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KR101991435B1 - Rehabilitation equipment combining joint exercise therapy and functional electrical stimulation - Google Patents

Rehabilitation equipment combining joint exercise therapy and functional electrical stimulation Download PDF

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KR101991435B1
KR101991435B1 KR1020180001759A KR20180001759A KR101991435B1 KR 101991435 B1 KR101991435 B1 KR 101991435B1 KR 1020180001759 A KR1020180001759 A KR 1020180001759A KR 20180001759 A KR20180001759 A KR 20180001759A KR 101991435 B1 KR101991435 B1 KR 101991435B1
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KR
South Korea
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unit
cradle
stimulation
joint
electrical stimulation
Prior art date
Application number
KR1020180001759A
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Korean (ko)
Inventor
태기식
이현주
Original Assignee
건양대학교 산학협력단
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Publication date
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Abstract

The present invention relates to a rehabilitation therapy device combining joint exercise therapy and functional electrical stimulation, which rehabilitate joints of hemiplegic patients due to brain injury or stroke, and can increase an effect of rehabilitation by active muscular contraction by combining a physical structure of the joint through the rotation principle of a hinge and precise control of a drive unit with the functional electrical stimulation which gives movement to the human nerve by giving electrical stimulation from the outside.

Description

관절운동치료와 기능적 전기자극을 결합한 재활치료기기 {Rehabilitation equipment combining joint exercise therapy and functional electrical stimulation}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a rehabilitation therapy apparatus and a functional electrical stimulation therapy,

본 발명은 재활치료기기에 관한 것으로, 자세하게는 뇌손상 또는 뇌졸중으로 인한 편마비 환자의 관절부를 재활치료하되, 경첩의 회전원리와 구동부의 정밀제어를 통한 관절의 물리적 재활구조에 인체 신경에 외부에서 전기적 자극을 주어 움직임을 주는 기능적 전기자극(Functional electrical stimulation)을 접목하여 능동적 근 수축 유도에 의한 재활운동의 효과를 높일 수 있는 관절운동치료와 기능적 전기자극을 결합한 재활치료기기에 관한 것이다.The present invention relates to a rehabilitation treatment apparatus, and more particularly, to a rehabilitation treatment apparatus that rehabilitates joints of a patient suffering from hemiplegia due to brain injury or stroke, wherein the physiological rehabilitation structure of the joints, The present invention relates to a rehabilitation treatment apparatus that combines articulation therapy and functional electrical stimulation that can enhance the effect of rehabilitation exercise by inducing active muscle contraction by combining functional electrical stimulation that gives stimulation and movement.

흔히 '중풍이 왔다.'라고 표현되며 갑자기 의식을 잃고 쓰러지거나 한쪽 팔다리가 마비되고 말을 못하는 증상들은 뇌의 혈관과 관련되어 갑자기 발생하는 경우가 대부분이기 때문에, 의학용어로 뇌혈관질환이나 뇌졸중이라고 한다.Symptoms of sudden loss of consciousness or paralysis of one limb and paralysis are often suddenly associated with blood vessels in the brain, so medical terms such as cerebrovascular disease or stroke do.

뇌졸중이라는 말은 '어떠한 원인으로 인해서 갑자기 뇌혈관이 터지거나 막혀서 뇌 쪽으로 가는 혈액순환이 되지 않거나 직접적인 뇌 손상으로 인해 뇌기능에 이상을 일으켜, 의식장해, 편마비(한쪽 팔다리 및 체간 마비), 어지럼증, 두통 등이 돌발적으로 발생한 상태'를 말하며 뇌혈관질환(cerebrovascular disease)이나 뇌혈관발작(cerebrovascular accident, Brain stroke)이라는 용어로도 쓰인다.The term stroke refers to the following phenomenon: "Suddenly, the cerebral blood vessels are blown up or blocked due to any cause, and the blood circulation to the brain is not made, or the brain is damaged due to the direct brain damage. Headache, and the like "refers to the state of sudden occurrence of cerebrovascular disease (cerebrovascular accident) (cerebrovascular accident, Brain stroke) is also used as the term.

이러한 뇌졸중은 우리나라에서 가장 흔한 성인 사망원인으로 알려졌으며, 한번 발생하고 나면 치명적이거나 편마비(hemiplegi)나 언어장애와 같이 심각한 신체적 장애를 일으킨다.These strokes are known to be the most common cause of adult death in our country, and once it is fatal, it causes severe physical disabilities such as hemiplegia or speech disorders.

결국, 편마비는 뇌졸중, 외상성 뇌손상 또는 뇌성마비 등의 중추신경계 손상으로 인해 나타나는 마비를 동반한 운동장애와 감각의 결손, 자세의 불균형, 신체자각 능력결여 등으로 인해 발생할 수 있으며, 마비된 근육을 필요한 순간에 적당한 크기의 힘이 발생하도록 사용하지 못하는 운동마비 중 하나라 할 수 있다.Ultimately, hemiplegia can occur due to movement disorders and sensory deficits associated with paralysis caused by central nervous system injury such as stroke, traumatic brain injury, or cerebral palsy, postural imbalance, lack of physical self-awareness, It is one of the exercise paralysis that can not be used to generate a proper size of force at a necessary moment.

