KR20200013157A - 맞춤형 발목보조기 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 맞춤형 발목보조기는, 환자 다리의 사이즈에 맞춤형으로 제공되어 착용시 환자의 다리와 이격거리가 최소화되며, 환자의 종아리 부분부터 뒤꿈치 영역까지 접촉하고, 소성 소재로 제작되어 상기 환자의 보행시에 환자 다리의 불필요한 유동을 방지하며, 환자의 보행시 대퇴부의 상승에 따른 상승력을 전달받아 환자의 발바닥 중 뒤꿈치 영역에 견인력을 전달하는 지지부; 지지부와 일단이 연결된 상태로 환자의 다리 일부분을 환요하여 지지부를 환자의 다리에 고정시키는 고정부; 및 지지부와 연결되어, 환자의 발바닥부분에 접촉하고, 탄성 소재로 제작되어 환자의 보행시 발바닥의 유동에 따라 유연하게 변형되는 유동부;를 포함할 수 있다.

Description

맞춤형 발목보조기 및 이의 제조방법{CUSTOMIZED ANKLE-FOOT ORTHOSIS AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 맞춤형 발목보조기 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 환자 신체사이즈에 맞추어 제작되고 다종소재로 제조되어 보행시 착용감이 향상된 맞춤형 발목보조기 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
의료 보조기는 인체의 기능을 보조하거나 교정하는 장치를 말하며, 뇌졸중, 척추손상 등과 같은 비교적 영구적인 손상이 있거나 골절 등으로 일시적인 기능 저하가 있을 때, 근육이나 관절이 약해지거나 신경계의 이상반응 혹은 회복 반응에 의해서 관절과 근육에 경직이나 구축이 온 경우 필요하다.
　특히, AFO(Ankle-Foot Orthosis)는 발처짐, 족하수, 편마비증상이 있는 환자에게 주로 적용 하며, 일반적으로 대부분의 병원에서는 플라스틱 재질의 제품을 사용하고 있다. 현재 사용되는 AFO는 발목고정을 위해 딱딱하고 두꺼운 플라스틱 재질로 제작되어 걸음 동작 시 발바닥과 지면 간의 이질감 및 불편감으로 인해 환자들이 퇴원 후에 착용을 꺼리는 경향이 있다.
한국등록특허 제10-1673904호
본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 착용감이 향상된 맞춤형 발목보조기를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 보조기를 착용한 환자의 보행안정성이 향상된 맞춤형 발목보조기를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 더욱 다른 목적은 복합소재로 구성된 보조기를 단일 공정으로 제조하는 맞춤형 발목보조기의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 예를 따르는 맞춤형 발목보조기는 환자 다리의 사이즈에 맞춤형으로 제공되어 착용시 상기 환자의 다리와 이격거리가 최소화되며, 상기 환자의 종아리 부분부터 뒤꿈치 영역까지 접촉하고, 소성 소재로 제작되어 상기 환자의 보행시에 환자 다리의 불필요한 유동을 방지하며, 상기 환자의 보행시 대퇴부의 상승에 따른 상승력을 전달받아 상기 환자의 발바닥 중 상기 뒤꿈치 영역에 견인력을 전달하는 지지부; 상기 지지부와 일단이 연결된 상태로 상기 환자의 다리 일부분을 환요하여 상기 지지부를 상기 환자의 다리에 고정시키는 고정부; 및 상기 지지부와 연결되어, 상기 환자의 발바닥부분에 접촉하고, 탄성 소재로 제작되어 상기 환자의 보행시 발바닥의 유동에 따라 유연하게 변형되는 유동부;를 포함한다.
또한, 상기 지지부 및 상기 유동부는, 3D 프린터에 의해 일체형으로 제작될 수 있다.
