KR20060001820A

KR20060001820A - 체중 부하 및 관절의 각도를 변수로 이용한 하지 재활 훈련장치 및 하지 재활 훈련 방법

Info

Publication number: KR20060001820A
Application number: KR1020050024333A
Authority: KR
Inventors: 이양수
Original assignee: 경북대학교 산학협력단
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2006-01-06
Anticipated expiration: 2025-03-24
Also published as: US20060217233A1; US8075449B2; KR100635906B1

Abstract

본 발명은 하지 편마비 환자를 위한 재활 훈련 장치 및 재활 훈련 방법에 관한 것으로, 편마비 하지의 상태를 측정하고, 상기 측정된 값을 이용하여 하지 편마비 환자들이 사용하지 않으려는 편마비 근육을 강제적으로 사용하도록 훈련할 수 있는 하지 재활 훈련 장치 및 재활 훈련 방법에 관한 것이다.

상기 재활 훈련 장치는 체중 부하 및 관절의 각도를 측정하여, 이를 측정치의 변수로 이용하며, 상기 측정된 값을 통해 편마비 환자가 자신의 편마비 상태를 인식할 수 있도록 표시함과 동시에, 피드백을 통해 강제적으로 편마비 하지를 사용하도록 훈련할 수 있다. 상기 관절은 하지에 포함된 족관절, 슬관절 및 고관절을 모두 포함하여, 하지에 포함된 중요 근육을 사용하면서 움직이는지를 확인할 수 있다.

또한 상기 재활 훈련 장치를 장착한 후, 편마비하지와 정상하지의 발뒤꿈치를 번갈아 들어올리는 균형훈련, 양측 하지의 무릎을 동시에 굽혔다가 펴는 기립훈 련 및 양측 하지를 이용한 보행훈련을 수행하는 재활 훈련 방법을 제안한다.

하지 편마비, 재활 훈련 장치, 재활 훈련 방법, 관절

Description

체중 부하 및 관절의 각도를 변수로 이용한 하지 재활 훈련 장치 및 하지 재활 훈련 방법{Apparatus for Rehabilitation Training and Method of the Rehabilitation Training using the Weight Load and the Angle of Articulation for variable}

도 1은 종래 기술 중 체중 부하를 이용한 재활 훈련기를 사용하는 모습을 도시한 것이다.

도 2는 종래 기술 중 3대의 카메라와 힘판을 이용하여 3차원 보행 분석을 사용하는 모습을 도시한 것이다.

도 3은 본 발명의 장치 구성도를 도시한 것이다.

도 4는 하중 측정부로서 포스 플레이트(force plate) 및 저울을 도시한 것이다.

도 5는 관절 각도 측정부로서 전기 측각계를 도시한 것이다.

도 6은 관절 각도 측정부로서 가변저항 측각계를 도시한 것이다.

도 7은 관절 각도 측정부로서 족관절과 고관절에는 전기 측각계를 사용하고 슬관절은 가변저항 측각계를 사용하는 것을 도시한 것이다.

도 8은 관절 각도 측정부로서 모션 캡쳐 측각계를 도시한 것이다.

도 9는 제어부의 순서도를 나타낸 것이다.

도 10은 표시부를 예시적으로 도시한 것이다.

도 11은 사용자가 균형훈련을 하는 모습을 도시한 것이다.

도 12은 사용자가 기립훈련을 하는 모습을 도시한 것이다.

도 13는 사용자가 보행훈련을 하는 모습을 도시한 것이다.

본 발명은 일측 하지에 마비 증상이 있는 환자들(이하, 하지 편마비 환자)의 재활 훈련에 사용될 수 있는 하지 재활 훈련 장치 및 하지 재활 훈련 방법에 관한 것이다. 상세하게는, 상기 하지 재활 훈련 장치는 하지에 실린 체중의 변화 및 관절 각도의 변화를 측정하고, 상기 체중의 변화 및 관절 각도의 변화를 변수로 이용하여 편마비의 상태를 측정할 수 있다. 또한 상기 편마비의 상태를 하지 편마비 환자에게 다양한 방법으로 보여주고, 이를 통해 환자가 자신의 상태를 인식하고, 하지의 상태를 호전시키도록 하기 위하여 노력함으로서 피드백이 일어날 수 있다. 상기 환자와 장치의 피드백을 통해 환자의 재활 훈련이 가능해진다. 또한 상기 재활 훈련장치를 장착한 후, 발뒤꿈치를 번갈아 들어올리기, 무릎굽히기, 보행 등을 수행함으로서 재활 훈련을 수행할 수 있다.

편마비는 일반적으로 뇌졸중, 외상성 뇌손상 또는 뇌성마비 등으로 인해 발생할 수 있으며, 상기 편마비는 마비된 근육을 필요한 순간에 적당한 크기의 힘이 발생하도록 사용하지 못하는 운동마비이다. 상기 편마비 환자를 치료하기 위하여, 근력강화 훈련, 근육조절 훈련, 스트레칭, 균형훈련등 여러 가지 방법이 사용될 수 있다. 한편, 상지 편마비 환자의 재활 훈련으로, 편마비 상지를 강제적으로 사용하 게 하는 치료는 여러 재활 치료 방법 중 가장 성공적인 치료법으로 인정받고 있다.

마비가 있는 하지를 강제로 사용하도록 하는 치료를 위한 장치의 종래기술로는 특허출원번호 1997-0028382호의 "자세균형재활훈련방법"을 예로 들 수 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 "자세균형재활훈련방법"에서 편마비의 강제사용을 위한 장치인 균형훈련기(10)는 양측 하지에 실린 하중을 측정하는 부분(11)과, 사용자가 어느 일측 하지에 상대적으로 많은 체중이 부하 되는지를 비교할 수 있도록 상기 측정된 값을 사용자에게 알려주는 부분(12)으로 구성된다. 상기 "자세균형재활훈련방법"은 하중의 중심 이동만을 고려할 뿐, 관절의 각도를 고려하지 않기 때문에, 더욱 심한 마비증상이 있는 근육이 어떤 것인지를 측정할 수 없고, 상기 근육에 대한 훈련을 할 수 없다는 데에 문제점이 있다.

사실상, 정상 보행의 경우에는 일 측 하지의 무릎을 15°정도 구부리면서 체중을 지탱하고, 다른 쪽 하지를 들어올린다. 이후 상기 체중을 지탱한 하지는 바닥에 닿음과 동시에 무릎을 펴고, 들어올린 하지는 무게중심을 전방으로 이동시키는 과정을 반복하여 수행된다. 따라서 정상 보행은 체중의 중심이동뿐만 아니라, 하지 의 관절의 각도가 수시 때때로 변화함으로써 수행되므로, 관절의 각도 또한 중요한 보행의 변수가 된다. 상기 정상 보행을 예시로 든 것처럼, 하지의 운동은 체중의 중심이동 및 관절의 각도 변화가 함께 일어나면서 수행된다.

그러나 하지 편마비 환자는 마비로 인하여 무릎을 굽히기 위한 힘을 사용하는 것이 부담이 되기 때문에, 무릎을 굽히지 않으면서 중심이동을 하려 함으로서, 이상보행을 하게 된다. 또한 무릎을 굽혀서 앞으로 중심이동을 수행하였다 하더라도 굽혀진 무릎을 펴기 위한 힘이 필요하기 때문에, 무릎이 굽혀진 하지가 무릎이 펴지지 않아 중심을 잃고 넘어질 수도 있다.

따라서 하지 편마비 환자의 재활 훈련 기구는 양측 하지에 균형적으로 체중 부하가 수행되는지, 또한 상기 체중 부하와 함께 유기적으로 관절이 변화하는지를 확인할 수 있어야, 균형 훈련 및 보행 훈련에 더욱 유용하게 될 것이다.

체중 부하와 함께 관절이 유기적으로 변화하는지를 측정하고 이를 이용하여 훈련할 수 있는 장치로는 도 2에 도시한 바와 같이, 포스 플레이트(force plate)와 3대 이상의 카메라를 사용하여 3차원 보행 분석(20)을 예로 들 수 있다. 상기 3차 원 보행 분석은 3대 이상의 카메라(21)에서 찍은 영상을 3차원적으로 분석하기 때문에, 이를 위한 과정이 복잡하고 분석과정에 장시간이 소요되어 실시간 피드백이 되지 못하는 단점이 있으며, 또한 넓은 공간에 힘 판(22)을 설치하기 때문에, 넓은 공간 및 고가의 장비가 필요로 하는 단점이 있다. 이에 상기 3차원 보행 분석은 보행 훈련만을 위하여 사용되지는 않고 있다.

따라서, 체중 부하 및 관절의 변화에 대하여 측정하고 이를 실시간으로 사용자에게 보여줄 수 있으면서도, 저가의 장비로 구성될 수 있는 재활 훈련 장치 및 재활 훈련 방법이 필요하다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 체중 부하와 관절의 각도를 측정하여 하지 편마비의 상태를 측정하고, 상기 하지 편마비의 상태를 통해 하지 재활 훈련을 할 수 있는 하지 재활 훈련 장치 및 하지 재활 훈련 방법을 제안하는 데에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기 관절의 각도를 측정함에 있어, 하지의 슬관절, 족관절, 고관절 중 어느 하나 이상에 대한 관절의 각도를 측정함으로써, 마비된 근육에 대해 측정이 가능하고 상기 측정한 데이타를 통해 마비된 근육에 대하여 재활 훈련을 할 수 있는 재활 훈련 장치 및 재활 훈련 방법을 제안하는 데에 그 목적이 있다.

