KR20210073315A - 발목 배측굴곡-외전의 보조를 통한 족하수 방지 능동형 단하지보조기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 발 뒤꿈치의 바닥과 후방과 양측면을 감싸는 제1부재(110); 상기 제1부재의 전방에 위치하여 발 전방의 발바닥과 측면을 지지하는 제2부재(120); 상기 제1부재의 상측에 위치하여 발목의 상부의 후방과 양측면을 지지하는 제3부재(130); 및 상기 제1부재(110)에 일단이 부착되고, 상기 제3부재(130)에 타단이 부착되어 상기 제1 및 제3부재를 연결하는 리니어 모듈(200);을 포함하고, 상기 리니어 모듈은, 리니어 모터;와 상기 리니어 모터의 회전에 의해 길이방향으로 신축되는 스크류 스테이지;로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 발목 배측굴곡-외전의 보조를 통한 족하수 방지 능동형 단하지보조기를 제공한다.
본 발명은 상기 구성에 의해서, 보행 주기에 따른 관절각 감지를 통해 사용자의 능력에 따른 최소한의 보조력을 제공하여 사용자의 능동적인 발목조절이 가능하며, 보행 시 발목의 관절가동범위를 허용하여 발목 움직임이 자유로우며 사용자의 능동적인 발목 근육 사용을 허용하게 되고, 고정부를 연결하는 연결부의 유연한 재질 활용하는 구조로 사용자의 착용감이 향상되며, 발목의 2축 관절 구성을 반영한 설계로 자연스러운 발목 움직임의 구현이 가능한 유리한 효과가 발생한다.

Description

발목 배측굴곡-외전의 보조를 통한 족하수 방지 능동형 단하지보조기{Active-ankle foot orthosis with ankle dorsiflexion-eversion assistance for preventing foot drop}

본 발명은 족하수 방지 및 발목 근육의 불균형 해결을 위한 단하지보조기에 관한 것이며, 구체적으로는 리니어 모터와 스크류 스테이지를 통해 발목 배측굴곡-외전의 보조를 통해 능동적으로 족하수를 방지하는 기술이다.

다리나 족부의 장애 가운데 하나인 족하수(하수족, Drop Foot)은 보행 동안 족관절(발목관절)의 자동적 배굴이 이루어지지 않아 발을 충분히 들어올리지 못하는 병증을 주로 의미한다. 이러한 족하수 환자들은 발을 제대로 들어올릴 수 없으므로 보행 시 발을 끌게 되거나 옆으로 큰 궤적을 이루면서 부자연스럽게 보행을 하게 된다. 이러한 족하수는 뇌혈관과 관련된 사고나 척수 손상 혹은 발과 관련된 신경근육시스템에서 근육을 활성화시키는데 요구되는 근육과 신경의 손상, 대개 총비골신경계 손상, 뇌졸중 편마비 장애 등으로 초래되는 것으로 알려져 있다.

뇌졸중 편마비 장애인은 발목근육의 약화(Weakness), 종아리 내측(Medial) 근긴장도(Muscle tone) 증가 및 강직(Spasticity)의 영향으로 내외측 근육의 회전력의 불균형이 발생하며, 이로 인해 Plantar-Inversion 방향으로 발목의 변형 및 족하수가 나타나는 것으로 알려져 있다.

족하수 질병을 앓는 환자들은 근육의 이상이나 신경의 압박 또는 손상 등으로 인하여 근육이 약화되어 발목을 들지 못하고 발등을 몸 쪽으로 당기지 못하며 발이 아래로 떨어지는 증상을 갖는다. 이러한 풋드랍 환자들은 발이 아래로 떨어지는 경우뿐만 아니라 편마비에 의해 발이 좌측 또는 우측으로 틀어지는 경우도 함께 발생할 수 있다. 이 경우 증상 치료 및 재활을 위하여 아래로 떨어지는 발을 끌어올림과 동시에 편마비에 의해 틀어진 발의 균형을 맞추는 것이 매우 중요하다.