또한, 상기 지지부는, 상기 환자의 발바닥에 접촉하는 영역에 배치된 미끄럼 방지 부재;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 맞춤형 발목보조기는 상기 지지부와 상기 유동부를 보호하는 분리형 커버;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 커버는, 상기 커버를 개폐하기 위한 개폐부; 습기 또는 공기를 순환시키는 복수의 통공; 및 상기 환자의 보행시 지면과 접촉을 통해 전달되는 충격을 감소시키는 완충부;를 포함하여, 상기 완충부의 두께를 조절하여 상기 환자가 직립한 자세의 균형을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 맞춤형 발목보조기의 제조방법은 환자 다리의 형상과 사이즈를 측정하는 단계; 상기 측정된 형상과 사이즈를 기초로 맞춤형 발목보조기를 모델링하는 단계; 상기 모델링된 맞춤형 발목보조기의 데이터를 기초로 환자의 걸음걸이를 시뮬레이션하는 단계; 상기 시뮬레이션의 결과를 기초로 발목보조기의 영역별 물성치를 설정하는 단계; 및 상기 물성치를 포함하는 다종소재를 3D 프린터에 주입하여 맞춤형 발목보조기를 출력하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 모델링된 맞춤형 발목보조기의 데이터를 기초로 환자의 걸음걸이를 시뮬레이션하는 단계는, 상기 환자의 걸음걸이를 시뮬레이션하는 과정에서, 지면과 접촉시 환자의 하중에 의해 변형되는 부분과 환자의 다리를 지지하는 부분을 구분하고, 상기 시뮬레이션의 결과를 기초로 발목보조기의 영역별 물성치를 설정하는 단계는, 상기 변형이 발생하는 부분에 연신률 가중치를 부여하고, 상기 환자의 다리를 지지하는 부분에 강성 가중치를 부여할 수 있다.
또한, 상기 물성치를 포함하는 다종소재를 3D 프린터에 주입하여 맞춤형 발목보조기를 출력하는 단계는, 상기 물성치가 다른 다종소재로 형성되는 복수의 영역을 단일 공정으로 출력할 수 있다.
본 발명에 따른 맞춤형 발목보조기는 보조기의 영역별 강성과 연신률을 상이하게 적용하여 환자의 다리를 고정해야하는 부분은 단단한 소재로 제조되고, 환자의 보행시 유동이 예상되는 부분은 유연한 소재로 제조되어 보조기를 착용한 환자의 안정성과 착용감이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 맞춤형 발목보조기는 미끄럼 방지 패드가 환자의 발바닥과 지지부 사이에 배치되어, 환자의 다리에 움직임이 발생하는 경우에도 발목보조기에 고정된 환자 다리의 위치가 변동되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 맞춤형 발목보조기의 제조방법은 3D 스캐너를 활용하여 개인에 맞는 형상 데이터를 확보 한 후, 형상 데이터를 기초로 3D 프린터를 통해 다중소재가 일체형으로 구성되는 맞춤형 발목보조기를 출력하여, 발목보조기의 제조공정이 간소화될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 맞춤형 발목보조기를 나타낸 분해도이다.
도 2는 도 1의 맞춤형 발목보조기의 결합도이다.
도 3은 도 1의 맞춤형 발목보조기의 커버를 확대한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 맞춤형 발목보조기를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 맞춤형 발목보조기를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 맞춤형 발목보조기의 상하방향 움직임을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 5의 맞춤형 발목보조기의 수평방향 움직임을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 맞춤형 발목보조기 제조방법의 흐름도를 나타낸 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 맞춤형 발목보조기는 환자 신체사이즈에 맞추어 제작되고, 환자가 접촉하는 부분에 따라 상이한 착용감을 제공하기 위해 물성치가 상이한 다종소재를 3D 프린터를 통해 간소화된 공정으로 용이하게 제작될 수 있다.
도 1 및 2는 본 발명의 실시 예에 따른 맞춤형 발목보조기를 나타낸 도면이다.
상세하게, 도 1은 본 발명의 맞춤형 발목보조기(1)의 분해도이고, 도 2는 맞춤형 발목보조기(1)의 결합도를 나타낸다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 맞춤형 발목보조기(1)는 지지부(11), 유동부(13) 및 고정부(15)를 포함하고, 커버(17)를 더 포함할 수 있다.
지지부(11)는 환자 다리의 사이즈에 맞춤형으로 제공되어 착용시 환자의 다리와 이격거리가 최소화될 수 있다. 환자의 다리 사이즈를 측정한 뒤, 환자의 다리 중 일부를 둘러싸는 형태로 제공될 수 있으며, 환자다리의 곡선형태에 맞추어 제공되어 이격거리가 최소화될 수 있다.
지지부(11)는 환자의 종아리 부분부터 뒤꿈치 영역까지 접촉할 수 있다. 지지부(11)는 환자의 종아리를 따라 세로방향으로 형성된 부분과 뒤꿈치를 기준으로 발바닥의 중앙까지 신장되는 부분을 포함할 수 있다. 이를 통해, 지지부(11)는 환자의 종아리 부분부터 뒤꿈치 영역까지 밀착되도록 제공될 수 있다.