또한 본 발명은, 마비 상태를 측정하기 위한 기준으로 하지 편마비 환자의 정상 하지를 함께 측정하여 상기 정상 하지에 대한 데이타를 사용하거나, 또는 장치안에 저장되어 있는 정상인의 데이터를 사용하여, 정상 보행을 훈련할 수 있는 재활 훈련 장치 및 재활 훈련 방법을 제안하는 데에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기 체중 부하와 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 장치에 있어, 관절의 움직임을 2차원으로 측정하여 마비의 상태를 분석하고 표시하는 과정이 빠르게 수행되도록 함으로서, 사용자가 자신의 상태를 인식하고 이를 개선하도록 노력하는 과정을 통해 피드백이 수행될 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있다. 또한 상기 관절의 움직임을 2차원으로 측정함으로 인해, 상기 하지 재활 훈련 장치를 저가의 장비로 구성되도록 하는 데에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기 하지 재활 훈련 장치를 장착한 후, 사용자가 과제동작을 반복적으로 수행할 때의 사용자가 가지는 편마비 상태를 측정 및 분석하고, 이를 통해 훈련함으로서 상기 사용자의 편마비 상태를 개선할 수 있는 하지 재활 훈련 방법을 제안하는 데에 그 목적이 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 하지의 하부면에 접하도록 위치하고, 하지에 실리는 체중의 부하를 측정하여, 하중 데이터를 생성하는 하중 측정부; 상기 하지에 포함된 관절의 각도를 측정하여, 관절 각도 데이터를 생성하는 관절 각도 측정부; 상기 하중 측정부 및 관절 각도 측정부에서 측정된 측정치 데이터의 하중 데이터 및 관절 각도 데이터와 기준치 데이터의 하중 데이터 및 관절 각도 데이터를 통하여 결과 데이터를 생성하는 제어부; 및 상기 제어부에서 생성한 결과 데이터를 사용자에게 보여주는 표시부;를 포함하는 체중 부하 및 관절의 각도를 이 용한 하지 재활 훈련 장치를 제안한다.

상기 관절 각도 측정부는, 허벅지근육을 사용하여 움직이는 지를 확인하기 위한 무릎 관절의 각도를 측정하는 슬관절 각도 측정부, 종아리근육을 사용하여 움직이는 지를 확인하기 위한 발목 관절의 각도를 측정하는 족관절 각도 측정부 및 다리를 들어올리는 힘의 정도를 확인하기 위한 엉덩 관절의 각도를 측정하는 고관절 각도 측정부 중 어느 하나이상을 포함하는 것이 바람직하며, 하지의 중요 근육인 종아리, 허벅지 근육등을 사용하여 하지를 움직이는 지에 대한 여부와, 하지를 들어올리는 힘이 있는지에 대한 여부를 종합적으로 측정하기 위하여, 슬관절 각도 측정부, 족관절 각도 측정부 및 고관절 각도 측정부를 모두 포함하는 것이 더욱 바람직하다.

상기 제어부는, 하중 측정부에서 측정된 측정치 데이터의 하중 데이터가 사실상 같은 값이 될 때까지의 시간을 측정치 데이터의 시간 데이터로 생성하며, 상기 측정치 데이터의 시간 데이터와 기준치 데이터의 시간 데이터의 차이를 시간 비교 데이터로서 생성하는 것이 바람직하다. 또한 상기 하중 측정부에서 생성되는 하 중데이터 및 상기 하중데이터가 생성된 때와 동시에 관절 각도 측정부에서 생성되는 관절 각도 데이터를 포함하는 측정치 데이터를 생성하고, 상기 하중데이터 및 관절 각도 데이터를 포함하는 측정치 데이터와 기준치 데이터를 통해 하중 비교 데이터 및 관절 각도 비교 데이터를 생성하고, 상기 하중 비교 데이터와 관절 각도 비교 데이터를 통해 상태 데이터를 생성하는 것이 바람직하다.

상기 관절 각도 비교 데이터는, 슬관절 각도 측정부에서 생성된 측정치 데이터의 슬관절 각도 데이터와 기준치 데이터의 슬관절 각도 데이터를 통해 생성된 슬관절 각도 비교 데이터, 족관절 각도 측정부에서 생성된 측정치 데이터의 족관절 각도 데이터와 기준치 데이터의 족관절 각도 데이터를 통해 생성된 족관절 각도 비교 데이터 및 고관절 각도 측정부에서 생성된 측정치 데이터의 고관절 각도 데이터와 기준치 데이터의 고관절 각도 데이터를 통해 생성되는 고관절 각도 비교 데이터중 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 결과 데이터는, 측정치데이터와 기준치 데이터의 시간 데이터, 하중 데이터, 관절 각도 데이터와 시간 비교 데이터, 하중 비교 데이터, 관절 각도 비교 데이터 및 상태 데이터 중 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.

또한 상기 기준치 데이터는, 양측 하지 중 정상 하지에서 측정된 데이터이거나 미리 저장된 정상인의 데이터중 어느 하나를 통해 생성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 제어부는, 사용자가 훈련에 흥미를 가질 수 있도록, 상기 결과데이터를 변수로 이용한 게임을 생성하되, 상기 게임은 하중 비교 데이터가 오차범위 이내이고 관절 각도 비교 데이터가 각각 오차 범위 이내이면, 게임 목적이 달성되는 방식인 것이 바람직하다.

또한 상기 제어부에서 생성된 결과 데이터를 사용자에게 보여주는 표시부는, 사용자가 상태를 인지하기 쉽도록 하기 위하여, 시간을 일 축으로 하고, 하중 데이터를 다른 일 축으로 하여 실시간으로 생성되는 측정치 데이터 및 기준치 데이터의 하중 데이터 그래프, 시간을 일 축으로 하고, 슬관절 각도 데이터를 다른 일 축으로 하여 실시간으로 생성되는 측정치 데이터 및 기준치 데이터의 슬관절 각도 데이터 그래프, 시간을 일 축으로 하고, 족관절 각도 데이터를 다른 일 축으로 하여 실시간으로 생성되는 측정치 데이터 및 기준치 데이터의 족관절 각도 데이터 그래프, 시간을 일 축으로 하고, 고관절 각도 데이터를 다른 일 축으로 하여 실시간으로 생성되는 측정치 데이터 및 기준치 데이터의 고관절 각도 데이터 그래프 및 시간을 일 축으로 하고, 하중 비교 데이터와 관절 각도 비교 데이터를 통해 실시간으로 생성되는 상태 데이터를 다른 일 축으로 한 상태 데이터 그래프 중 어느 하나 이상을 포함하는 그래프를 디스플레이하는 것이 바람직하다.

또한 상기 제어부에서 생성된 결과 데이터를 사용자에게 보여주는 표시부는, 사용자가 상태를 인지하기 쉽도록 하기 위하여, 상기 하중 비교 데이터, 각도 비교 데이터, 상태 데이터 및 시간 비교 데이터 중 어느 하나 이상을 숫자 또는 문자 중 어느 하나의 방법으로 디스플레이하는 것이 바람직하다.

상기 하중 측정부는 상기 하지의 하부 면에 접촉하도록 위치되는 한 개 이상의 압력 센서를 포함하여, 상기 압력 센서의 변화를 통해 하지에 걸리는 체중 부하를 측정하는 포스 플레이트(force plate), 또는 상기 하지의 하부 면에 직, 간접적으로 접촉하도록 위치하며, 상기 하지에 걸리는 체중 부하에 의해 상태가 변화하는 스프링을 포함하여, 상기 스프링의 상태 변화로써 하지에 걸리는 체중 부하를 측정 할 수 있는 하나 이상의 저울인 것이 바람직하다.

상기 관절 각도 측정부는, 관절과 같이 구부러지는 유연한 성질을 가지는 플렉시블 바 및, 상기 플렉시블 바가 관절의 옆에 고정되도록 관절의 상하 및 상기 플렉시블 바와 연결되는 부착 지지대를 포함하여, 관절 옆에 위치하는 상기 플렉시블 바의 구부러진 정도에 의해 관절의 각도를 측정할 수 있도록 한 전기 측각계, 또는 관절의 각도 변화에 의해 저항값이 변화하는 특성이 있으며, 저항 조절 부분이 관절과 같이 움직일 수 있도록 위치한 가변 저항 및, 상기 가변 저항을 고정하기 위하여 관절의 상하 부에 부착하는 부착 지지대를 포함하는 가변 저항 측각계 또는 카메라 및 상기 관절 및 관절의 상하부에 부착할 수 있고 카메라가 인식할 수 있는 패치를 포함하여, 상기 패치의 위치 변화를 카메라를 통해 인식하고, 상기 패치의 위치를 통해 관절의 각도를 측정하도록 하는 모션 캡쳐 측각계인 것이 바람직하다. 상기 모션 캡쳐 측각계는 두 개 이하의 카메라를 포함하여, 2차원 적으로 관절이 굽혀진 각도만을 측정하는 것이 더욱 바람직하다.

또한 상기 하지 재활 훈련 장치는 상기 하중 측정부 및 관절 각도 측정부에 서 측정된 값을 전기적인 신호로 바꾸고, 상기 바뀐 전기적인 신호를 제어부에 전송하는 신호 처리부를 추가적으로 포함하는 것이 바람직하다.

상기 표시부는, 제어부에서 생성된 결과 메시지를 사용자에게 디스플레이할 수 있는 모니터, 전광판, LED창, 재활 훈련기용 전용 모니터 중 어느 하나 이상인 것이 바람직하다.

또한 본 발명은 a. 하중 측정부는 사용자의 하지에 실리는 체중 부하를 측정하여 측정치 데이터의 하중 데이터를 생성하고, 관절 각도 측정부는 상기 하지의 관절 각도의 크기를 측정하여 측정치 데이터의 관절 각도 데이터를 생성하는 단계; b. 기준치 데이터의 하중 데이터와 관절 각도 데이터를 생성하는 단계; c. 상기 측정치 데이터의 하중 데이터와 기준치 데이터의 하중 데이터를 비교하여 하중 비교 데이터를 생성하고, 측정치 데이터의 관절 각도 데이터와 기준치 데이터의 관절 각도 데이터를 통해 관절 각도 비교 데이터를 생성하는 단계; d. 상기 하중 비교 데이터와 관절 각도 비교 데이터를 통해 상태 데이터를 생성하는 단계; e. 상기 상태 데이터, 하중 비교 데이터, 관절 각도 비교 데이터, 측정치 데이터와 기준치 데이 터의 하중데이터 및 관절 각도 데이터 중 어느 하나 이상을 포함하는 결과 데이터를 생성하는 단계; f. 상기 결과 데이터를 사용자에게 표시하는 단계; 를 포함하는 체중부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 방법을 제안한다.