이때 약물치료와 수술적 치료만 하고 그대로 방치할 경우 신체에 치명적이면서도 영구적인 장애를 가져오기 때문에, 편마비가 발생한 후 신경의 회복이 일어나는 3개월에서 6개월 이내에 조속한 재활치료가 이루어져야 후유증이 적으며, 지속적인 움직임 유도가 있어야 전이효과가 이루어진다.In this case, only medication and surgical treatment will cause permanent and fatal injury to the body. Therefore, rehabilitation should be performed within 3 to 6 months after the occurrence of hemiplegia, Continuous motion induction requires transitional effects.

이러한 편마비 환자를 치료하기 위하여, 신경발달치료 접근법을 이용하여 치료사와 일대일 운동치료를 통하여 자세 조정과 움직임을 만들어가고 전기치료를 이용한 통증의 조절과 운동기구를 이용한 근력강화 훈련, 근육조절 훈련, 스트레칭, 균형훈련 등에 의해 환자 스스로의 운동을 통하여 치료할 필요가 있다.In order to treat these hemiplegic patients, the neurological developmental therapy approach is used to make posture adjustments and movements through the therapist and one-to-one exercise therapy, and to control pain by using electrotherapy and muscle strength training using exercise equipment, , Balance training, etc., need to be treated through the patient's own exercise.

하지만, 치료사의 인력부족과 더불어 치료사를 통한 일대일 치료비용이 다소 높다는 문제로 인해 많은 부분에서 재활치료기구를 이용한 치료가 행해지고 있으며 현재 개발된 재활치료기구의 특성상 환자의 신체특성에 맞는 세팅을 비롯하여 물리적인 움직임을 줄 수 없을 뿐 아니라 전기자극을 함께 인가할 수 없어 재활효과가 크게 떨어지는 문제점이 있었다.However, due to the lack of human resources of the therapist, the cost of one-to-one treatment through the therapist is rather high, and the treatment using the rehabilitation treatment apparatus is performed in many parts. Due to the characteristics of the rehabilitation treatment apparatus currently developed, It is not possible to apply the electric stimulation and the rehabilitation effect is greatly reduced.

등록특허공보 제10-1093954호(2011.12.07)Patent Registration No. 10-1093954 (December 24, 2011)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 경첩의 회전원리와 공기유입량 및 압력과 시간의 정밀제어를 통한 손목관절의 물리적 재활구조에 더하여 인체 신경에 외부에서 전기적 자극을 주어 움직임을 주는 기능적 전기자극(FES)을 접목하여 능동적 근 수축 유도에 의한 재활운동의 효과를 향상시킨 관절운동치료와 기능적 전기자극을 결합한 재활치료기기를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a hinge reel, The present invention provides a rehabilitation treatment device that combines articulation therapy and functional electrical stimulation, which improves the effect of rehabilitation exercise by inducing active muscle contraction by applying a functional electrical stimulation (FES) that stimulates and moves.

상기와 같은 목적을 위해 본 발명은 환자의 관절 하측을 거치하는 제1거치대와, 상기 제1거치대와 힌지로 연결되며 환자의 관절 상측을 거치하는 제2거치대와, 상기 제2거치대의 하부에 구비되는 지지체와, 상기 지지체와 상기 제1거치대의 사이에 구비되어 구동수단을 통해 상기 제1거치대를 회동시키는 재활치료기기에 있어서, 상기 제2거치대에 형성되어 환자의 피부에 접촉되는 전극부; 상기 제1거치대의 회동각도 및 속도를 포함하는 움직임정보를 수집하는 동작감지부; 상기 전극부를 통해 전기자극을 인가하되 자극강도 및 시간의 제어가 가능한 자극인가부와, 상기 제1거치대의 왕복회동과 연계하여 상기 제1거치대의 지정 각도에서 상기 전극부로 가해지는 전기자극정보를 설정하여 상기 자극인가부를 제어하는 설정부를 구비하는 제어부; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of operating a patient, comprising: a first cradle for receiving a lower part of a patient's joint; a second cradle connected to the first cradle by a hinge, And an electrode unit formed on the second holder and contacting the skin of the patient, the rehabilitation apparatus comprising: a support member provided between the support member and the first holder to rotate the first holder through a driving unit; An operation detecting unit for collecting motion information including a rotation angle and a velocity of the first cradle; A stimulus applying unit for applying an electric stimulus through the electrode unit and controlling the intensity and time of the stimulation, and electric stimulation information applied to the electrode unit at a specified angle of the first cradle in conjunction with the reciprocating rotation of the first cradle And a controller configured to control the stimulation applying unit based on the control signal. .

이때 상기 구동수단은 상기 지지체와 상기 제1거치대의 사이에 구비되어 공기의 유출입에 따라 상기 제1거치대를 회동시키고 공기 유입호스가 구비되는 에어백(20)과, 상기 공기 유입호스와 연결되어 상기 에어백(20)으로 공기를 유입 또는 배출시키는 에어펌프와, 상기 에어백 내부 압력을 측정하는 압력센서를 포함하되, 상기 설정부는 상기 제1거치대의 지정각도 및 압력에서 상기 전극부로 가해지는 전기자극정보를 설정하여 상기 자극인가부를 제어할 수 있다.In this case, the driving means includes an airbag 20 provided between the support and the first cradle to rotate the first cradle in accordance with the inflow and outflow of air and equipped with an air inlet hose, And a pressure sensor for measuring an internal pressure of the airbag, wherein the setting unit sets electrical stimulation information applied to the electrode unit at a specified angle and pressure of the first cradle, So that the stimulus applying unit can be controlled.

