorded in the evaluation unit 70 after being recorded with the electronic signal in the apparatus and calculated together with the success rate of the self-contained sensory evaluation.

또한, 전정 감각의 기능은 재활 시스템(1)의 좌석부(40)가 왼쪽, 또는 오른쪽 방향으로 움직일 때, 시각 피드백 장치(60)에 부착되어 있는 센서를 이용하여, 안구 근전도(Electronystagmogram, ENG)를 측정할 수 있다.The function of the vestibular sense may be an electromystagmogram (ENG) using a sensor attached to the visual feedback device 60 when the seat 40 of the rehabilitation system 1 moves leftward or rightward, Can be measured.

또한, 시각 반응 능력은 시각 피드백 장치(60)와 이미지 출력 장치(61)를 통해 측정하며, 이미지 출력 장치(61)에서 출력된 이미지가 회전방향 안쪽, 회전 방향 바깥쪽으로 움직이게 되며, 발판(21)을 이미지가 움직이는 방향으로 재활 훈련자가 움직임으로써 회전 방향의 반응속도 및 각도를 측정하여 정량화하게 된다.The visual reaction capability is measured through the visual feedback device 60 and the image output device 61. The image output from the image output device 61 is moved inward in the rotational direction and outward in the rotational direction, The rehabilitation trainer moves the image in the direction of moving the image so that the reaction speed and angle of the rotation direction are measured and quantified.

또한, 하지 재활 장치(10)를 통해서 발판(21)에 다양한 가상 강성도, 주파수 및 파형을 제공함으로써 신경근 제어 능력을 평가하게 된다. 신경근 제어 능력은 회전 방향의 발판(21)을 재활 훈련자가 얼마나 효과적으로 제어하는지를 평가하여 결정하게 되는데, 각 테스크마다 실시간으로 생체 신호 측정 센서(51)에 연결된 뇌파(Electroencephalogram, EEG), 하지 근전도(Electromyogram, EMG), 발판(21) 하측의 6축 힘/토크 센서(22)와 모터부(31)를 이용하여 신경근 성능을 측정하게 된다. 또한, 하지 관절의 움직임과 힘/토크도 함께 측정될 수 있다.Further, the pedestal 21 is provided with various virtual stiffnesses, frequencies, and waveforms through the underarm rehabilitation device 10 to evaluate the neuromuscular control ability. The neuromuscular control ability is determined by evaluating how effectively the rehabilitation trainee controls the foot plate 21 in the rotational direction. For each task, an electroencephalogram (EEG) connected to the bio-signal measuring sensor 51 in real time, , EMG), and the nerve root performance is measured using the six-axis force / torque sensor 22 and the motor unit 31 on the lower side of the foot plate 21. [ In addition, motion and force / torque of the lower limb joint can also be measured.

또한, 평가부(70)를 통해 기록되고 저장된 재활 훈련자의 감각 운동 평가값과 이전의 데이터 베이스를 이용하여 학습 알고리즘(learning algorithm)을 적용하고, 회전 방향 재활 훈련 테스크의 포커스(자기수용감각, 전정 감각, 시각 반응 능력, 운동 제어, 근력, 움직임 등), 강도(intensity), 빈도(frequency), 1회 및 전체의 기간(duration)등을 고려한 맞춤형 재활 훈련 프로그램을 제어부(80)를 통해 생성할 수 있다.Also, a learning algorithm is applied using the sensory motion evaluation value of the rehabilitation trainee recorded and stored through the evaluation unit 70 and the previous database, and the focus of the rotation direction rehabilitation training task (self-acceptance sense, The control unit 80 generates a customized rehabilitation training program that takes into consideration the intensity, the intensity, the sensation, the visual reaction capability, the motion control, the strength, the movement, etc.), intensity, frequency, .