위와 같은 족하수의 방지 및 발목 근육의 불균형의 해결을 목적으로 뇌졸중 편마비 장애인을 위한 수동 및 능동형 단하지보조기가 보편적으로 사용되나 실제적인 활용도는 저하되고 있으며, 일반적인 수동형 단하지보조기는 고정된 형태의 단하지보조기이어서 발목 관절가동범위를 제한하고 근육 비사용성을 강화하여 발목근육의 능동적 근수축을 제한하는 등 문제가 있다. 그리고, 종래의 능동형 단하지보조기는 큰 부피, 무게, 고비용, 착용감 저하 등의 문제로 활용성이 저하되는 문제가 있었다.

본 발명은 뇌졸중 편마비 장애인의 보행 시 발목기능 보조를 위하여 발목 배측굴곡-외전방향의 최소한의 보조력을 제공하는 단하지보조기(Ankle)를 제공하여 족하수 및 발목불안정성을 해결하여 보행기능을 증진시키고자 하는 것이 목적이다.

본 발명은, 발 뒤꿈치의 바닥과 후방과 양측면을 감싸는 제1부재(110); 상기 제1부재의 전방에 위치하여 발 전방의 발바닥과 측면을 지지하는 제2부재(120); 상기 제1부재의 상측에 위치하여 발목의 상부의 후방과 양측면을 지지하는 제3부재(130); 및 상기 제1부재(110)에 일단이 부착되고, 상기 제3부재(130)에 타단이 부착되어 상기 제1 및 제3부재를 연결하는 리니어 모듈(200);을 포함하고,

상기 리니어 모듈은, 리니어 모터;와 상기 리니어 모터의 회전에 의해 길이방향으로 신축되는 스크류 스테이지;로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 발목 배측굴곡-외전의 보조를 통한 족하수 방지 능동형 단하지보조기를 제공한다.

상기 스크류 스테이지의 일단은 상기 제1부재의 외측(바깥쪽)에 부착되고, 상기 스크류 스테이지의 타단은 상기 제3부재의 외측(바깥쪽)에 부착된다.

사용자의 보행 주기에 따른 관절각도를 감지하는 스트레인 센서(Strain sensor);및 상기 스트레인 센서가 감지한 신호에 따라 상기 리니어 모터가 작동시켜 상기 스크류 스테이지의 신축 작동이 이루어지도록 하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.

상기 스크류 스테이지의 길이방향 직선운동을 통해 발목 배측굴곡-외전(Ankle Dorsiflexion-Eversion)을 보조함으로써, 보행 시 발목 저측굴곡-내전(Ankle Plantarflexion-Inversion) 방향의 족하수를 예방한다.

상기 제1 부재 내지 제3부재는 각각 유연한 재질로 이루어져서 결합된 것으로, 상기 제2부재 및 제3부재는 상기 제1부재를 기준으로 소정 각도 회동 가능하다.

본 발명은 상기 구성에 의해서, 보행 주기에 따른 관절각 감지를 통해 사용자의 능력에 따른 최소한의 보조력을 제공하여 사용자의 능동적인 발목조절이 가능하며, 보행 시 발목의 관절가동범위를 허용하여 발목 움직임이 자유로우며 사용자의 능동적인 발목 근육 사용을 허용하게 되고, 고정부를 연결하는 연결부의 유연한 재질 활용하는 구조로 사용자의 착용감이 향상되며, 발목의 2축 관절 구성을 반영한 설계로 자연스러운 발목 움직임의 구현이 가능한 유리한 효과가 발생한다.

도 1은 본 발명에 따른 단하지보조기의 분리사시도이며,
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 단하지보조기의 구성의 사시도이며,
도 5는 본 발명에 따른 단하지보조기에 리니어 모듈의 구성이 체결된 개념적인 모습이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 또한, 사용된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들이며 이는 사용자 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

그리고, 본 발명은 사용자의 보행 주기에 따른 관절각도 감지(Strain sensor 활용)에 따른 발목 배측굴곡-외전 방향의 최소한의 보조력 제공을 통한 능동적 발목 조절을 구현하였고, 단하지보조기 고정부를 연결하는 연결부의 유연한 재질을 활용하는 구조로 사용자의 착용감이 향상되며 자연스러운 발목 움직임을 재현하였다.

도 1은 본 발명에 따른 단하지보조기의 분리사시도이며, 도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 단하지보조기의 구성의 사시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 단하지보조기에 리니어 모터 등의 구성이 체결된 개념적인 모습이다. 이하 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.

