KR20200098290A - 교육용 마네킹 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 핸드-온(hand-on) 기술이 필요한 물리치료사, 작업치료사 등과 같은 재활치료인력을 교육하기 위한 시뮬레이션으로 구현한 교육용 마네킹 시스템에 관한 것으로, 구동 제어에 따라 상지에 대한 중추신경계 손상 환자 및 근골격계 질환 환자의 평가 및 치료를 시연하기 위한 상지마네킹부; 구동 제어에 따라 하지에 대한 중추신경계 손상 환자 및 근골격계 질환 환자의 평가 및 치료를 시연하기 위한 하지마네킹부; 마네킹제어프로그램에 따라 이에 대응하여 상지마네킹부와 하지마네킹부를 구동 제어하기 위한 제어모듈부; 및 상지마네킹부와 하지마네킹부에 대한 구동을 제어하기 위한 마네킹제어프로그램을 저장해 두기 위한 메모리부를 포함한다.

Description

교육용 마네킹 시스템{Mannequin system for education}

본 발명의 기술 분야는 교육용 마네킹 시스템에 관한 것으로, 특히 핸드-온(hand-on) 기술이 필요한 물리치료사, 작업치료사 등과 같은 재활치료인력을 교육하기 위한 시뮬레이션으로 구현한 교육용 마네킹 시스템에 관한 것이다.

응급 처치를 위한 교육에 대한 필요성은 남녀노소를 불문하고 매우 중요하며, 특히 유년기 때부터의 응급 처치에 대한 교육이 절실히 요구되는 상황이다. 이러한 응급 처치에 대한 교육에 있어서, 인공호흡, 심폐소생 등의 응급조치는 인체 형상과 유사한 마네킹을 이용하여 교육하는 것이 바람직하다. 그러나 현재 사용되는 있는 마네킹은 응급 처치를 임무로 하는 응급처치요원들이나 특정 사람들의 교육을 위한 마네킹으로서, 그 제작이 매우 복잡하고, 매우 고가로 범용으로 보급되지 못하고 있는 실정이다. 그리고 유년기 때부터 필요한 응급 처치에 대한 교육을 위한 마네킹을 보다 저가로 제작하여 범용성을 향상시키는 것이 요구된다.

한국공개특허 제10-2008-0087474호(2008.10.01 공개)는 인공호흡, 심폐소생, 기도 폐색 등에 따른 응급 처치의 교육에 사용되는 마네킹을 간단한 구성으로 구현하고, 이에 따라 저비용으로 제작할 수 있어 범용성을 향상시킨 교육용 마네킹에 관하여 개시되어 있다. 개시된 기술에 따르면, 두부를 포함하는 인체의 상반신 형태를 갖는 바디; 일단부는 바디의 두부의 구강부에 연통되고, 타단부는 외부로 연통된 연통로; 및 연통로의 입구 내부 또는 연통구의 통로 소정 위치에 구비되어 공기의 인입 상태를 알려주는 알림수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

한국등록특허 제10-1186762호(2012.09.21 등록)는 개선된 마네킹 시스템에 관하여 개시되어 있는데, 흡수 용품을 평가하기 위한 마네킹 시스템이며, 조립 골격과, 강화 탄성중합체 복합 재료로 형성되어, 상향 샤프트에 의해 조립 골격에 고정되고, 흡수 용품이 착용되는 적어도 두 개의 마네킹과, 상향 샤프트를 수직 방향으로 이동시키는 공압식 실린더 세트와, 컴퓨터 인터페이스 보드를 통해 개인용 컴퓨터에 연결되고, 공기 솔레노이드 밸브에 의해 공압식 실린더에 연결되는 프로그램 가능한 논리 제어기와, 선형 크랭크 아암에 의해 조립 골격에 연결되는 모터 구동 조립체와, 흡수 용품에 유체를 전달하는 유체 펌핑 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다. 개시된 기술에 따르면, 사람 대상의 유연 조직 특성, 특히 유아 및 아장아장 걷는 아기의 유연 조직 특성을 더 잘 모사할 수 있는 의복의 테스트를 위한 마네킹 시스템을 제공할 수 있으며, 아울러 현재 이용 가능한 마네킹보다 비용이 덜 들고, 더 내구적이고, 생체 움직임을 더 잘 모방한다.

상술한 바와 같은 종래의 기술에서는, 현재 임상의 경우에, 환자의 인권이 점차 강화되고 의료행위에 대한 자격 기준이 강화되고 있는 상황임에도 불구하고, 핸드-온(hand-on) 기술이 필요한 물리치료사, 작업치료사 등과 같은 재활치료인력을 교육하기 위한 시뮬레이션이 개발되어 있지 않아, 재활치료인력, 특히 학생들이 임상현장실습에서 환자의 직접적인 평가와 치료를 경험하기가 매우 어려운 단점을 가지고 있다.

상술한 바와 같은 종래의 기술에서는, 임상실습이 교육과정에서 매우 많은 비중을 차지하고 있는 상황임에도 불구하고, 현재 임상실습에서 실제 경험할 수 없는 현실적인 한계로, 경험적 실습보다 관찰적 실습이 많은 단점이 있으며, 이로 인해 신입 물리치료사와 작업치료사가 임상에서 필요로 하는 치료의 수준에 도달하여 능숙하게 환자를 치료하는데 많은 시간이 소요되어 양질의 치료가 초기에 실현되기 어려운 단점을 가지고 있다.

한국공개특허 제10-2008-0087474호 한국등록특허 제10-1186762호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전술한 바와 같은 단점을 해결하기 위한 것으로, 핸드-온(hand-on) 기술이 필요한 물리치료사, 작업치료사 등과 같은 재활치료인력을 교육하기 위한 시뮬레이션으로 구현한 교육용 마네킹 시스템을 제공하는 것이다.

상술한 과제를 해결하는 수단으로는, 본 발명의 한 특징에 따르면, 구동 제어에 따라 상지에 대한 중추신경계 손상 환자 및 근골격계 질환 환자의 평가 및 치료를 시연하기 위한 상지마네킹부; 구동 제어에 따라 하지에 대한 중추신경계 손상 환자 및 근골격계 질환 환자의 평가 및 치료를 시연하기 위한 하지마네킹부; 마네킹제어프로그램에 따라 이에 대응하여 상기 상지마네킹부와 상기 하지마네킹부를 구동 제어하기 위한 제어모듈부; 및 상기 상지마네킹부와 상기 하지마네킹부에 대한 구동을 제어하기 위한 마네킹제어프로그램을 저장해 두기 위한 메모리부를 포함하는 교육용 마네킹 시스템을 제공한다.