또한, 맞춤형 재활 훈련 프로그램에 의거하여 가상 현실(가상 강성도, 주파수, 파형, 시각, 청각 등 포함) 기반 회전 훈련을 하며, EEG, EMG, ENG 또는 재활 장치(10)에서 측정될 수 있는 회전 각도나 토크의 운동 능력과 관련된 생체 신호등의 하나 이상을 측정함으로써, 실시간으로 생체 전자 신호를 시각화 시켜 시각 피드백용 장치(60)에 나타내는 생체 신호를 이용하여, 재활 훈련자의 재활 훈련을 수행할 수 있다.In addition, based on a customized rehabilitation training program, rotational training based on virtual reality (including virtual stiffness, frequency, waveform, visual, auditory, etc.) is performed and rotation angles measured in EEG, EMG, ENG or rehabilitation apparatus 10 By measuring one or more of the biological signals related to the exercise capacity of the torque, the bioelectronic signal can be visualized in real time and the rehabilitation training of the rehabilitation trainee can be performed using the biological signal shown in the visual feedback device 60.

이러한 재활 훈련 프로그램을 통해, 재활 훈련의 난이도, 재활 훈련 테스크의 횟수 및 기간 등이 정해질 수 있으며, 제어부(80)는 CPU 또는 RAM과 같이 신호를 처리할 수 있는 컴퓨터 장치가 될 수 있다.The degree of difficulty of rehabilitation training, the number and duration of rehabilitation training tasks, and the like can be determined through the rehabilitation training program, and the control unit 80 can be a computer device capable of processing signals such as a CPU or a RAM.

도 4은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 하지 재활 장치(10) 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 하지 재활 장치(10)를 개략적으로 나타낸 측면도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 하지 재활 장치(10)를 개략적으로 나타낸 평면도이다.FIG. 4 is a perspective view schematically showing a lower limb rehabilitation apparatus 10 according to an embodiment of the present invention, FIG. 5 is a side view schematically showing a lower limb rehabilitation apparatus 10 according to an embodiment of the present invention, FIG. 1 is a plan view schematically showing a lower limb rehabilitation apparatus 10 according to an embodiment of the present invention.

도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 하지 재활 장치(10)의 제1 구동부(20)에 재활 훈련자의 발을 결속한 상태로, 재활 훈련자의 감각과 운동 능력의 향상을 위해 재활 훈련을 할 수 있다.4 to 6, in a state in which the feet of the rehabilitation trainee are bound to the first driving portion 20 of the lower limb rehabilitation apparatus 10 according to the embodiment of the present invention, Rehabilitation training can be done to improve the.

구체적으로, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 하지 재활 장치(10)는 크게 제1 구동부(20)와 제2 구동부(30)로 구분할 수 있다.Specifically, the lower limb rehabilitation apparatus 10 according to an embodiment of the present invention can be roughly divided into a first driving unit 20 and a second driving unit 30.

제1 구동부(20)는 재활 훈련자의 하체의 감각과 운동 능력을 측정할 수 있는 구성으로서, 발판(21)에는 재활 훈련자의 발을 결속한다. 이러한 발판(21)은 재활 훈련자의 발 크기에 따라 확실하게 결속할 수 있는 결속부(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 또한, 제1 구동부(20)는 발판(21)에 재활 훈련자의 발을 결속할 수 있을 뿐만 아니라, 재활 훈련자의 정강이까지 확실하게 결속할 수 있는 보조기(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다.The first driving unit 20 is configured to measure the senses and the athletic performance of the lower body of the rehabilitation trainer, and binds the feet of the rehabilitation trainer to the footrest 21. The footrest 21 may further include a binding portion (not shown) that can reliably bind according to the foot size of the rehabilitation trainee. In addition, the first driving unit 20 may further include an auxiliary device (not shown) capable of binding the foot of the rehabilitation trainee to the footrest 21, as well as being able to reliably bind the shank of the rehabilitation trainee.

발판(21)의 하측에는 센서(22)가 연결되어 있으며, 센서(22)로 6축 토크/힘 센서와 각도를 측정할 수 있는 센서를 사용할 수 있다. 즉, 발판(21) 하측의 6축 힘/토크 센서(22)는 재활 훈련자가 발을 좌우로 움직임에 따라, 발판(21)의 회전으로 인한 3차원 토크와 힘을 정확하게 잴 수 있다. 또한, 각도를 측정할 수 있는 센서를 사용하여 재활 훈련자의 하체 신경근 제어 능력과 자기 수용 감각(proprioceptive sense)를 측정할 수 있다.A sensor 22 is connected to a lower side of the footrest 21 and a sensor capable of measuring an angle with a six-axis torque / force sensor can be used as the sensor 22. [ That is, the six-axis force / torque sensor 22 on the lower side of the footrest 21 can accurately measure the three-dimensional torque and the force due to the rotation of the footrest 21 as the rehabilitation trainer moves his foot to the left and right. In addition, a sensor capable of measuring the angle can be used to measure the lower limb nerve root control ability and proprioceptive sense of the rehabilitation trainee.

