KR20220086773A

KR20220086773A - 척추 교정 장치 및 이를 이용한 척추 교정 방법

Info

Publication number: KR20220086773A
Application number: KR1020200176715A
Authority: KR
Inventors: 유제광; 윤석호
Original assignee: 동국대학교 산학협력단
Priority date: 2020-12-16
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2022-06-24
Also published as: KR102512646B1

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 척추 교정 장치는 사용자의 등에 접촉되고, 교정 모듈을 수납하는 하우징, 및 상기 하우징을 커버하거나, 상기 하우징과 연결되고, 상기 사용자가 착용 가능하게 디자인되어 상기 하우징이 상기 사용자의 상기 등에 접촉되도록 고정하는 웨어러블 수단을 포함하고, 상기 교정 모듈은, 상기 사용자의 상기 척추와 인접하게 배치되어 상기 사용자의 척추 분절들을 센싱 및 교정하는 복수의 이동 유닛들을 포함하는 센싱부, 상기 센싱부로부터 측정된 상기 척추 분절 정보를 기초로 하여 상기 척추 분절들의 부분 분절자유도 및 전체 분절자유도를 산출하는 분석부, 및 상기 센싱부의 구동을 제어하고, 상기 센싱부 및 상기 분석부 간의 정보를 송수신하는 제어부를 포함한다.

Description

척추 교정 장치 및 이를 이용한 척추 교정 방법{CHIROPRACTIC DEVICE AND CHIROPRACTIC METHOD USING THE SAME}

본 발명은 웨어러블 척추 교정 장치 및 이를 이용한 척추 교정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 척추 분절에 대한 분석 결과의 정확도가 향상되고, 이에 따른 운동 교정 효과가 증가하는 척추 교정 장치 및 이를 이용한 척추 교정 방법에 관한 것이다.

최근, 잘못된 생활 습관, 운동 부족 및 신체 불균형에 대한 인식 부족 등으로 인하여 디스크 및 척추 측만증 환자가 급증하여 디스크 및 척추 측만증이 심각한 건강문제로 대두되고 있다. 디스크 및 척추 측만증을 예방 및 치료하기 위한 방법으로 물리치료, 특수운동 요법, 보조기 착용 또는 디스크 수술 등이 있으며, 디스크 및 척추 측만증을 방지 및 교정하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.

통상적으로, 디스크 및 척추 측만증은 척추의 구조적 손상 정도를 평가하여 진단되며, 통증을 유발하는 단일의 분절 단위로 질환을 평가하는 방법을 채택한다. 그러나, 단일 분절 단위의 거동을 통한 평가는 척추의 기능성을 평가하는 데에 한계가 있으므로, 질환에 대한 정확한 진단을 위하여 척추의 거시적 거동을 평가하는 방법이 추가적으로 요구될 수 있다.

본 발명의 목적은 평가 정확성 및 척추 교정 효과가 향상된 척추 교정 장치 및 척추 교정 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 척추 교정 장치는 사용자의 등에 접촉되고, 상기 사용자의 척추를 진단 및 교정하는 교정 모듈을 수납하는 하우징, 및 상기 하우징을 커버하거나, 상기 하우징과 연결되고, 상기 사용자가 착용 가능하게 디자인되어 상기 하우징이 상기 사용자의 상기 등에 접촉되도록 고정하는 웨어러블 수단을 포함하고, 상기 교정 모듈은, 상기 사용자의 상기 척추와 인접하게 배치되어 상기 척추가 연장된 제1 방향으로 왕복 이동하여 상기 사용자의 척추 분절들을 센싱 및 교정하는 복수의 이동 유닛들을 포함하는 센싱부, 상기 센싱부로부터 측정된 상기 척추 분절 정보를 기초로 하여 상기 척추 분절들의 부분 분절자유도 및 전체 분절자유도를 산출하는 분석부, 및 상기 센싱부의 구동을 제어하고, 상기 센싱부 및 상기 분석부 간의 정보를 송수신하는 제어부를 포함한다.

상기 센싱부는, 상기 이동 유닛들 중 적어도 일부에 내장되고, 상기 제1 방향으로 왕복 이동하며 상기 척추 분절들 각각의 번호 및 좌표 정보를 측정하는 마디센싱부, 상기 이동 유닛들 각각에 내장되고, 각각이 상기 마디센싱부로부터 측정된 상기 척추 분절들 좌표에 대응되도록 이동하여 상기 사용자의 신체 부위들에 접촉되고, 상기 척추의 동작 데이터를 수집하는 동작센싱부, 및 상기 이동 유닛들 각각에 내장되고, 상기 분석부로부터 수신받은 분석 결과를 토대로 하여, 상기 척추 분절들과 인접한 상기 사용자의 상기 신체 부위들에 자극을 제공하는 교정부를 포함한다.

상기 분석부는, 상기 동작센싱부로부터 수신된 동작 데이터를 통하여 시계열에 따른 상기 척추 분절들 간의 사이각 데이터를 산출하는 전처리부, 상기 사이각 데이터를 공분산 행렬화하고, 상기 공분산 행렬 값의 크기를 비교하여 상기 척추 분절들 간의 종속성을 나타내는 부분분절자유도를 산출하는 제1 분석부, 및 상기 공분산 행렬로부터 고유값 및 고유 벡터를 산출하여 상기 척추 분절들의 전체 경직도를 나타내는 전체분절자유도를 산출하는 제2 분석부를 포함한다.

