KR20220060938A

KR20220060938A - 전기자극 기반의 발목 근육 재활 훈련 장치

Info

Publication number: KR20220060938A
Application number: KR1020200147151A
Authority: KR
Inventors: 김호진; 신준호; 조지은
Original assignee: 대한민국(국립재활원장)
Priority date: 2020-11-05
Filing date: 2020-11-05
Publication date: 2022-05-12
Also published as: US20230414937A1; KR102490135B1; WO2022097933A1

Abstract

본 발명은, 배측굴곡, 저측굴곡, 외전, 내전, 회외, 회내 동작을 제공하는 발목움직임 제공장치(100);와, 발목 배측굴곡근(ankle dorsiflexor)의 대표적인 전경골근(tibialis anterior)의 근위부와 원위부에 각각 부착되는 제1 및 제2전극패드(P1,P2);와, 발목 외전근(ankle evertor)의 대표적인 장비골근(peroneus longus)의 근위부와 원위부에 각각 부착되는 제3 및 제4전극패드(P3,P4);와, 상기 제1 내지 제4전극패드에 전기적 자극을 가하는 전기자극 제공부와, 상기 발목움직임 제공장치가, 배측굴곡과 저측굴곡 움직임을 복수 회 반복하는 제1동작과, 외전 및 내전 움직임을 복수 회 반복하는 제2동작과, 회외 및 회내 움직임을 복수 회 반복하는 제3동작을 속도의존적인 강직(spasticity) 발생을 고려하여 적절한 느린 속도(2.14°/sec)로 순차적으로 하도록, 상기 발목움직임 제공장치를 제어하고, 상기 전기자극 제공부가 상기 제1 내지 제4전극패드에 전기적 자극을 가하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자극 기반의 발목 근육 재활 훈련 장치를 제공한다.

Description

전기자극 기반의 발목 근육 재활 훈련 장치{ANKLE MUSCLE REHABILITATION APPARATUS WITH ELECTRICAL STIMULATION}

본 발명은 발목 근육 재활 훈련 장치를 적절히 제어하여, 발목의 각도 변화를 유도함과 동시에 다리의 특정 부위에 전기패드를 이용한 전기자극을 가함으로써 발목 움직임과 근력을 향상시킬 수 있는 기술에 대한 것이다.

일반적으로, 발목 움직임은 근력과 더불어 보행 안정성에 중요한 영향을 미친다. 이러한 발목 움직임은, 시상면(sagittal plane), 관상면(frontal plane), 그리고 횡면(transverse plane)에서 일어나는 운동으로 요약될 수 있고, 발목관절(ankle joint 또는 talocrural joint), 횡족근관절(transverse tarsal joint) 그리고 거골하관절(subtalar joint)의 움직임에 따라 일어난다.

근골격계 및 중추신경계질환으로 인한 하지 기능의 손상, 장애 및 상실은 보행능력의 저하나 상실로 연결될 수 있으며, 이는 독립적인 일상생활동작을 수행을 저해하는 심각한 원인 중에 하나라고 할 수 있다. 특히, 중추신경계질환의 하나인 뇌졸중의 경우, 대부분의 환자는 전체 체중의 61-80%를 비손상 측 하지로 지지하여, 비대칭적인 자세 정렬과 균형 능력의 저하를 나타낸다. 뇌졸중 후 나타나는 비정상적인 보행양상은 유각기 동안의 뻐정다리 보행(stiff-knee gait), 입각기 동안의 전반슬(genu recuvatum), 입각기에서 배측 굴곡(dorsiflexion)의 감소와 유각기에 과도한 족저굴곡(plantar flexion)이다. 또한 보행 속도, 분속수(cadence), 활보장(stride length)가 감소하고, 양하지 지지기(double stance period)가 증가되며, 비손상측에 비해 손상측의 입각기 기간이 짧다.