상기 측정치 데이터는 상기 측정치 데이터의 하중 데이터가 이후 같은 값이 될 때까지의 시간을 측정하여 생성된 측정치 데이터의 시간 데이터를 추가적으로 포함하고, 또한 상기 기준치 데이터는 상기 기준치 데이터의 하중데이터가 이후 같은 값이 될때까지의 시간을 기준치 데이터의 시간 데이터를 생성하고 이를 추가적으로 포함하는 단계를 추가적으로 포함하는 것이 바람직하다. 또한 상기 a단계 이전에 사용자의 기초 정보를 입력 받는 단계를 추가적으로 포함하는 것이 바람직하며, 상기 사용자의 기초정보는 하중 데이터, 관절 각도 데이터 및 시간 데이터 중 어느 하나 이상을 포함하는 기준치 데이터를 생성하는데 사용되는 것이 더욱 바람직하다.

상기 재활 훈련 방법은 사용자가 일측 하지에 최대한 실을 수 있는 체중을 실은 후, 체중을 실은 하지의 무릎을 구부리는 자세를 수행하여, 상기 사용자가 하 지의 무릎을 구부린 후 체중을 지탱하는 힘이 생성되도록 근육을 단련하는 훈련, 사용자가 양 하지의 발가락 부분을 바닥에 닿게 하고, 발 뒤꿈치를 번갈아 들어올리는 동작을 반복하여, 양측 하지에 같은 크기의 체중을 실을 수 있도록 근육을 사용하는 균형 훈련, 사용자가 양 하지의 발바닥 부분이 모두 바닥에 닿게하고, 양 하지의 무릎을 동시에 구부렸다 폈다하는 동작을 수행하여, 상기 하지가 무릎을 구부리거나 펴는데 필요한 근육을 사용하도록 훈련하는 기립훈련 및 사용자가 일 측하지의 발바닥이 바닥에 닿지 않도록 하지를 들어올렸다가 내려놓는 동시에 다른 일 측 하지의 발바닥이 바닥에 닿지 않도록 하지를 들어올렸다가 내려놓는 동작을 반복하여 수행하여, 상기 동작을 수행하면서 다리를 들어올리는 힘, 무릎을 굽히는 힘등을 분석하여 정상보행시에 필요한 근육을 훈련하는 보행 훈련 중 어느 하나 인것이 바람직하다.

또한 상기 훈련은 일측 하지에 최대한 실을 수 있는 체중을 실은 후, 체중을 실은 하지의 무릎을 구부리는 자세, 기립훈련자세, 균형훈련자세 및 보행훈련 자세 중 어느 하나 이상을 포함하는 자세를 불규칙적으로 제시하면 사용자가 이를 따라 하도록 유도하는 훈련인 것이 더욱 바람직하다.

또한 상기 훈련에 대한 결과 데이터는, 하지의 상태가 같을 때에 대하여, 비교한 값이 생성되도록 하기 위하여, 하중데이터, 관절 각도 비교 데이터 및 시간 데이터 중 어느 하나 이상을 포함하는 기준치 데이터와 측정치 데이터 중 어느 하나를 선택하여 상기 선택한 데이터의 시간데이터의 반주기 이전 또는 이후에 측정된 데이터와, 다른 나머지 데이터의 현재에 측정된 데이터를 비교하여 생성하는 것이 더욱 바람직하다.

이하 첨부한 도면을 참고하여, 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명한다.

도 3은 체중 부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 장치의 장치 구성도를 나타낸 것이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 하지 재활 훈련 장치는 하중 측정부(100), 관절 각도 측정부(200), 제어부(300) 및 표시부(400)를 포함한다.

상기 하중 측정부(100)는 사용자의 움직임에 따라 변화되는 체중 부하를 측 정하는 부분이며, 하지에 걸리는 체중 부하를 측정할 수 있도록 하지의 하부면에 접하는 위치에 형성한다. 상기 하중 측정부(100)는 양 측 하지에 대하여 측정하도록 형성할 수 있으나, 반면, 일 측 하지에 대하여만 측정하도록 형성할 수 있으며, 상기 일 측 하지는 마비된 하지일 수 있다.

상기 하중 측정부(100)로서 도 4(a)에 도시한 것처럼, 하지의 하부면에 직접 또는 간접적으로 접촉하는 한 개 이상의 압력 센서를 포함하는 포스 플레이트(110)를 사용할 수 있다. 상기 압력센서는 압력에 의해 그 상태가 변화하여, 상기 변화된 압력 센서의 상태를 통해 하지에 부하된 체중을 측정할 수 있다. 또한 하지의 하부면에 하나 이상의 압력 센서를 하부면의 각 부분에 위치하도록 형성하여, 하지의 하부면의 각 부분에 부하된 체중을 측정할 수 있다.

또한 도 4(b)에 도시한 바와 같이, 하중 측정부(100)로서 하지의 하부면에 직접 또는 간접적으로 접촉하는 탄성 기구를 포함하는 저울(120)을 사용할 수 있다. 상기 저울(120)에 포함되는 탄성 기구는 하지에 걸리는 체중 부하에 의해 상태가 변화하여 상기 하지에 걸리는 체중의 부하를 측정할 수 있다. 상기 탄성기구의 변화되는 상태는 부피 또는 길이일 수 있으나, 상기 예시에 국한되지는 않는다.

관절 각도 측정부(200)는 무릎 관절의 각도를 측정하는 슬관절 각도 측정부(201)를 비롯한 엉덩 관절의 각도를 측정하는 고관절 각도 측정부(202), 발목 관절의 각도를 측정하는 족관절 각도 측정부(203)중 어느 하나 이상을 포함한다.

상기 관절 각도 측정부(200)는 관절(슬관절, 족관절, 고관절)의 각도를 측정하기 위하여, 전기 측각계(210), 가변저항 측각계(220), 모션 캡쳐 측각계(230)를 사용할 수 있다.

도 5는 관절 각도 측정부(200)로 사용가능한 전기 측각계(210)를 도시한 것이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 전기 측각계(210)는 관절이 구부러짐에 따라 같이 구부러질 수 있도록 유연성이 있는 소재로 형성되는 플렉시블 바(211)와, 상기 플렉시블 바(211)가 관절과 함께 구부러질 수 있도록 하지의 일부분 및 플렉시블 바(211)와 연결되는 부착 지지대(212)를 포함한다. 상기 전기 측각계(210)의 부착 지지대(212)는 측정하고자 하는 관절의 상하부에 부착되고, 또한 측정하고자 하는 관 절과 같은 방향으로 위치한 플렉시블 바(211)에 연결된다.

슬관절 각도 측정부(201)는 부착 지지대(212)를 허벅지와 종아리에 형성하고, 상기 부착지지대(212)와 무릎이 구부러지는 방향과 같은 방향으로 위치한 플렉시블 바(211)를 연결하여, 슬관절이 구부러짐에 따라 함께 구부러지는 플렉시블 바(211)의 구부러진 정도를 통해 슬관절의 각도를 측정한다. 족관절 각도 측정부(203)는 부착지지대(212)를 종아리와 발에 구성하고, 발목의 각도가 변함에 따라 부착지지대(212)에 연결된 플렉시블 바(211)가 같이 구부러짐으로써 상기 플렉시블 바(211)의 구부러짐을 통해 발목의 각도를 측정한다. 또한 고관절 각도 측정부(202)는 부착지지대(212)를 허리와 허벅지에 부착하고, 다리가 들어올려질 때 변경되는 고관절의 각도와 같은 방향으로 위치하는 플렉시블 바(211)와 상기 부착지지대(212)를 연결하여, 상기 플렉시블 바(211)의 구부러진 정도에 의해 고관절의 각도를 측정한다.

도 6은 관절 각도 측정부(200)로 사용되는 가변저항 측각계(220)를 나타낸 것이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 가변저항 측각계(220)는 관절의 각도에 따라 저 항값이 변화하는 가변저항(221)과 상기 가변저항(221)을 하지에 고정시키는 부착지지대(222)를 포함한다. 상기 부착 지지대(222)는 전기측각계(210)의 부착지지대(212)와 같이, 슬관절 각도 측정부(201)일 경우 허벅지와 종아리에, 족관절 각도 측정부(203)일 경우 종아리와 발에, 고관절 각도 측정부(202)일 경우 허리와 허벅지에 위치한다. 상기 가변저항 측각계(220)에 포함되는 가변 저항(221)은 저항값을 변화하는 저항조절부가 관절과 같이 움직이도록 형성하며, 관절의 각도가 변화함에 따라 가변 저항(221)의 저항값이 변함으로써, 상기 관절의 각도에 따라 변화하는 저항값을 통해 관절의 각도를 측정할 수 있다.

또한 도 7에 도시한 바와 같이, 관절 각도 측정부(200)는 슬관절 족관절 및 고관절 각도 측정부에 사용되는 측각계를 다르게 사용할 수 있다. 예를 들어, 슬관절 각도 측정부(201)는 가변저항 측각계(220)로, 족관절 및 고관절 각도 측정부(203, 202)는 전기측각계(210)로 사용하는 것도 가능하다. 이는 예시일 뿐이며, 다른 조합으로 관절 각도 측정부(200)를 사용하는 것도 가능하다는 것은 자명하다.