상기 전체분절자유도는 상기 공분산 행렬을 이용한 PCA 기법을 통하여 산출된다.

상기 이동 유닛들은, 상기 마디센싱부 및 상기 동작센싱부가 내장되는 센싱 유닛들, 및 상기 교정부가 내장되는 교정 유닛들을 포함하고, 상기 센싱 유닛들 및 교정 유닛들은 상기 제1 방향에서 서로 교번적으로 배치된다.

상기 센싱부는 상기 제1 방향으로 연장된 적어도 하나의 가이드레일을 더 포함하고, 상기 이동 유닛들은 상기 가이드레일을 따라 상기 제1 방향으로 왕복 이동한다.

상기 이동 유닛들은, 상기 마디센싱부가 내장되는 적어도 하나의 제1 이동유닛, 및 상기 동작센싱부 및 상기 교정부가 내장되는 제2 이동유닛들을 포함한다.

상기 가이드 레일은 복수로 제공되고, 상기 복수의 가이드 레일은, 상기 제1 이동 유닛과 체결되는 제1 가이드레일, 및 상기 제2 이동 유닛들과 체결되는 제2 가이드 레일을 포함한다.

상기 이동 유닛들은 서로 다른 크기를 갖는다.

상기 이동 유닛들의 크기는, 상기 이동 유닛들 각각이 이동하는 범위 내에 위치한 상기 척추 분절들의 크기에 대응한다.

상기 이동 유닛들은 상기 하우징이 제공하는 면들 중 상기 사용자의 등과 대향 및 접촉하는 일면 상에서 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 왕복 이동 가능하다.

상기 이동 유닛들은 상기 하우징이 제공하는 면들 중 상기 사용자의 등과 대향 및 접촉하는 일면으로부터 돌출되도록 형성된다.

상기 마디센싱부는 레이저 센서, 초음파 센서 중 적어도 어느 하나를 포함한다.

상기 동작센싱부는 자이로 센서, 지자기 센서, 압력 센서, 근전도 센서, 가압센서 중 적어도 어느 하나를 포함한다.

상기 교정부가 상기 사용자의 신체 부위들에 제공하는 자극은, 진동 자극, 전기자극, 및 압력 자극 중 적어도 어느 하나를 포함한다.

상기 웨어러블 수단은, 조끼, 복대, 또는 벨트 형태로 제공된다.

본 발명의 실시 예에 따른 척추 교정 방법은 사용자의 등과 인접하고, 상기 사용자의 척추 뼈가 연장되는 제1 방향으로 왕복 운동하는 센서들을 통하여 상기 사용자의 척추 분절들의 동작 데이터를 수집하는 데이터 수집 단계, 상기 동작 데이터를 통하여 시계열에 따른 상기 척추 분절들 간의 사이각 데이터를 산출하는 전처리 단계, 상기 사이각 데이터를 공분산 행렬화 하고, 상기 공분산 행렬 값의 크기를 비교하여 상기 척추 분절들 간의 종속성을 나타내는 부분분절자유도를 산출하는 제1 분석 단계, 상기 공분산 행렬로부터 고유값 및 고유 벡터를 산출하여 상기 척추 분절들의 전체 경직도를 나타내는 전체분절자유도를 산출하는 제2 분석 단계, 및 산출된 상기 부분분절자유도 및 전체분절자유도 정보를 기초로 하여, 상기 사용자의 등과 접촉되고, 상기 제1 방향으로 배열된 교정 패드들을 통하여 상기 사용자의 상기 척추 분절들에 인접한 신체 부위들에 자극을 제공하는 교정 단계를 포함한다.

상기 제2 분석 단계에서, 상기 전체분절자유도는 상기 공분산 행렬을 이용한 PCA 기법을 통하여 산출된다.

상기 데이터 수집 단계는, 상기 센서들이 상기 제1 방향으로 왕복 이동하여 상기 척추 분절들 각각의 번호 및 좌표 정보를 측정하는 단계, 및 상기 척추 분절들 각각에 대응하도록 센서들이 위치하여 상기 척추 분절들 각각의 가속도 및 각가속도를 포함하는 상기 동작 데이터를 측정하는 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면, 척추 교정 장치의 평가 정확성 및 척추 교정 효과가 향상될 수 있다. 또한, 척추 교정 장치의 사용자 편의성이 증가할 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 척추 교정 장치의 모습을 예시적으로 도시한 도면들이다.
도 2는 도 1에 도시된 교정 모듈의 구성을 간략하게 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 교정 모듈의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 일 이동 유닛의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 교정 모듈의 정면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 교정 모듈의 정면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 교정 모듈의 정면도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 척추 교정 방법의 단계도이다.
도 9는 제2 분석 단계를 통하여 산출된 고유벡터 별 고유값이 예시적으로 도시된 그래프이다.
도 10은 제2 분석 단계를 통하여 산출된 인가 중량 별 척추 경직성이 예시적으로 도시된 그래프이다.