또한, 훈련 모드에 따른 전기자극의 주파수와 펄스폭 및 전류가 저장된 저장부와, 각 훈련 모드에 따라 인가되는 전기자극에 따른 상기 동작감지부의 움직임정보를 저장하는 제1수집부와, 저장된 움직임정보를 분석하여 움직임 특성이 향상된 훈련 모드를 선별하는 분석부를 구비하며, 선별된 훈련 모드를 상기 제어부로 제공하는 피드백부; 를 더 포함할 수 있다.A first storage unit for storing motion information of the motion sensing unit according to electric stimuli applied according to each training mode, a storage unit for storing the motion information of the motion sensing unit according to the training mode, A feedback unit for providing a selected training mode to the control unit; As shown in FIG.

또한, 상기 제1거치대는 거치된 손으로 쥘 수 있는 형태로 이루어지되 악력 측정할 수 있는 손잡이부를 더 포함하고, 상기 피드백부는 훈련 모드에 대응하여 상기 손잡이부를 통해 수집되는 악력을 모니터링하는 제2수집부를 더 포함하며, 상기 분석부는 훈련 모드 선별시 상기 제2수집부의 악력 측정결과를 반영할 수 있다.In addition, the first cradle further includes a handle capable of being gripped by a hand and capable of measuring a grip force, and the feedback unit includes a second collecting unit for monitoring the grip force collected through the handle in response to the training mode, And the analysis unit may reflect the grip strength measurement result of the second collection unit when the training mode is selected.

또한, 상기 손잡이부는 거치된 손의 쥐는 동작 및 손의 관절에 대응하여 구부러질 수 있도록 구성되고, 상기 제2거치대에 접촉되는 환자의 손 및 팔의 치수를 산출하는 산출부와, 상기 설정부와 연계되며 상기 산출부의 산출결과를 반영하여 전극의 부착위치를 안내하는 안내부를 구비하는 스캔부; 를 더 포함할 수 있다.In addition, the handle portion may be configured to be bent in correspondence with the ratchet movement of the hand and the joint of the hand, and includes a calculating portion for calculating the dimensions of the hand and the arm of the patient contacting the second cradle, And a guide unit for guiding an attachment position of the electrode in accordance with the calculation result of the calculation unit; As shown in FIG.

본 발명을 통해 편마비 환자의 상지 및 하지 기능 향상을 위한 수동적 운동기구인 CPM에 능동적ㆍ기능적 움직임을 유도하기 위한 전기자극을 부가하여 재활훈련효과를 크게 향상시킬 수 있다.The present invention can significantly improve the effect of rehabilitation training by adding electrical stimulation to CPM, which is a passive exercise device for improving upper and lower limb function of hemiplegic patients, to induce active and functional movement.

특히 신경과 근육의 흥분성 조직을 자극하기 위한 주파수 영역의 패턴을 통해 생리학적으로 유사한 근육 동원 및 수축이 이루어지도록 하며, 강직 완화에 도움이 되는 근력 강화를 중점으로 기능적 손목 재활이 가능하다.Physiologically similar muscle mobilization and contraction can be achieved through patterns of frequency domain to stimulate excitable tissues of nerves and muscles, and functional wrist rehabilitation is possible with emphasis on strengthening muscles to help relieve stiffness.

도 1은 본 발명 1 실시예에 따른 제1측면도,
도 2는 본 발명 1 실시예에 따른 제2측면도,
도 3은 본 발명 1 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도,
도 4는 본 발명 2 실시예에 따른 측면도,
도 5는 본 발명 2 실시예에 따른 손 및 제2거치대를 나타낸 부분 사시도,
도 6은 본 발명 2 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도 이다.
1 is a first side view according to an embodiment of the present invention,
2 is a second side view according to one embodiment of the present invention,
3 is a block diagram showing a configuration and a connection relationship according to an embodiment of the present invention;
4 is a side view according to the second embodiment of the present invention,
5 is a partial perspective view showing a hand and a second restraint according to the second embodiment of the present invention,
6 is a block diagram showing a configuration and a connection relationship according to the second embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 관절운동치료와 기능적 전기자극을 결합한 재활치료기기의 구조를 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the structure of the rehabilitation treatment device combining the joint exercise therapy and the functional electrical stimulation according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 기본적으로 관절운동치료를 위한 다양한 형태의 CPM(수동운동기구치료, Continuous passive motion)을 기반으로 FES(기능적 전기 자극, Functional electrical stimulation)을 조합한 구조로 상지뿐 아니라 하지의 관절부를 중심으로 재활치료가 이루어지도록 한다.The present invention basically comprises a combination of FES (Functional Electrical Stimulation) based on various types of CPM (Continuous Passive Motion) for joint motion therapy, So that the rehabilitation treatment can be performed.

도 1은 본 발명 1 실시예에 따른 제1측면도, 도 2는 본 발명 1 실시예에 따른 제2측면도, 도 3은 본 발명 1 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도 로서, 다양한 CPM 중 대표적인 손목관절의 운동치료를 위한 예시를 나타내고 있다.FIG. 1 is a first side view according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a second side view according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a block diagram showing a configuration and a connection relationship according to an embodiment of the present invention, Of the wrist joints.