따라서, 뇌졸중 등 중추신경계 질환을 갖은 장애인의 보행 재활을 위해 기능적 전기자극, 단하지보조기 등이 적용되거나, 치료사에 의한 관절가동범위운동, 스트레칭 운동, 저항 밴드, 수동형 발목훈련기, 직립자세에서의 체중 부하 저항운동을 하는 방법 등이 임상적으로 사용되고 있다. 나아가, 발목의 움직임 범위를 제공하기 위해 발목관절에 대응되는 회전축을 마련하여 이를 모터로 구동시키는 자동형 발목훈련기 또한 사용되고 있다. 하지만, 이러한 방법들은 발목 감각기능과 기능적 움직임 및 근력을 향상시켜 발목 기능을 향상시키기 위한 재활하는데 한계가 있었다.

본 발명은 발목의 각도 변화를 유도함과 동시에 다리의 특정 부위에 전기패드를 부착한 후 전기자극을 발목 재활 동작에 따라 적절히 부가함으로써 발목 근력을 향상시킬 수 있는 기술을 제공하는 것이 목적이다.

또한, 본 발명은 발목 근육의 약화(muscle weakness), 단축(shortness), 강직(spasticity), 감각기능(sensory function) 저하와 같은 임상적 특징으로 인해 발목근육의 수의적 조절(voluntary control)에 어려움을 겪는 중추신경계 손상 장애인이 발목 관절의 해부학적 2축 움직임에 따라 해당 근육에 전기자극을 적용하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 배측굴곡, 저측굴곡, 외전, 내전, 회외, 회내 동작을 제공하는 발목움직임 제공장치(100);와, 발목 배측굴곡근(ankle dorsiflexor)의 대표적인 전경골근(tibialis anterior)의 근위부와 원위부에 각각 부착되는 제1 및 제2전극패드(P1,P2);와, 발목 외전근(ankle evertor)의 대표적인 장비골근(peroneus longus)의 근위부와 원위부에 각각 부착되는 제3 및 제4전극패드(P3,P4);와, 상기 제1 내지 제4전극패드에 전기적 자극을 가하는 전기자극 제공부와, 상기 발목움직임 제공장치가, 배측굴곡과 저측굴곡 움직임을 복수 회 반복하는 제1동작과, 외전 및 내전 움직임을 복수 회 반복하는 제2동작과, 회외 및 회내 움직임을 복수 회 반복하는 제3동작을 순차적으로 하도록, 상기 발목움직임 제공장치를 제어하고, 상기 전기자극 제공부가 상기 제1 내지 제4전극패드에 전기적 자극을 가하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자극 기반의 발목 근육 재활 훈련 장치를 제공한다.

상기 제어부는, 상기 제1동작 중 배측굴곡 움직임이 일어날 때 상기 제1 및 제2전극패드(P1,P2)에 전기적 자극을 가하고, 상기 제2동작 중 외전 움직임이 일어날 때 상기 제3 및 제4전극패드(P3,P4)에 전기적 자극을 가하고, 상기 제3동작 중 회외 움직임이 일어날 때 상기 제1 내지 제4전극패드(P1,P2,P3,P4)에 전기적 자극을 가하고, 상기 제1동작 중 저측굴곡 움직임과, 상기 제2동작 중 내전 움직임과, 상기 제3동작 중 회내 움직임이 일어날 때에는 상기 제1 내지 제4전극패드 모두에 전기적 자극을 가하지 않도록 한다.

상기 제1동작은 배측굴곡과 저측굴곡 움직임이 차례로 20회 반복되고, 상기 제2동작은 외전과 내전 움직임이 차례로 20회 반복되고, 상기 제3동작은 회외와 회내 움직임이 차례로 40회 반복되는 것이 바람직하며, 모든 움직임은 중추신경계 손상 환자의 속도의존적인 강직(spasticity) 발생을 고려하여 적절한 느린속도(예를 들어 2.14°/sec)로 시행하는 것이 바람직하고, 상기 배측굴곡 움직임의 1회 동작에 소요되는 시간은 10초 내지 12초이며, 상기 저측굴곡, 외전, 내전, 회외 및 회내 각각 움직임의 1회 동작에 소요되는 시간은 10초 내지 15초인 것이 바람직하다.