이하에서 설명되는 모든 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시적으로 나타낸 것이며, 여기에 설명된 실시 예들과 다르게 변형되어 다양한 실시 형태로 실시될 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 공지 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위해서 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있으며, 각 구성요소들에 참조번호를 기재할 때, 동일한 구성요소들에 대해서는 다른 도면에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표시하였다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속될 수 있지만, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성 요소가 '연결', '결합' 또는 '접속'될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명에 대한 다양한 변형 실시 예들이 있을 수 있다.

그리고, 본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

또한, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

또한, 본 출원에서 사용된 단수의 표현은 문맥상 명백히 다른 것을 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 척추 교정 장치의 모습을 예시적으로 도시한 도면들이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 척추 교정 장치(1000)는 사용자가 착용 가능한 웨어러블 디바이스 형태로 제공될 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 척추 교정 장치(1000)는 교정 모듈(100) 및 웨어러블 수단(CV, SR)을 포함할 수 있다.

교정 모듈(100)은 사용자의 척추를 진단 및 교정하는 기능을 수행한다. 교정 모듈(100)은 하우징(HS)에 수납된 형태로 제공된다. 하우징(HS)은 사용자의 등에 접촉된다. 구체적으로, 하우징(HS)은 사용자의 척추 뼈들과 인접한 등의 적어도 일부분에 접촉되도록 배치된다.

본 발명의 일 실시 예에서, 하우징(HS)은 탄성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다. 하우징(HS)은 사용자의 신체 형태에 대응하도록 변형되어, 하우징(HS)을 착용하는 사용자에게 보다 편안한 착용감을 제공할 수 있다. 예시적으로, 하우징(HS)은 고무 또는 실리콘 재질로 이루어질 수 있다.

그러나, 본 발명이 하우징(HS)의 재질에 특별히 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 다른 실시 예에서, 하우징(HS)은 강성을 갖는 재질로 이루어질 수 있으며, 이 경우, 척추 교정 장치(1000)는 사용자의 신체와 접촉하는 하우징(HS)의 일면에 배치되는 쿠션(미도시) 또는 패드(미도시)를 더 포함할 수 있다.

웨어러블 수단(CV, SR)은 하우징(HS)을 수납하거나, 하우징(HS)에 연결 또는 부착된다. 사용자는 웨어러블 수단(CV, SR)을 통하여 척추 교정 장치(1000)를 착용할 수 있다. 예시적으로, 웨어러블 수단(CV, SR)은 커버(CV) 또는 스트랩(SR)을 포함할 수 있다.

도 1a에는 척추 보호대 형태의 커버(CV)의 내측에 하우징(HS)이 부착되어 있는 모습이 예시적으로 도시되었다. 사용자는 커버(CV)가 상반신을 둘러싸도록 착용하고, 사용자의 가슴 쪽과 인접한 커버(CV)의 일단에 부착된 밸크로(VL)를 통하여 고정한다. 하우징(HS)은 사용자의 등과 인접한 커버(CV)의 내측면에 부착된다.

도 1b에는 두 개의 스트랩들(SR) 각각이 하우징(HS)의 상부 및 하부를 연결하는 모습이 예시적으로 도시되었다. 이 경우, 사용자는 스트랩들(SR)을 양 어깨에 메는 형태로 하우징(HS)을 사용자의 등에 고정시킬 수 있다.

본 발명에 따른 척추 교정 장치(1000)는 전술된 웨어러블 수단(CV, SR) 외에도, 하우징(HS)을 사용자에 등에 접촉시켜 착용할 수 있는 범위 내에서, 다양한 형태의 웨어러블 수단을 포함할 수 있다. 예시적으로, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 웨어러블 수단(CV, SR)은 복대, 조끼, 또는 벨트 형태일 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 교정 모듈의 구성을 간략하게 도시한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 교정 모듈의 정면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 교정 모듈(100)은 하우징(HS, 도 1)에 수납된다. 교정 모듈(100)은 센싱부(110), 제어부(120), 및 분석부(130)를 포함한다.

센싱부(110)는 마디센싱부(111), 동작 센싱부(112) 및 교정부(113)를 포함한다. 마디센싱부(111), 동작 센싱부(112) 및 교정부(113)는 복수의 이동 유닛들(MM1~MM6)의 형태로 제공된다. 본 실시 예에서, 이동 유닛들(MM1~MM6) 각각은 마디센싱부(111), 동작 센싱부(112), 및 교정부(113)의 기능을 모두 수행할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 다른 실시 예에서, 이동 유닛들(MM1~MM6) 각각이 수행하는 기능은 서로 상이할 수 있다.

이동 유닛들(MM1~MM6)은 사용자의 척추가 연장되는 방향과 평행한 제1 방향(D1)으로 왕복 이동할 수 있다. 본 실시 예에서, 이동 유닛들(MM1~MM6)의 크기, 모양 및 개수는 특별히 한정되지 않는다. 도 3에는 6개의 이동 유닛들(MM1~MM6)이 예시적으로 도시되었다.

도면에 도시되지 않았으나, 본 발명의 일 실시 예에서, 이동 유닛들(MM1~MM6)은 하우징(HS)이 제공하는 하우징(HS)의 면들 중 사용자의 등과 마주보는 일면으로부터 사용자의 등을 향하여 돌출되도록 형성될 수 있다. 이동 유닛들(MM1~MM6) 각각은 사용자의 등과 접촉된다.