도 1에서는 환자의 손목관절을 중심으로 관절 하측인 손(30)을 거치하는 제1거치대(10)와, 상기 제1거치대(10)와 힌지(12)로 연결되며 손목관절의 상측인 환자의 팔(31)을 거치하는 제2거치대(11)와, 상기 제2거치대(11)의 하부에 구비되는 지지체(13)와, 상기 지지체(13)와 상기 제1거치대(10)의 사이에 구비되어 구동수단을 통해 상기 제1거치대(10)를 회동시키고, 각각의 공기 유입호스(21)가 구비되는 복수의 에어백(20) 및 상기 공기 유입호스(21)와 연결되는 에어호스(41)가 구비되고, 상기 공기 유입호스(21)와 연결되어 상기 에어백(20)으로 공기를 유입 또는 배출시키기 위한 에어펌프(41)를 구비하는 제어부(40)가 구성된다.1 is a perspective view of a patient's upper part of the wrist joint connected to the first cradle 10 by a hinge 12 and a first cradle 10 for holding a hand 30, A supporting member 13 provided at a lower portion of the second mounting table 11 and a second mounting table 11 provided between the supporting member 13 and the first mounting table 10, A plurality of air bags 20 having respective air inflow hoses 21 and an air hose 41 connected to the air inflow hose 21 rotate And a control unit 40 connected to the air inlet hose 21 and having an air pump 41 for introducing or discharging air into or from the air bag 20.

이때 환자의 손(30)의 재활 훈련시 팔(31)이 움직이지 않도록 하여 훈련효과를 유지할 수 있도록 상기 제2거치대(11) 상부에 팔(31)의 움직임을 제한하기 위한 복수개의 고정부재(14)가 설치될 수 있다.A plurality of fastening members for restricting the movement of the arms 31 on the upper portion of the second cradle 11 so as to maintain the training effect by preventing the arm 31 from moving during rehabilitation of the patient's hand 30, 14 may be installed.

이는 CPM의 일례로서 손목관절뿐 아니라 하지의 무릎관절이나 발목관절 등의 운동치료를 위한 형태로 만들어질 수도 있으며, 대상 관절부를 중심으로 관절 하측을 제1거치대(10)에 관절 상측을 제2거치대(11)에 각각 고정하게 된다.The CPM is an example of a CPM, and may be formed not only for the wrist joint but also for the exercise treatment of the knee joint or the ankle joint of the lower limbs. The lower part of the joint is centered on the first joint member 10, (Not shown).

또한, 이러한 제1거치대(10) 및 제2거치대(11)가 힌지결합되어 관절의 움직임에 대응한 왕복 회동이 이루어지며, 이러한 회동을 위한 구동수단으로 첨부된 도면에서는 에어백(20) 및 에어펌프(41)를 활용한 공압 방식이 적용되고 있으나 모터 및 감속기어를 활용한 전동방식 등 다양한 방식이 적용될 수 있음을 자명하다. The first cradle 10 and the second cradle 11 are hinged to each other to perform reciprocal rotation corresponding to the movement of the joints. In this figure, the airbag 20 and the air pump A pneumatic system using a motor 41 and a power transmission system using a motor and a reduction gear can be applied.

도 2에 따르면 본 발명의 재활치료기기는 상기 제어부(40)에 구비되는 에어펌프(41)가 작동을 하여 상기 에어백(20)의 내부로 공기를 유입시키고 흡입하는 동작을 반복하여 환자의 손(30)을 재활치료하게 된다.Referring to FIG. 2, the rehabilitation treatment apparatus of the present invention operates the air pump 41 provided in the control unit 40 so that air is drawn into and sucked into the air bag 20, 30).

첨부된 도면에는 상기 에어백(20)은 모두 부풀려져 있는 상태로 표현되었지만, 환자의 손(30) 상태를 고려하여 부분적으로만 공기를 주입할 수 있다. 즉 손(30)의 움직임을 적게 하고 싶을 때는 상기 에어백(20)의 하나 건너씩 부풀려서 손(30)을 운동시킬 수도 있는 것이며, 이보다 더 손(30)의 상태가 좋지 않을 경우는 에어백(20) 중 하나 또는 두 개만을 부풀려서 재활치료를 할 수 있다.In the accompanying drawings, the airbags 20 are all shown in an inflated state, but air can be partially injected in consideration of the state of the patient's hand 30. That is, when it is desired to reduce the movement of the hand 30, the hand 30 may be inflated by crossing the airbag 20 one by one. If the hand 30 is not in good condition, And the rehabilitation treatment can be performed by inflating only one or two of them.

이러한 CPM을 기반으로 FES를 위해 본 발명의 1 실시예에서는 전극부(50)와, 동작감지부(16)와 피드백부(60)의 구성과 더불어 상기 제어부(40)에는 에어펌프(41) 외 자극인가부(42)와 설정부(43)의 구성이 부가된다.In the embodiment of the present invention for the FES based on the CPM, the control unit 40 is provided with the air pump 41 and the air pump 41 in addition to the configuration of the electrode unit 50, the motion sensing unit 16 and the feedback unit 60 The structure of the stimulus applying section 42 and the setting section 43 is added.