일 실시 예에서, 상기 상지마네킹부는, 어깨관절, 팔꿉관절, 손목관절에 대한 평가 및 치료를 시연하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 하지마네킹부는, 엉덩관절, 무릎관절, 발목관절에 대한 평가 및 치료를 시연하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 상지마네킹부 또는 상기 하지마네킹부는, 각 관절에 부착 형성된 기어드 브러쉬리스 DC 모터를 사용하여 움직임의 동력을 생성하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 상지마네킹부 또는 상기 하지마네킹부는, 상기 DC 모터의 축 회전량을 측정하여, 측정된 축 회전량을 상기 제어모듈부로 통보하기 위한 엔코더를 구비하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 상지마네킹부 또는 상기 하지마네킹부는, 기어드 브러쉬리스 DC 모터와 스프링을 결합한 하이브리드 장치를 사용하여 움직임의 동력을 생성하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 엔코더는, 상기 DC 모터의 축 회전량, 회전 속도, 축의 절대 위치를 알려 주기 위한 절대 엔코더인 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 엔코더는, 홀센서나 광센서를 이용하여 축의 회전량을 측정하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 상지마네킹부 또는 상기 하지마네킹부는, 사용자가 각 관절에 외적인 힘을 가하는 힘/토크를 측정하여, 측정된 힘/토크를 상기 제어모듈부로 통보하기 위한 6축/힘 토크 센서를 구비하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 상지마네킹부 또는 상기 하지마네킹부는, 각 관절의 정상관절가동범위에 해당하는 외측에 각각 걸림턱을 형성시켜, 모든 관절이 정상관절가동범위를 가지도록 구현하되, 각 관절이 정상범위의 끝을 넘어서 움직이지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제어모듈부는, 상기 엔코더로부터 축 회전량을 통보받아 각 관절의 각도 변화 정보를 확인하고, 확인한 각도 변화 정보에 따라 이에 대응하여 움직임을 보상하기 위한 보상 값을 생성시켜 상기 DC 모터의 구동을 제어하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제어모듈부는, 상기 확인한 각도 변화 정보를 이전의 구동 제어를 위한 정보와 비교하여 그 차이를 확인하여, 확인된 차이에 따라 이를 보상하기 위한 보상 값을 생성시켜 주는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제어모듈부는, 상기 DC 모터의 구동 및 방향을 제어하기 위한 모터제어기를 구비하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 모터제어기는, 상기 DC 모터의 속도와 방향을 제어하고, 전류 제어를 통해 상기 DC 모터의 토크를 제어하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제어모듈부는, 상기 6축/힘 토크 센서로부터 힘/토크를 통보받아 각 관절의 반력을 계산하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제어모듈부는, 상기 마네킹제어프로그램을 사용하여 각 관절의 각도, 속도, 힘의 값을 설정하며, 특정 질환 환자의 중증도에 따른 각 관절의 설정 값을 상기 메모리부에 등록해 두는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제어모듈부는, 상기 메모리부에 저장해 둔 평가제어프로그램을 사용하여 관절가동범위 평가, 도수근력 검사, 경직 검사, 깊은힘줄반사 검사에 대한 평가에 적용하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제어모듈부는, 관절가동범위 평가 시에, 인체의 특성에 따라 각 관절의 정상 가동 범위를 설정하고, 질환 증상에 따른 각 관절 제한 값을 설정하고, 관절의 강직 정도에 따른 스티프 값을 설정하여, 환자의 관절가동범위 평가를 상기 상지마네킹부와 상기 하지마네킹부에 대한 구동 제어를 통해 수행하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제어모듈부는, 도수근력 검사 시에, 중력의 영향, 저항의 정도에 따라 설정된 움직임의 특성을 가지도록 근력의 정도를 0%, 10%, 25%, 50%, 75%, 100%로 설정하여, 도수근력 검사에서 근력의 등급을 상기 상지마네킹부와 상기 하지마네킹부에 대한 구동 제어를 통해 수행하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제어모듈부는, 도수근력 검사 시에, 환자의 근력 등급이 0인 경우에 제어버튼을 통해 근육 수축 명령 시에도 반응 없도록 설정하고, 1인 경우에 관절가동범위가 정상범위의 10% 이내로만 움직이도록 설정하고, 2인 경우에 중력의 영향을 받는 자세에서는 움직임이 1등급 정도로만 일어나지만, 중력의 영향을 받지 않는 자세에서는 정상관절가동범위만큼 움직이도록 설정하고, 3인 경우에 중력의 영향을 받는 자세에서도 정상관절가동범위만큼 움직이도록 설정하고, 4인 경우에 중력의 영향을 받는 자세에서 정상관절가동범위만큼 움직이며, 기 설정된 약저항을 주더라도 이를 이기고 움직이도록 설정하고, 5인 경우에 중력의 영향을 받는 자세에서 정상관절가동범위만큼 움직이며, 기 설정된 강저항을 주더라도 이를 이기고 움직이도록 설정하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제어모듈부는, 도수근력 검사모드로 설정한 경우에, 입력수단을 통해 진단자의 명령을 입력받아, 특정 관절의 특정 방향으로의 근수축이 발생하도록 설정하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제어모듈부는, 관절 등급의 설정 시에 특정 관절의 근력 등급을 임의로 설정하며, 근력 등급이 설정되면 특정 조건에서만 움직임이 발생하도록 설정하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제어모듈부는, 도수근력 검사의 등급에 따라 이에 대응하여 상기 상지마네킹부와 상기 하지마네킹부가 구현하는 힘을 다르게 설정하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제어모듈부는, 진단자가 제어버튼으로 근육 수축에 대한 명령을 지시하는 경우에, 이에 따라 이에 대응하여 상기 상지마네킹부와 상기 하지마네킹부에 설정된 근력 등급을 평가하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제어모듈부는, 경직 검사 시에, 경직의 정도에 따라 신장에 반응하는 관절 각도의 저항 변화 값을 설정하고, 신장 속도에 따른 저항의 변화 값을 설정하여, 수정된 에쉬워드 척도, 수정된 타듀 척도를 기반으로 경직 환자에 대한 움직임의 특성을 상기 상지마네킹부와 상기 하지마네킹부에 대한 구동 제어를 통해 수행하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제어모듈부는, 경직 검사 시에, MAS 등급이 G0인 경우에 수동적으로 관절을 움직이는데 아무런 저항이 발생하지 않도록 설정하고, G1인 경우에 수동적으로 관절을 움직이는데 정상관절가동범위의 20% 정도의 각도부터 기 설정된 약저항이 발생하도록 설정하고, G1+인 경우에 수동적으로 관절을 움직이는데 정상관절가동범위의 50% 정도의 각도부터 기 설정된 약저항이 발생하도록 설정하고, G2인 경우에 수동적으로 관절을 움직이는데 정상관절가동범위의 100% 범위에서 기 설정된 강저항이 발생하도록 설정하고, G3인 경우에 수동적으로 관절을 움직이는데 정상관절가동범위의 100% 범위에서 기 설정된 약저항이 발생하도록 설정하고, G4인 경우에 수동적으로 관절을 움직이려 하지만 도저히 움직여지지 않을 정도의 기 설정된 강저항(또는, 관절 잠금)을 설정하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제어모듈부는, 경직 검사모드로 설정한 경우에, 기 설정된 조건을 대입하여 경직의 등급 조건을 설정하며, 수동적으로 움직이려 할 때에 특정 각도에서부터 저항이 발생되도록 설정하며, 수동적으로 움직이려 