또한, 센서(22)를 이용하여, 측정된 재활 훈련자의 측정 신호들은 재활 훈련자의 운동 능력 등을 평가하는 평가부(70)로 전달된다.Also, the measured signals of the rehabilitation trainee are transmitted to the evaluation unit 70 that evaluates the athletic performance and the like of the rehabilitation trainee using the sensor 22.

한편, 전술한 바와 같이, 평가부(70)에서 평가된 재활 훈련자의 자기 수용 감각 및 운동 능력 등에 따라, 제어부(80)에서는 대상 재활 훈련자에 필요한 하체 훈련 프로그램을 생성한다.On the other hand, as described above, the control unit 80 generates a lower body training program necessary for the subject rehabilitation trainer in accordance with the self-acceptance sensation and the athletic performance of the rehabilitation trainer evaluated by the evaluation unit 70 or the like.

또한, 생성된 하체 훈련 프로그램의 신호는 하지 재활 장치(10)의 제2 구동부(30)에 전달되고, 그 신호에 따라 제2 구동부(30)는 제1 구동부(20)가 재활 훈련자의 발을 움직일 수 있도록 구동력을 생성할 수 있다.The generated signal of the lower body training program is transmitted to the second driving unit 30 of the lower limb rehabilitation apparatus 10 and the second driving unit 30 causes the first driving unit 20 to move the foot of the rehabilitation trainer The driving force can be generated so as to move.

구체적으로, 제어부(80)로부터 전달 받은 신호에 따라, 모터부(31)에서 구동력을 생성하고, 이러한 구동력은 제2 구동 소자(33)를 회전시키고, 제2 구동 소자(33)의 회전력은 구동 전달부인 벨트(11)를 통해 제1 구동부(20)의 제1 구동 소자(23)에 전달된다. 예를 들어, 제1 구동 소자(23)와 제2 구동 소자(33)은 벨트(11)와 함께 회전하는 풀리를 사용할 수 있다. 또한, 구동 전달부로서 벨트(11) 대신 케이블을 통해 제2 구동 소자(33)와 제1 구동 소자(23)를 연결하여 구동력을 전달하는 것도 가능하다. Specifically, the motor unit 31 generates a driving force in accordance with the signal received from the control unit 80, and the driving force rotates the second driving unit 33, and the rotational force of the second driving unit 33 is driven Is transmitted to the first driving element (23) of the first driving part (20) through the transmission belt (11). For example, the first driving element 23 and the second driving element 33 can use a pulley that rotates together with the belt 11. [ It is also possible to connect the second driving element 33 and the first driving element 23 via a cable instead of the belt 11 as a drive transmitting portion to transmit the driving force.

제1 구동 소자(23)로 전달 받은 구동력은 발판(21)의 일측에 전달되어, 전술한 하체 훈련 프로그램에 따라 상기 발판(21)의 일측을 중심으로 발판(21)을 반시계 방향(a) 또는 시계 방향(b)으로 회전시킬 수 있으며, 발판(21)의 회전에 따라, 재활 훈련자의 하체도 함께 반시계 방향(a) 또는 시계 방향(b)으로 회전됨으로써, 재활 훈련자의 하체가 운동될 수 있다.The driving force transmitted to the first driving element 23 is transmitted to one side of the footrest 21 so that the footrest 21 is rotated in the counterclockwise direction a around one side of the footrest 21 in accordance with the above- The lower body of the rehabilitation trainer is rotated in the counterclockwise direction (a) or the clockwise direction (b) in accordance with the rotation of the footrest 21 so that the lower body of the rehabilitation trainer is moved .

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 종사자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Thus, it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.

그러므로, 지금까지 전술한 실시 형태는 모든 면에서 예시적인 것으로서, 본 발명을 상기 실시 형태들에 한정하기 위한 것이 아님을 이해하여야만 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 균등한 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and are not intended to limit the invention to the embodiments, and the scope of the present invention is not limited by the above- And all changes or modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims and the equivalents shall be construed as being included within the scope of the present invention.