도 8은 관절 각도 측정부(200)로서 모션 캡쳐 측각계(230)를 사용한 것을 도 시한 것이다. 모션 캡쳐 측각계(230)는 관절과 관절의 상 하부에 부착할 수 있는 패치(231)와 상기 패치(231)의 위치를 인식할 수 있는 카메라(232)를 포함한다. 이에 관절 각도 측정부(200)는 하지가 움직이면서 변화되는 관절의 각도를 상기 하지에 부착된 패치(231)의 위치를 카메라(232)를 통해 인식하고, 상기 패치(231)의 위치를 통해 관절의 각도를 측정할 수 있다. 패치(231)의 위치는 슬관절, 족관절 및 고관절 각도 측정부에 따라 다르다. 예를 들면 슬관절 각도 측정부(201)일 경우 슬관절과 슬관절의 상 하부인 허벅지와 종아리에 부착되며, 족관절 각도 측정부(203)일 경우 족관절과 발과 종아리에 부착된다. 고관절 각도 측정부(202)일 경우, 패치(231)는 고관절과 허리와 허벅지에 부착한다. 또한 상기 패치(231)는 카메라(232)가 인식할 수 있도록, 카메라(232)가 보이는 쪽에 부착하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 하지를 들어올릴 때와 무릎이 굽혀질 때의 관절이 움직여 변화되는 각도를 측정할 수 있게 하기 위하여, 하지의 옆부분에 부착하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 하지 재활 훈련 장치는 상기 하중 측정부(100) 및 관절 각도 측정부(200)에서 실시간으로 측정되는 데이터를 전기적인 신호로 바꾸기 위한 증폭기와 컨버터(500)를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 증폭기와 컨버터(500)는 하중 측정부(100) 및 관절 각도 측정부(200)에 포함될 수 있으나, 제어부(300)에 포함될 수도 있고, 별도의 부분으로 형성될 수 있다.

본 발명의 하지 재활 훈련 장치는 상기 하중 측정부(100) 및 관절 각도 측정부(200)에서 측정된 측정치 데이터를 통해 표시부(400)에서 디스플레이될 결과 데이터를 생성하는 제어부(300)를 포함한다. 도 9는 상기 제어부(300)에서 결과 데이터를 생성하는 과정을 나타낸 순서도이다.

제어부(300)는 하중 측정부(100)와 관절 각도 측정부(200)에서 동시에 값을 읽어들이거나 또는 동시에 측정되도록 하중 측정부(100) 및 관절 각도 측정부(200)를 제어하며, 상기 하중 측정부(100)에서 읽어들이는 값은 측정치 데이터의 하중데이터로, 관절 각도 측정부(200)에서 읽어들이는 값은 측정치 데이터의 관절 각도 데이터로 생성한다. 상기 관절 각도 측정부(200)는 이미 설명한 바와 같이, 슬관절 각도 측정부, 족관절 각도 측정부(203)및 고관절 각도 측정부 중 하나 이상을 포함하므로, 이에 따라 제어부(300)는 각각 측정치 데이터의 슬관절 각도 데이터, 족관절 각도 데이터, 고관절 각도데이터로서 생성한다.

또한 제어부(300)는 상기 측정치 데이터의 하중데이터가 이후 사실상 같은 값이 되는 때까지를 카운트하여, 이때까지의 시간을 측정치 데이터의 시간데이터로 생성한다. 시간데이터를 생성하는 이유는, 편마비 하지가 움직이는 시간이 정상인 하지가 움직이는 시간과 다를 수 있기 때문이다. 예를 들면, 보행시 편마비 하지는 움직이는데에 힘이 많이 들고 또한 어렵기 때문에, 정상 하지가 움직이는 시간보다 짧게 움직이려고 하거나 또는 더욱 많은 시간을 소요할 수 있다. 따라서 본 발명의 하지 재활 훈련 장치는 편마비 하지가 움직이는 동안의 시간을 측정하여, 정상 하지가 움직이는 동안의 시간과 비교할 수 있도록 측정치 데이터의 시간 데이터를 생성한다. 이후, 제어부는 상기 생성된 측정치 데이터의 시간 데이터를 기준치 데이터의 시간 데이터와의 차이를 시간 비교 데이터로 생성한다.

상기 기준치 데이터는 측정치 데이터를 비교하는 기준이 되는 데이터로서, 하중 데이터, 슬관절 각도 데이터, 족관절 각도 데이터, 고관절 각도 데이터 및 시간 데이터 중 어느 하나 이상을 포함하는 측정치 데이터와 마찬가지로 기준치 데이터 또한 하중 데이터, 슬관절 각도 데이터, 족관절 각도 데이터 고관절 각도 데이터 및 시간 데이터 중 어느 하나 이상을 포함한다. 상기 기준치 데이터는 미리 장치에 저장해둔 사용자의 기초정보와 유사한 정상인의 하지로부터 측정되거나 또는 예측하여 생성된 데이터일 수 있으며, 또는 상기 측정치 데이터를 생성하는 편마비 하지의 반대쪽 하지인 정상 하지에서 실시간으로 측정된 데이터일 수 있다. 만약 정상 하지에서 실시간으로 측정된 데이터일 경우에는, 양 측 하지가 같은 상태일 때에 대하여 비교하기 위하여, 측정치 데이터 또는 기준치 데이터 중 어느 하나를 선택하여, 선택한 데이터의 반주기 이전의 값과, 선택되지 않은 데이터의 현재의 값을 비교하는 것이 바람직하다.

또한 제어부(300)는 상기 측정치 데이터의 하중 데이터 및 관절 각도 데이터와 기준치 데이터의 하중 데이터 및 관절 각도 데이터를 비교하여 하중 비교 데이터 및 관절 각도 비교 데이터를 생성한다. 상기 관절 각도 데이터는 앞서 설명한 바와 같이, 슬관절 각도 데이터, 족관절 각도 데이터 및 고관절 각도 데이터 중 어느 하나 이상을 포함하며, 이에 따라 상기 관절 각도 비교 데이터는 슬관절 각도 비교 데이터, 족관절 각도 비교 데이터 및 고관절 각도 비교 데이터 중 어느 하나 이상을 포함한다.

또한, 하중 비교 데이터 및 관절 각도 비교 데이터를 생성하기 위하여, 측정치 데이터와 기준치 데이터를 비교할 때에는 이 두개가 비슷한지의 여부만 확인하면 되기 때문에, 뺄셈, 나눗셈 중 어느 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다. 뺄셈의 경우 그 차이를 비교 데이터로 생성하며, 나눗셈의 경우는 비율을 비교 데이터로 생성한다. 본 발명에서 비교 데이터를 생성하기 위하여, 상기 두 방법을 모두 사용하거나 또는 둘 중 하나를 선택하여 사용하는 것이 가능한 것은 자명하다.

이후, 제어부(300)는 상기 하중 비교 데이터와 관절 각도 비교 데이터를 통해 편마비의 정도를 숫자적으로 알 수 있는 상태 데이터를 생성한다. 상기 상태 데이터는 하중 비교 데이터와 관절 각도 비교 데이터를 더하거나 곱하여 생성할 수 있다. 또한 상기 상태 데이터를 구하기 위한 연산은 예시일 뿐이며, 다른 연산 방 법으로도 상태 데이터를 구할 수 있는 것은 자명하다.

이후 제어부(300)는, 상기 상태 데이터가 상태 오차 범위 이내인 경우, 편마비의 상태 또는 훈련이 정상적이라는 내용의 메시지를 생성한다. 상기 상태 오차는 사용자에 따라 설정될 수 있으며, 또는 장치 안에 미리 저장된 값으로서 사용하는 것도 가능하다. 상기 상태 오차는 상태 데이터를 생성하기 위한 연산 방법에 따라 다를 수 있다.

상기 상태 데이터와 하중 비교 데이터 및 관절 각도 비교 데이터 등을 통해 사용자의 훈련 피드백에 유용하도록 메시지를 생성할 수 있다.

만약 상기 상태데이터가 상태 오차 범위를 벗어나는 경우, 하지의 어느 부분에 의해 정상 하지와 같이 움직일 수 없는지를 판단하기 위하여, 우선 하중 비교 데이터부터 검토하고, 상기 하중 비교 데이터가 하중 오차 범위 이내인 경우에는 관절 각도 비교 데이터를 검토한다. 상기 검토 순서는 사용자 또는 훈련 방법 및 훈련 목적에 따라 다르게 설정되게 할 수도 있다. 즉, 관절 각도 비교 데이터를 검토한 후 하중 비교 데이터를 검토할 수 있다. 균형 훈련 또는 기립 훈련의 경우에 는 편마비 하지에 힘을 주는 것을 꺼려하는 편마비 환자의 경향으로 인해, 하중 비교 데이터가 상태 데이터에 큰 영향을 끼치게 될 것이다. 그러나 보행 훈련의 경우에는 체중의 전부가 한쪽 하지에 치우쳤다가 다른 쪽 하지에 치우치는 과정을 반복하기 때문에 하중 데이터에 의해 상태 데이터가 영향을 받을 확률이 적으며 관절 각도 비교 데이터에 의해 상태 데이터가 상태 오차 범위를 벗어나게 되는 확률이 높게 될 것이므로, 관절 각도 비교 데이터를 먼저 검토하는 것이 빠른 진행을 위해 바람직하다.

상기 하중 비교 데이터가 하중 오차를 벗어나는 경우에는 기준치 데이터와 측정치 데이터의 경중에 따라 체중을 측정하는 하지에 더욱 치우치도록 하라던가 또는 체중의 부하를 줄이라는 내용의 메시지를 생성한다.

관절 각도 비교 데이터를 검토하는 과정은 다음과 같다. 상기 관절 각도 비교 데이터를 검토함에 있어, 만일 슬관절, 족관절 및 고관절을 모두 측정하였다면, 슬관절 각도 비교 데이터부터 검토한 후, 상기 슬관절 각도 오차 범위 이내일 때 족관절과 고관절의 각도 비교 데이터 중 큰 쪽에 대하여 메시지를 생성한다. 상기 슬관절 각도 비교 데이터가 슬관절 각도 오차 범위를 벗어나는 경우에, 상기 제어부(300)는 측정치 데이터와 기준치 데이터의 경중에 따라 무릎을 더욱 굽히라거나 또는 무릎을 펴라는 내용의 메시지를 생성한다.