할 때에 저항의 강도를 설정하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제어모듈부는, 깊은힘줄반사 검사 시에, 깊은힘줄반사의 지표가 되는 위팔두갈래근, 위팔세갈래근, 넙다리네갈래근, 장딴지근의 힘줄 부위에 고무망치로 자극을 유발할 때에 정상, 항진, 저하의 수준에 따른 반사 동작을 하도록 설정하여, 반사 동작을 상기 상지마네킹부와 상기 하지마네킹부에 대한 구동 제어를 통해 수행하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제어모듈부는, 위팔두갈래근, 위팔노근, 위팔세갈래근, 넙다리네갈래근, 장딴지근 등의 깊은힘줄반사 검사 시에, 각 근육 힘줄 부위를 진단망치로 자극을 유발할 때에 이를 센싱하는 센서로부터 정보를 받아 상기 상지마네킹부와 상기 하지마네킹부에 대한 구동을 제어하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제어모듈부는, 깊은힘줄반사 정상의 경우에, 근 수축으로 인해 분절이 반사적으로 튀어 오르는 범위가 15ㅀ의 각도로 나타나도록 설정하며, 깊은힘줄반사 항진의 경우에, 근 수축으로 인해 분절이 반사적으로 튀어 오르는 범위가 30ㅀ 이상의 각도로 나타나도록 설정하며, 깊은힘줄반사 저하의 경우에, 근 수축으로 분절이 반사적으로 튀어 오르는 범위가 5ㅀ 미만이거나, 검진망치로 센서를 치더라도 반응을 보이지 않도록 설정하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제어모듈부는, 깊은힘줄반사 검사모드로 설정한 경우에, 깊은힘줄반사가 나타나는 부위를 선택한 후에 상태를 정상, 항진, 저하 상태 중 하나로 설정하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제어모듈부는, 상기 메모리부에 저장해 둔 치료제어프로그램을 사용하여 관절의 수동운동, 능동보조운동, 저항운동에 대한 치료에 사용하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제어모듈부는, 수동운동 시에, 관절가동범위의 제한이 있는 지점에서 신장의 지속 또는 관절가동범위 내 운동의 반복 시에 강성의 변화율을 설정하여, 관절가동범위의 제한이 있을 때에 관절가동범위를 증가시키도록 상기 상지마네킹부와 상기 하지마네킹부에 대한 구동 제어를 통해 수행하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제어모듈부는, 수동운동 모드로 설정한 경우에, 상기 상지마네킹부와 상기 하지마네킹부에 대한 특별한 구현 없이 정상적인 근육 톤과 같은 상태를 유지시켜 주도록 설정하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제어모듈부는, 능동보조운동 시에, 도수근력검사의 등급 설정에 따른 움직임을 설정하여, 근력이 낮은 경우에 관절가동범위를 증가시키기 위하여 움직임을 도와주도록 상기 상지마네킹부와 상기 하지마네킹부에 대한 구동 제어를 통해 수행하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제어모듈부는, 능동보조운동 모드로 설정한 경우에, 특정 관절에 대해 움직임을 가하면 이를 감지한 센서로부터 정보를 입력받아 해당 방향으로의 움직임에 대해 관절가동범위 끝까지 완수하도록 기 설정된 힘으로 움직임을 도와주도록 설정하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제어모듈부는, 저항운동 시에, 도수근력검사의 등급 설정에 따른 움직임을 설정하여, 움직임의 방향을 설정하거나 근력을 증가시키도록 상기 상지마네킹부와 상기 하지마네킹부에 대한 구동 제어를 통해 수행하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제어모듈부는, 저항운동 모드로 설정한 경우에, 특정 관절에 대해 저항을 이기고 움직여 보라는 지시를 입력수단을 통해 입력받아, 특정 관절의 움직임 방향에 대해 저항을 이기고 움직이도록 설정하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제어모듈부는, 관절가동범위 측정 모드로 설정한 경우에, 각 관절의 가동범위를 측정하고, 비정상적인 관절 상태를 가지도록 설정하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제어모듈부는, 관절가동범위 측정 모드로 설정한 경우에, 특정 관절의 관절 각도를 기 설정한 값으로 정해 주면, 정해 준 관절 각도 값에서 더 이상 관절이 움직이지 않도록 설정하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 메모리부는, 관절가동범위 평가, 도수근력 검사, 경직 검사, 깊은힘줄반사 검사의 환자 평가 교육에 적용해 주기 위한 평가제어프로그램과, 관절의 수동운동, 능동보조운동, 저항운동의 환자 치료 교육에 적용해 주기 위한 치료제어프로그램을 저장해 두는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 교육용 마네킹 시스템은, 사용자가 각 관절에 외적인 힘을 가하여 발생되는 힘/토크, 속도의 계측정보를 입력받아 해석하기 위한 랍뷰 소프트웨어를 구비한 단말기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 상지마네킹부는, 어깨의 굴곡과 신전을 구현해 주기 위한 모터와, 어깨의 내전과 외전을 구현해 주기 위한 모터 또는 스프링 하이브리드 장치가 결합된 모터를 구비한 어깨관절; 위팔의 내회전과 외회전을 구현해 주기 위한 모터와, 팔꿈치의 굴곡과 신전을 구현해 주기 위한 모터 또는 스프링 하이브리드 장치가 결합된 모터를 구비한 팔꿉관절; 및 손목의 내전과 외전을 구현해 주기 위한 모터와, 손목의 배측굴곡과 저측굴곡을 구현해 주기 위한 모터를 구비한 손목관절을 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 어깨관절은, 굽힘과 폄에 대한 관절가동범위를 0~180ㅀ로 하며, 벌림과 모음에 대한 관절가동범위를 0~180ㅀ로 하며, 안쪽돌림에 대한 관절가동범위를 0~90ㅀ로 하며, 가쪽돌림에 대한 관절가동범위를 0~80ㅀ로 하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 팔꿉관절은, 굽힘과 폄에 대한 관절가동범위를 0~150ㅀ로 하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 손목관절은, 굽힘에 대한 관절가동범위를 0~80ㅀ로 하며, 폄에 대한 관절가동범위를 0~90ㅀ로 하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 하지마네킹부는, 고관절의 내회전과 외회전을 구현해 주기 위한 모터와, 고관절의 굴곡과 신정을 구현해 주기 위한 모터와, 고관절의 내전과 외전을 구현해 주기 위한 모터 또는 스프링 하이브리드 장치가 결합된 모터를 구비한 엉덩관절; 무릎의 굴곡과 신전을 구현해 주기 위한 모터 또는 스프링 하이브리드 장치가 결합된 모터를 구비한 무릎관절; 및 발목의 굴곡과 신전을 구현해 주기 위한 모터와, 어깨의 내전과 외전을 구현해 주기 위한 모터를 구비한 발목관절을 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 엉덩관절은, 굽힘과 폄에 대한 관절가동범위를 0~120ㅀ로 하며, 벌림에 대한 관절가동범위를 0~50ㅀ로 하며, 모음에 대한 관절가동범위를 0~30ㅀ로 하며, 안쪽돌림에 대한 관절가동범위를 0~40ㅀ로 하며, 가쪽돌림에 대한 관절가동범위를 0~50ㅀ로 하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 무릎관절은, 굽힘과 폄에 대한 관절가동범위를 0~150ㅀ로 하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 발목관절은, 배측굴곡에 대한 관절가동범위를 0~20ㅀ로 하며, 저측굴곡에 대한 관절가동범위를 0~40ㅀ로 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 효과로는, 핸드-온(hand-on) 기술이 필요한 물리치료사, 작업치료사 등과 같은 재활치료인력을 교육하기 위한 시뮬레이션으로 구현한 교육용 마네킹 시스템을 제공함으로써, 물리치료, 작업치료 등의 교육에 특화된 인체 마네킹과 이에 맞는 교육 프로그램, 즉 기초적인 환자 평가 및 치료용 마네킹과 오퍼레이팅 소프트웨어를 제공할 수 있다는 것이다.

