KR20180079786A - 보행 재활 훈련 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보행 재활 훈련 장치에 관한 것으로, 재활 환자의 보행시 발바닥의 위치마다 무게를 검출하여 무게중심의 이동을 검출하는 인솔타입의 무게센서부와, 재활 환자의 발목에 착용되어 발목의 3차원 움직임을 검출하여, 보폭 및 보행속도를 검출하는 관성센서부를 포함한다.

Description

보행 재활 훈련 장치{Device for gait rehabilitation}

본 발명은 보행 재활 훈련 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 비정상 보행 패턴을 감지하여 정상 보행을 유도하는 보행 재활 훈련 장치에 관한 것이다.

최근 고령화의 가속화로 뇌혈관질환, 심장질환, 당뇨 환자가 증가하고 있고, 질환으로 인하여 뇌에 공급되는 혈류가 차단되거나 뇌조직의 출혈로 인하여 뇌손상환자가 증가하고 있다. 의학기술의 발전으로 뇌손상 환자들의 생존율이 높아지고 있으나, 생존을 하더라도 뇌병변의 부위에 따라 운동장애, 감각장애, 언어장애, 인지장애 등의 장애가 발생할 수 있다.

운동장애와 감각장애는 동시에 진행될 확률이 높으며 꾸준한 치료와 재활훈련이 요구되고 있다. 이러한 보행 재활을 돕기 위하여 훈련 장치들이 개발되었다.

등록특허 10-1143722호(2012년 4월 30일 등록, 뇌손상 환자의 보행 개선용 재활 보조장치)에는 발바닥이 지면과 접촉되는지의 여부를 부분적으로 검출하여 알람을 발생시키는 보조장치가 기재되어 있다.

이와 같은 보조장치는 환자가 지면을 응시하지 않더라도 발바닥의 정상적인 착지와 이탈을 확인시켜 줄 수 있어 보행 훈련의 효과를 높일 수 있다.

그러나 상기의 등록특허는 발뒤꿈치 족저압, 발바닥 족저압, 발가락의 족저압만을 검출하여, 발바닥이 지면에 접촉된 상태에 따라 청각적인 신호를 발생시키는 것으로, 단순히 접촉상태만을 인지시킬 뿐이고, 정상적인 보행을 하고 있는지에 대한 평가를 할 수 없는 문제점이 있었다.

상기 정상적인 보행이라 함은 재활 환자의 다리길이에 부합하는 보폭과 보행 속도를 포함하는 개념이며, 위의 등록특허는 재활 환자의 체형에 적합한 정상적인 보행을 유도할 수는 없는 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 과제는, 발바닥의 접촉 부분을 확인함과 아울러 보폭과 보행속도 등 재활 환자의 체형에 부합하는 정상적인 보행을 유도할 수 있는 보행 재활 훈련 장치를 제공함에 있다.

본 발명 보행 재활 훈련 장치는, 재활 환자의 보행시 발바닥의 위치마다 무게를 검출하여 무게중심의 이동을 검출하는 인솔타입의 무게센서부; 및 재활 환자의 발목에 착용되어 발목의 3차원 움직임을 검출하여, 보폭 및 보행속도를 검출하는 관성센서부를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 무게센서부는, 다수의 압력센서들을 포함하되, 적어도 보행시 뒤꿈치와 발가락 부분의 압력을 검출하며, 발바닥의 중앙부분에 해당하는 위치에서는 복수의 열로 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 관성센서부는, 관성센서를 포함하고, 상기 관성센서를 통해 발목의 3차원 정보를 검출하며, 보폭인 이동거리와 이동속도인 보행 속도를 검출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 관성센서부는, 제어부 및 적어도 인체의 다리 길이에 따른 정상 보폭 및 보행속도 데이터를 저장하는 메모리를 더 포함하여, 상기 무게센서부와 관성센서에서 검출된 정보를 정상 보폭 및 보행속도와 비교하여 정상적인 보행 여부를 판단할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 관성센서부는, 통신부를 더 포함하여, 검출된 보행 정보를 외부장치로 전송할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 관성센서부는, 상기 제어부의 제어에 따라 검출된 보행 정보가 상기 메모리에 저장된 정상 보폭 및 보행속도와 비교하여 다른 경우 알람을 발생하는 알람발생부를 더 포함할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보행 재활 훈련 장치의 착용상태 구성도이다.
도 2는 본 발명에 적용되는 무게센서부의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보행 재활 훈련 장치의 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 보행 재활 훈련 장치의 블록 구성도이다.