상기 슬관절 각도 비교 데이터가 슬관절 각도 오차 범위 이내인 경우에는, 이미 설명한 바와 같이, 족관절과 고관절 각도 비교 데이터 중 큰 쪽을 선택한다. 만약 족관절 각도 비교 데이터가 고관절 각도 비교 데이터보다 크다면, 기준치 데이터의 족관절 각도 데이터와 측정치 데이터의 족관절 각도 데이터의 경중에 따라 발목을 더욱 구부리면서 움직이라던가 또는 발목을 덜 구부리면서 움직이라는 내용의 메시지를 생성한다. 만약 족관절 비교 데이터가 고관절 비교 데이터보다 작다면, 기준치 데이터와 측정치 데이터의 고관절 각도 데이터의 경중에 따라 다리를 더욱 들어올려서 움직이라던가 또는 다리를 너무 들어올리지 말라는 내용의 메시지를 생성한다.

이후 제어부(300)는 표시부에 전송할 결과 데이터를 생성한다. 상기 결과 데이터는 측정치 데이터의 시간데이터, 하중데이터, 슬관절 각도 데이터, 족관절 각 도 데이터, 고관절 각도 데이터와 기준치 데이터의 시간데이터, 하중데이터, 슬관절 각도 데이터, 족관절 각도 데이터, 고관절 각도 데이터와 하중 비교 데이터, 슬관절 각도 비교 데이터, 족관절 각도 비교 데이터, 고관절 각도 비교 데이터, 시간 비교 데이터 및 상태 데이터 중 어느 하나 이상을 포함한다. 또한 상기 사용자가 적절히 훈련할 수 있도록 생성한 메시지를 추가적으로 포함할 수 있다.

또한 상기 제어부는 사용자가 훈련에 대해 흥미를 가질 수 있도록, 상기 결과 데이터를 변수로 이용한 게임을 생성할 수 있다. 상기 게임은 테트리스나 성벽쌓기와 유사한 게임을 예시로 들 수 있다.

상기 테트리스와 유사한 게임(이하 벽돌끼우기게임)은 게임이 표시되는 스크린의 아래 부분에 벽돌이 들어갈 수 있는 홈을 형성하고, 상기 홈은 경우에 따라 오른 쪽, 왼쪽, 중간에 위치할 수 있다. 또한 상기 홈의 크기는 경우에 따라 다를 수 있다.

벽돌이 위에서 내려오기 시작하면 사용자는 스크린의 아래부분에 형성되는 홈의 위치를 확인한 후, 상기 홈의 위치에 맞추어 체중을 좌우로 옮김으로서 벽돌 을 좌우로 움직인다. 즉, 홈이 오른쪽에 있으면 오른 쪽으로 체중을 옮기고 왼쪽에 있으면 체중을 왼쪽으로 옮기는 방법이다. 벽돌의 크기는 관절의 각도에 따라 변화한다. 관절의 각도가 작으면 벽돌은 작은 크기에서 머무르고, 무릎을 많이 구부리면 벽돌의 크기가 커진다. 벽돌이 홈에 들어갈 수 있는 정확한 크기 및 위치가 되어 홈에 들어가면 그 과제는 성공한 것으로 한다. 이후 새로운 위치에 다른 홈이 있는 화면을 출력하여, 새로운 과제를 제시한다. 상기 벽돌끼우기게임을 통해 환자가 마비된 다리에 체중을 주면서 관절의 움직임을 조절할 수 있도록 훈련한다.

또한 상기 성벽 쌓기와 유사한 게임(이하, 성벽쌓기)은 마비된 하지에 체중을 많이 실을 수록, 관절의 각도가 클 수록, 상기 자세를 유지하는 시간이 길수록 벽돌의 크기가 커진다. 예를 들어 성벽을 쌓을 벽돌의 가로는 체중의 크기, 벽돌의 세로는 관절의 각도, 지속시간은 벽돌의 높이를 좌우하는 방법으로 벽돌의 크기를 조절한다. 체중을 많이 이동시키고, 무릎을 많이 굽히고, 오래 유지하면 큰 돌로 쌓인 성이 되고 체중을 적게 이동시키고 무릎을 적게 구부리고, 짧게 유지하면 적은 돌로 쌓인 성이 형성되도록 한다. 이 돌들의 전체 체적을 바로 점수로 매길 수 도 있고 게임의 일부분이 되도록 할 수 있을 것입니다. 상기 성벽쌓기는 가능하면 체중을 많이 이동하고 관절을 많이 굽힐 수 있도록 유도하기 위한 게임이다.

상기 테트리스 또는 쌓기게임을 예시로 든 것처럼, 상기 결과 데이터의 값을 게임의 변수로 이용한 게임을 함으로서 사용자는 훈련에 더욱 흥미를 가질 수 있게 된다.

본 발명의 하지 재활 훈련 장치는 상기 제어부(300)에서 생성된 결과 데이터를 사용자에게 디스플레이하는 표시부(400)를 포함한다. 도 10에 도시한 바와 같이, 상기 표시부(400)로서 하지 재활 훈련 장치에서 사용자에게 표시하여야 하는 내용에 대해 디스플레이할 수 있는 전용 모니터, 전광판, LED창, 일반 컴퓨터용 모니터 등을 사용할 수 있다.

상기 표시부(400)는 사용자의 성명, 나이, 체중, 신장등을 포함하는 기초 정보 및 제어부(300)에서 생성된 결과 데이터를 사용자에게 디스플레이한다. 또한 표시부(400)는 상기 제어부(300)에서 생성된 결과 데이터 중 사용자의 상태에 따라 생성된 메시지를 디스플레이함에 있어, 문자 또는 표시등 등으로 사용자가 알아보 기 쉽게 나타낼 수 있다. 이는 예시일 뿐이며 상기 예시에 본 발명이 국한되는 것은 아니다.

또한 표시부(400)는 상기 제어부(300)에서 생성된 결과 데이터를 디스플레이함에 있어, 사용자가 편마비 상태를 인지하기 쉽도록 하기 위하여, 시간을 일 축으로 하고, 데이터를 다른 일 축으로 한 그래프를 생성할 수 있다.

하중 데이터 그래프의 경우, 시간을 일 축으로 하고, 하중 데이터를 다른 일 축으로 하여, 실시간으로 생성되는 기준치 데이터의 하중 데이터와 측정치 데이터의 하중 데이터를 그래프를 통해 나타낸다. 사용자는 상기 두 그래프가 유사한지를 쉽게 판별할 수 있고, 상기 그래프를 유사하게 만들도록 편마비 하지를 훈련한다.

또한 슬관절 각도 데이터 그래프의 경우에도 상기 하중데이터 그래프의 경우와 마찬가지로 시간을 일 축으로 하고, 슬관절 각도 데이터를 다른 일 축으로 하여, 실시간으로 생성되는 기준치 데이터의 슬관절 각도 데이터와 측정치 데이터의 슬관절 각도 데이터를 나타낸다. 고관절 각도 데이터 그래프 및 족관절 각도 데이터 그래프 또한 위에 설명한 슬관절 각도 데이터 그래프의 경우와 마찬가지로 생성 된다.

또한 하중 비교 데이터 및 관절 각도 비교 데이터를 통해 생성되는 상태 데이터를 일 축으로 하고 시간을 다른 일 축으로 하여, 상기 상태 데이터 그래프를 나타낼 수 있다. 상기 상태 데이터 그래프는 사용자가 올바르게 훈련할수록 그래프의 기울기는 작게 될 것이다.

상기 그래프 생성 과정은 사용자가 자신의 상태를 쉽게 실시간으로 인지할 수 있도록 하기 위한 목적에 부합된다면 다른 방법으로도 가능하다는 것은 당연하다.

또한 상기 결과 데이터는 그래프 뿐만 아니라 숫자 또는 문자 등을 통해서도 나타내어 질 수 있으며, 상기 상태 데이터, 하중 비교 데이터, 관절 각도 비교 데이터 중 가장 큰 값을 가지는 데이터를 LED등을 통해 나타내어 사용자가 편마비에 있어 가장 중점을 두고 훈련해야 하는 부분을 더욱 쉽게 인지하도록 할 수 있다.

상기 숫자, 문자 또는 그래프로 나타내는 내용은 새롭게 측정되어 추가되는 내용이 있을 때마다 변화하도록 할 수 있도록 하는 것일 수 있다.

이후에는 상기 체중 부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 장치를 이용한 하지 재활 훈련 방법에 관한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명은 사용자가 과제동작을 한번 또는 반복 수행하면서, 상기 하지 재활 훈련 장치를 통해 사용자가 마비상태를 인식하고, 이를 개선하기 위하여 상기 과제동작을 수정하는 과정을 반복하는 훈련 또는 상기 과제 동작이 계속적으로 변화하면서 상기 변화하는 과제 동작을 수행하는 하지 재활 훈련을 제안한다.

상기 과제동작의 예시로는 일 측 하지에 체중을 최대한 실은후 상기 체중을 실은 하지의 무릎을 굽히는 동작, 양측 발바닥을 바닥에 붙이고 양측하지의 무릎을 동시에 구부리기, 양측 발가락을 바닥에 붙이고 발 뒤꿈치를 번갈아 들어올리기 및 제자리 걸음 등이 있다. 상기 동작은 하지 재활 훈련 방법의 예시일 뿐이며, 사용자의 마비 상태를 개선할 수 있는 어떠한 동작이라도 과제동작으로 지정될 수 있다. 또한 사용자의 마비 상태에 따라 상기 과제동작은 수정될 수 있다.

상기 과제동작이 일 측 하지에 체중을 최대한 실은후 상기 체중을 실은 하지 의 무릎을 굽히는 동작일 경우에는, 사용자가 상기 과제동작을 수행하면서, 마비된 다리에 체중을 더욱 많이 실을 수 있는 힘을 키우고, 또한 무릎을 많이 구부릴 수있는 힘을 가지도록 근육을 훈련할 수 있다. 이에 편마비 환자의 가장 큰 문제인 마비도니 하지의 무릎을 굽히면서 체중을 잘 지탱할 수 없다는 점을 개선할 수 있다.