또한, 본 발명의 다른 실시 예에서, 이동 유닛들(MM1~MM6)은 제어부(120)의 제어 명령에 대응하여 하우징(HS) 내부로 인입되거나, 하우징(HS) 외측으로 인출되는 기능을 수행할 수도 있다. 이 경우, 이동 유닛들(MM1~MM6) 및 사용자의 등 사이의 간격이 변화할 수 있다.

본 실시 예에서, 교정 모듈(100)은 사용자의 등과 마주보는 하우징(HS)의 일측면에 형성되는 가이드레일(GR)을 더 포함할 수 있다. 가이드레일(GR)은 제1 방향(D1)으로 연장된다. 제1 방향(D1)은 사용자의 척추가 연장된 주방향과 평행할 수 있다. 이동 유닛들(MM1~MM6)은 가이드레일(GR)을 따라 제1 방향(D1)으로 왕복 이동할 수 있다.

마디센싱부(111)는 사용자의 척추 분절들 각각의 분절 번호 및 좌표 정보를 측정한다. 마디센싱부(111)는 레이저 센서 및 초음파 센서 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이 경우, 마디센싱부(111)를 내장한 이동 유닛들(MM1~MM6)은 사용자의 신체와 접촉하지 않아도 무방하다.

동작센싱부(112)는 사용자의 척추 분절들의 동작 데이터를 수집한다. 동작 데이터는 운동 시 척추 분절들의 가속도 및 각가속도 정보를 포함할 수 있다. 동작센싱부(112)는 동작 데이터를 수집하기 위한 적어도 하나의 센서를 포함한다. 예시적으로, 동작센싱부(112)는 자이로 센서, 지자기 센서, 압력 센서, 근전도 센서, 가압센서 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

동작센싱부(112)를 내장하고 있는 이동 유닛들(MM1~MM6)은 마디센싱부(111)로부터 측정된 척추 분절들의 좌표에 대응하여 이동한다. 이동 유닛들(MM1~MM6)은 상기 좌표와 인접한 사용자의 신체 부위들에 접촉되어 사용자의 동작 데이터를 수집할 수 있다.

교정부(113)는 이동 유닛들(MM1~MM6)이 위치하는 좌표에 대응하는 사용자의 신체 부위들에 자극을 제공한다. 도면에 도시되지는 않았으나, 이동 유닛들(MM1~MM6)은 사용자의 신체 부위들에 자극을 제공하기 위하여 이동 유닛들(MM1~MM6) 각각의 일면에 형성되는 자극 제공용 패드들 또는 돌기들을 포함할 수 있다. 본 실시 예에서, 상기 자극은, 진동 자극, 전기 자극, 압력 자극 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 본 발명은 상기 자극의 종류에 특별히 한정되지 않는다.

제어부(120)는 센싱부(110)의 구동을 제어한다. 구체적으로, 제어부(120)는 이동 모듈들(MM1~MM6)의 이동을 제어하고, 마디센싱부(111) 및 동작센싱부(112)에 센싱을 제어하고, 교정부(113)의 자극 제공 여부, 자극의 세기, 자극의 시간 등을 제어한다. 또한, 제어부(120)는 센싱부(110) 및 분석부(130) 간의 정보를 송수신한다. 구체적으로, 제어부(120)는 마디센싱부(111)로부터 측정된 척추 분절들의 변위 데이터를 동작센싱부(112)에 전송하고, 동작센싱부(112)로부터 측정된 동작 데이터를 분석부(130)에 전송한다. 또한, 제어부(120)는 분석부(130)로부터 수신받은 분석 결과인 척추 교정 데이터를 분석부(130)에 전송한다.

분석부(130)는 센싱부(110)로부터 수신된 척추 분절들의 동작 데이터를 가공 및 분석하여 척추 교정 데이터를 산출한다. 분석부(130)는 전처리부(131), 제1 분석부(132) 및 제2 분석부(133)를 포함한다.

전처리부(131)는 수신된 동작 데이터를 통하여 시계열에 따른 척추 분절들 간의 사이각 데이터를 산출한다. 사이각 데이터는 인접한 3개의 센서들 간의 사이각 값들의 집합으로 정의된다.

제1 분석부(132)는 전처리부(131)에서 산출된 사이각 데이터를 공분산 행렬화한다. 공분산 행렬(covariance matrix)이란, 데이터의 좌표 성분들 사이의 공분산 값을 원소로 하는 행렬로서, 데이터의 i번째 좌표 성분과 j번째 좌표 성분의 공분산 값을 행렬의 i행 j열 원소값으로 하는 행렬이다. 공분산 값은 데이터들의 흩어진 정도의 상관관계를 나타낸다.

본 실시 예에 따르면, 제1 분석부(132)는 상기 공분산 행렬 값의 크기를 비교하여 각 척추 분절들의 부분분절자유도를 산출할 수 있다. 부분분절자유도는 인접한 척추 분절들 간의 종속성을 나타낸다. 공분산 행렬 값이 큰 값을 갖는 경우, 부분분절자유도 값이 크며, 공분산 행렬 값이 작은 값을 갖는 경우, 부분분절자유도 값이 작다.