본 발명에 의하면, 신경계, 근골격계, 소아, 심폐, 전정기관, 노인 등에 필요한 하드웨어 및 소프트웨어를 제공하여 재활치료 시뮬레이션 교육 환경 체계를 구축할 수 있으며, 이에 시뮬레이션 교육 모델을 통해 학부 교육과정에서 핸드-온 기술을 교육받아 졸업 후에 바로 임상에 투입 가능한 경력 있는 치료사와 같은 신임 재활치료인력을 양성할 수 있는 효과를 가진다.

본 발명에 의하면, 임상현장 중심의 실용적 교육의 필요성이 증대되고 있는 상황에서, 물리치료, 작업치료 등의 영역이, 신경계, 근골격계, 소아의 범주에서 벗어나, 호흡, 심폐, 전정, 노인, 여성, 정신 등의 영역으로 확대시켜 줄 수 있으며, 또한 교육 영역의 다양성과 확장성으로 인해 체계적인 현장중심의 전문교육에 대한 필요성이 확대되고 있는 상황에서, 시뮬레이션 교육 모델을 통해 급변하는 재활의료 교육의 필요성에 선제적으로 대응할 수 있는 효과도 가진다.

본 발명에 의하면, 재활치료 교육 모델의 다양화와 고도화, 즉 새로운 패러다임의 교육 모델을 통해, 우수한 재활치료인력을 양성하여 재활치료 수요자가 요구하는 양질의 치료를 받을 수 있는 권리를 보장해 줄 수 있으며, 재활치료 교육의 수준을 향상시키고 의료재활에서부터 사회재활까지 재활 환자들의 삶의 질을 향상시켜 줄 수 있는 효과도 가진다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 교육용 마네킹 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1에 있는 상지마네킹부를 설명하는 도면이다.
도 3은 도 2에 있는 어깨관절을 설명하는 도면이다.
도 4는 도 2에 있는 팔꿉관절을 설명하는 도면이다.
도 5는 도 2에 있는 손목관절을 설명하는 도면이다.
도 6은 도 1에 있는 하지마네킹부를 설명하는 도면이다.
도 7은 도 6에 있는 엉덩관절을 설명하는 도면이다.
도 8은 도 6에 있는 무릎관절을 설명하는 도면이다.
도 9는 도 6에 있는 발목관절을 설명하는 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 교육용 마네킹 시스템에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 교육용 마네킹 시스템을 설명하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 교육용 마네킹 시스템(100)은, 물리치료, 작업치료 등을 포함하는 재활의료 교육용으로 구현한 재활의료 교육용 마네킹 시스템으로, 상지마네킹부(110), 하지마네킹부(120), 제어모듈부(130), 메모리부(140)를 포함한다.

상지마네킹부(110)는, 제어모듈부(130)의 구동 제어에 따라 상지에 대한 중추신경계 손상 환자 및 근골격계 질환 환자의 평가 및 치료를 시연하도록 해 준다.

일 실시 예에서, 상지마네킹부(110)는, 상지 마네킹으로서, 3개의 관절, 즉 어깨관절, 팔꿉관절, 손목관절에 대한 평가 및 치료를 시연하도록 해 줄 수 있다.

하지마네킹부(120)는, 제어모듈부(130)의 구동 제어에 따라 하지에 대한 중추신경계 손상 환자 및 근골격계 질환 환자의 평가 및 치료를 시연하도록 해 준다.

일 실시 예에서, 하지마네킹부(120)는, 하지 마네킹으로서, 3개의 관절, 즉 엉덩관절, 무릎관절, 발목관절에 대한 평가 및 치료를 시연하도록 해 줄 수 있다.

일 실시 예에서, 상지마네킹부(110) 또는 하지마네킹부(120)는, 각 관절에 부착 형성되고 응답 속도와 토크 특성이 고른 기어드 브러쉬리스(geared brushless) DC 모터를 사용하여 움직임(또는, 모션)의 동력을 생성할 수 있다. 여기서, 기어드 브러쉬리스 DC 모터는, 기계적인 브러시, 정류자가 없어서 브러쉬 마찰에 의한 손상이 발생하지 않으며, DC 서보 시스템 중 가장 긴 수명을 보장하며, 기동 토크가 작고, 인력 접압에 대하여 선형 회전/토크 특성을 보이며, 응답 속도 및 토크 특성이 고르고, 노이즈에 대하여 강성(robust) 특성을 보이며, 영구자석으로 인해 동적 반응이 우수하며, 브러쉬나 정류자로 인한 기계적 제약이 없어 모터 회전속도가 빠르므로, 관절의 빠른 응답 속도 구동에 도움을 줄 수 있으며, 저항운동, 경직, 반사(reflex) 구현 시 안정적이고 예측 가능한 힘을 제공할 수 있으며, 인간의 어깨 및 고관절의 내전(abduction)과 외전(adduction) 운동(1자 유도), 굴곡(flection)과 신전(extension) 운동(1자 유도), 전인(protraction)과 후인(retraction) 운동(1자 유도)을 구현할 수 있으며, 다른 구동기 대비 크기가 작아서 시스템 설계에 큰 여유도를 제공할 수 있다.

일 실시 예에서, 상지마네킹부(110) 또는 하지마네킹부(120)는, 기어드 브러쉬리스 DC 모터와 스프링을 결합한 하이브리드 장치로 구현함으로써, 기어드 브러쉬리스 DC 모터의 선형 특성과 스프링의 유연함을 결합하여, 스프링의 강성과 댐핑 효과를 이용하여 움직임이 인간 모션과 최대한 유사하게 재현되도록 해 줄 수 있다. 여기서, 기어드 브러쉬리스 DC 모터와 스프링을 결합한 하이브리드 장치는, 기어드 브러쉬리스 DC 모터에 스프링과 제어회로를 내장시켜 스프링의 탄성력 속도를 제어하도록 한 지능형 스프링 모터로서, 스프링 강성과 댐핑 효과를 이용하여 관절 운동이 인간 모션과 최대한 비슷하도록 재현해 주며, 총 6자 유도의 팔/다리 중 비교적 많은 근육량을 보유한 많은 팔꿉관절 및 무릎관절의 1자 유도 발목의 유연한 운동 모션을 구현해 줄 수 있으며, 시스템의 무게와 스프링의 탄성계수 및 감쇠계수를 이용하여 운동방정식을 유도하고 인간 운동과 최대한 유사한 힘 반응(인공근육 및 인공인대의 구현)을 보이도록 해 줄 수 있다.

일 실시 예에서, 상지마네킹부(110) 또는 하지마네킹부(120)는, DC 모터의 축 회전량을 측정하여 해당 측정된 축 회전량을 제어모듈부(130)로 통보하기 위한 엔코더를 구비할 수 있다. 이때, 엔코더는, DC 모터의 축 회전량뿐만 아니라, 회전 속도, 축의 절대 위치를 보다 정확하게 알려 주기 위한 절대 엔코더를 사용할 수 있다.

일 실시 예에서, 엔코더는, 홀센서나 광센서 등을 이용하여 축의 회전량을 측정하는 장치로 사용되는데, 증분 엔코더와 절대 엔코더가 있으며, 증분 엔코더의 경우 엔코더 내부 두 군데에서 펄스를 받는 방식으로, 2개 펄스의 위상차 및 주기를 이용하여 회전량과 회전속도를 측정하고, 축의 절대 위치를 정확히 측정하여 알려준다.

또한, 엔코더는, 팔과 다리를 이루는 각 관절의 각도 변화를 측정할 수 있으며, 팔과 다리의 각도 변화 측정 정보를 팔/다리에 장착된 BLDC 모터를 통해 힘을 보상하는데 사용하도록 할 수 있다.