또한 이미 상술한 바와 같이, 상기 하지 재활 훈련은 상기 과제 동작을 변화시키면서 상기 변화하는 과제 동작을 수행하면서 운동에 필요한 모든 근육을 종합적으로 훈련하는 방법을 사용할 수 있다. 상기 변화하는 과제 동작은 변화하는 그래프를 따라하도록 유도하는 방법으로 표시할 수 있고, 또는 과제동작을 문자 또는 LED등으로 표시할 수도 있다. 이는 예시일 뿐이며, 사용자가 최대한 빨리 과제 동작을 인식할 수 있는 어떠한 방법이라도 본 발명의 목적에 위배되지 않는 한 가능하다는 것은 자명하다.

또한 상기 예시로 제시한 과제 동작을 보다 상세히 설명한다.

균형훈련

도 11은 사용자가 균형훈련하는 모습을 나타낸 것이다. 상기 균형훈련은 사용자에게 양 측 하지의 발가락이 바닥에 닿아있도록 하고, 발뒤꿈치를 번갈아 들어올리는 동작을 통해 편마비 하지에 체중을 부하하도록 훈련할 수 있다.

균형 훈련을 수행하기 전에, 상기 체중 부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 장치를 사용자에게 장착한다. 상기 관절의 각도를 측정하기 위한 하지 재활 훈련 장치의 관절 각도 측정부(200)는 슬관절 각도 측정부, 족관절 각도 측정부, 고관절 각도 측정부(202)중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

도 11에 도시한 바와 같이, 상기 균형 훈련은 일 측 하지의 발가락부분이 바닥에 닿게하면서 뒷발꿈치를 번갈아 들어올리는 동작을 반복하는 것으로, 일 측 하지의 발 뒤꿈치를 내려서 발바닥 전체가 바닥 또는 하중 측정부(100)에 닿게 하는 것과 동시에 다른 쪽 하지의 발가락 부분이 바닥에 닿게하면서 발 뒤꿈치를 올리는 동작을 반복하는 훈련이다.

예를 들면, 사용자가 오른쪽 하지가 마비인 편마비 환자이며, 상기 편마비 환자가 균형훈련을 실시한다고 가정한다. 상기 편마비 환자는 하지 재활 훈련 장치를 장착한 후, 훈련을 시작한다. 상기 하지 재활 훈련 장치의 관절 각도 측정부(200)는 슬관절, 족관절, 고관절 각도 측정부를 모두 포함한다고 가정한다. 또한 사용자가 훈련을 시작하기전, 사용자의 신장, 키, 나이등을 입력하는 단계를 포함하여, 사용자에게 필요한 기준치 데이터를 미리 생성할 수 있으나, 이하 설명에서는 정상 하지인 왼쪽 하지를 같이 측정하여 상기 왼쪽 하지의 데이터를 기준치 데이터로 생성한다고 가정한다.

상기와 같이 기준치 데이터를 정상 하지에 대해 측정한 데이터로 설정하는 경우, 정상하지와 편마비 하지가 번갈아 발뒤꿈치를 들어올리기 때문에, 발뒤꿈치를 들어올렸을 때의 하지의 상태를 서로 비교하기 위해서는 같은 시간에 측정된 데이터를 비교하여서는 안된다. 따라서, 발뒤꿈치를 들어올린 하지의 상태에 대한 데이터를 비교하기 위하여, 측정치 데이터와 기준치 데이터 중 하나를 선택하여 상기 선택한 데이터의 시간 데이터의 반주기 이전 또는 이후에 측정된 값과 나머지 데이터의 현재에 측정된 데이터를 비교하는 것이 바람직하다.

사용자가 왼쪽 하지의 발뒤꿈치를 들어올리면, 발목의 각도는 커지고, 무릎의 각도는 작아지며, 약간이지만 다리를 들어올리기 때문에 고관절의 각도는 약 180°에서 커지게 된다. 또한 체중이 오른쪽 하지로 치우치게 되며, 중심이 오른쪽 하지쪽으로 이동된다. 왼쪽 하지의 발뒤꿈치를 내려서 왼쪽 하지의 하부면에 바닥과 모두 닿도록 하고, 오른쪽 하지의 발뒤꿈치를 올리면, 오른쪽 하지에 치우쳐져 있던 체중이 왼쪽 하지로 움직이고, 오른쪽 하지의 관절의 각도는 변하여야 한다. 이미 가정한 바와 같이, 마비가 있는 오른쪽 하지는 왼쪽 하지가 발뒤꿈치를 들어올렸을 때와는 하지를 들어올리는 정도, 무릎이 구부러지는 정도 및 발목의 각도가 작아지는 정도가 다를 것이다. 또한 편마비 하지가 발뒤꿈치를 들어올리는데 걸리는 시간은 정상하지가 발뒤꿈치를 들어올리는데 걸리는 시간과는 다를 것이다. 따라서 측정치 데이터의 하중데이터, 관절 각도 데이터, 시간데이터와 기준치 데이터의 하중데이터, 관절 각도 데이터, 시간데이터를 다음과 같이 예상할 수 있다.

오른쪽 하지는 마비가 있기 때문에, 다리를 들어올리는 힘이 왼쪽하지보다 작을 것으로 가정한다면, 체중이 오른쪽 다리에서 왼쪽 하지로 치우치는 정도가 작 게될 것이다. 또한 마비로 인하여 오른쪽 하지의 무릎은 잘 굽혀지지 않게 될 것이며 발목 또한 왼쪽 하지에 비해 잘 펴지지 않을 것이다. 따라서 측정치 데이터(오른쪽 하지에 대한 측정값)의 하중 데이터는 기준치 데이터(왼쪽 하지에 대한 측정값)의 하중데이터보다 클 것이며, 상기 두 하중 데이터를 비교하여 얻어지는 하중 비교 데이터는 하중 오차를 벗어난다고 가정한다. 또한 측정치 데이터의 슬관절 각도 데이터는 기준치 데이터의 슬관절 각도 데이터보다 작을 것이며, 상기 두 슬관절 각도 데이터를 통해 생성되는 슬관절 각도 비교 데이터는 슬관절 각도 오차를 벗어난다고 가정한다. 또한 측정치 데이터의 족관절 각도 데이터는 기준치 데이터의 족관절 각도 데이터보다 작을 것이며, 측정치 데이터의 고관절 각도 데이터는 기준치 데이터의 고관절 각도 데이터보다 작을 것이다. 상기 각각의 비교 데이터를 통해 얻어지는 상태 데이터는 상태 오차를 벗어났다고 가정하면, 하중 오차를 벗어나는 하중 비교 데이터와, 기준치 데이터의 하중 데이터와 측정치 데이터의 하중 데이터의 경중을 통해 왼쪽 하지에 체중을 더욱 부하하라는 내용의 메시지를 생성한다. 상기 메시지는 결과 데이터에 포함되어 표시부(400)에 디스플레이된다.

만일 사용자가 상기 메시지를 참고하여 상태데이터가 상태오차를 벗어나는 반면, 하중비교데이터가 하중 오차이내라면, 슬관절 각도 비교 데이터가 슬관절 각도 오차이내인지를 검토한다. 상기 예시에서 슬관절 각도 비교 데이터가 슬관절 각도 오차를 벗어난다고 가정하였고, 측정치 데이터의 슬관절 각도 데이터가 기준치 데이터의 슬관절 각도 데이터보다 작다고 가정하였으므로, 하지 재활 훈련 장치의 제어부(300)는 오른쪽 하지의 무릎을 더욱 굽히라는 내용의 메시지를 생성한다. 상기 메시지는 결과 데이터에 포함되어 표시부(400)에 디스플레이된다.

만약 상태데이터가 상태 오차를 벗어나는 반면, 하중 비교 데이터는 하중 오차 이내이고, 슬관절 각도 비교 데이터도 슬관절 각도 오차 이내라면, 족관절 각도 비교 데이터와 고관절 각도 비교 데이터의 경중을 검토한다. 만약 사용자가 마비가 있는 하지를 들어올리는 힘이 약하여, 고관절 각도 비교 데이터가 족관절 각도 비교 데이터보다 컸다고 가정한다면, 측정치 데이터의 고관절 각도 데이터와 기준치 데이터의 각도 데이터의 경중에 따라 오른쪽 하지를 더 들어올리라는 내용의 메시지를 생성하고 이를 결과 데이터에 포함시킨다.

또한 오른쪽 하지의 발뒤꿈치를 들어올리는데 걸리는 시간은 왼쪽 하지의 발뒤꿈치를 들어올리는데 걸리는 시간에 비해 큰값을 가지게 될 것이다. 이에 측정치 데이터와 기준치 데이터의 시간데이터를 통해 오른쪽 하지를 더욱 적극적으로 사용하도록 메시지를 생성한다.

상기와 같이, 균형훈련을 통해서 편마비 환자들이 편마비 하지에 체중을 부하하도록 마비된 근육을 사용하는 훈련을 할 수 있다.

기립훈련

도 12는 사용자가 기립훈련하는 모습을 나타낸 것이다. 기립 훈련은 사용자에게 상기 체중 부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 장치를 장착한 후, 양측 하지의 무릎을 굽혔다 폈다하는 동작을 반복하면서, 양측 하지의 무릎을 같이 구부릴 수 있는지, 같은 각도로 구부릴 수 있는지, 같은 시간내에 상기 동작을 할 수 있도록 훈련한다.