본 발명 보행 재활 훈련 장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이며, 아래에 설명되는 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시 예는 본 발명을 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시 예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는"포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.　

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역 및/또는 부위들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부위들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역 또는 부위를 다른 부재, 영역 또는 부위와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역 또는 부위는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역 또는 부위를 지칭할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 실시 예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보행 재활 훈련 장치의 착용상태도이다.

도 1을 참조하면 본 발명은, 재활 환자의 보행시 발바닥의 위치마다 무게를 검출하여 보행상태를 검출하는 인솔타입의 무게센서부(100)와, 재활 환자의 발목에 착용되어 발목의 3차원 움직임을 검출하는 관성센서부(200)를 포함하여 구성된다.

도면에서는 무게센서부(100)가 하나인 예를 도시하였으나, 좌측과 우측 한 쌍으로 마련될 수 있으며, 관성센서부(200) 역시 하나 또는 좌측과 우측 한 쌍으로 마련될 수 있다.

본 발명에서는 설명의 편의를 위하여 하나의 무게센서부(100)와 하나의 관성센서부(200)로 구성된 예를 설명하지만, 양쪽 발에 착용할 수 있는 구성으로 쉽게 확장할 수 있으며, 이러한 확장 구조도 본 발명에 속하는 것이다.

상기 무게센서부(100)는 다수의 압력센서들을 포함하는 인솔(insole) 타입의 구조이며, 관성 및 제어부(200)는 밴드(290) 등의 고정수단에 의하여 재활 환자의 발목에 착용되는 구조이다.

무게센서부(100)의 구체적인 구성은 도 2에 도시한 바와 같이 하부인솔(110)과 상부인솔(120) 및 상기 하부인솔(110)과 상부인솔(120)의 사이에 다수 배치된 압력센서(111~119)를 포함하여 구성된다.

상기 하부인솔(110)은 신발의 내측 바닥에 접하는 것이며 완충작용을 할 수 있는 재질로 할 수 있으나, 적어도 압력의 이동을 검출할 수 있는 정도의 견고성(hardness)도 가지고 있어야 한다.

상기 압력센서(111~119)들은 상기 하부인솔(110)의 상부에 배치되며, 각각이 중첩되지 않도록 배치되어야 한다. 압력센서(111~119)들은 적어도 발뒤꿈치, 발가락이 접하는 부분에는 설치되어야 하며, 그 사이의 발바닥 중앙에도 배치되어야 한다.

발바닥의 중앙에 해당하는 하부인솔(110)의 위치에 배치되는 압력센서(112~117)들은 2열로 배치되는 것이 바람직하다. 즉 발바닥의 길이 방향 중앙을 기준으로 좌우측으로 배치되어 보행시 무게가 좌우측으로 균등한 정도 또는 정상적인 정도로 분배되는지 확인할 수 있다.

상기 압력센서(111~119)들이 배치된 하부인솔(110)의 상부에 상부인솔(120)을 접착 등의 방법으로 고정한다. 상부인솔(120)은 구조상 생략될 수도 있으며, 압력센서들(111~119)이 돌출되어 발바닥을 누르는 감촉이 보행에 영향을 줄 수도 있기 때문에 상부인솔(120)로 압력센서(111~119)들의 배치에 따른 단차의 영향을 줄이는 것이 바람직하다.