본 실시 예에 따르면, 제2 분석부(133)는 PCA 기법을 통하여 척추 분절들의 전체분절자유도를 산출한다. PCA 기법은 분포된 데이터들의 주성분(Principal Component)을 찾는 방법으로써, 데이터가 포함하는 값들 각각의 성분을 분석하는 것이 아닌, 여러 데이터들이 모여 하나의 분포를 이룰 때 분포의 주성분을 분석하는 방법이다.

구체적으로, 제2 분석부(133)는 제1 분석부(132)에서 산출된 공분산 행렬로부터 분포의 주성분인 고유값(eigenvalue) 및 고유 벡터(eigenvector)를 산출한다. 고유값 및 고유벡터는 사이각 데이터의 분산, 편차 또는 확산에 대한 측정값을 나타낸다. 고유값은 분산의 크기를 나타낸다. 고유 벡터는 데이터들의 분산이 가장 큰 방향을 나타내는 방향 벡터이다. 상기 고유값 및 고유 벡터를 통하여 척추 분절들의 전체분절자유도가 산출될 수 있다. 전체분절자유도 값은 척추 분절들 전체 종속성 또는 전체 경직도를 나타낸다.

고유값이 큰 값을 가질수록 전체분절자유도 값이 작을 수 있다. 제2 분석부(133)는 부분분절자유도 및 전체분절자유도에 기초하여 척추 교정 데이터를 산출한다. 산출된 척추 교정 데이터는 교정부(113)에 전송된다. 부분분절자유도 및 전체분절자유도가 상대적으로 높은 분절들과 인접한 신체 부위에는 상대적으로 작은 자극이 제공되고, 부분분절자유도 및 전체분절자유도가 상대적으로 작은 분절들과 인접한 신체부위에는 상대적으로 큰 자극이 제공될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 척추 분절들의 동작 데이터를 통하여 척추 분절들 각각의 부분분절자유도 및 척추 분절들의 전반적인 경향성 또는 종속성을 나타내는 전체분절자유도를 모두 측정하고, 교정부(113)에 송신할 척추 교정 데이터 산출에 해당 측정 결과가 반영되므로, 척추 분절들의 평가 정확성 및 척추 교정 효과가 향상될 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 일 이동 유닛의 확대도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이동 유닛들(MM1~MM6, 도 3)의 적어도 일부(MM)는 하우징(HS)이 제공하는 일면 상에서 제1 방향(D1)과 직교하는 제2 방향(D2)으로 이동 가능할 수 있다. 본 실시 예에서, 이동 유닛들(MM1~MM6, 도 3)이 제2 방향(D2)으로 이동 가능한 거리는 제1 방향(D1)으로 이동 가능한 거리보다 작을 수 있다.

도면에 도시되지 않았으나, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 교정 모듈(100)은 하우징(HS)의 일면 상에 제2 방향(D2)으로 형성되는 서브 가이드레일(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이동 유닛들(MM1~MM6, 도 3)은 서브가이드를 통하여 제2 방향(D2)으로 왕복 이동이 가능할 수 있다.

본 실시 예에 따르면, 이동 유닛(MM1~MM6)이 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2) 모두 이동 가능하므로, 사용자의 척추 뼈가 곡선을 갖더라도, 척추 분절들 각각과 이동유닛(MM1~MM6)이 보다 인접하게 이동할 수 있으므로, 척추 분절들의 측정 및 교정의 정확성이 보다 향상될 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 교정 모듈의 정면도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 교정 모듈(100-1)의 복수의 이동 유닛들(MM1~MM6)은 적어도 하나의 센싱 유닛(MM1, MM3, MM5) 및 적어도 하나의 교정 유닛(MM2, MM4, MM6)을 포함한다. 본 발명은 센싱 유닛(MM1, MM3, MM5) 및 교정 유닛들(MM2, MM4, MM6) 각각의 개수에 특별히 한정되지 않는다. 도 5에서는, 센싱 유닛(MM1, MM3, MM5) 및 교정 유닛(MM2, MM4, MM6) 각각이 복수로 제공되는 경우가 도시되었다.

센싱유닛들(MM1, MM3, MM5)에는 마디센싱부(111, 도 2) 및 동작 센싱부(112, 도 2)가 내장된다. 교정 유닛들(MM2, MM4, MM6)에는 교정부(113, 도 2)가 내장된다.