지지부(11)는 소성 소재로 제작되어 환자의 보행시에 환자 다리의 불필요한 유동을 방지할 수 있다. 전술한 바와 같이 지지부(11)는 환자 다리에 밀착된 상태로 제공되며, 소성 소재로 제공되어 외형의 변화가 최소화되어 환자의 다리에 유동이 방지하기 위해 고정된 형태를 유지할 수 있다.
또한, 지지부(11)는 환자 다리로 가해지는 외부의 충격을 일부 완충시킬 수 있으며, 환자가 맞춤형 발목보조기(1)로 전달하는 힘에 의해 변형되지 않도록 일정수준 이상의 강성을 가질 수 있다.
지지부(11)는 환자의 보행시 대퇴부의 상승에 따른 상승력을 전달받아 환자의 발바닥 중 상기 뒤꿈치 영역에 견인력을 전달할 수 있다. 지지부(11)는 환자가 보행을 위해 허벅지를 견인하는 경우, 뒤꿈치와 접촉한 부분을 통해 발목에 힘을 전달하여 발 전체를 상승시키는 견인력을 전달할 수 있다. 이를 통해, 환자는 보행시 발을 지탱하기 위해 발목에 가해지는 부담을 감소시킬 수 있다.
지지부(11)는 환자의 발바닥 중 뒤꿈치 영역에 접촉하는 영역에 배치된 미끄럼 방지 부재(111)를 더 포함할 수 있다. 환자는 맞춤형 발목보조기(1)를 착용한 상태로 활동할 수 있다. 이때, 환자의 다리와 맞춤형 발목보조기(1) 간 접촉한 부분에 마찰력을 향상시킴으로써 맞춤형 발목보조기(1)의 유동을 방지할 수 있다.
또한, 지지부(11)는 환자의 피부와 직접 접촉하는 부위에 엠보싱, 쿠션, 요철 등의 미세구조(213, 도 4)를 포함하여, 환자의 보행시 맞춤형 발목보조기(1)를 통해 환자의 발바닥에 분포된 연조직으로 직접 전달되는 충격을 완화시킬 수 있으며, 환자에게 가해지는 충격을 감소시키기 위한 구조는 이에 제한되지 않는다. 미세구조는 도 4의 맞춤형 발목보조기(2)를 통해 상세히 설명하도록 한다.
이와 유사하게, 맞춤형 발목보조기(1)를 착용한 다리에 보조기를 통해 외부압력이 전달되는 경우 발바닥 이외에 장딴지, 발등 등에 분포된 연조직으로 직접 전달되는 충격을 감소시키기 위해 전술한 구조와 유사한 구조가 지지부(11)의 내벽에 형성될 수 있다.
도 1에서 에칭된 영역이 유동부(13)이며, 유동부(13)의 범위는 환자의 보행시 지면과의 마찰에 의해 발바닥의 유동에 따라 상이하게 설정될 수 있다. 유동부(13)는 지지부(11)와 연결되어 환자의 발바닥 부분에 접촉될 수 있다. 유동부(13)는 탄성 소재로 제작되어 환자의 보행시 발바닥의 유동에 따라 유연하게 변형될 수 있다. 유동부(13)는 연신률이 높은 소재로 제공될 수 있다.
유동부(13)와 지지부(11)는 3D 프린터에 의해 일체형으로 제작될 수 있다. 본 발명에 따른 맞춤형 발목보조기(1)는 유동부(13)와 지지부(11)가 상이한 물성치를 가져, 환자의 움직임의 안정성 및 착용감을 향상시킬 수 있다. 이를 위해, 유동부(13)와 지지부(11)는 상이한 소재로 제작되며, 다종소재 복합 3D 프린터를 통해 일체형으로 제작될 수 있다.
고정부(15)는 지지부(11)와 일단이 연결된 상태로 환자의 다리 일부분을 환요하여 지지부(11)를 환자의 다리에 고정시킬 수 있다. 고정부(15)는 지지부(11)의 형상에 따라 연결되는 개수가 변경될 수 있다. 일 예로, 도 1과 같이 지지부(11)의 길이가 환자의 종아리 중앙까지 형성되는 경우, 단수의 고정부(15)를 통해 지지부(11)와 환자의 다리를 고정시킬 수 있다.
다른 예로, 지지부(11)의 길이가 무릎까지 형성되어 지지부(11)와 환자 다리의 강한 고정이 요구되는 경우, 복수의 고정부(15)가 형성되어 환자의 다리와 지지부(11)를 고정시킬 수 있다. 이처럼, 지지부(11)의 길이, 두께와 같은 형상에 의해 고정부(15)의 개수가 변화될 수 있으나, 형성되는 고정부(15)의 개수는 전술한 개수에 제한되지 않는다.