상기 전극부(50)는 상기 제2거치대(11)에 형성되어 환자의 피부에 접촉되는 전극으로서 전기치료기기와 같이 사용자의 신체에 접촉하여 전기자극신호를 출력하는 구성이다. 즉 플랙시블 재질로 이루어져 하측면에 도전성 물질을 함유한 접착성 재료가 도포되어 사용자의 피부에 임시로 부착 가능하며 양극(+)과 음극(-)의 전원이 연결되어 전기펄스신호를 출력하여 부착된 피부 및 근육 부분으로 전기자극을 가하게 된다.The electrode unit 50 is formed on the second holder 11 and contacts the patient's skin. The electrode unit 50 contacts the body of the user such as an electrotherapy apparatus and outputs an electric stimulation signal. In other words, it is made of a flexible material and is coated with an adhesive material containing a conductive material on the lower side, and can be temporarily attached to the skin of the user, and the electric power of the anode (+) and the cathode (- The skin and muscles of the body are subjected to electrical stimulation.

이때 상기 전극부(50)는 제2거치대(11)에 일체로 형성될 수도 있으나 부착 위치를 자유롭게 바꿀 수 있도록 충분한 길이의 전원공급 케이블을 통해 제2거치대(11)에 연결될 수도 있다.At this time, the electrode unit 50 may be integrally formed with the second cradle 11, but may be connected to the second cradle 11 through a power supply cable having a sufficient length to freely change the attachment position.

상기 동작감지부(16)는 상기 제1거치대(10)의 회동각도 및 속도를 포함하는 움직임정보를 수집하는 구성으로, 자이로센서를 활용하여 구성할 수 있다. 즉 앞서 언급한 CPM에서 손목관절의 움직임을 제1거치대(10)에 부착된 자이로센서를 통해 얻어 들인 아날로그 값을 상기 제어부로 전송하게 된다.The motion sensing unit 16 is configured to collect motion information including a rotation angle and a velocity of the first cradle 10, and can be configured using a gyro sensor. That is, in the above-mentioned CPM, the movement of the wrist joint is transmitted to the control unit through the gyro sensor attached to the first cradle 10.

상기 제어부(40)에 추가 구비되는 자극인가부(42)는 상기 전극부를 통해 전기자극을 인가하되 자극강도 및 시간의 제어가 가능한 회로 및 소자로서, PWM(pulse width modulation)을 이용하여 출력강도를 조절하고, Transducer를 이용하여 출력강도 증폭 및 조절할 수 있다.The stimulus applying unit 42 provided in the control unit 40 is a circuit and an element that can apply electric stimulation through the electrode unit and can control the intensity and time of the stimulation. And the output intensity can be amplified and controlled by using a transducer.

상기 설정부(43)는 상기 에어펌프(41)의 구동을 통한 상기 제1거치대(10)의 왕복회동과 연계하여 상기 제1거치대(10)의 지정 각도에서 상기 전극부(50)로 가해지는 전기자극정보를 설정하여 상기 자극인가부(42)를 제어하게 된다.The setting unit 43 is connected to the electrode unit 50 at a specified angle of the first cradle 10 in conjunction with the reciprocating rotation of the first cradle 10 by driving the air pump 41 And controls the stimulus applying unit 42 by setting the electric stimulation information.

이때 본 발명의 실시예와 같이 공압 방식의 CPM이 구현됨에 따라 상기 에어백(20) 내부 압력을 측정하는 압력센서(44)를 포함하되, 상기 설정부(43)는 상기 제1거치대(10)의 지정각도 및 압력에서 상기 전극부(50)로 가해지는 전기자극정보를 설정하여 상기 자극인가부(42)를 제어함으로 더욱 정확한 관절 움직임에 다른 전기자극이 이루어질 수 있다.The pressure sensor 44 measures the internal pressure of the airbag 20 when the pneumatic CPM is implemented as in the embodiment of the present invention. By setting the electric stimulation information applied to the electrode unit 50 at the specified angle and pressure and controlling the stimulus applying unit 42, electric stimulation can be performed with a more accurate movement of the joint.

손목 재활에서 CPM과 FES 특성을 살펴보면, 먼저 능동적 전기자극 모드로서 기본적으로 정상적인 손목관절은 굽힘 85도에서 폄 75도까지 전체 160도 범위가 가능한데, 손목을 굽힐수록 물건을 쥐는 힘 즉 악력이 감소되며, 30도의 폄 각도일 때 최대의 악력이 발생된다. The CPM and FES characteristics of wrist rehabilitation are as follows: First, the normal wrist joint can be in the range of 160 degrees from the bending 85 degrees to the extension 75 degrees. As the wrist is bent, , And the maximum gripping force is generated at an extension angle of 30 degrees.

이때 편마비 환자의 대표적인 상지 움직임 제한은 손목 굽힘근의 과도한 강직수축 및 단축, 이로 인한 손목 폄 관절가동범위의 제한으로 시작되며, 과도한 손목 굽힘 상태는 손가락의 폄을 유도하여(tenodesis effect) 컵을 잡는 등의 기능적 활동에 장애를 야기하기 때문에 손목의 이상적인 자세와 폄 관절가동범위를 확보하는 것은 매우 중요하다.In this case, the limitation of upper limb movements in patients with hemiplegia is caused by excessive rigidity shrinkage and shortening of the wrist bending muscles and limitation of the range of motion of the wrist joint, resulting in excessive bending of the wrist. , It is very important to ensure the ideal posture of the wrist and the operating range of the fingertip.