본 실시 예에 따르면, 센싱 유닛들(MM1, MM3, MM5) 및 교정 유닛들(MM2, MM4, MM6)은 제1 방향(D1)을 따라 배열될 수 있으며, 서로 교번적으로 배치될 수 있다. 그러나, 본 발명이 센싱 유닛들(MM1, MM3, MM5) 및 교정 유닛들(MM2, MM4, MM6)의 배열 관계에 특별히 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시 예에서는, 센싱 유닛들(MM1, MM3, MM5)에는 마디센싱부(111, 도 2)만이 내장되고, 교정 유닛들(MM1, MM3, MM5)에 동작 센싱부(112, 도 2) 및 교정부(113, 도 2)가 내장될 수도 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 교정 모듈의 정면도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 교정 모듈(100-2)의 복수의 이동 유닛들(MM1~MM6)은 서로 상이한 크기를 가질 수 있다. 예시적으로, 이동 유닛들(MM1~MM6) 각각의 크기는 이동 유닛들(MM1~MM6) 각각이 이동하는 범위 내에 위치한 척추 분절들 크기와 대응할 수 있다. 도 6에는 제1 방향(D1)에서 위를 향할수록 이동 유닛들(MM1~MM6)의 크기가 작아지는 경우가 예시적으로 도시되었다. 이 경우, 이동 유닛들(MM1~MM6) 각각의 크기가 척추 분절들 각각의 크기에 대응하므로, 마디센싱부(111, 도 2), 동작센싱부(112, 도 2)의 측정도 및 교정부(113, 도 2)의 교정 효과가 보다 향상될 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 교정 모듈의 정면도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 교정 모듈(100-3)의 이동 유닛들(MMa~MMc)은 적어도 하나의 제1 이동 유닛(MMa), 적어도 하나의 제2 이동 유닛(MMb), 및 적어도 하나의 제3 이동 유닛(MMc)을 포함한다. 도 7에서는 이동 유닛들(MMa~MMc) 하나의 제1 이동 유닛(MMa), 복수의 제2 이동 유닛(MMb), 복수의 제3 이동 유닛(MMc)을 포함하는 경우가 예시적으로 도시되었다. 그러나, 본 발명이 제1 이동 유닛(MMa), 제2 이동 유닛(MMb), 및 제3 이동 유닛(MMc) 각각의 개수에 특별히 한정되는 것은 아니다.

본 실시 예에서, 제1 이동 유닛(MMa)에는 마디센싱부(111)가 내장될 수 있다. 제2 이동 유닛들(MMb)에는 동작센싱부(112)가 내장될 수 있다. 제3 이동 유닛들(MMc)에는 교정부(113)가 내장될 수 있다.

또한 본 발명의 다른 실시 예에서, 제1 이동 유닛(MMa)에는 마디센싱부(111)가 내장되고, 제2 이동 유닛들(MMb) 및 제3 이동 유닛들(MMc) 각각에는 동작센싱부(112) 및 교정부(113)가 모두 내장될 수도 있다.

제1 이동 유닛(MMa), 제2 이동 유닛들(MMb), 및 제3 이동 유닛들(MMc)은 제1 방향(D1)으로 왕복 이동할 수 있다.

본 실시 예에서, 교정 모듈(100-3)은 사용자의 등과 마주보는 하우징(HS)의 일측면에 형성되는 복수의 가이드레일들(GR)을 더 포함할 수 있다. 가이드레일들(GR)은 제1 가이드레일(GR1), 제2 가이드레일(GR2) 및 제3 가이드레일(GR3)을 포함한다. 제1 가이드레일(GR1), 제2 가이드레일(GR2) 및 제3 가이드레일(GR3)은 모두 제1 방향(D1)으로 연장된다. 제1 방향(D1)은 사용자의 척추가 연장된 주방향과 평행할 수 있다. 제1 이동 유닛(MMa), 제2 이동 유닛들(MMb), 및 제3 이동 유닛들(MMc)은 제1 가이드레일(GR1), 제2 가이드레일(GR2) 및 제3 가이드레일(GR3)과 일대일 대응한다. 제1 이동 유닛(MMa), 제2 이동 유닛들(MMb), 및 제3 이동 유닛들(MMc)은 제1 가이드레일(GR1), 제2 가이드레일(GR2) 및 제3 가이드레일(GR3)을 따라 제1 방향(D1)으로 왕복 이동할 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 척추 교정 방법의 단계도이다. 구체적으로, 도 8은 척추 교정 방법 중 분석 단계인 전처리 단계, 제1 분석 단계 및 제2 분석 단계가 도시되었다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 척추 교정 방법은, 데이터 수집단계, 전처리 단계, 제1 분석 단계, 제2 분석 단계, 및 교정 단계를 포함한다.

데이터 수집 단계에서는, 마디센싱부(111, 도 2) 및 동작센싱부(112, 도 2)를 통하여 사용자의 척추 분절들의 동작 데이터를 수집한다. 동작 데이터는 운동 시 척추 분절들의 가속도 및 각가속도 정보를 포함할 수 있다.

전처리 단계에서는, 동작 데이터를 통하여 시계열에 따른 척추 분절들 간의 사이각 데이터를 산출한다(S10).

제1 분석 단계에서는, 사이각 데이터를 공분산 행렬화하고(S20), 공분산 행렬 값의 크기를 비교하여(S30), 척추 분절들의 부분분절자유도를 산출한다(S40).

제2 분석 단계에서는, 공분산 행렬로부터 고유값 및 고유 벡터를 산출하여(S50), 척추 분절들의 전체분절자유도를 산출한다(S60).

교정 단계에서는, 산출된 부분분절자유도 및 전체분절자유도 정보를 기초로 하여, 각 척추 분절들에 제공될 자극의 세기, 종류, 시간 등을 결정하고, 해당 척추 분절들에 인접한 사용자의 신체부위들에 자극을 제공한다.

자극이 인가된 신체 부위들의 근육은 자극에 대응하여, 수축 또는 이완되며, 척추 뼈를 교정하는데 효과적인 운동을 수행할 수 있다.

도 9는 제2 분석 단계를 통하여 산출된 고유벡터 별 고유값이 예시적으로 도시된 그래프이다.