고정부(15)는 신축성있는 소재로 제공될 수 있다. 고정부(15)는 벨크로, 단추, 자석 등을 포함하여, 강한 체결을 유지하고 조작에 의해 체결을 해제할 수 있다.
커버(17)는 지지부(11)와 유동부(13)를 보호할 수 있다. 커버(17)는 지지부(11) 및 유동부(13)와 분리될 수 있다. 커버(17)는 지지부(11) 및 유동부(13) 뿐 아니라, 환자의 다리를 보호하기 위해 결합될 수 있다. 이하에서는 도 3을 통해 커버(17)에 대하여 상술하도록 한다.
도 3은 도 1의 맞춤형 발목보조기의 커버를 확대한 도면이다. 도 3을 참조하면, 커버(17)는 개폐부(171), 통공(173) 및 완충부(175)를 포함할 수 있다.
개폐부(171)는 커버(17)를 개폐할 수 있다. 커버(17)는 도 1과 같이 상단이 개방될 수 있으며, 개방된 부분을 통해 지지부(11)와 유동부(13)가 출입할 수 있다. 커버(17)의 상단을 개폐하기 위해 개폐부(171)가 구비될 수 있다. 개폐부(171)는 환자의 발 사이즈에 따라 개수가 변경될 수 있다. 개폐부(171)는 체결시 환자의 다리에 강한 압박을 가하지 않기 위해 유연한 소재로 제공될 수 있다. 개폐부(171)는 벨크로, 단추, 자석 등을 포함하여, 착용시 커버(17)가 닫힌 상태를 유지할 수 있으며 조작에 의해 체결을 해제하여 커버(17)를 개방할 수 있다.
통공(173)은 커버(17) 내부의 습기 또는 공기를 순환시킬 수 있다. 통공(173)은 복수로 형성될 수 있다. 커버(17)는 복수의 통공(173)을 포함하는 메시(mesh) 구조로 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않으며 습기 또는 공기를 순환시키기 위한 다양한 구조를 포함할 수 있다.
완충부(175)는 환자의 보행시 지면과 접촉을 통해 전달되는 충격을 감소시킬 수 있다. 완충부(175)는 기설정된 두께를 유지하여, 보행시 환자의 하중에 의해 환자의 다리에 가해지는 충격을 감소시킬 수 있다. 완충부(175)는 공기, 유체, 섬유, 스프링 같은 완충물질을 포함할 수 있다.
완충부(175)는 환자가 직립한 자세의 균형을 제어하기 위해 두께가 조절될 수 있다. 완충부(175)는 두께의 조절을 통해 직립상태의 환자에게 안정감을 제공할 수 있다.
상세하게, 맞춤형 발목보조기(1)를 오른쪽 다리에만 착용하는 경우 환자는 왼쪽 다리에 다양한 종류의 신발을 착용할 수 있으며, 착용한 신발의 굽은 다양한 두께일 수 있다. 따라서, 환자는 왼쪽 다리에 착용하는 신발에 따라 직립상태의 균형이 상이해질 수 있으며, 착용하는 신발에 따른 균형을 안정적으로 변경하기 위해 완충부(175)의 두께를 조절할 수 있다.
완충부(175)의 두께를 조절하는 방법은, 완충부(175) 내측의 공기 또는 유체의 양 조절, 스프링과 같은 완충부의 탄성계수 조절 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않으며 완충부(175)를 구성하는 소재 및 구성요소에 따라 변경될 수 있다.
이하에서는, 도 1 내지 도 3의 실시 예와 상이한 형태의 맞춤형 발목보조기를 도 4 내지 도 7을 통해 설명하도록 하며, 전술한 맞춤형 발목보조기(1)와 동일한 설명을 생략하도록 한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 맞춤형 발목보조기를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 맞춤형 발목보조기(2)는 미세구조(213)가 지지부(21)와 유동부(21) 내측에 형성될 수 있다. 상세하게, 미세구조(213)는 움직임이 적은 환자(9)의 다리 피부조직의 손상을 방지하고, 욕창을 예방하기 위해 형성될 수 있다. 또한, 미세구조(213)는 연조직에 가해지는 마찰, 응전력, 압력 등의 물리적인 힘을 감소시킬 수 있다.