도 1을 보면, 본 발명의 단하지보조기는 크게 발목부분과 발의 뒷부분 발의 앞부분으로 나뉘어져 있다. 여기서 편의상 발의 뒤꿈치를 포함하여 뒷부분을 감싸는 부재를 제1부재(110)라 하고, 발의 앞부분을 감싸는 부위를 제2부재(120)라 하고, 발목부분을 감싸는 부재를 제3부재(130)라 한다. 즉, 발 뒤꿈치의 바닥과 후방과 양측면을 감싸는 제1부재(110)와, 상기 제1부재의 전방에 위치하여 발 전방의 발바닥과 측면을 지지하는 제2부재(120)와, 상기 제1부재의 상측에 위치하여 발목의 상부의 후방과 양측면을 지지하는 제3부재(130)를 포함한다. 여기서, 전방 후방이란 표현은 보행시 앞쪽을 전방이라하고 뒤쪽을 후방이라고 편의상 표현한 것이다.

상기 제1, 제2, 제3부재는 모두 각각 분리된 상태로 제작되고, 각각의 부재가 도 1에서 보는 바와 같은 상태에서 결합된 상태에서 사용자의 발에 착용된다. 도 1 내지 도 3에서 상기 제1, 제2, 제3부재는 각각 분리된 형상으로 도시되어 있으나 이것은 설명 편의를 위한 것이며, 사용자 발에 착용되면 서로 결합되는 형상이 된다. 이들 각 부재가 결합되는 모습은 그림에서 보는 바와 같이, 결합부위의 돌기가 서로 맞물리는 형상으로 슬라이딩 되면서 결합되고 이들 사이에 결합기구(나사 등)로 체결될 수 있으며, 기타 다른 수단으로 결합도 가능하다.

다시 말해, 상기 제1부재(110)를 중심으로 상기 제2부재(120)는 전방에 위치하면서 결합되고, 상기 제3부재(130)는 제1부재의 위쪽에 위치하면서 서로 결합되고, 이들 제1 내지 제3부재는 어느 정도 유연성이 있는 재질로 이루어지기 때문에 결합된 상태에서도 일정 정도 움직임(회동)이 가능하다. 즉, 제1, 제2, 제3부재가 모두 결합된 상태에서 제2부재 및 제3부재는 제1부재를 기준으로 어느 정도 각도만큼 회동동작이 가능하다.

그리고, 결합과정에서 사용자의 발의 뒷부분과 앞부분은 사용자의 발 크기에 따라 길이조절 가능하며, 이때 길이조절은 슬롯(Slot) 메커니즘을 이용할 수 있다. 슬롯 메커니즘을 사용하면 일정 범위 안에서만 길이 조절이 가능하므로 사용자의 상해를 방지할 수 있다.

도 5를 보면, 본 발명의 단하지보조기는 리니어모터(Linear motor)와 스크류 스테이지(screw stage)를 결합한 리니어 모듈(200)을 구비하고 있다.

본 발명에 따른 리너어 모듈(200)은 상기 제1부재(110)에 일단(210)이 부착되고, 상기 제3부재(130)에 타단(220)이 부착되어 상기 제1 및 제3부재를 연결하게 된다. 그리고, 상기 리니어 모듈은, 리니어 모터와 상기 리니어 모터의 회전에 의해 길이방향으로 신축되는 스크류 스테이지로 이루어져서 상기 리니어 모터의 정역방향 회전에 의해 상기 스크류 스테이지가 길이방향으로 늘어나거나 줄어들게 되고 이를 통해 상기 제1부재(110)와 제3부재(130)의 결합부위를 기준으로 하여 상기 제3부재(130)가 제1부재(110)를 기준으로 소정 각도만큼 회동 동작이 이루어지고, 이를 통해 본 발명의 단하지보조기는 발목 배측굴곡-외전의 보조가 가능한 족하수 방지 능동형 보조기구이다.