본 발명은 발목 근육 훈련 장치를 이용하여 발목에 배측굴곡, 저측굴곡, 외전, 내전, 회외, 회내 등의 발목의 각도 변화를 유도하면서 동시에 다리의 특정 근육 부위에 전기패드를 통한 전기자극을 부가함으로써, 발목 근육 훈련장치와 전기자극을 이용한 2축 발목 움직임을 통하여 중추신경계 손상 장애인의 발목관절 가동범위를 향상시키고, 통증을 감소시키며, 발목 감각 및 운동기능 향상을 기대할 수 있으며, 또한 균형과 보행과 같은 일상생활에서 발목 조절 능력이 향상되는 효과가 발생한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 근육 재활 훈련 장치에서 다리의 특정 부위에 전극패드가 부착된 모습이며,
도 2는 본 발명에 따라 전극패드가 부착되는 곳을 표시한 근육의 해부학적 자료이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 근육 재활 훈련 장치를 이용하여 배측굴곡과 저측굴곡 움직임을 실시하는 모습이며,
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 근육 재활 훈련 장치를 이용하여 외전 및 내전 움직임을 실시하는 모습이며,
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 근육 재활 훈련 장치를 이용하여 회외 및 회내 움직임을 실시하는 모습이며,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 근육 재활 훈련 장치를 이용한 훈련 프로토콜의 일 예이며,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 근육 재활 훈련 장치를 이용한 훈련 과정 중 전극패드에 가해지는 전압과 발목 각도 변화량을 보여주는 예시적인 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 근육 재활 훈련 장치 중 발목움직임 제공장치를 개략적으로 나타낸 사시도이며,
도 9는 도 8의 발목움직임 제공장치를 II-II 선으로 잘라 본 단면도이며,
도 10은 도 8의 발목움직임 제공장치의 배면도이다.

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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 근육 재활 훈련 장치에서 다리의 특정 부위에 전극패드가 부착된 모습이며, 도 2는 본 발명에 따라 전극패드가 부착되는 곳을 표시한 근육의 해부학적 자료이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 근육 재활 훈련 장치를 이용하여 배측굴곡과 저측굴곡 움직임을 실시하는 모습이며, 도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 근육 재활 훈련 장치를 이용하여 외전 및 내전 움직임을 실시하는 모습이며, 도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 근육 재활 훈련 장치를 이용하여 회외 및 회내 움직임을 실시하는 모습이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 근육 재활 훈련 장치를 이용한 훈련 프로토콜의 일 예이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 근육 재활 훈련 장치를 이용한 훈련 과정 중 전극패드에 가해지는 전압과 발목 각도 변화량을 보여주는 예시적인 그래프이다.

[발목 근육 재활 훈련 장치를 이용한 제어 알고리즘]

본 발명에 따른 발목 근육 재활 훈련 장치의 구성을 보면, 먼저 발목에 배측굴곡, 저측굴곡, 외전, 내전, 회외, 회내 동작을 제공하는 발목움직임 제공장치(100)를 포함한다. 발목움직임 제공장치의 구체적인 하드웨어 구조에 대해서는 아래에서 별도로 상세히 설명하도록 한다.

또한, 본 발명의 발목 근육 재활 훈련 장치는 다리에 부착되어 전기적 자극을 가하는 제1 내지 제4전극패드(P1,P2, P3, P4)와, 이들 제1 내지 제4전극패드에 전기적 자극을 제공하는 전기자극 제공부(미도시)와, 상기 발목움직임 제공장치(100) 및 전기자극 제공부를 제어하는 제어부를 포함한다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 상기 제1 및 제2전극패드(P1,P2)는 발목 배측굴곡근(ankle dorsiflexor)의 대표적인 전경골근(tibialis anterior)의 근위부와 원위부에 각각 부착된다. 그리고, 제3 및 제4전극패드(P3,P4)는 발목 외전근(ankle evertor)의 대표적인 장비골근(peroneus longus)의 근위부와 원위부에 각각 부착된다.