상기 무게센서부(100)를 이용하여 재활 환자에 대한 여러 정보를 얻을 수 있다. 첫 번째로, 보행을 하지 않는 상태에서의 재활 환자의 무게 중심을 확인할 수 있다.

정상적인 경우에는 발가락 쪽보다는 발바닥의 중심부와 뒤꿈치 쪽으로 무게 중심이 있어야 하며, 본 발명을 양발에 착용했을 경우에는 좌측과 우측발에 무게가 균등하게 배분되는지도 확인할 수 있다.

두 번째로, 보행을 할 때의 무게 중심의 이동을 알 수 있다. 정상적인 보행은 발바닥의 뒤꿈치부터 지면에 접촉되며 발바닥이 구르는 형태로 발의 중심과 발가락측으로 무게 중심이 이동해야 하며, 정상적인 무게 중심의 이동이 이루어지는지 확인할 수 있다.

세 번째로, 보행 패턴을 확인할 수 있다. 보행 패턴은 무게 중심의 이동이 발바닥의 중심부 전체를 통해 이루어지는지 아니면 발의 날부분을 통해 이루어지는지에 관한 것으로, 앞서 설명한 바와 같이 압력센서들(112~117)의 2열 배치를 통해 용이하게 검출할 수 있다.

이처럼 무게센서부(100)에서 검출된 정보는 상기 관성센서부(200)로 전달되어 통합되는 것이 바람직하다.

상기 관성센서부(200)는 밴드(290)에 의해 발목에 착용되며, 관성센서를 포함하여 재활 환자의 발목의 3차원 자세 정보를 수집한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예의 블록 구성도이다.

도 3을 참조하면 상기 관성센서부(200)는 상기 무게센서부(100)의 검출 정보를 수신하는 수신포트부(230), 관성센서(210)와, 메모리(220), 제어부(240), 통신부(250)를 포함할 수 있다.

수신포트부(230)를 통해 수신된 무게센서부(100)의 검출 정보는 메모리(220)에 저장되며, 관성센서(210)에서 검출된 발목의 3차원 자세정보도 메모리(220)에 저장된다.

제어부(240)는 메모리(220)에 저장되는 또는 저장된 정보를 통신부(250)를 통해 외부로 송신할 수 있다.

상기 관성센서부(200)의 구체적인 구성은 외부장치의 사용 여부에 따라 차이가 있을 수 있다. 외부장치라 함은 외골격 로봇이나 FES(Functional Electrical Stimulation)을 사용하거나 적어도 화면을 통해 정상적인 보행 상태와 현재 재활 환자의 보행상태를 확인할 수 있도록 하는 장치일 수 있다.

이와 같은 외부장치를 사용하는 경우 상기 통신부(250)를 통해 송신되는 무게센서부(100)의 검출 정보와 관성센서(210)의 검출 정보를 이용하여 다양한 응용을 할 수 있다. 상기 통신부(250)는 유선 또는 무선 방식으로 검출 정보를 전송하는 것으로 한다.

상기 관성센서부(200)는 관성센서(210)를 이용하여 다양한 정보를 얻을 수 있다. 첫 번째로 보행 속도에 관한 정보를 얻을 수 있다. 관성센서(210)는 가속도센서 등을 포함하여 이동 상태를 파악할 수 있으며, 이동한 거리와 시간을 검출할 수 있다. 이때의 시간 정보는 상기 무게센서부(100)를 통해 검출한 무게 중심의 이동을 이용한 상대적인 시간 정보일 수도 있다.

두 번째로, 발목의 자세 변화를 검출할 수 있다. 지면에 발바닥 전체가 닿은 상태에서의 발목의 자세와 일부가 닿은 상태에서의 발목의 자세 및 발바닥 전체가 지면에서 떨어진 상태의 발목 자세를 검출하여 메모리(220) 또는 상기 외부장치에 저장된 발목 자세와 비교하여 정상적인 보행이 이루어지는지 확인할 수 있다.