본 실시 예에 따르면, 전체분절자유도는 분석부(130)에서 산출된 고유벡터의 개수가 많을수록 큰 값을 갖는다. 또한, 전체분절자유도는 고유값의 크기가 작을수록 큰 값을 가질 수 있다.

도 9에 도시된 그래프에서, 세로축은 고유값으로, 고유값은 척추의 전체 종속도와 비례하고, 전체 분절자유도와 반비례한다. 예시적으로, 제1 피험자는 제1 고유벡터 및 제2 고유벡터를 갖고, 제1 고유벡터에서 95%, 제2 고유벡터에서 5%의 고유값을 갖는다. 제2 피험자는 제1 내지 제4 고유벡터들을 갖고, 제1 내지 제4 고유벡터들 각각에서 40%, 30%, 20%, 10%의 고유값을 갖는다. 이 경우, 제1 피험자가 제2 피험자보다 높은 척추 종속도를 갖는다. 즉, 제1 피험자는 제2 피험자보다 낮은 전체분절자유도를 갖는다. 따라서, 교정부(113)는 제2 피험자보다 제1 피험자에게 더 많은 신체부위들에 자극을 제공할 수 있고, 제2 피험자 보다 제1 피험자에게 세기가 더 큰 자극을 제공할 수 있다.

도 10은 제2 분석 단계를 통하여 산출된 인가 중량 별 척추 경직성이 예시적으로 도시된 그래프이다. 도 10은 사용자가 스쿼트 동작을 할 경우가 예시적으로 도시되었다.

도 10을 참조하면, 6개의 그래프 중 위 3개의 그래프들은 사용자가 특정 중량을 갖는 객체를 내려놓을 때(하강동작)의 척추의 종속도이고, 아래 3개의 그래프들은 사용자가 특정 중량을 갖는 객체를 들어올릴 때(상승동작)의 척추의 종속도이다.

사용자가 사용자의 1RM의 50%에 대응하는 중량을 갖는 객체로 스쿼트 동작을 수행할 시, 사용자가 상승 동작을 수행할 때보다 하강 동작을 수행할 때 척추 전체의 경직성이 높다. 즉, 사용자가 상승 동작을 수행할 때보다 하강 동작을 수행할 때, 전체분절자유도가 낮을 수 있다. 상기 1RM은 사용자가 최대로 들어올릴 수 있는 무게로 정의된다.

또한, 사용자가 사용자의 1RM의 80%에 대응하는 중량을 갖는 객체로 스쿼트 동작을 수행할 시, 사용자가 하강 동작을 수행할 때보다 상승 동작을 수행할 때 척추 전체의 경직성이 높다. 즉, 사용자가 하강 동작을 수행할 때보다 상승 동작을 수행할 때 전체분절자유도가 낮을 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 교정 모듈(100)의 센싱부(110) 사용자의 척추 분절들 각각의 동작 데이터를 측정하고, 측정된 동작 데이터에 기초하여 분석부(130)가 척추 분절들의 부분적 및 전체적 자유도를 나타내는 척추 교정 데이터를 산출하므로, 척추 교정 평가의 정확성 및 정밀성이 향상될 수 있다. 또한, 산출된 척추 교정 데이터에 기초하여 척추 분절들과 인접한 신체부위들 각각에 적합한 종류, 세기, 시간의 자극을 제공하므로, 척추 교정의 효과가 향상될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시 예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1000: 척추 교정 장치 CV: 커버
VL: 밸크로 HS: 하우징
SR: 스트랩 100: 교정 모듈
110: 센싱부 111: 마디센싱부
112: 동작센싱부 113: 교정부
120: 제어부 130: 분석부
131: 전처리부 132: 제1 분석부
133: 제2 분석부 MM, MM1~MM6: 이동 유닛
GR: 가이드 레일