도 2에는 전경골근(tibialis anterior muscle)과 장비골근(peroneus longus muscle)의 위치가 노란색으로 표시되어 있으며 이들 각각의 근위부와 원위부에 전극패드가 부착된 모습이 도 1에 도시되어 있다.

이상 설명에서는 상기 제1 및 제2전극패드(P1,P2)는 전경골근에 부착되는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 전경골근이 아닌 다른 배측굴곡근(ankle dorsiflexor)에 부착될 수도 있다. 즉, 배측굴곡근 중 대표적인 전경골근에 부착되는 것이 바람직하나 반드시 전경골근에 한정되는 것은 아니다.

그리고, 상기 제3 및 제4전극패드(P3,P4)는 장비골근에 부착되는 것을 예를 들어 설명하였으나, 장비골근이 아닌 다른 발목 외전근(ankle evertor)에 부착될 수도 있다. 즉, 외전근 중 대표적인 장비골근에 부착되는 것이 바람직하나 반드시 장비골근에 한정되는 것은 아니다.

그리고, 상기 제어부는, 상기 발목움직임 제공장치를 동작시켜서 발목에 다양한 동작이 이루어지도록 한다. 구체적으로 상기 제어부는 상기 발목움직임 제공장치를 제어하여, 배측굴곡과 저측굴곡 움직임을 복수 회 반복하는 제1동작과, 외전 및 내전 움직임을 복수 회 반복하는 제2동작과, 회외 및 회내 움직임을 복수 회 반복하는 제3동작을 순차적으로 하도록 한다.

상기 제어부는 전기자극 제공부를 제어하여 발목움직임 동작 중 특정한 동작이 이루어질 때 상기 제1 내지 제4전극패드 중 어느 하나 또는 모두에 전기적 자극이 가해지도록 한다.

도 3은 상기 제1동작인 배측굴곡과 저측굴곡 움직임을 보여주고, 도 4은 상기 제2동작인 외전 및 내전 움직임을 보여주고, 도 5은 상기 제3동작인 회외 및 회내 움직임을 각각 보여주고 있다.

본 발명에 따라 전기적 자극이 가해지는 것을 보면, 상기 제1동작의 과정 중에는 배측굴곡 움직임이 일어날 때만 상기 제1 및 제2전극패드(P1,P2)에 전기적 자극을 가한다. 그리고, 상기 제2동작 중 외전 움직임이 일어날 때만 상기 제3 및 제4전극패드(P3,P4)에 전기적 자극을 가한다. 그리고, 상기 제3동작 중 회외 움직임이 일어날 때만 상기 제1 내지 제4전극패드(P1,P2,P3,P4)에 전기적 자극을 가하게 된다.

즉, 본 발명에서는 상기 제1동작 중 저측굴곡 움직임과, 상기 제2동작 중 내전 움직임과, 상기 제3동작 중 회내 움직임이 일어날 때에는 상기 제1 내지 제4전극패드 모두에 전기적 자극을 가하지 않도록 한다.

그리고, 본 발명에서 상기 제1동작 내지 제3동작이 가해지는 횟수와 시간을 보면, 상기 제1동작은 배측굴곡과 저측굴곡 움직임이 차례로 20회 반복되고, 상기 제2동작은 외전과 내전 움직임이 차례로 20회 반복되고, 상기 제3동작은 회외와 회내 움직임이 차례로 40회 반복되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 배측굴곡 움직임의 1회 동작에 소요되는 시간은 10초 내지 12초이며, 상기 저측굴곡, 외전, 내전, 회외 및 회내 각각 움직임의 1회 동작에 소요되는 시간은 10초 내지 15초인 것이 바람직하다.