상기 균형훈련에 있어, 편마비 하지에 대해 측정한 데이터를 비교하기 위한 기준치 데이터로 하지 재활 훈련 장치에 미리 저장해놓은 정상인의 데이터, 또는 정상하지에 대해 측정한 데이터를 사용할 수 있다. 정상하지에 대해 측정한 데이터를 기준치 데이터로 사용하는 경우에, 하지가 가져야 하는 체중 부하 및 관절의 각도가 동일하기 때문에 상기 균형훈련과는 달리 기준치 데이터와 측정치 데이터를 비교할 때에 동시에 측정한 데이터를 사용한다.

만약 오른쪽 하지가 마비인 편마비 환자가 균형 훈련을 한다고 했을 때, 사용자는 하지 재활 훈련 장치를 장착하고, 훈련을 시작한다. 상기 훈련을 시작하기 전에 사용자의 기본 정보를 입력할 수 있다. 상기 사용자의 기본 정보는 사용자를 인식하기 위하여 사용되기도 하지만, 기준치 데이터를 미리 저장해둔 정상인의 데이터를 사용하는 경우에 기준치 데이터를 설정하기 위한 데이터로 사용될 수 있다. 본 발명에서 제안하는 하지 재활 훈련 장치를 사용한 기립훈련은 사용자가 양측 하지에 부하되는 체중이 비슷한지, 슬관절, 족관절, 고관절의 각도가 일치하는지를 확인할 수 있다. 따라서 무릎의 각도를 덜 구부리면서 양 측 하지에 부하되는 체중이 비슷한 이상 기립 자세를 취하는 경우에도 이를 정상 기립 자세를 가지도록, 즉 무릎을 구부리면서 기립훈련을 할 수 있도록 훈련할 수 있다.

보행훈련

도 13은 사용자가 보행훈련 하는 모습을 점차적으로 나타낸 것이다.

정상보행은 체중의 부하와 하지의 관절이 유기적으로 움직여서 수행된다. 좀더 상세히 설명하면, 본 발명에서 제안하는 보행 훈련은 제자리 걸음을 반복하는 것이다. 정상적인 제자리 걸음은 일측 하지에 체중이 모두 부하되면, 다른 일측 하지를 들어올리면서 무릎은 굽히며, 상기 들어올린 하지를 내려 놓으면서, 발바닥이 바닥에 닿아 있던 하지를 들어올리면서 무릎을 굽히는 과정을 반복하여 수행한다.

상기 보행 훈련을 할 때에는, 상기 균형훈련과 마찬가지로, 양 측 하지에 대하여, 다리를 들어올렸을 때의 상태를 비교하는 것이 바람직하므로, 만약 기준치 데이터를 정상 하지에 대하여 측정된 데이터를 사용할 경우, 상기 정상 하지에 대하여 측정된 데이터를 사용한 기준치 데이터와 측정치 데이터 중 어느 하나를 선택하여 선택한 데이터의 시간 데이터의 반주기 이전 또는 이후에 측정된 데이터와 나 머지 하나의 현재에 측정된 데이터를 비교하여, 하중 비교 데이터, 관절 각도 비교 데이터 등을 생성한다.

그러나 하지 편마비 환자의 경우에는 편마비 하지의 무릎을 굽히는 것 및 상기 하지를 들어올리는 것을 힘들어하여, 정상하지만큼 무릎을 굽히지 못하고, 하지를 들어올리지 못할 것이다. 따라서, 슬관절과 고관절 각도 측정부를 두어 슬관절의 각도 변화 및 고관절의 각도 변화를 측정하는 것이 편마비 환자의 이상보행을 정상보행으로 하도록 강제 훈련함에 있어 중요하다.

따라서 본 발명의 하지 재활 훈련 장치를 사용하여 사용자가 체중의 부하와 관절의 각도의 변화가 정상보행과 같은 형태를 가지는지를 확인하여, 보행 훈련을 할 수 있다.

상기에 설명한 바와 같이 본 발명에서 제안하는 하지 재활 훈련 장치 및 하지 재활 훈련 방법은 하지에 걸리는 체중 부하를 확인하는 것 뿐만 아니라, 슬관절, 족관절 및 고관절 중 어느 하나 이상을 포함하는 관절의 각도를 측정하고, 상 기 측정된 값들을 통해 사용자의 편마비 상태를 분석한다. 이에 관절을 사용하지 않고 움직이려는 하지 편마비 환자들의 경향을 개선하고, 관절과 체중부하가 유기적으로 수행되면서 움직일 수 있는 훈련을 할 수 있다.

또한 본 발명은 상기 하지 재활 훈련에 게임을 접목하여, 사용자가 훈련에 대해 흥미를 가질 수 있어, 사용자가 지루하지 않고 반복동작을 수행하도록 유도할 수 있다.

상기 하지 재활 훈련 장치 및 하지 재활 훈련 방법은 편마비 환자들이 그 대상이 될 수 있고, 또한 양측하지 모두 마비된 환자 또는 마비는 없지만 균형유지능력이 떨어지는 환자를 그 대상으로 응용할 수 있음은 본 발명의 목적에 비추어 당연하다. 또한 본 발명의 목적에 위배되지 않는 범위 내에서의 본 발명의 응용은 가능할 수 있다는 것은 자명하다.

본 발명은 하지 편마비 환자의 재활 훈련 장치 및 재활 훈련 방법에 있어, 체중 부하의 이동 및 관절의 각도를 함께 고려하여, 더욱 정확한 편마비의 상태를 측정할 수 있고, 서있는자세 및 보행에 있어 필요한 근육을 사용할 수 있도록 훈련할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명은 2차원적으로 편마비 측정 및 재활 훈련을 함으로써, 넓은 공간 및 고가의 장비가 필요치 않은 장점이 있으며, 간단한 시스템으로 할 수 있기 때문에 사용자와의 실시간 피드백이 실행될 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명은 그래프를 이용하여 마비 상태를 측정 및 분석 결과를 표시함으로써, 사용자가 마비 상태를 쉽게 인지할 수 있도록 한 장점이 있으며, 또한 상기 측정결과 및 분석결과를 변수로 이용한 게임을 제공하여, 사용자가 훈련에 대한 흥미를 유발하도록 한 장점이 있다.

또한 본 발명은 사용자가 과제동작을 반복 수행하면서, 마비로 인해 사용하지 않는 근육을 분석하여 이를 사용자가 인식할 수 있도록 알려주는 과정을 통해서 사용자의 마비를 개선할 수 있는 장점이 있다.

Claims

하지의 하부면에 접하도록 위치하고, 하지에 실리는 체중의 부하를 측정하여, 하중 데이터를 생성하는 하중 측정부;

상기 하지에 포함된 관절의 각도를 측정하여, 관절 각도 데이터를 생성하는 관절 각도 측정부;

상기 하중 측정부 및 관절 각도 측정부에서 측정된 측정치 데이터의 하중 데이터 및 관절 각도 데이터와 기준치 데이터의 하중 데이터 및 관절 각도 데이터를 통하여 결과 데이터를 생성하는 제어부; 및

상기 제어부에서 생성한 결과 데이터를 사용자에게 보여주는 표시부;

를 포함하는 체중 부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 장치.
제 1항에 있어서, 상기 관절 각도 측정부는,

허벅지근육을 사용하여 움직이는 지를 확인하기 위한 무릎 관절의 각도를 측 정하는 슬관절 각도 측정부, 종아리근육을 사용하여 움직이는 지를 확인하기 위한 발목 관절의 각도를 측정하는 족관절 각도 측정부 및 다리를 들어올리는 힘의 정도를 확인하기 위한 엉덩 관절의 각도를 측정하는 고관절 각도 측정부 중 어느 하나이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 체중부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 장치.
제 2항에 있어서, 상기 관절 각도 측정부는,

하지의 중요 근육인 종아리, 허벅지 근육등을 사용하여 하지를 움직이는 지에 대한 여부와, 하지를 들어올리는 힘이 있는지에 대한 여부를 종합적으로 측정하기 위하여, 슬관절 각도 측정부, 족관절 각도 측정부 및 고관절 각도 측정부를 모두 포함하는 것을 특징으로 하는 체중부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 장치.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는,

하중 측정부에서 측정된 측정치 데이터의 하중 데이터가 사실상 같은 값이 될 때까지의 시간을 측정치 데이터의 시간 데이터로 생성하며, 상기 측정치 데이터의 시간 데이터와 기준치 데이터의 시간 데이터의 차이를 시간 비교 데이터로서 생성하는 것을 특징으로 하는 체중부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 장치.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는,

상기 하중 측정부에서 생성되는 하중데이터 및 상기 하중데이터가 생성된 때와 동시에 관절 각도 측정부에서 생성되는 관절 각도 데이터를 포함하는 측정치 데이터를 생성하고,

상기 하중데이터 및 관절 각도 데이터를 포함하는 측정치 데이터와 기준치 데이터를 통해 하중 비교 데이터 및 관절 각도 비교 데이터를 생성하고,

상기 하중 비교 데이터와 관절 각도 비교 데이터를 통해 상태 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 체중 부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 장 치.
제 5항에 있어서,

상기 관절 각도 비교 데이터는,

슬관절 각도 측정부에서 생성된 측정치 데이터의 슬관절 각도 데이터와 기준치 데이터의 슬관절 각도 데이터를 통해 생성된 슬관절 각도 비교 데이터,

족관절 각도 측정부에서 생성된 측정치 데이터의 족관절 각도 데이터와 기준치 데이터의 족관절 각도 데이터를 통해 생성된 족관절 각도 비교 데이터 및

고관절 각도 측정부에서 생성된 측정치 데이터의 고관절 각도 데이터와 기준치 데이터의 고관절 각도 데이터를 통해 생성되는 고관절 각도 비교 데이터 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 체중 부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 장치.
제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결과 데이터는,