Claims

사용자의 등에 접촉되고, 상기 사용자의 척추를 진단 및 교정하는 교정 모듈을 수납하는 하우징; 및
상기 하우징을 커버하거나, 상기 하우징과 연결되고, 상기 사용자가 착용 가능하게 디자인되어 상기 하우징이 상기 사용자의 상기 등에 접촉되도록 고정하는 웨어러블 수단을 포함하고,
상기 교정 모듈은,
상기 사용자의 상기 척추와 인접하게 배치되어 상기 척추가 연장된 제1 방향으로 왕복 이동하여 상기 사용자의 척추 분절들을 센싱 및 교정하는 복수의 이동 유닛들을 포함하는 센싱부;
상기 센싱부로부터 측정된 상기 척추 분절 정보를 기초로 하여 상기 척추 분절들의 부분 분절자유도 및 전체 분절자유도를 산출하는 분석부; 및
상기 센싱부의 구동을 제어하고, 상기 센싱부 및 상기 분석부 간의 정보를 송수신하는 제어부를 포함하는 척추 교정 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 센싱부는,
상기 이동 유닛들 중 적어도 일부에 내장되고, 상기 제1 방향으로 왕복 이동하며 상기 척추 분절들 각각의 번호 및 좌표 정보를 측정하는 마디센싱부;
상기 이동 유닛들 각각에 내장되고, 각각이 상기 마디센싱부로부터 측정된 상기 척추 분절들 좌표에 대응되도록 이동하여 상기 사용자의 신체 부위들에 접촉되고, 상기 척추의 동작 데이터를 수집하는 동작센싱부; 및
상기 이동 유닛들 각각에 내장되고, 상기 분석부로부터 수신받은 분석 결과를 토대로 하여, 상기 척추 분절들과 인접한 상기 사용자의 상기 신체 부위들에 자극을 제공하는 교정부를 포함하는 척추 교정 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 분석부는,
상기 동작센싱부로부터 수신된 동작 데이터를 통하여 시계열에 따른 상기 척추 분절들 간의 사이각 데이터를 산출하는 전처리부;
상기 사이각 데이터를 공분산 행렬화하고, 상기 공분산 행렬 값의 크기를 비교하여 상기 척추 분절들 간의 종속성을 나타내는 부분분절자유도를 산출하는 제1 분석부; 및
상기 공분산 행렬로부터 고유값 및 고유 벡터를 산출하여 상기 척추 분절들의 전체 경직도를 나타내는 전체분절자유도를 산출하는 제2 분석부를 포함하는 척추 교정 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 전체분절자유도는 상기 공분산 행렬을 이용한 PCA 기법을 통하여 산출되는 척추 교정 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 이동 유닛들은,
상기 마디센싱부 및 상기 동작센싱부가 내장되는 센싱 유닛들; 및
상기 교정부가 내장되는 교정 유닛들을 포함하고,
상기 센싱 유닛들 및 교정 유닛들은 상기 제1 방향에서 서로 교번적으로 배치되는 척추 교정 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 센싱부는 상기 제1 방향으로 연장된 적어도 하나의 가이드레일을 더 포함하고,
상기 이동 유닛들은 상기 가이드레일을 따라 상기 제1 방향으로 왕복 이동하는 척추 교정 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 이동 유닛들은,
상기 마디센싱부가 내장되는 적어도 하나의 제1 이동유닛; 및
상기 동작센싱부 및 상기 교정부가 내장되는 제2 이동유닛들을 포함하는 척추 교정 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 가이드 레일은 복수로 제공되고,
상기 복수의 가이드 레일은,
상기 제1 이동 유닛과 체결되는 제1 가이드레일; 및
상기 제2 이동 유닛들과 체결되는 제2 가이드 레일을 포함하는 척추 교정 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 이동 유닛들은 서로 다른 크기를 갖는 척추 교정 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 이동 유닛들의 크기는, 상기 이동 유닛들 각각이 이동하는 범위 내에 위치한 상기 척추 분절들의 크기에 대응하는 척추 교정 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 이동 유닛들은 상기 하우징이 제공하는 면들 중 상기 사용자의 등과 대향 및 접촉하는 일면 상에서 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 왕복 이동 가능한 척추 교정 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 이동 유닛들은 상기 하우징이 제공하는 면들 중 상기 사용자의 등과 대향 및 접촉하는 일면으로부터 돌출되도록 형성되는 척추 교정 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 마디센싱부는 레이저 센서, 초음파 센서 중 적어도 어느 하나를 포함하는 척추 교정 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 동작센싱부는 자이로 센서, 지자기 센서, 압력 센서, 근전도 센서, 가압센서 중 적어도 어느 하나를 포함하는 척추 교정 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 교정부가 상기 사용자의 신체 부위들에 제공하는 자극은, 진동 자극, 전기자극, 및 압력 자극 중 적어도 어느 하나를 포함하는 척추 교정 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 웨어러블 수단은, 조끼, 복대, 또는 벨트 형태로 제공되는 척추 교정 장치.
사용자의 등과 인접하고, 상기 사용자의 척추 뼈가 연장되는 제1 방향으로 왕복 운동하는 센서들을 통하여 상기 사용자의 척추 분절들의 동작 데이터를 수집하는 데이터 수집 단계;
상기 동작 데이터를 통하여 시계열에 따른 상기 척추 분절들 간의 사이각 데이터를 산출하는 전처리 단계;
상기 사이각 데이터를 공분산 행렬화 하고, 상기 공분산 행렬 값의 크기를 비교하여 상기 척추 분절들 간의 종속성을 나타내는 부분분절자유도를 산출하는 제1 분석 단계;
상기 공분산 행렬로부터 고유값 및 고유 벡터를 산출하여 상기 척추 분절들의 전체 경직도를 나타내는 전체분절자유도를 산출하는 제2 분석 단계; 및
산출된 상기 부분분절자유도 및 전체분절자유도 정보를 기초로 하여, 상기 사용자의 등과 접촉되고, 상기 제1 방향으로 배열된 교정 패드들을 통하여 상기 사용자의 상기 척추 분절들에 인접한 신체 부위들에 자극을 제공하는 교정 단계를 포함하는 척추 교정 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 제2 분석 단계에서, 상기 전체분절자유도는 상기 공분산 행렬을 이용한 PCA 기법을 통하여 산출되는 척추 교정 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 데이터 수집 단계는,
상기 센서들이 상기 제1 방향으로 왕복 이동하여 상기 척추 분절들 각각의 번호 및 좌표 정보를 측정하는 단계; 및
상기 척추 분절들 각각에 대응하도록 센서들이 위치하여 상기 척추 분절들 각각의 가속도 및 각가속도를 포함하는 상기 동작 데이터를 측정하는 단계를 포함하는 척추 교정 장치.