발목 움직임의 정도는 개개인의 최대 관절가동범위의 80%로 적용하며, 발목 움직임 별 적용 시간은 개인별로 상이하게 적용될 수 있다. 발목 움직임은 중추신경계 손상 환자의 속도의존적인 강직(spasticity) 발생(움직임 속도가 빨라질수록 강직이 발생할 수 있는 가능성)을 고려하여 적절한 느린 속도(예를 들어, 2.14°/sec)의 속도로 동작이 이루어지는 것이 좋다. 그리고, 발목 움직임 훈련은 지속적 전기자극으로 인한 근피로(muscle fatigue)를 고려하여 총 적용 시간을 대략 30분으로 제한하는 것이 좋다.

본 발명은 위와 같은 과정을 통해서, 중추신경계 손상 장애인을 위한 2축 발목 움직임 훈련을 제공하며, 발목의 거골하관절(subtalar joint)과 거퇴관절(talocrural joint)에 따른 2축 발목 움직임과 이에 따른 발목근육의 전기자극을 주는 것이 특징이다. 즉, 2축 발목 움직임은 발목 배측굴곡(dorsiflexion), 저측굴곡(plantarflexion), 내전(inversion), 외전(eversion), 회외(pronation), 회내(supination)를 포함하며, 본 발명의 발목 근육 훈련 장치는 대상자의 관절 가동범위에 따라 일정한 속도로 수동(passive) 2축 발목 관절 움직임을 제공할 수 있다.

본 발명은, 발목 훈련 시 발목근육의 전기자극의 적용 시점은 발목 배측굴곡, 외전, 회외 움직임 일어나는 동안 전기자극의 ramp-up, ramp-down을 포함하여 적용하며, 각 움직임을 유발하는 해당 근육(전경골근(tibialis anterior), 장비골근(peroneus longus))에 2축 발목 움직임에 따라 적용하게 된다.

본 발명은 위와 같은 훈련 과정을 통해서 발목 근육의 약화, 경직 등의 문제로 인한 수의적인 발목근육조절(Voluntary ankle muscle control)이 어려운 상태에서 발목 근육에 발목 움직임과 함께 전기자극을 적용하여 발목 근육 조절능력이 향상되는 효과를 발휘한다.

[발목 근육 재활 훈련 장치의 하드웨어 구조]

이하에서는 상기 설명한 훈련 제공 알고리즘인 제어방법을 제공하는 장치로서 발목움직임 제공장치(100)의 구조에 대해 설명한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 발목 근육 재활 훈련 장치 중 발목움직임 제공장치를 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 9는 도 8의 발목움직임 제공장치를 II-II 선으로 잘라 본 단면도이며, 도 10은 도 8의 발목움직임 제공장치의 배면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 발목 발목움직임 제공장치(100)는, 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 지지 부재(110)와, 제1 움직임 안내축(120)과, 중간 부재(130)와, 제2 움직임 안내축(140)과, 발 받침부(150) 등을 포함한다.

지지 부재(110)는, 본 발명의 발목 발목움직임 제공장치(100)의 뼈대를 이루는 것으로, 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 지면(도 9의 10 참조) 등 평평한 곳에 놓이도록 그 아래 부분이 설계될 수 있으며, 그 양 측 부분이 상향 돌출된 형상을 가지도록 설계될 수 있다.

제1 움직임 안내축(120)은, 지지 부재(110)에 대해 중간 부재(130)가 회전되도록 중간 부재(130)의 힌지(hinge) 역할을 하는 것으로, 도 8에 도시된 바와 같이 지지 부재(110)의 전후 방향에 대해 수직한 상태로 놓이고, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 지면(도 9의 10 참조)에 대해 수평인 상태로 놓일 수 있다. 따라서, 중간 부재(130)는 제1 움직임 안내축(120)을 기준으로 피치 동작(pitch motion)을 수행할 수 있다.