손목관절의 가동범위를 확보하는 방법으로 물리치료사의 관절가동기법(manual therapy)을 통해 관절 간격과 움직임 방향을 확보한 후, 지속적인 수동움직임을 수는 CPM를 이용하는 것이다. 이는 수동적인 방법으로 환자의 능동적인 근 수축 노력 없이는 전이효과가 미비하다.In order to secure the range of motion of the wrist joint, the CPM is used to maintain the joint spacing and the direction of movement through the manual therapy of the physical therapist. This is a passive method and the transition effect is insufficient without the patient's active muscle contraction effort.

따라서 신경지배근에 대한 생리적 근수축을 유도하여 관절가동범위를 유지 및 확보하는 것이 가장 이상적이다. 생리적 근 수축을 유도하는 전기자극 변수로는 1 ~ 1000㎐ 범위 중 강축을 유발할 수 있는 50㎐ 이하의 주파수를 중점적으로 활용하되, 시간(duration)과 진폭변조를 통한 자연스런 수축 패턴 유도를 모듈화하는 것이다.Therefore, it is ideal to maintain physiological muscle contraction for the nerve root and to maintain and secure the range of motion. The electrical stimulation parameters that induce the physiological muscle contraction are the modulation of the natural shrinkage pattern induction through duration and amplitude modulation while focusing on frequencies below 50 Hz that can induce the strong axis in the range of 1 ~ 1000 Hz .

또한, 근 수축을 시작하는 트리거(trigger) 시점은 자이로 센서와 압력센서를 이용하여 기능적 손목자세인 폄 0~20도(환자에 따라 강직이 진행된 경우 이상적인 손목 폄 30도가 어려울 수 있기 때문에)에서 작동하도록 한다. 엄지손가락과 두 번째때 손가락 사이는 C bar 형태의 벌림을 유도하여 추후 기능적인 자세를 취하도록 하며, 손목의 각도에 따라 손허리손가락 폄의 각도와 순서를 조정할 수 있다.In addition, the trigger point for starting the muscle contraction is operated by a gyro sensor and a pressure sensor at a functional wrist posture of 0 to 20 degrees (since an ideal wrist span of 30 degrees may be difficult if the patient is rigid according to the patient) . The angle between the thumb and the second fingers can be adjusted by inducing a C bar type opening to take a functional posture and adjusting the angle and order of the fingers of the fingers according to the angle of the wrist.

다음으로, 근육강화/강직 완화 모드로서, 편마비 환자에서 손목의 굽힘 강직을 감소시키는 방법으로는 자쪽 손목폄근과 노쪽 손목폄근에 대한 근력 강화 방법과 손목 굽힘근에 대한 근 피로를 유도하여 이완시키는 두 가지 방법이 있다.Next, as a method for reducing the bending stiffness of the wrist in a hemiplegic patient, there are a method of strengthening the muscles of the wrist extensor and the wrist extensor of the wrist, and a method of inducing muscle fatigue of the wrist bend muscle There are ways.

이 중 효율적인 방법으로 추천되는 손목 폄근에 대한 근력강화는 운동으로도 가능하지만, 전기자극을 통해 시간과 장소, 그리고 장비에 제한 없이 활용 가능하며 CPM의 일정한 속도와 근 수축 속도와의 관계를 통해 능동보조 또는 저항 운동으로도 활용할 수 있다.It is possible to use muscle stimulation for the wrist extensor recommended as an efficient method, but it can be used as exercise. However, it can be used without restriction to time, place, and equipment through electric stimulation. It can also be used as an assist or resistance exercise.

근력 강화를 위한 전기자극 변수로는 1 ~ 1000㎐ 범위 중 강축을 유발하는 50㎐ 이상의 주파수를 중점적으로 활용하고 시간(duration)과 진폭변조를 통한 자연스런 수축을 유도하되, 순환 주기율 즉 전기자극 통전과 단속 비율을 조절하여 근 피로를 최소화하는 주파수 모드를 사용한다.The electric stimulation parameters for strengthening muscle strength are focused on frequencies above 50Hz which cause strong axis in the range of 1 ~ 1000Hz and induce natural shrinkage through duration and amplitude modulation, Use a frequency mode that minimizes fatigue by adjusting the intermittent rate.

이때 전체 주기의 증감변조를 통해 불쾌감이 적은 자연스런 근 수축을 유도하고 단속시간의 체감을 줄이는 비율 설정도 중요하고, 근 수축 활성을 촉진하는 혈액순환 증진을 위한 펌핑 자극 변수도 고려하게 된다.At this time, it is also important to set the ratio to reduce the feeling of interruption time by inducing natural muscle contraction with less discomfort by increasing / decreasing the whole cycle, and also considering the pumping stimulus variable for promoting blood circulation promoting muscle contraction activity.