정상적인 보행은 보폭과 보행속도를 포함하는 개념이며, 이는 재활 환자의 다리 길이와 일정부분 상관성이 있다. 따라서 상기 메모리(220) 또는 외부장치에는 인체의 다리 길이에 따른 정상적인 보폭과 보행속도 정보가 미리 저장된 것일 수 있다.

정상적인 보행 정보는 현재 검출되는 재활 환자의 보행 정보를 비교하는 기준이되며, 재활 환자가 본 발명을 착용한 상태에서 보행을 하면 정상적인 보행이 이루어지는지 즉시 확인할 수 있다.

도 4는 본 발명 보행 재활 훈련 장치의 다른 실시예의 블록 구성도이다.

도 4를 참조하면 상기 관성센서부(200)는, 앞서 도 3을 참조하여 설명한 구성에 알람발생부(260)를 더 포함할 수 있다.

알람발생부(260)는 제어부(240)의 제어에 따라 음향 또는 진동을 발생시키는 것이다. 상기 제어부(240)는 메모리(220)에 저장된 적어도 다리 길이에 따른 정상보행 정보와 현재 검출되는 보행 정보를 비교하고, 정상 보행이 아닌 경우에는 상기 알람발생부(260)를 제어하여 음향이나 진동을 발생시켜 재활 환자가 인지할 수 있도록 한다.

이처럼 본 발명은 적어도 다리 길이에 따른 정상적인 보폭과 보행속도 정보 및 보행 패턴 정보와 현재 보행 정보들을 비교하여 정상적인 보행이 아닌 경우에 재활 환자에게 인지시킬 수 있어 능동적인 보행 훈련 참여를 유도할 수 있다.

이와 같은 특징은 앞서 설명한 외부장치를 사용할 때에도 그대로 적용될 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정, 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

100:무게센서부 110:하부인솔
111~119:압력센서 120:상부인솔
200:관성센서부 210:관성센서
220:메모리 230:입력포트부
240:제어부 250:통신부
260:알람발생부 290:밴드
12:비교부 13:전압제어부
14:증폭부 15:전압검출부
16:전류검출부 17:제2비교부
18:전류제어부 20:반도체 스위치

Claims (6)

1. 재활 환자의 보행시 발바닥의 위치마다 무게를 검출하여 무게중심의 이동을 검출하는 인솔타입의 무게센서부; 및
   재활 환자의 발목에 착용되어 발목의 3차원 움직임을 검출하여, 보폭 및 보행속도를 검출하는 관성센서부를 포함하는 보행 재활 훈련 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 무게센서부는,
   다수의 압력센서들을 포함하되,
   적어도 보행시 뒤꿈치와 발가락 부분의 압력을 검출하며,
   발바닥의 중앙부분에 해당하는 위치에서는 복수의 열로 배치되는 것을 특징으로 하는 보행 재활 훈련 장치.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 관성센서부는,
   관성센서를 포함하고,
   상기 관성센서를 통해 발목의 3차원 정보를 검출하며, 보폭인 이동거리와 이동속도인 보행 속도를 검출하는 것을 특징으로 하는 보행 재활 훈련 장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 관성센서부는,
   제어부; 및
   적어도 인체의 다리 길이에 따른 정상 보폭 및 보행속도 데이터를 저장하는 메모리를 더 포함하여,
   상기 무게센서부와 관성센서에서 검출된 정보를 정상 보폭 및 보행속도와 비교하여 정상적인 보행 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 보행 재활 훈련 장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 관성센서부는,
   통신부를 더 포함하여, 검출된 보행 정보를 외부장치로 전송하는 것을 특징으로 하는 보행 재활 훈련 장치.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 관성센서부는,
   상기 제어부의 제어에 따라 검출된 보행 정보가 상기 메모리에 저장된 정상 보폭 및 보행속도와 비교하여 다른 경우 알람을 발생하는 알람발생부를 더 포함하는 보행 재활 훈련 장치.
   

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