일 실시 예에서, 상지마네킹부(110) 또는 하지마네킹부(120)는, 사용자가 각 관절에 외적인 힘을 가하는 힘/토크를 측정하여 해당 측정된 힘/토크를 제어모듈부(130)로 통보하기 위한 6축/힘 토크 센서(6-axis force/torque sensor)를 구비할 수 있다. 여기서, 6축/힘 토크 센서는, 시스템에 가해지는 6축 힘/토크를 측정하여 반력을 계산하는데 사용하도록 한다. 또한, 인간 작업자가 시스템에 가하는 힘은, 팔(어깨 및 손목)과 다리(고관적, 발목)에 장착된 6축 힘/토크 센서를 통하여 반력계산에 사용되며, 계산된 반력은 구동 모터를 통해 인간 작업자에게 힘을 전달하도록 해 준다.

일 실시 예에서, 상지마네킹부(110) 또는 하지마네킹부(120)는, 각 관절의 정상관절가동범위에 해당하는 외측에 각각 걸림턱을 형성시켜, 모든 관절이 정상관절가동범위를 가지도록 구현하되, 각 관절이 정상범위의 끝을 넘어서 움직이지 않도록 구현할 수 있다.

제어모듈부(130)는, 메모리부(130)에 저장해 둔 마네킹제어프로그램에 따라 이에 대응하여 상지마네킹부(110) 및 하지마네킹부(120)를 구동 제어해 준다.

일 실시 예에서, 제어모듈부(130)는, 엔코더로부터 축 회전량을 통보받아 각 관절의 각도 변화 정보를 확인하고, 해당 확인한 각도 변화 정보에 따라 이에 대응하여 움직임(또는, 모션)을 보상하기 위한 보상 값을 생성시켜 DC 모터의 구동을 제어해 줄 수 있다. 이때, 제어모듈부(130)는, 해당 확인한 각도 변화 정보를 이전의 구동 제어를 위한 정보와 비교하여 그 차이를 확인할 수 있으며, 이에 해당 확인된 차이에 따라 이를 보상하기 위한 보상 값을 생성시켜 줄 수 있다.

일 실시 예에서, 제어모듈부(130)는, 모터제어기를 구비하여, DC 모터의 구동 및 방향을 제어해 주는데, 이때 DC 모터의 속도와 방향 제어뿐만 아니라, 전류 제어를 통해 DC 모터의 토크를 제어해 줄 수 있다.

일 실시 예에서, 제어모듈부(130)는, 6축/힘 토크 센서로부터 힘/토크를 통보받아 각 관절의 반력을 계산해 줄 수 있다.

일 실시 예에서, 제어모듈부(130)는, 메모리부(130)에 저장해 둔 마네킹제어프로그램을 사용하여 각 관절의 각도, 속도, 힘의 값 설정을 수행할 수 있으며, 또한 환자 시뮬레이터의 조작을 쉽게 하기 위해서, 특정 질환 환자의 중증도에 따른 각 관절의 설정 값을 메모리부(130)에 등록해 둘 수 있다.

일 실시 예에서, 제어모듈부(130)는, 메모리부(130)에 저장해 둔 평가제어프로그램(또는, 알고리즘)을 사용하여 관절가동범위 평가, 도수근력 검사, 경직 검사, 깊은힘줄반사 검사 등과 같은 평가에 적용(즉, 상지마네킹부(110) 및 하지마네킹부(120)에 대한 구동 제어)해 줄 수 있다.

일 실시 예에서, 제어모듈부(130)는, 관절가동범위 평가 시에, 인체의 특성에 따라 각 관절의 정상 가동 범위를 설정해 둘 수 있으며, 질환 증상에 따른 각 관절 제한 값을 설정해 둘 수 있으며, 관절의 강직 정도에 따른 스티프(stiff) 값을 설정해 둘 수 있으며, 이에 재활분야에서 사용되는 환자의 관절가동범위 평가를 상지마네킹부(110) 및 하지마네킹부(120)에 대한 구동 제어를 통해 수행할 수 있다.

일 실시 예에서, 제어모듈부(130)는, 도수근력 검사 시에, 중력의 영향, 저항의 정도에 따라 설정된 움직임의 특성을 가지도록 근력의 정도를 0%, 10%, 25%, 50%, 75%, 100% 등으로 설정해 둘 수 있으며, 이에 재활분야에서 사용되는 도수근력 검사에서 근력의 등급을 상지마네킹부(110) 및 하지마네킹부(120)에 대한 구동 제어를 통해 수행할 수 있다. 여기서, 도수근력 검사는, 관절가동범위를 기반으로 하여 근력이 손상된 환자의 잔존한 근력정도를 평가할 수 있는 검사로서, 진단자가 환자를 평가할 때, 특정 관절의 움직임을 지시한 뒤(즉, 그 움직임을 나타낼 수 있는 근육을 수축시키라는 지시), 그 환자가 움직임을 생성시키면 아래의 표 1과 같은 도수근력 검사표에 따라 환자의 근력 등급을 정할 수 있다.

등급	등급별 구현 범위
0 (Zero)	구현: 제어버튼을 통해 근육의 수축을 명령 -> 반응 없음
1 (Trace)	구현: 제어버튼을 통해 근육의 수축을 명령 -> 관절가동범위가 정상범위의 10% 이내로만 움직일 정도로 반응
2 (Poor)	구현: 제어버튼을 통해 근육의 수축을 명령 -> 중력의 영향을 받는 자세에서는 움직임이 1등급 정도로만 일어나지만, 중력의 영향을 받지 않는 자세에서는 정상관절가동범위만큼 움직임 가능
3 (Fair)	구현: 제어버튼을 통해 근육의 수축을 명령 -> 중력의 영향을 받는 자세에서도 정상관절가동범위만큼 움직임 가능(진단자가 저항 가하면 움직임 불가능)
4 (Good)	구현: 제어 버튼을 통해 근육의 수축을 명령 -> 중력의 영향을 받는 자세에서 정상관절가동범위만큼 가능하며, 기 설정된 약저항을 주더라도 이를 이기고 수행 가능
5 (Normal)	구현: 제어 버튼을 통해 근육의 수축을 명령 -> 중력의 영향을 받는 자세에서 정상관절가동범위만큼 가능하며, 기 설정된 강저항을 주더라도 이를 이기고 수행 가능

일 실시 예에서, 제어모듈부(130)는, 도수근력 검사모드로 설정할 수 있으며, 이에 도수근력 검사 시에, 키패드, 음성인식모듈 등과 같은 입력수단을 통해 진단자의 명령을 입력받을 수 있는데, 도수근력 검사모드에서 입력수단의 제어버튼을 눌러 특정 관절의 특정 방향으로의 근수축이 발생하도록 설정해 줄 수 있다.

일 실시 예에서, 제어모듈부(130)는, 관절 등급의 설정 시에 특정 관절의 근력 등급을 임의로 설정해 줄 수 있으며, 근력 등급이 설정되면 특정 조건에서만 움직임이 발생하도록 설정해 줄 수 있다.

일 실시 예에서, 제어모듈부(130)는, 도수근력 검사의 등급에 따라 이에 대응하여 상지마네킹부(110) 및 하지마네킹부(120)가 구현하는 힘을 다르게 설정해 줄 수 있다.