이때 실험적 방법으로 미리 설정되어 저장된 상태에서 사용자로부터 선택되는 훈련 모드 뿐 아니라 본 발명의 1 실시예에서는 개인에 맞추어진 최적의 훈련모드를 찾아 제시하기 위한 수단인 피드백부(60)는 제1저장부(61)와, 제1수집부(62)와, 분석부(63)를 구비하게 된다.The feedback unit 60, which is a means for finding and presenting an optimal training mode tailored to the individual, in addition to the training mode selected from the user in a preset state and stored in the experimental method, (61), a first collecting unit (62), and an analyzing unit (63).

상기 저장부(61)는 메모리로서 사용자에게 제시하여 선택될 수 있도록 작성된 훈련 모드에 따른 전기자극의 주파수와 펄스폭 및 전류가 저장된다.The storage unit 61 stores the frequency, the pulse width, and the current of the electrical stimulation according to the training mode created so as to be presented to the user as a memory and selected.

상기 제1수집부(62)는 각 훈련 모드에 따라 인가되는 전기자극에 따른 상기 동작감지부(16)의 움직임정보를 저장하는 구성으로, 재활 훈련 중인 사용자의 손목 움직임을 수집하되 훈련 모드별 움직임 변화를 확인할 수 있도록 저장이 이루어진다. The first collecting unit 62 is configured to store motion information of the motion sensing unit 16 according to electric stimuli applied according to each training mode. The first collecting unit 62 collects the wrist motion of the user during rehabilitation training, Storage is done to confirm the change.

상기 분석부(63)는 상기 제1저장부에 저장된 움직임정보를 분석하여 움직임 특성이 향상된 훈련 모드를 선별하는 구성으로, 움직임 특성을 비교 손목의 움직임 속도 및 각도 등 미리 설정된 기준에 따라 움직임이 향상된 것으로 판단 가능한 훈련 모드를 선별하게 되며, 선별된 훈련 모드를 상기 제어부로 제공하여 추후 가장 효과가 좋은 모드로 재활 훈련이 이루어질 수 있도록 할 수 있다.The analysis unit 63 analyzes the motion information stored in the first storage unit to select a training mode having improved motion characteristics. The motion analyzing unit 63 determines a motion characteristic based on the movement speed and angle of the comparison wrist, And the selected training mode is provided to the control unit so that the rehabilitation training can be performed in the most effective mode in the future.

도 4는 본 발명 2 실시예에 따른 측면도, 도 5는 본 발명 2 실시예에 따른 손 및 제2거치대를 나타낸 부분 사시도, 도 6은 본 발명 2 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도이다FIG. 4 is a side view according to the second embodiment of the present invention, FIG. 5 is a partial perspective view showing the hand and the second restraint according to the second embodiment of the present invention, FIG. 6 is a block diagram to be

언급한 바와 같이 정상적인 손목관절은 굽힘 정도는 물건을 쥐는 힘 즉 악력과 밀접한 연관이 있음에 따라 본 발명의 2 실시예에서 상기 제1거치대(10)는 거치된 손으로 쥘 수 있는 형태로 이루어지되 악력 측정이 가능한 손잡이부(15)를 더 포함하고 있으며, 바람직하게는 거치된 손의 쥐는 동작 및 손의 관절에 대응하여 구부러질 수 있도록 손잡이부(15)가 구성된다. 이때 손잡이부(15)에 손가락 관절에 대응하는 관절 및 굽혀진 상태를 복원할 수 있는 탄성체를 구비하는 방식으로 구성할 수도 있으며 손잡이부(15) 자체를 손으로 감싸 쥘 수 있도록 하되 탄성복원력을 갖는 소재로 구성할 수도 있다.As mentioned above, since the degree of bending of the normal wrist joint is closely related to the gripping force of the object, that is, the grip strength, the first holder 10 in the second embodiment of the present invention is formed in a shape that can be gripped by the hand The grip portion 15 is configured to be able to bend in response to the movement of the ratchet of the hand and the joint of the hand. At this time, the handle 15 may be provided with a joint corresponding to the finger joint and an elastic body capable of restoring the bent state. In addition, the handle 15 may be wrapped around the handle 15 by hand, It can also be composed of material.

본 발명 2 실시예에서는 앞서 설명된 1 실시예에 더하여 이러한 손잡이부(15)의 부가에 대응하여 훈련 중 실시간으로 수집되는 악력을 반영하여 효율이 높은 훈련모드를 선별할 수 있으며, FES를 위한 전극부 설치 위치를 안내할 수 있는 구성이 부가된다. 이하 본 발명 2 실시예의 설명에 있어 발명의 취지가 흐려지는 것을 방지하기 위해 앞서 설명된 내용과 동일한 구성에 대해 중복되는 설명은 생략하기로 한다.In accordance with the second embodiment of the present invention, in addition to the above-described first embodiment, it is possible to select a training mode having high efficiency in response to the addition of the grip portion 15 and reflecting the grip force collected in real time during training. A configuration capable of guiding the sub-installation position is added. Hereinafter, in order to prevent the gist of the present invention from being blurred in the description of the second embodiment of the present invention, a duplicate description of the same configuration as that described above will be omitted.