상기 스크류 스테이지의 일단은 상기 제1부재의 외측(바깥쪽)에 부착되고, 상기 스크류 스테이지의 타단은 상기 제3부재의 외측(바깥쪽)에 부착된다. 그리고, 사용자의 보행 주기에 따른 관절각도를 감지하는 스트레인 센서(Strain sensor)및 상기 스트레인 센서가 감지한 신호에 따라 상기 리니어 모터가 작동시켜 상기 스크류 스테이지의 신축 작동이 이루어지도록 하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 보행감지기술로서, 사용자의 보행시 발목관절의 움직임을 감지하는 센서(미도시)를 구비한다. 발목관절의 감지는 리니어 모터에 함께 있는 힘 변환기(Force transducer)를 이용하여 그 힘에 따라 수축과 신장을 반복한다. 또한, 본 발명의 보조기는 클러치 기능이 있어 힘이 어느이상으로 커질때 자연스럽게 풀어지고 만약 Weight bearing 상태가 아닌경우(Swing phase나 발을 땅에 지지 하지 않은경우)에 갑작스럽게 Dorsiflexion torque가 커지게 되면 모터가 작용하여 자연스러운 움직임을 생성하게 된다. 사용자 발의 움직임 또는 발목관절의 움직임을 감지하는 센서의 기능과 작동은 공지의 감지기술을 활용할 수 있으므로 이점에 대해서는 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

상기 리니어모터와 스크류 스테이지를 통해 직선운동을 하여 발목 배측굴곡-외전(Ankle Dorsiflexion-Eversion)을 보조함으로써, 보행 시 발목 저측굴곡-내전(Ankle Plantarflexion-Inversion) 방향의 족하수를 예방하게 된다.

종래의 뇌졸중 편마비 환자를 위한 단하지보조기는 딱딱한재질(플라스틱)로 인한 발목 관절가동범위를 제한하고 발목 비사용성을 강화할 뿐 아니라 불편한 착용감으로 인해 활용도가 저하되는 등 문제가 있었으나, 본 발명은 유연한 재질로 제1 내지 제3부재를 제작하고 리니어 모터와 스크류 스테이지를 활용한 간단한 형태의 단하지보조기를 제공함으로써, 만성 뇌졸중 편마비 환자의 효율적인 보행보조 기능을 높이고 높은 활용성을 기대할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 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.

Claims (5)

1. 발 뒤꿈치의 바닥과 후방과 양측면을 감싸는 제1부재(110);
   상기 제1부재의 전방에 위치하여 발 전방의 발바닥과 측면을 지지하는 제2부재(120);
   상기 제1부재의 상측에 위치하여 발목의 상부의 후방과 양측면을 지지하는 제3부재(130); 및
   상기 제1부재(110)에 일단이 부착되고, 상기 제3부재(130)에 타단이 부착되어 상기 제1 및 제3부재를 연결하는 리니어 모듈(200);을 포함하고,
   상기 리니어 모듈은,
   리니어 모터;와 상기 리니어 모터의 회전에 의해 길이방향으로 신축되는 스크류 스테이지;로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
   발목 배측굴곡-외전의 보조를 통한 족하수 방지 능동형 단하지보조기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 스크류 스테이지의 일단은 상기 제1부재의 외측(바깥쪽)에 부착되고, 상기 스크류 스테이지의 타단은 상기 제3부재의 외측(바깥쪽)에 부착되는 것을 특징으로 하는,
   발목 배측굴곡-외전의 보조를 통한 족하수 방지 능동형 단하지보조기.
3. 제2항에 있어서,
   사용자의 보행 주기에 따른 관절각도를 감지하는 스트레인 센서(Strain sensor);및
   상기 스트레인 센서가 감지한 신호에 따라 상기 리니어 모터가 작동시켜 상기 스크류 스테이지의 신축 작동이 이루어지도록 하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
   발목 배측굴곡-외전의 보조를 통한 족하수 방지 능동형 단하지보조기.
4. 제2항에 있어서,
   상기 스크류 스테이지의 길이방향 직선운동을 통해 발목 배측굴곡-외전(Ankle Dorsiflexion-Eversion)을 보조함으로써, 보행 시 발목 저측굴곡-내전(Ankle Plantarflexion-Inversion) 방향의 족하수를 예방하는 것을 특징으로 하는,
   발목 배측굴곡-외전의 보조를 통한 족하수 방지 능동형 단하지보조기.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 부재 내지 제3부재는 각각 유연한 재질로 이루어져서 결합된 것으로, 상기 제2부재 및 제3부재는 상기 제1부재를 기준으로 소정 각도 회동 가능한 것을 특징으로 하는,
   발목 배측굴곡-외전의 보조를 통한 족하수 방지 능동형 단하지보조기.

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