특히, 제1 움직임 안내축(120)은 그 축 방향에 사용자의 발목 관절(ankle joint)이 놓이도록 구비될 수 있다.

따라서, 사용자의 발이 중간 부재(130)에 구비된 발 받침부(150)에 놓여 제1 움직임 안내축(120)을 기준으로 회전될 경우 발이 발목 관절을 기준으로 위로 회전되거나(dorsiflexion) 아래로 회전될 수 있어(plantarflexion), 하지 마비 또는 근력 저하 등으로 인해 보행 시에 필요한 발목의 움직임을 원활히 생성시킬 수 없는 사람들에게 보행 시에 생성되는 발목 관절에 대한 발목의 각도 변화를 정상적으로 유도하여 재활을 도울 수 있다.

중간 부재(130)는, 지지 부재(110)와 발 받침부(150) 사이에 구비되며, 발 받침부(150)를 지지하는 것으로, 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 움직임 안내축(120)을 기준으로 지지 부재(110)에 회동 가능하게 구비되어, 제1 움직임 안내축(120)과 함께 회전되어 발의 앞부분이 발목 관절을 기준으로 위로 회전되거나 아래로 회전될 수 있다.

제2 움직임 안내축(140)은, 중간 부재(130)에 대해 발 받침부(150)가 회전되도록 발 받침부(150)의 힌지 역할을 하는 것으로, 도 9에 도시된 바와 같이 중간 부재(130)의 전후 방향에 대해 평행한 상태로 놓이고 지면(10)에 대해 경사진 상태로 놓일 수 있다. 따라서, 중간 부재(130)는 제1 움직임 안내축(120)을 기준으로 대략적인 롤 동작(roll motion)을 수행할 수 있다.

특히, 제2 움직임 안내축(140)은 그 축 방향에 사용자의 거골하관절(subtalar joint)이 놓이도록 구비될 수 있다.

따라서, 사용자의 발이 발 받침부(150)에 놓여 제2 움직임 안내축(140)을 기준으로 회전될 경우 발이 거골하관절을 기준으로 좌측으로 회전되거나 우측으로 회전될 수 있어, 하지 마비 또는 근력 저하 등으로 인해 보행 시에 필요한 발목의 움직임을 원활히 생성시킬 수 없는 사람들에게 보행 시에 생성되는 거골하관절에 대한 발목의 각도 변화를 정상적으로 유도하여 재활을 도울 수 있다.

발 받침부(150)는, 사용자의 발이 올려지는 곳으로, 도 9에 도시된 바와 같이, 제2 움직임 안내축(140)을 기준으로 중간 부재(130)에 회동 가능하게 구비되고 제2 움직임 안내축(140)에 대해 경사져 구비될 수 있다.

특히, 도 9에 도시된 바와 같이, 제2 움직임 안내축(140)은 중간 부재(130)의 전방을 향해 지면(10)과 예각(θ1)을 이루고, 발 받침부는 중간 부재(130)의 전방을 향해 제2 움직임 안내축(140)과 둔각(θ2)을 이룰 수 있다. 따라서, 이러한 발 받침부(150)와 제2 움직임 안내축(140)의 경사진 구조를 통해 제2 움직임 안내축(140)의 축 방향에 사용자의 발의 거골하관절이 놓일 수 있게 된다.

나아가, 제2 움직임 안내축(140)의 축 방향에 거골하관절이 놓이게 되므로, 제2 움직임 안내축(140)이 회전될 경우 발 받침부(150)의 전단부는 좌우 이동 궤적(도 8의 T)을 그리며 이동될 수 있다. 구체적으로, 좌우 이동 궤적(T)은 그 중심을 기준으로 좌측 및 우측으로 이동될수록 점점 높아지는 오목한 형상의 궤적일 수 있다. 따라서, 하지 마비 또는 근력 저하 등으로 인해 보행 시에 필요한 발목의 움직임을 원활히 생성시킬 수 없는 사람들에게 보행 시에 생성되는 거골하관절에 대한 발목의 각도 변화를 보다 안정적으로 유도하여 재활을 도울 수 있다.