1 하지 재활 시스템 10 하지 재활 장치
11 벨트 20 제1 구동부
21 발판 22 센서
30 제2 구동부 23 제1 구동 소자
a, b 발판의 회전 방향 31 모터부
32 감속기 33 제2 구동 소자
40 좌석부 41 좌석 센서부
42 바퀴부 50 지지부
51 생체 신호 측정 센서 52 안전 스위치
60 시각 피드백 장치 61 이미지 출력 장치
70 평가부 80 제어부 1 notary rehabilitation system 10 notary rehabilitation apparatus
11 belt 20 first driving part
21 Footsteps 22 Sensor
30 Second driving part 23 First driving element
a, b Rotation direction of footplate 31 Motor part
32 Reduction gear 33 Second driving element
40 seat portion 41 seat sensor portion
42 wheel portion 50 support portion
51 Vital Signals Sensor 52 Safety Switch
60 Visual feedback device 61 Image output device
70 Evaluation unit 80 Control unit

Claims (9)

재활 훈련자의 하체의 회전을 평가하고, 하체의 회전 거동 향상을 위한 하지 재활 장치를 포함하는 하지 재활 시스템으로서,
상기 재활 훈련자의 자기 수용 감각, 전정 감각, 시각 반응 능력 및 운동 능력 중 어느 하나 이상을 평가하는 평가부;
상기 평가부로부터의 신호와 상기 재활 훈련자의 증상에 기초하여, 생체 신호 피드백 정보를 생성하고, 상기 재활 훈련자의 하체 훈련 프로그램을 생성하는 제어부; 및
상기 생체 신호 피드백 정보와 상기 하체 훈련 프로그램을 출력하는 이미지 출력 장치를 포함하고,
상기 하지 재활 시스템은, 상기 제어부로부터 상기 하체 훈련 프로그램의 신호를 전달받아 상기 하지 재활 장치를 구동시키고,
상기 하지 재활 장치는, 상기 재활 훈련자의 발과 결속되는 발판과, 상기 재활 훈련자의 하체의 자기 수용 감각 및 운동 능력을 측정하는 센서를 포함하는 제1 구동부와, 상기 제어부로부터 하체 훈련 프로그램 신호를 전달받아, 상기 제1 구동부에 구동력을 전달하는 제2 구동부를 포함하고,
상기 발판은, 상기 발판의 일축이 상기 제1 구동부에 연결되어, 상기 재활 훈련자의 하지의 안쪽 및 바깥쪽 회전 방향에 해당하는 하체의 좌우 방향으로 피봇 회전 구동되어, 상기 재활 훈련자의 하체 회전 거동을 향상시키는 것을 특징으로 하는 하지 재활 시스템.
A rehabilitation system comprising a lower limb rehabilitation device for evaluating rotation of a lower limb of a rehabilitation trainer and for improving rotational behavior of the lower limb,
An evaluating unit for evaluating at least one of the self-acceptance sense, the vestibular sense, the visual response ability, and the exercise ability of the rehabilitation trainee;
A control unit for generating bio-signal feedback information based on a signal from the evaluation unit and a symptom of the rehabilitation trainee and generating a lower body training program of the rehabilitation trainee; And
And an image output device for outputting the bio-signal feedback information and the lower body training program,
Wherein the underarm rehabilitation system receives the signal of the lower body training program from the control unit and drives the lower limb training apparatus,
The rehabilitation apparatus includes a first driving unit including a footrest coupled to a foot of the rehabilitation trainer and a sensor for measuring a self-acceptance sensation and an exercise ability of the lower body of the rehabilitation trainer; And a second driving unit for transmitting a driving force to the first driving unit,
The foot plate is connected to the first driving unit so that one side of the foot plate is pivotally driven in the left and right direction of the lower body corresponding to the inner and outer rotational directions of the lower limb of the rehabilitation trainer, Wherein the lower limb is provided with a lower limb.
제 1 항에 있어서,
재활 훈련자의 상체에 작용하는 힘, 하체의 근전도 및 뇌파 중 하나 이상의 생체 신호를 측정하는 측정부를 더 포함하고,
상기 생체 신호는 상기 생체 신호 피드백 정보와 상기 하체 훈련 프로그램에 반영되는 것을 특징으로 하는 하지 재활 시스템.
The method according to claim 1,
Further comprising a measurement unit for measuring at least one of a force acting on the upper body of the rehabilitation trainee, an electromyogram of the lower body, and a brain wave,
Wherein the bio-signal is reflected in the bio-signal feedback information and the lower body training program.