일 실시 예에서, 제어모듈부(130)는, 진단자가 다양한 조건 하에서 제어버튼(즉, 근육 수축에 대한 명령)을 눌러 지시하는 경우에, 이에 따라 이에 대응하여 상지마네킹부(110) 및 하지마네킹부(120)에 설정된 근력 등급을 평가해 줄 수 있다.

일 실시 예에서, 제어모듈부(130)는, 경직 검사 시에, 경직의 정도에 따라 신장에 반응하는 관절 각도의 저항 변화 값을 설정해 둘 수 있으며, 신장 속도에 따른 저항의 변화 값을 설정해 둘 수 있으며, 이에 재활분야에서 사용되는 수정된 에쉬워드 척도(modified ashworth scale), 수정된 타듀 척도(modified tardieu scale)를 기반으로 경직 환자에 대한 움직임의 특성을 상지마네킹부(110) 및 하지마네킹부(120)에 대한 구동 제어를 통해 수행할 수 있다. 여기서, 경직은 중추신경계 손상 환자들이 특징적으로 가지는 증상 중 근육의 톤(tone)이 비정상적으로 증가된 것으로, 경직을 가진 환자는 관절의 움직임이 자유로울 수 없으며, 중추신경계 손상 환자의 경직 정도를 평가하는 것은 환자의 회복 정도와 상하지 기능의 원활함을 판단하기 위해 매우 중요하며, MAS(modified ashworth scale)가 가장 널리 사용되는 평가 도구로 상지마네킹부(110) 및 하지마네킹부(120)에서도 이를 기반으로 평가하도록 한다. 또한, 경직의 정도는 MAS의 등급에 따라 스티프 정도와 스티프가 나타나는 관절 범위에 따라 나뉠 수 있으므로 등급에 따라 이를 구현되도록 하며, MAS의 등급별 구현 범위는 아래의 표 2와 같다.

등급	등급별 구현 범위
G0	구현: 수동적으로 상지마네킹부(110) 및 하지마네킹부(120)의 관절을 움직이는데 아무런 저항이 발생하지 않도록 설정
G1	구현: 수동적으로 관절을 움직이는데 정상관절가동범위의 20% 정도의 각도부터 기 설정된 약저항이 발생하도록 설정
G1+	구현: 수동적으로 관절을 움직이는데 정상관절가동범위의 50% 정도의 각도부터 기 설정된 약저항이 발생하도록 설정
G2	구현: 수동적으로 관절을 움직이는데 정상관절가동범위의 100% 범위에서 기 설정된 약저항이 발생하도록 설정
G3	구현: 수동적으로 관절을 움직이는데 정상관절가동범위의 100% 범위에서 기 설정된 강저항이 발생하도록 설정
G4	구현: 수동적으로 관절을 움직이려 하지만 도저히 움직여지지 않을 정도의 기 설정된 강저항을 설정(혹은, 관절 잠금)

일 실시 예에서, 제어모듈부(130)는, 경직 검사모드로 설정할 수 있으며, 이에 경직 검사 시에, 기 설정된 조건을 대입하여 경직의 등급 조건을 설정할 수 있는데, 이때 수동적으로 움직이려 할 때에 특정 각도에서부터 저항이 발생되도록 설정해 줄 수 있으며, 또한 수동적으로 움직이려 할 때에 저항의 강도를 설정해 줄 수 있다.

일 실시 예에서, 제어모듈부(130)는, 깊은힘줄반사 검사 시에, 깊은힘줄반사의 지표가 되는 위팔두갈래근, 위팔세갈래근, 넙다리네갈래근, 장딴지근의 힘줄 부위에 고무망치로 자극을 유발할 때에 정상, 항진, 저하의 수준에 따른 반사 동작을 하도록 설정해 둘 수 있으며, 이에 해당 반사 동작을 상지마네킹부(110) 및 하지마네킹부(120)에 대한 구동 제어를 통해 수행할 수 있다. 여기서, 깊은힘줄반사 검사는 주로 신경계 손상의 유무를 확인하기 위해 이용되는 평가로, 중추신경계의 손상이 나타나면 그 반응이 정상보다 항진되고 말초신경계의 손상이 나타나면 반응이 저하된다. 또한, 특정 근육의 특정 힘줄 부위를 진단 망치로 살짝 치게 되면 해당 근육의 수축이 급작스럽게 일어나 관절의 움직임이 튀어 오르듯이 일어나며, 중추신경계 손상의 경우 해당 근육이 수축되어 움직이는 범위가 정상 수준보다 더 크게 나타나며, 말초신경계 손상의 경우 해당 근육이 수축되어 움직이는 범위가 정상 수준보다 더 적게 나타난다.

일 실시 예에서, 제어모듈부(130)는, 위팔두갈래근, 위팔노근, 위팔세갈래근, 넙다리네갈래근, 장딴지근 등의 깊은힘줄반사 검사 시에, 각 근육 힘줄 부위를 진단망치로 자극을 유발할 때에 이를 센싱하는 센서로부터 정보를 받아 상지마네킹부(110) 및 하지마네킹부(120)에 대한 구동을 제어할 수 있다.

일 실시 예에서, 제어모듈부(130)는, 깊은힘줄반사 정상의 경우에, 근 수축으로 인해 분절이 반사적으로 튀어 오르는 범위가 15ㅀ 정도의 각도로 나타나도록 설정해 줄 수 있으며, 깊은힘줄반사 항진의 경우에, 근 수축으로 인해 분절이 반사적으로 튀어 오르는 범위가 30ㅀ 이상의 각도로 나타나도록 설정해 줄 수 있으며, 깊은힘줄반사 저하의 경우에, 근 수축으로 분절이 반사적으로 튀어 오르는 범위가 5ㅀ 미만이거나, 검진망치로 센서를 치더라도 반응을 보이지 않도록 설정해 줄 수 있다.

일 실시 예에서, 제어모듈부(130)는, 깊은힘줄반사 검사모드로 설정할 수 있으며, 이에 깊은힘줄반사 검사 시에, 깊은힘줄반사가 나타나는 부위를 선택한 후에 상태를 정상, 항진, 저하 상태 중 하나로 설정해 줄 수 있다.

일 실시 예에서, 제어모듈부(130)는, 메모리부(130)에 저장해 둔 치료제어프로그램(또는, 알고리즘)을 사용하여 관절의 수동운동, 능동보조운동, 저항운동 등과 같은 치료에 적용(즉, 상지마네킹부(110) 및 하지마네킹부(120)에 대한 구동 제어)해 줄 수 있다.

일 실시 예에서, 제어모듈부(130)는, 수동운동 시에, 관절가동범위의 제한이 있는 지점에서 신장의 지속 또는 관절가동범위 내 운동의 반복 시에 강성의 변화율을 설정해 둘 수 있으며, 이에 관절가동범위의 제한이 있을 때에 관절가동범위를 증가시키도록 상지마네킹부(110) 및 하지마네킹부(120)에 대한 구동 제어를 통해 수행할 수 있다. 여기서, 수동운동의 경우, 대상자는 움직임을 가할 수 없거나 의도적으로 움직임을 가하려고 하지 않은 상태에서, 지시자의 의도대로만 움직임을 허용하는 운동을 말한다.

일 실시 예에서, 제어모듈부(130)는, 수동운동 모드로 설정할 수 있으며, 이에 수동운동 시에, 상지마네킹부(110) 및 하지마네킹부(120)에 대한 특별한 구현 없이 정상적인 근육 톤과 같은 상태를 유지시켜 주도록 할 수 있다.