측정치데이터와 기준치 데이터의 시간 데이터, 하중 데이터, 관절 각도 데이터와 시간 비교 데이터, 하중 비교 데이터, 관절 각도 비교 데이터 및 상태 데이터 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 체중 부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 장치.
제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 기준치 데이터는, 양측 하지 중 정상 하지에서 측정된 데이터이거나 미리 저장된 정상인의 데이터중 어느 하나를 통해 생성되는 것을 특징으로 하는 체중 부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 장치.
제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어부는, 사용자가 훈련에 흥미를 가질 수 있도록, 상기 결과데이터를 변수로 이용한 게임을 생성하되, 상기 게임은 하중 비교 데이터가 오차범위 이내이고 관절 각도 비교 데이터가 각각 오차 범위 이내이면, 게임 목적이 달성되는 방식인 것을 특징으로 하는 체중 부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 장치.
제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어부에서 생성된 결과 데이터를 사용자에게 보여주는 표시부는, 사용자가 상태를 인지하기 쉽도록 하기 위하여,

시간을 일 축으로 하고, 하중 데이터를 다른 일 축으로 하여 실시간으로 생성되는 측정치 데이터 및 기준치 데이터의 하중 데이터 그래프,

시간을 일 축으로 하고, 슬관절 각도 데이터를 다른 일 축으로 하여 실시간으로 생성되는 측정치 데이터 및 기준치 데이터의 슬관절 각도 데이터 그래프,

시간을 일 축으로 하고, 족관절 각도 데이터를 다른 일 축으로 하여 실시간으로 생성되는 측정치 데이터 및 기준치 데이터의 족관절 각도 데이터 그래프,

시간을 일 축으로 하고, 고관절 각도 데이터를 다른 일 축으로 하여 실시간으로 생성되는 측정치 데이터 및 기준치 데이터의 고관절 각도 데이터 그래프 및

시간을 일 축으로 하고, 하중 비교 데이터와 관절 각도 비교 데이터를 통해 실시간으로 생성되는 상태 데이터를 다른 일 축으로 한 상태 데이터 그래프 중 어느 하나 이상을 포함하는 그래프를 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 체중 부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 장치.
제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어부에서 생성된 결과 데이터를 사용자에게 보여주는 표시부는, 사용자가 상태를 인지하기 쉽도록 하기 위하여,

상기 하중 비교 데이터, 각도 비교 데이터, 상태 데이터 및 시간 비교 데이터 중 어느 하나 이상을 숫자 또는 문자 중 어느 하나의 방법으로 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 체중 부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 장치.
제 1항에 있어서, 상기 하중 측정부는,

상기 하지의 하부 면에 접촉하도록 위치되는 한 개 이상의 압력 센서를 포함하여, 상기 압력 센서의 변화를 통해 하지에 걸리는 체중 부하를 측정하는 포스 플 레이트(force plate)인 것을 특징으로 하는 체중 부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 장치.
제 1항에 있어서, 상기 하중 측정부는,

상기 하지의 하부 면에 직, 간접적으로 접촉하도록 위치하며, 상기 하지에 걸리는 체중 부하에 의해 상태가 변화하는 스프링을 포함하여, 상기 스프링의 상태 변화로써 하지에 걸리는 체중 부하를 측정할 수 있는 하나 이상의 저울인 것을 특징으로 하는 체중 부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 장치.
제 2항에 있어서, 상기 관절 각도 측정부는,

관절과 같이 구부러지는 유연한 성질을 가지는 플렉시블 바 및, 상기 플렉시블 바가 관절의 옆에 고정되도록 관절의 상하 및 상기 플렉시블 바와 연결되는 부착 지지대를 포함하여, 관절 옆에 위치하는 상기 플렉시블 바의 구부러진 정도에 의해 관절의 각도를 측정할 수 있도록 한 전기 측각계인 것을 특징으로 하는 체중 부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 장치.
제 2항에 있어서, 상기 관절 각도 측정부는,

관절의 각도 변화에 의해 저항값이 변화하는 특성이 있으며, 저항 조절 부분이 관절과 같이 움직일 수 있도록 위치한 가변 저항 및, 상기 가변 저항을 고정하기 위하여 관절의 상하 부에 부착하는 부착 지지대를 포함하는 가변 저항 측각계인 것을 특징으로 하는 체중 부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 장치.
제 2항에 있어서, 상기 관절 각도 측정부는,

카메라 및 상기 관절 및 관절의 상하부에 부착할 수 있고 카메라가 인식할 수 있는 패치를 포함하여, 상기 패치의 위치 변화를 카메라를 통해 인식하고, 상기 패치의 위치를 통해 관절의 각도를 측정하도록 하는 모션 캡쳐 측각계인 것을 특징으로 하는 체중 부하 및 관절의 변화를 이용한 하지 재활 훈련 장치.
제 16항에 있어서, 상기 모션 캡쳐 측각계는,

두 개 이하의 카메라를 포함하여, 2차원 적으로 관절이 굽혀진 각도만을 측정하는 것을 특징으로 하는 체중 부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 장치.
제 12항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 하중 측정부 및 관절 각도 측정부에서 측정된 값을 전기적인 신호로 바꾸고, 상기 바뀐 전기적인 신호를 제어부에 전송하는 신호 처리부를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 체중 부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 장치.
제 1항에 있어서, 상기 표시부는,

제어부에서 생성된 결과 메시지를 사용자에게 디스플레이할 수 있는 모니터, 전광판, LED창, 재활 훈련기용 전용 모니터 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하 는 체중 부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 장치.
a. 하중 측정부는 사용자의 하지에 실리는 체중 부하를 측정하여 측정치 데이터의 하중 데이터를 생성하고, 관절 각도 측정부는 상기 하지의 관절 각도의 크기를 측정하여 측정치 데이터의 관절 각도 데이터를 생성하는 단계;

b. 기준치 데이터의 하중 데이터와 관절 각도 데이터를 생성하는 단계;

c. 상기 측정치 데이터의 하중 데이터와 기준치 데이터의 하중 데이터를 비교하여 하중 비교 데이터를 생성하고, 측정치 데이터의 관절 각도 데이터와 기준치 데이터의 관절 각도 데이터를 통해 관절 각도 비교 데이터를 생성하는 단계;

d. 상기 하중 비교 데이터와 관절 각도 비교 데이터를 통해 상태 데이터를 생성하는 단계;

e. 상기 상태 데이터, 하중 비교 데이터, 관절 각도 비교 데이터, 측정치 데이터와 기준치 데이터의 하중데이터 및 관절 각도 데이터 중 어느 하나 이상을 포 함하는 결과 데이터를 생성하는 단계;

f. 상기 결과 데이터를 사용자에게 표시하는 단계;

를 포함하는 체중부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 방법.
제 20항에 있어서,

상기 측정치 데이터는 상기 측정치 데이터의 하중 데이터가 이후 같은 값이 될 때까지의 시간을 측정하여 생성된 측정치 데이터의 시간 데이터를 추가적으로 포함하고,

또한 상기 기준치 데이터는 상기 기준치 데이터의 하중데이터가 이후 같은 값이 될때까지의 시간을 기준치 데이터의 시간 데이터를 생성하고 이를 추가적으로 포함하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 체중부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 방법.
제 20항에 있어서,

상기 a단계 이전에 사용자의 기초 정보를 입력 받는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 체중 부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 방법.
제 22항에 있어서,

상기 사용자의 기초정보는 하중 데이터, 관절 각도 데이터 및 시간 데이터 중 어느 하나 이상을 포함하는 기준치 데이터를 생성하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 체중 부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 방법.
제 20항에 있어서,

사용자가 일측 하지에 최대한 실을 수 있는 체중을 실은 후, 체중을 실은 하지의 무릎을 구부리는 자세를 수행하여, 상기 사용자가 하지의 무릎을 구부린 후 체중을 지탱하는 힘이 생성되도록 근육을 단련하는 훈련인 것을 특징으로 하는 체중 부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 방법.
제 20항에 있어서,

사용자가 양 하지의 발가락 부분을 바닥에 닿게 하고, 발 뒤꿈치를 번갈아 들어올리는 동작을 반복하여, 양측 하지에 같은 크기의 체중을 실을 수 있도록 근육을 사용하는 균형 훈련인 것을 특징으로 하는 체중 부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 방법.
제 20항에 있어서,

사용자가 양 하지의 발바닥 부분이 모두 바닥에 닿게하고, 양 하지의 무릎을 동시에 구부렸다 폈다하는 동작을 수행하여, 상기 하지가 무릎을 구부리거나 펴는데 필요한 근육을 사용하도록 훈련하는 기립훈련인 것을 특징으로 하는 체중 부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 방법.
제 20항에 있어서,

사용자가 일 측하지의 발바닥이 바닥에 닿지 않도록 하지를 들어올렸다가 내려놓는 동시에 다른 일 측 하지의 발바닥이 바닥에 닿지 않도록 하지를 들어올렸다가 내려놓는 동작을 반복하여 수행하여, 상기 동작을 수행하면서 다리를 들어올리는 힘, 무릎을 굽히는 힘등을 분석하여 정상보행시에 필요한 근육을 훈련하는 보행 훈련인 것을 특징으로 하는 체중 부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 방법.
제 21항 및 제 27항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 훈련은 일측 하지에 최대한 실을 수 있는 체중을 실은 후, 체중을 실은 하지의 무릎을 구부리는 자세, 기립훈련자세, 균형훈련자세 및 보행훈련 자세 중 어느 하나 이상을 포함하는 자세를 불규칙적으로 제시하면 사용자가 이를 따라하도록 유도하는 훈련인 것을 특징으로 하는 체중 부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 방법.
제 21항 및 제 27항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 훈련에 대한 결과 데이터는, 하지의 상태가 같을 때에 대하여, 비교한 값이 생성되도록 하기 위하여, 하중데이터, 관절 각도 비교 데이터 및 시간 데이터 중 어느 하나 이상을 포함하는 기준치 데이터와 측정치 데이터 중 어느 하나를 선택하여 상기 선택한 데이터의 시간데이터의 반주기 이전 또는 이후에 측정된 데이터와, 다른 나머지 데이터의 현재에 측정된 데이터를 비교하여 생성하는 것을 특징으로 하는 체중 부하 및 관절의 각도를 이용한 하지 재활 훈련 방법.