이와 더불어, 상술한 본 발명의 실시예에 따른 발목 발목움직임 제공장치(100)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 좌우 안내부(160)를 더 포함할 수 있다.

좌우 안내부(160)는 발 받침부(150)의 전단부를 지지하면서 발 받침부(150)의 전단부를 좌우 이동 궤적(T)에 맞게 안내하는 구성요소이다. 예를 들어, 좌우 안내부(160)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 피동 안내 부재(161)와 구동 안내 부재(162)를 포함할 수 있다. 피동 안내 부재(161)는 중간 부재(130)의 전단부에 구비되며 좌우 이동 궤적(T)에 상응하는 오목한 형상을 가지고, 구동 안내 부재(162)는 발 받침부(150)의 전단부에 돌출되게 구비되며 피동 안내 부재(161)를 따라 좌우 이동 궤적(T)을 그리며 이동된다.

따라서, 발 받침부(150)의 후단부는 제2 움직임 안내축(140)을 통해 중간 부재(130)에 구비되고, 발 받침부(150)의 전단부는 좌우 안내부(160)를 통해 중간 부재(130)에 지지되므로, 즉 발 받침부(150)의 전단부와 후단부가 모두 지지되는 구조를 가지므로, 동작 오차를 최소화할 수 있어 보다 안정적으로 발 받침부(150)의 좌우 이동을 안내할 수 있다.

제1 저항력 부가부(170)는, 사용자가 발을 발 받침부(150)에 올려 놓고 발목관절을 능동적으로 움직이는 동안 부하를 가해 사용자의 발목관절의 근력을 향상시키기 위한 구성요소로, 도 8 및 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 움직임 안내축(120)에 연동되며 제1 움직임 안내축(120)을 기준으로 한 사용자의 능동적인 발목 움직임에 대해 강약 조절이 가능하도록 저항력을 부가할 수 있다.

예를 들어, 제1 저항력 부가부(170)는, 도 8 및 도 6에 도시된 바와 같이, 연동축(171), 회전 원판(172), 제1 제동기(173), 그리고 제1 조절 스위치(174)를 포함할 수 있다. 연동축(171)은 지지 부재(110)에 회동 가능하게 구비되며 제1 움직임 안내축(120)과 제1 동력 전달부(D10)를 통해 연동될 수 있고, 회전 원판(172)은 지지 부재(110)에 제1 지지 브라켓(111)을 통해 회동 가능하게 구비되며 제1 연동축(171)과 제2 동력 전달부(D20)를 통해 연동될 수 있다. 제1 제동기(173)는 회전 원판(172)에 전자석을 이용하여 제동력을 가할 수 있고, 제1 조절 스위치(174)는 제1 제동기(173)의 전자석의 강도를 조절할 수 있다.

제1 동력 전달부(D10)는, 도 8 및 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 움직임 안내축(120)에 구비되는 제1 풀리(D11)와, 연동축(171)에 구비되는 제1 풀리(D12)와, 그리고 제1 및 제2 풀리(D11)(D12)를 연결하는 제1 벨트(D13)를 포함할 수 있다. 다른 예로, 도시되지는 않았지만, 제1 동력 전달부는 스프라켓-체인(sprocket-chain) 구조나 복수의 기어가 맞물리는 기어 어셈블리(gear assembly) 구조 등을 가질 수도 있다.

또한, 제2 동력 전달부(D20)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 연동축(171)에 구비되는 제3 풀리(D21)와, 회전 원판(172)의 외주면에 구비되는 제4 풀리(D22), 제3 및 제4 풀리(D21)(D22)를 연결하는 제2 벨트(D23)를 포함할 수 있다. 다른 예로, 도시되지는 않았지만, 제2 동력 전달부는 스프라켓-체인 구조나 복수의 기어가 맞물리는 기어 어셈블리 구조 등을 가질 수도 있다.