미세구조(213)는 맞춤형 발목보조기(2)를 착용한 환자(9)의 상태에 따라, 공기격자형, 젤형, 충전형, 폼형, 혼합형 등으로 제공될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
공기격자형 미세구조(213)는 공기를 유지하기 위한 봉합된 저장소를 가지며, 고압부로부터 압력이 낮은 곳으로 압력을 분산시킬 수 있다.
젤형 미세구조(213)는 환자(9) 다리로부터 전달되는 압력을 접촉면에 균등하게 분산시킬 수 있으며, 이를 위해 접촉면에 삼각기둥, 사각기둥, 허니컴(Honey-comb) 구조 등의 형상을 가진 젤 소재로 형성될 수 있다.
충전형 미세구조(213)는 미세구조(213) 내부에 일정한 공간이 형성되어 내측에 액체가 충전된 형태일 수 있다. 충전되는 액체에 따라 환자(9) 신체의 온도를 감소시킬 수 있으며, 충전되는 액체의 특성에 따라 복원력이 조절될 수 있다.
폼형 미세구조(213)는 폴리우레탄이나 라텍스 폼 등의 다양한 소재로 제작될 수 있으며, 가볍고 저렴하여 환자(9)의 체중으로 인해 폼이 압축되면서 접촉면을 전체적으로 감쌀 수 있다.
맞춤형 발목보조기(2) 내측에 형성되는 미세구조(213)는 전술한 예시에 제한되지 않으며, 환자(9)의 상태 및 설계상의 요구에 따라 다양한 미세구조가 맞춤형 발목보조기(2) 내측에 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 맞춤형 발목 보조기를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 맞춤형 발목보조기(3)는 지지부(31)의 일 영역에 가변 영역(310)이 형성되어 환자(9)의 정강뼈(경골, tibia), 목말뼈(거골, talus) 및 종아리뼈(비골, fibula)를 포함하는 발목 관절의 유동을 보조할 수 있다. 발목 관절의 상하운동 및 수평운동을 하기의 도 6 및 도 7을 통해 상세히 설명하도록 한다.
도 6은 도 5의 맞춤형 발목보조기의 상하방향 움직임을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 환자(9)의 보행시 방향전환이 이루어지지 않고 정면 또는 후면으로 보행을 진행하는 경우, 환자(9)의 발목은 상하방향 움직임이 유발될 수 있다. 상세하게, 환자(9)의 발바닥과 접촉한 지지부(31)가 아래방향으로 기울어지는 경우, 가변 영역(310) 중 환자(9)의 다리와 접촉하는 부분이 일부 팽창되고, 가변 영역(310) 중 지지부(31)의 외측에 위치한 부분이 수축될 수 있다. 반대로, 환자(9)의 발바닥과 접촉한 지지부(31)가 위쪽방향으로 상승하는 경우, 중 환자(9)의 다리와 접촉하는 부분이 일부 수축하고, 가변 영역(310) 중 지지부(31)의 외측에 위치한 부분이 팽창할 수 있다. 이에 따라, 가변 영역(310)은 수축 및 팽창에 적합한 소재로 제공될 수 있다.
도 7은 도 5의 맞춤형 발목보조기의 수평방향 움직임을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 환자(9)의 보행시 좌, 우측으로 환자(9)가 방향을 전환하는 경우, 환자(9)의 발목은 상하방향 움직임 및 수평방향 움직임이 유발될 수 있다. 상하방향 움직임에 대한 설명은 전술한 도 6과 동일하므로, 수병팡향 움직임에 대하여 상술하도록 한다.
환자(9)가 좌측으로 보행방향을 전환하는 경우, 환자(9)의 발바닥은 종아리로부터 좌측으로 일부 회전할 수 있다. 이어서, 환자(9)의 발바닥과 접촉한 지지부(31)가 좌측으로 일부 회전하게 되어 가변 영역(310)에 비틀림이 유도될 수 있다. 마찬가지로, 환자(9)가 좌측으로 보행방향을 전환하는 경우에는 가변 영역(310)에 우측방향 비틀림이 유도될 수 있다. 이에 따라, 가변 영역(310)은 비틀림에 적합한 소재로 제공될 수 있다.
이처럼, 발목 관절의 상하방향 움직임 및 수평방향 움직임에 따라 가변 영역(310)의 수축, 팽창 또는 비틀림이 요구될 수 있다. 이에 따라, 가변 영역(310)의 설계시 연신률 가중치와 강성 가중치 모두 고려될 수 있다.