일 실시 예에서, 제어모듈부(130)는, 능동보조운동 시에, 도수근력검사의 등급 설정에 따른 움직임을 설정해 둘 수 있으며, 이에 근력이 낮은 경우에 관절가동범위를 증가시키기 위하여 움직임을 도와주도록 상지마네킹부(110) 및 하지마네킹부(120)에 대한 구동 제어를 통해 수행할 수 있다. 여기서, 능동보조운동의 경우, 대상자는 움직임을 가할 수 있으나 근력이 충분치 않은 상태. 부족한 근력을 지시자가 도와주는 형태로 움직임을 가하는 형태의 운동을 말한다.

일 실시 예에서, 제어모듈부(130)는, 능동보조운동 모드로 설정할 수 있으며, 이에 능동보조운동 시에, 특정 관절에 대해 움직임을 가하면 이를 감지한 센서로부터 정보를 입력받아 해당 방향으로의 움직임에 대해 관절가동범위 끝까지 완수하도록 기 설정된 힘으로 움직임을 도와주도록 한다.

일 실시 예에서, 제어모듈부(130)는, 저항운동 시에, 도수근력검사의 등급 설정에 따른 움직임을 설정해 둘 수 있으며, 이에 움직임의 방향을 설정하거나 근력을 증가시키도록 상지마네킹부(110) 및 하지마네킹부(120)에 대한 구동 제어를 통해 수행할 수 있다. 여기서, 저항운동의 경우, 대상자는 움직임을 가할 수 있고 근력이 많이 향상되었으나 저항을 이길 수 있을 만큼의 근력 향상을 기대할 때 사용하는 운동으로. 지시자는 대상자가 움직이려는 방향의 반대 방향으로 저항을 주고 대상자는 이 저항을 이기면서 움직임을 할 수 있는 운동을 말한다.

일 실시 예에서, 제어모듈부(130)는, 저항운동 모드로 설정할 수 있으며, 이에 저항운동 시에, 치료사의 명령(특정 관절에 대해 저항을 이기고 움직여 보라는 지시)을 입력수단을 통해 입력받을 수 있으며, 특정 관절의 움직임 방향에 대해 저항을 이기고 움직일 수 있도록 해 준다.

일 실시 예에서, 제어모듈부(130)는, 관절가동범위 측정 모드로 설정하여, 각 관절의 가동범위를 측정할 수 있으며, 또한 비정상적인 관절 상태를 가지도록 설정해 줄 수도 있는데, 이때 특정 관절의 관절 각도를 기 설정한 값으로 정해 주면 해당 정해 준 관절 각도 값에서 더 이상 관절이 움직이지 않도록 할 수 있다.

메모리부(140)는, 제어모듈부(130)의 구동에 필요한 데이터 및 프로그램을 저장하는데, 특히 상지마네킹부(110) 및 하지마네킹부(120)에 대한 구동을 제어하기 위한 마네킹제어프로그램을 저장해 둔다.

일 실시 예에서, 메모리부(140)는, 관절가동범위 평가, 도수근력 검사, 경직 검사, 깊은힘줄반사 검사 등의 환자 평가 교육에 적용해 주기 위한 평가제어프로그램(또는, 알고리즘)과, 관절의 수동운동, 능동보조운동, 저항운동 등의 환자 치료 교육에 적용해 주기 위한 치료제어프로그램(또는, 알고리즘)을 저장해 둔다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 교육용 마네킹 시스템(100)은, 사용자가 각 관절에 외적인 힘을 가하여 발생되는 힘/토크, 속도 등의 계측정보를 입력받아 해석하기 위한 랍뷰 소프트웨어(LabView software)를 구비한 별도의 단말기(예를 들어, PC, 노트북 등)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 랍뷰는, 힘 제어 및 계측 정보를 별도 단말기에서 해석 및 조작할 수 있도록 해 주기 위한 해석 장비 및 소프트웨어로서, 시스템과 소프트웨어가 통합적이고 안정적으로 운영할 수 있고, 텍스트 기반 프로그램에 비하여 일반인도 조작이 쉽고, UI(user interface)의 인터페이스 조작도 쉬워, 시스템을 구동하기 위한 메인프로그램(즉, 마네킹제어프로그램)으로 사용할 수 있으며, 그래픽 기반 프로그램이기 때문에, 장비 제작 후 비전문가도 내용의 변경 및 수정이 간단하며, 화면 구성의 경우에 베이스 스테이션(base station)에서 설정과 모든 정보의 확인이 가능한 교수자용과, 마네킹(즉, 상지마네킹부(110) 및 하지마네킹부(120)) 주변에 설치되어 학습자에게 특정 정보와 피드백을 위한 학습자용으로 구분할 수도 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 교육용 마네킹 시스템(100)은, 인체 마네킹(즉, 상지마네킹부(110) 및 하지마네킹부(120))을 이용한 재활 환자 시뮬레이터, 즉 핸드-온 기술이 필요한 물리치료사, 작업치료사 등과 같은 재활치료인력을 교육하기 위한 시뮬레이션으로 구현함으로써, 물리치료, 작업치료 등의 교육에 특화된 인체 마네킹(즉, 상지마네킹부(110) 및 하지마네킹부(120))과 이에 맞는 교육 프로그램(즉, 마네킹제어프로그램)을 제공할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 교육용 마네킹 시스템(100)은, 기초적인 환자 평가 및 치료용 마네킹(즉, 상지마네킹부(110)와 하지마네킹부(120) 모두 3개 관절의 6자 유도를 구현한 마네킹)과 이의 오퍼레이팅 소프트웨어(즉, 마네킹제어프로그램)를 제공해 줌으로써, 신경계, 근골격계, 소아, 심폐, 전정기관, 노인 등에 필요한 하드웨어 및 소프트웨어를 제공하여 재활치료 시뮬레이션 교육 환경 체계를 구축할 수 있으며, 이에 시뮬레이션 교육 모델을 통해 학부 교육과정에서 핸드-온 기술을 교육받아 졸업 후에 바로 임상에 투입 가능한 경력 있는 치료사와 같은 신임 재활치료인력을 양성할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 교육용 마네킹 시스템(100)은, 임상현장 중심의 실용적 교육의 필요성이 증대되고 있는 상황에서, 물리치료, 작업치료 등의 영역이, 신경계, 근골격계, 소아의 범주에서 벗어나, 호흡, 심폐, 전정, 노인, 여성, 정신 등의 영역으로 확대시켜 줄 수 있으며, 또한 교육 영역의 다양성과 확장성으로 인해 체계적인 현장중심의 전문교육에 대한 필요성이 확대되고 있는 상황에서, 시뮬레이션 교육 모델을 통해 급변하는 재활의료 교육의 필요성에 선제적으로 대응할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 교육용 마네킹 시스템(100)은, 재활치료 교육 모델의 다양화와 고도화, 즉 새로운 패러다임의 교육 모델을 통해, 우수한 재활치료인력을 양성하여 재활치료 수요자가 요구하는 양질의 치료를 받을 수 있는 권리를 보장해 줄 수 있으며, 또한 재활치료 교육의 수준을 향상시키고 의료재활에서부터 사회재활까지 재활 환자들의 삶의 질을 향상시켜 줄 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 교육용 마네킹 시스템(100)은, 환자와 피교육자에게 안전을 위협하지 않고 피드백, 반복 실습 그리고 재교육으로 연결되도록 할 수 있으며, 또한 시뮬레이션 상황에서 참가자는 실제 상황과 같은 긴장감을 느끼며 임상수행능력에 따라 임상의사결정을 하도록 할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 교육용 마네킹 시스템(100)은, 자주 발생하지 않아서 잊어버리기 쉽고 복잡하지만 중요한 임상 사례를 미리 대비하여 경험해 보도록 할 수 있으며, 또한 즉각적인 피드백을 통해 학습효과를 더욱 높이고(feedback for reflective learning), 시간적 제약이 없이 팀으로 많은 반복 훈련 및 교육이 가능하도록 할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 교육용 마네킹 시스템(100)은, 의료분쟁이나 소송이 늘어가는 추세를 고려할 때, 직간접적으로 시뮬레이션을 통한 교육이 이와 관련된 비용의 절감효과를 가져올 수 있다.