또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 발 받침부(150)를 사용자의 발목으로 누를 때에만 저항력이 부가되도록 연동축(171)과 제3 풀리(D21) 사이에 원웨이 베어링(175)이 구비될 수 있다. 다른 예로, 도시되지는 않았지만, 이러한 원웨이 베어링은 제1 움직임 안내축(120)과 제1 풀리(D11) 사이에 구비될 수도 있고, 회전 원판(172)과 제1 지지 브라켓(111)의 축 사이에 구비될 수도 있을 것이다.

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

배측굴곡, 저측굴곡, 외전, 내전, 회외, 회내 동작을 제공하는 발목움직임 제공장치(100);
발목 배측굴곡근(ankle dorsiflexor)에 각각 부착되는 제1 및 제2전극패드(P1,P2);
발목 외전근(ankle evertor)에 각각 부착되는 제3 및 제4전극패드(P3,P4);
상기 제1 내지 제4전극패드에 전기적 자극을 가하는 전기자극 제공부;
상기 발목움직임 제공장치가, 배측굴곡과 저측굴곡 움직임을 복수 회 반복하는 제1동작과, 외전 및 내전 움직임을 복수 회 반복하는 제2동작과, 회외 및 회내 움직임을 복수 회 반복하는 제3동작을 순차적으로 하도록, 상기 발목움직임 제공장치를 제어하고, 상기 전기자극 제공부가 상기 제1 내지 제4전극패드에 전기적 자극을 가하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자극 기반의 발목 근육 재활 훈련 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2전극패드(P1,P2)는 발목 배측굴곡근 중 전경골근(tibialis anterior)의 근위부와 원위부에 각각 부착되고,
상기 제3 및 제4전극패드(P3,P4)는 발목 외전근 중 장비골근(peroneus longus)의 근위부와 원위부에 각각 부착되는 것을 특징으로 하는 전기자극 기반의 발목 근육 재활 훈련 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 제1동작 중 배측굴곡 움직임이 일어날 때 상기 제1 및 제2전극패드(P1,P2)에 전기적 자극을 가하고,
상기 제2동작 중 외전 움직임이 일어날 때 상기 제3 및 제4전극패드(P3,P4)에 전기적 자극을 가하고,
상기 제3동작 중 회외 움직임이 일어날 때 상기 제1 내지 제4전극패드(P1,P2)에 전기적 자극을 가하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전기자극 기반의 발목 근육 재활 훈련 장치.
제3항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 제1동작 중 저측굴곡 움직임과, 상기 제2동작 중 내전 움직임과, 상기 제3동작 중 회내 움직임이 일어날 때에는 상기 제1 내지 제4전극패드 모두에 전기적 자극을 가하지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전기자극 기반의 발목 근육 재활 훈련 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 제1동작은 배측굴곡과 저측굴곡 움직임이 차례로 20회 반복되고, 상기 제2동작은 외전과 내전 움직임이 차례로 20회 반복되고, 상기 제3동작은 회외와 회내 움직임이 차례로 40회 반복되도록, 상기 발목움직임 제공장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 전기자극 기반의 발목 근육 재활 훈련 장치.
제5항에 있어서,
상기 배측굴곡, 저측굴곡, 외전, 내전, 회외, 회내 동작 각각은 속도 의존적 강직 발생을 고려하여 2.14°/sec의 속도로 동작이 이루어지며,
상기 배측굴곡 움직임의 1회 동작에 소요되는 시간은 10초 내지 12초이며,
상기 저측굴곡, 외전, 내전, 회외 및 회내 각각 움직임의 1회 동작에 소요되는 시간은 10초 내지 15초인 것을 특징으로 하는 전기자극 기반의 발목 근육 재활 훈련 장치.