결론적으로, 가변 영역(310)은 높은 강성을 갖는 지지부(31)의 특성과 높은 연신율을 갖는 유동부(33)의 특성을 복합적으로 포함하여 높은 강성과 높은 유연성을 가진 소재로 형성될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 맞춤형 발목보조기의 제조방법에 대하여 설명한다. 하기의 설명에서 맞춤형 발목보조기의 구성 및 특성과 관련되어 중복된 부분은 생략하며, 맞춤형 발목보조기의 제조방법에 관련한 서술을 추가적으로 기재하도록 한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 맞춤형 발목보조기 제조방법의 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 맞춤형 발목보조기 제조방법은 환자 다리의 형상과 사이즈를 측정하는 단계(S1), 측정된 형상과 사이즈를 기초로 맞춤형 발목보조기를 모델링하는 단계(S3), 모델링된 데이터를 기초로 환자의 걸음걸이를 시뮬레이션하는 단계(S5), 시뮬레이션의 결과를 기초로 발목보조기의 영역별 물성치를 설정하는 단계(S7) 및 물성치를 포함하는 다종소재를 3D 프린터에 주입하여 맞춤형 발목보조기를 출력하는 단계(S9)를 포함한다.
환자 다리의 형상과 사이즈를 측정하는 단계(S1)는 3D 스캐너를 이용하여 환자의 다리의 형상 및 사이즈를 측정할 수 있다. 상세하게, 환자 다리의 형상과 사이즈를 측정하는 단계(S1)는 환자 다리 외측의 만곡정도, 환자 다리의 길이, 환자의 발 크기 등을 측정할 수 있다. 환자 다리의 형상과 사이즈를 측정하는 단계(S1)는 측정된 데이터를 저장할 수 있다.
측정된 형상과 사이즈를 기초로 맞춤형 발목보조기를 모델링하는 단계(S3)는 저장된 측정 데이터를 기초로 환자 다리 및 맞춤형 발목보조기의 3D 모델을 작성할 수 있다. 측정된 형상과 사이즈를 기초로 맞춤형 발목보조기를 모델링하는 단계(S3)는 환자 다리의 모델과 맞춤형 발목보조기 모델을 결합시킨 상태로 모델링 할 수 있다. 측정된 형상과 사이즈를 기초로 맞춤형 발목보조기를 모델링하는 단계(S3)는 환자 다리의 외면과 맞춤형 발목보조기의 내면의 이격거리가 최소화 되도록 모델링할 수 있다.
측정된 형상과 사이즈를 기초로 맞춤형 발목보조기를 모델링하는 단계(S3)는 환자 발바닥의 형상에 따라 미끄럼 방지 소재를 맞춤형으로 모델링할 수 있다. 측정된 형상과 사이즈를 기초로 맞춤형 발목보조기를 모델링하는 단계(S3)는 환자의 뒤꿈치, 발바닥 중앙의 만곡정도를 기초로 지지부 내측에 미끄럼 방지 소재의 위치, 크기, 면적 등을 모델링할 수 있다.
측정된 형상과 사이즈를 기초로 맞춤형 발목보조기를 모델링하는 단계(S3)는 통계학적인 통점의 분포를 기초로 충격을 완화시키기 위해 맞춤형 발목보조기 내측에 미세구조를 추가로 모델링 할 수 있다. 상세하게, 측정된 형상과 사이즈를 기초로 맞춤형 발목보조기를 모델링하는 단계(S3)에서는 환자가 느끼는 통각을 최소화하기 위해 미세구조의 크기, 분포도, 구조 등을 제어하는 맞춤형 최적화 과정을 수행할 수 있다.
한편, 측정된 형상과 사이즈를 기초로 맞춤형 발목보조기를 모델링하는 단계(S3)는 맞춤형 발목보조기의 커버를 추가적으로 모델링할 수 있다. 측정된 형상과 사이즈를 기초로 맞춤형 발목보조기를 모델링하는 단계(S3)는 맞춤형 발목보조기를 착용한 환자의 다리 사이즈를 기초로, 맞춤형 커버를 모델링할 수 있다. 이때, 착용상의 편의를 위해 환자 다리 및 맞춤형 발목보조기와 커버 간 이격거리, 개폐부의 위치 등이 조절될 수 있으며, 모델링된 맞춤형 커버의 데이터를 기초로 맞춤형 커버가 제작될 수 있다.