도 2는 도 1에 있는 상지마네킹부를 설명하는 도면이며, 도 3은 도 2에 있는 어깨관절을 설명하는 도면이며, 도 4는 도 2에 있는 팔꿉관절을 설명하는 도면이며, 도 5는 도 2에 있는 손목관절을 설명하는 도면이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 상지마네킹부(110)는, 어깨관절(111), 팔꿉관절(112), 손목관절(113)을 포함한다.

어깨관절(111)은, 어깨의 굴곡과 신전을 구현해 주기 위한 모터와, 어깨의 내전과 외전을 구현해 주기 위한 모터(또는, 스프링 하이브리드 장치가 결합된 모터)를 구비한다.

일 실시 예에서, 어깨관절(111)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 3자 유도를 구현하여, 굽힘과 폄에 대한 관절가동범위(정상범위)를 0~180ㅀ로 할 수 있으며, 벌림과 모음에 대한 관절가동범위(정상범위)를 0~180ㅀ로 할 수 있으며, 안쪽돌림에 대한 관절가동범위(정상범위)를 0~90ㅀ로 할 수 있으며, 가쪽돌림에 대한 관절가동범위(정상범위)를 0~80ㅀ로 할 수 있다.

팔꿉관절(112)은, 위팔의 내회전과 외회전을 구현해 주기 위한 모터와, 팔꿈치의 굴곡과 신전을 구현해 주기 위한 모터(또는, 스프링 하이브리드 장치가 결합된 모터)를 구비한다.

일 실시 예에서, 팔꿉관절(112)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 1자 유도를 구현하여, 굽힘과 폄에 대한 관절가동범위(정상범위)를 0~150ㅀ로 할 수 있다.

손목관절(113)은, 손목의 내전과 외전을 구현해 주기 위한 모터와, 손목의 배측굴곡과 저측굴곡을 구현해 주기 위한 모터를 구비한다.

일 실시 예에서, 손목관절(113)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 1자 유도를 구현하여, 굽힘에 대한 관절가동범위(정상범위)를 0~80ㅀ로 할 수 있으며, 폄에 대한 관절가동범위(정상범위)를 0~90ㅀ로 할 수 있다.

도 6은 도 1에 있는 하지마네킹부를 설명하는 도면이며, 도 7은 도 6에 있는 엉덩관절을 설명하는 도면이며, 도 8은 도 6에 있는 무릎관절을 설명하는 도면이며, 도 9는 도 6에 있는 발목관절을 설명하는 도면이다.

도 6 내지 도 9를 참조하면, 하지마네킹부(120)는, 엉덩관절(121), 무릎관절(122), 발목관절(123)을 포함한다.

엉덩관절(121)은, 고관절의 내회전과 외회전을 구현해 주기 위한 모터와, 고관절의 굴곡과 신정을 구현해 주기 위한 모터와, 고관절의 내전과 외전을 구현해 주기 위한 모터(또는, 스프링 하이브리드 장치가 결합된 모터)를 구비한다.

일 실시 예에서, 엉덩관절(121)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 3자 유도를 구현하여, 굽힘과 폄에 대한 관절가동범위(정상범위)를 0~120ㅀ로 할 수 있으며, 벌림에 대한 관절가동범위(정상범위)를 0~50ㅀ로 할 수 있으며, 모음에 대한 관절가동범위(정상범위)를 0~30ㅀ로 할 수 있으며, 안쪽돌림에 대한 관절가동범위(정상범위)를 0~40ㅀ로 할 수 있으며, 가쪽돌림에 대한 관절가동범위(정상범위)를 0~50ㅀ로 할 수 있다.

무릎관절(122)은, 무릎의 굴곡과 신전을 구현해 주기 위한 모터(또는, 스프링 하이브리드 장치가 결합된 모터)를 구비한다.

일 실시 예에서, 무릎관절(122)은, 도 8에 도시된 바와 같이, 1자 유도를 구현하여, 굽힘과 폄에 대한 관절가동범위(정상범위)를 0~150ㅀ로 할 수 있다.

발목관절(123)은, 발목의 굴곡과 신전을 구현해 주기 위한 모터와, 어깨의 내전과 외전을 구현해 주기 위한 모터를 구비한다.

일 실시 예에서, 발목관절(123)은, 도 9에 도시된 바와 같이, 1자 유도를 구현하여, 배측굴곡에 대한 관절가동범위(정상범위)를 0~20ㅀ로 할 수 있으며, 저측굴곡에 대한 관절가동범위(정상범위)를 0~40ㅀ로 할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 예는 상술한 장치 및/또는 운용방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다. 이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 교육용 마네킹 시스템
110: 상지마네킹부
111: 어깨관절
112: 팔꿉관절
113: 손목관절
120: 하지마네킹부
121: 엉덩관절
122: 무릎관절
123: 발목관절
130: 제어모듈부
140: 메모리부

Claims (5)

1. 구동 제어에 따라 상지에 대한 중추신경계 손상 환자 및 근골격계 질환 환자의 평가 및 치료를 시연하기 위한 상지마네킹부;
   구동 제어에 따라 하지에 대한 중추신경계 손상 환자 및 근골격계 질환 환자의 평가 및 치료를 시연하기 위한 하지마네킹부;
   마네킹제어프로그램에 따라 이에 대응하여 상기 상지마네킹부와 상기 하지마네킹부를 구동 제어하기 위한 제어모듈부; 및
   상기 상지마네킹부와 상기 하지마네킹부에 대한 구동을 제어하기 위한 마네킹제어프로그램을 저장해 두기 위한 메모리부를 포함하는 교육용 마네킹 시스템.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 상지마네킹부는,
   어깨관절, 팔꿉관절, 손목관절에 대한 평가 및 치료를 시연하는 것을 특징으로 하는 교육용 마네킹 시스템.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 하지마네킹부는,
   엉덩관절, 무릎관절, 발목관절에 대한 평가 및 치료를 시연하는 것을 특징으로 하는 교육용 마네킹 시스템.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 상지마네킹부 또는 상기 하지마네킹부는,
   각 관절에 부착 형성된 기어드 브러쉬리스 DC 모터를 사용하여 움직임의 동력을 생성하는 것을 특징으로 하는 교육용 마네킹 시스템.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 상지마네킹부 또는 상기 하지마네킹부는,
   상기 DC 모터의 축 회전량을 측정하여, 측정된 축 회전량을 상기 제어모듈부로 통보하기 위한 엔코더를 구비하는 것을 특징으로 하는 교육용 마네킹 시스템.

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