제 2 항에 있어서,
상기 제2 구동부는 상기 제어부로부터 신호를 전달받아 구동력을 생성하는 모터부를 포함하고,
상기 하지 재활 장치는 상기 제2 구동부의 구동력을 상기 제1 구동부에 전달하는 구동 전달부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하지 재활 시스템.
3. The method of claim 2,
Wherein the second driving unit includes a motor unit that receives a signal from the control unit and generates a driving force,
Wherein the underarm rehabilitation apparatus further includes a drive transmitting unit for transmitting the driving force of the second driving unit to the first driving unit.
제 3 항에 있어서,
상기 구동 전달부는 벨트 또는 케이블인 것을 특징으로 하는 하지 재활 시스템.
The method of claim 3,
Wherein the drive transmission portion is a belt or a cable.
제 4 항에 있어서,
상기 센서는, 상기 발판의 회전 움직임 각도와 토크량에 기초하여, 상기 재활 훈련자의 신경근 제어 능력을 더 측정하고,
상기 재활 훈련자의 하체의 자기 수용 감각, 운동 능력 및 신경근 제어 능력을 상기 평가부에 전달하는 것을 특징으로 하는 하지 재활 시스템.
5. The method of claim 4,
Wherein the sensor further measures the neuromuscular control capability of the rehabilitation trainer based on the rotational motion angle and the torque amount of the footrest,
Wherein the self-acceptance sense, the athletic ability and the neuromuscular control ability of the lower body of the rehabilitation trainer are transmitted to the evaluation unit.
제 5 항에 있어서,
상기 재활 훈련자를 지지하는 지지부를 더 포함하고,
상기 지지부는, 상기 재활 훈련자의 생체 신호를 측정하여 측정된 신호를 상기 평가부에 전달하는 생체 신호 측정 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 하지 재활 시스템.
6. The method of claim 5,
Further comprising a support for supporting the rehabilitation trainer,
Wherein the support unit includes a bio-signal measurement sensor for measuring a bio-signal of the rehabilitation trainee and delivering the measured signal to the evaluation unit.
제 6 항에 있어서,
상기 재활 훈련자의 안구부에 착용 가능한 시각 피드백 장치를 포함하고,
상기 시각 피드백 장치는 상기 이미지 출력 장치에서 출력되는 이미지의 움직임에 따라 상기 재활 훈련자의 시각 반응 능력을 측정하여 측정된 신호를 상기 평가부에 전달하는 것을 특징으로 하는 하지 재활 시스템.
The method according to claim 6,
A visual feedback device worn on the eyeball of the rehabilitation trainer,
Wherein the visual feedback device measures the visual reaction capability of the rehabilitation trainer according to the motion of the image output from the image output device and delivers the measured signal to the evaluation unit.
제 7 항에 있어서,
상기 평가부는, 상기 재활 훈련자의 자기 수용 감각, 전정 감각, 시각 반응 능력, 신경근 제어 능력 및 하체 운동 능력을 미리 저장된 데이터와 실시간으로 비교 평가하고, 평가된 신호를 상기 제어부에 전달하는 것을 특징으로 하는 하지 재활 시스템.
8. The method of claim 7,
Wherein the evaluating unit compares the self-acceptance sensation, the vestibular sense, the visual response ability, the neuromuscular control ability, and the under body exercise ability of the rehabilitation trainee in real time with previously stored data, and transmits the evaluated signal to the control unit Not rehabilitation system.
제 8 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 하체 훈련 프로그램과,
상기 재활 훈련자의 자기 수용 감각, 전정 감각, 시각 반응 능력, 신경근 제어 능력 및 하체 운동 능력 등에 기초하여,
상기 제2 구동부에 구동 신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 하지 재활 시스템.9. The method of claim 8,
The control unit includes the lower body training program,
Based on the self-acceptance sense, vestibular sense, visual response ability, neuromuscular control ability, and lower body exercise ability of the rehabilitation trainer,
And transmits a driving signal to the second driving unit.
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