이후, 모델링된 데이터를 기초로 환자의 걸음걸이를 시뮬레이션하는 단계(S5)는 환자의 걸음걸이를 시뮬레이션하는 과정에서, 지면과 접촉시 환자의 하중에 의해 변형되는 부분과 환자의 다리를 지지하는 부분을 구분할 수 있다. 상세하게, 환자의 다리 및 환자의 다리에 착용된 맞춤형 발목보조기 모델의 걸음걸이, 움직임 등의 시뮬레이션을 적용하여 강제적 변형이 발생하는 부분과 환자의 다리를 고정시켜야 하는 부분을 구분할 수 있다.
이후, 모델링된 데이터를 기초로 환자의 걸음걸이를 시뮬레이션하는 단계(S5)는 변형이 발생하는 영역을 유동부 영역으로 설정할 수 있다. 모델링된 데이터를 기초로 환자의 걸음걸이를 시뮬레이션하는 단계(S5)는 환자의 발 모양, 압력에 따른 환자 발바닥의 변형에 기초하여 유동부와 지지부의 경계를 설정할 수 있다. 모델링된 데이터를 기초로 환자의 걸음걸이를 시뮬레이션하는 단계(S5)에서 설정되는 경계는 점, 선, 면 또는 이들의 선택적 조합으로 이루어질 수 있으며, 환자의 걸음걸이에서 지면과 접촉을 통해 변형이 발생하는 맞춤형 발목보조기의 모든 영역이 유동부로 포함되는 최적의 조건으로 설정될 수 있다.
시뮬레이션의 결과를 기초로 발목보조기의 영역별 물성치를 설정하는 단계(S7)는 변형이 발생하는 부분에 연신률 가중치를 부여하고, 환자의 다리를 지지하는 부분에 강성 가중치를 부여할 수 있다. 시뮬레이션의 결과를 기초로 발목보조기의 영역별 물성치를 설정하는 단계(S7)는 각 가중치가 부여된 물성치를 포함하는 소재의 리스트를 제공할 수 있다.
시뮬레이션의 결과를 기초로 발목보조기의 영역별 물성치를 설정하는 단계(S7)는 유동부로 설정된 영역에 연신률 가중치를 부여하여, 유연성을 확보할 수 있다. 시뮬레이션의 결과를 기초로 발목보조기의 영역별 물성치를 설정하는 단계(S7)는 유동부 중에서 환자의 보행에 따라 변형의 정도가 상이한 각 영역을 구분하여 상이한 연신률 범위를 갖도록 가중치를 적용할 수 있다.
또한, 시뮬레이션의 결과를 기초로 발목보조기의 영역별 물성치를 설정하는 단계(S7)는 유동부와 지지부의 경계지역으로 반복되는 응력의 집중을 산출하여, 경도 및 연신률의 가중치를 부여할 수 있다. 상세하게, 시뮬레이션의 결과를 기초로 발목보조기의 영역별 물성치를 설정하는 단계(S7)에서는 유동부와 지지부의 경계지역에 높은 반복 회수를 적용할 수 있으며, 강성과 연신률의 조합을 통해 피로파괴에 최적화된 가중치를 설정할 수 있다.
또한, 시뮬레이션의 결과를 기초로 발목보조기의 영역별 물성치를 설정하는 단계(S7)는 지지부로 설정된 영역에 상대적으로 높은 강성 가중치를 적용하여, 환자의 움직임이나 외부의 압력에 의해 맞춤형 발목보조기의 형상이 쉽게 변형되는 것을 방지할 수 있다.
물성치를 포함하는 다종소재를 3D 프린터에 주입하여 맞춤형 발목보조기를 출력하는 단계(S9)는 물성치가 다른 다종소재로 형성되는 복수의 영역을 단일 공정으로 출력할 수 있다. 물성치를 포함하는 다종소재를 3D 프린터에 주입하여 맞춤형 발목보조기를 출력하는 단계(S9)는 가중치가 부여된 물성치를 포함하는 소재의 리스트 중 일부 소재를 선택하여 맞춤형 발목보조기를 제작할 수 있다.
물성치를 포함하는 다종소재를 3D 프린터에 주입하여 맞춤형 발목보조기를 출력하는 단계(S9)에서는 유연함이 요구되는 영역과 강성이 요구되는 영역을 동시에 출력하여 맞춤형 발목보조기의 제조공정을 단순화 할 수 있다. 물성치를 포함하는 다종소재를 3D 프린터에 주입하여 맞춤형 발목보조기를 출력하는 단계(S9)는 다종소재의 조합을 통해, 요구되는 물성치의 범위에 포함되는 맞춤형 발목보조기를 출력할 수 있다.
이처럼, 본 발명에 따른 맞춤형 발목보조기(1)는 환자의 보행시 발생하는 외력에 의한 변화가 일어나는 영역을 미리 파악하여 연신률이 높은 소재로 제작하며, 높은 강성이 요구되는 영역을 미리 파악하여 강성이 강한 소재로 제작하여 안정성과 착용감을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 맞춤형 발목보조기의 제조방법은 3D 스캐너를 활용하여 개인에 맞는 형상 데이터를 확보 한 후, 형상 데이터를 기초로 3D 프린터를 통해 다중소재가 일체형으로 구성되는 맞춤형 발목보조기를 출력하여, 간소화된 제조공정을 제공할 수 있다.
이상에서 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
1, 2, 3: 맞춤형 발목보조기
11, 21, 31: 지지부
310: 가변 영역
111, 311: 미끄럼 방지 부재
213: 미세구조
13, 23, 33: 유동부
15, 25, 35: 고정부
17: 커버
171: 개폐부
173: 통공
175: 완충부

Claims (8)

  1. 환자 다리의 사이즈에 맞춤형으로 제공되어 착용시 상기 환자의 다리와 이격거리가 최소화되며, 상기 환자의 종아리 부분부터 뒤꿈치 영역까지 접촉하고, 소성 소재로 제작되어 상기 환자의 보행시에 환자 다리의 불필요한 유동을 방지하며, 상기 환자의 보행시 대퇴부의 상승에 따른 상승력을 전달받아 상기 환자의 발바닥 중 뒤꿈치 영역에 견인력을 전달하는 지지부;
    상기 지지부와 일단이 연결된 상태로 상기 환자의 다리 일부분을 환요하여 상기 지지부를 상기 환자의 다리에 고정시키는 고정부; 및
    상기 지지부와 연결되어, 상기 환자의 발바닥부분에 접촉하고, 탄성 소재로 제작되어 상기 환자의 보행시 발바닥의 유동에 따라 유연하게 변형되는 유동부;를 포함하는, 맞춤형 발목보조기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지부 및 상기 유동부는,
    3D 프린터에 의해 일체형으로 제작되는, 맞춤형 발목보조기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지부는,
    상기 환자의 발바닥에 접촉하는 영역에 배치된 미끄럼 방지 부재;를 더 포함하는, 맞춤형 발목보조기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지부와 상기 유동부를 보호하는 분리형 커버;를 더 포함하는, 맞춤형 발목보조기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 커버는,
    상기 커버를 개폐하기 위한 개폐부;
    습기 또는 공기를 순환시키는 복수의 통공; 및
    상기 환자의 보행시 지면과 접촉을 통해 전달되는 충격을 감소시키는 완충부;를 포함하여, 상기 완충부의 두께를 조절하여 상기 환자가 직립한 자세의 균형을 제어하는, 맞춤형 발목보조기.
  6. 환자 다리의 형상과 사이즈를 측정하는 단계;
    상기 측정된 형상과 사이즈를 기초로 맞춤형 발목보조기를 모델링하는 단계;
    상기 모델링된 맞춤형 발목보조기의 데이터를 기초로 환자의 걸음걸이를 시뮬레이션하는 단계;
    상기 시뮬레이션의 결과를 기초로 발목보조기의 영역별 물성치를 설정하는 단계; 및
    상기 물성치를 포함하는 다종소재를 3D 프린터에 주입하여 맞춤형 발목보조기를 출력하는 단계;를 포함하는, 맞춤형 발목보조기의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 모델링된 맞춤형 발목보조기의 데이터를 기초로 환자의 걸음걸이를 시뮬레이션하는 단계는,
    상기 환자의 걸음걸이를 시뮬레이션하는 과정에서, 지면과 접촉시 환자의 하중에 의해 변형되는 부분과 환자의 다리를 지지하는 부분을 구분하고,
    상기 시뮬레이션의 결과를 기초로 발목보조기의 영역별 물성치를 설정하는 단계는,
    상기 변형이 발생하는 부분에 연신률 가중치를 부여하고, 상기 환자의 다리를 지지하는 부분에 강성 가중치를 부여하는, 맞춤형 발목보조기의 제조방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 물성치를 포함하는 다종소재를 3D 프린터에 주입하여 맞춤형 발목보조기를 출력하는 단계는,
    상기 물성치가 다른 다종소재로 형성되는 복수의 영역을 단일 공정으로 출력하는, 맞춤형 발목보조기의 제조방법.

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