상기 손잡이부(15)를 통해 악력 측정이 가능해 짐에 따라 상기 피드백부(60)는 상기 제1수집부(62)의 기능과 유사한 역할의 구성으로 훈련 모드에 대응하여 상기 손잡이부(15)를 통해 수집되는 악력을 모니터링하는 제2수집부(64)를 더 포함하며, 상기 분석부(63)는 훈련 모드 선별시 상기 제2수집부(64)의 악력 측정결과를 반영할 수 있도록 구성된다.As the grip force measurement becomes possible through the grip 15, the feedback unit 60 has a function similar to the function of the first collecting unit 62, and the grip unit 15 The analysis unit 63 is configured to reflect the grip force measurement result of the second collecting unit 64 when the training mode is selected.

즉 상기 분석부(63)는 손목의 움직임뿐 아니라 실시간으로 측정되는 악력을 훈련 모드별로 비교함으로 양호한 악력을 발생시킬 수 있는 훈련 모드를 최적의 훈련 모드로 선별하게 되며, 움직임정보와 악력에 대한 별도의 가중치를 두어 훈련 모드를 선별하는 방식도 가능하다. That is, the analyzing unit 63 selects the training mode capable of generating a good gripping force in the optimal training mode by comparing the grip strength measured in real time as well as the wrist movement according to the training mode. A training mode may be selected based on the weight of the training mode.

또한, 사용자별로 재활 부위인 팔의 크기가 달라지는 점을 감안하여 본 발명 2 실시예에서는 사용자의 팔 크기를 산출하여 효과적인 FES를 위한 전극부의 부착위치를 안내할 수 있는 스캔부(70)가 구비되며, 역시 앞서 언급한 바와 같이 도 5 (a)처럼 다수의 전극이 일체로 형성된 상태에서 선택되는 위치의 전극이 동작하도록 하거나, 도 5(b)처럼 탈부착 방식으로 전극부를 구성할 수 있다.Also, in consideration of the fact that the size of the arm, which is the rehabilitation region, varies for each user, the present invention 2 includes a scan unit 70 for calculating the arm size of the user and guiding the attachment position of the electrode unit for effective FES As described above, as shown in FIG. 5 (a), the electrode at a selected position may be operated in a state where a plurality of electrodes are integrally formed, or the electrode unit may be formed by a detachable attachment method as shown in FIG. 5 (b).

이를 위해 상기 스캔부(70)는 상기 제2거치대(11)에 접촉되는 환자의 손 및 팔의 치수를 산출하는 산출부(71)를 구비하게 된다. 다양한 방식으로 구현될 수 있으나 바람직하게는 첨부된 도면과 같이 제2거치대에 사용자의 팔의 접촉을 감지할 수 있는 다수의 감지부를 설치하여 접촉된 감지부의 숫자나 위치를 통해 팔의 크기를 산출하는 방식을 사용할 수 있다.For this purpose, the scanning unit 70 includes a calculator 71 for calculating the dimensions of the hands and arms of the patient in contact with the second holder 11. It is preferable that a plurality of sensing units capable of sensing the contact of the user's arm are installed on the second cradle as shown in the accompanying drawings and the size of the arm is calculated through the number or position of the sensing unit Method can be used.

이에 대응하여 상기 스캔부(70)는 상기 설정부(43)와 연계되며 상기 산출부(71)의 산출결과를 반영하여 전극의 부착위치를 안내하는 안내부(72)를 구비하게 된다. 이를 위해서는 기본적으로 팔의 크기에 대응하는 근육의 위치에 대한 정보와 더불어 전극의 부착위치에 대한 기본정보가 저장될 필요가 있으며, 이러한 기본정보에 대응하여 제2거치대(11) 측면에 설치되는 다수의 LED 램프나, 별도로 구비되는 디스플레이수단과 연계하여 전극부(50)의 정확한 부착위치를 안내할 수 있다.Correspondingly, the scan unit 70 includes a guide unit 72 connected to the setting unit 43 and guiding the attachment position of the electrode by reflecting the calculation result of the calculation unit 71. In order to do this, it is necessary to basically store basic information about the position of the electrode, in addition to the information on the position of the muscle corresponding to the size of the arm. In correspondence with this basic information, It is possible to guide the accurate mounting position of the electrode unit 50 in conjunction with the LED lamp of the display unit or the display unit provided separately.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.It is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiment, but is capable of many modifications and variations within the scope of the appended claims. It is self-evident.

10: 제1거치대 11: 제2거치대
12: 힌지 13: 지지체
14: 고정부재 15: 손잡이부
16: 동작감지부 20: 에어백
21: 유입호스 30: 손
31: 팔 40: 제어부
41: 에어펌프 42: 자극인가부
43: 설정부 44: 압력센서
50: 전극부 60: 피드백부
61: 저장부 62: 제1수집부
63: 분석부 64: 제2수집부
70: 스캔부 71: 산출부
72: 안내부
10: First Stand 11: Second Stand
12: Hinge 13: Support
14: Fixing member 15: Handle portion
16: motion detection unit 20: air bag
21: inlet hose 30: hand
31: arm 40:
41: air pump 42: stimulus applying section
43: setting section 44: pressure sensor
50: electrode part 60: feedback part
61: storage unit 62: first collecting unit
63: Analysis section 64: Second collection section
70: Scanning section 71:
72:

Claims (5)

환자의 관절 하측을 거치하는 제1거치대(10)와, 상기 제1거치대(10)와 힌지(12)로 연결되며 환자의 관절 상측을 거치하는 제2거치대(11)와, 상기 제2거치대(11)의 하부에 구비되는 지지체(13)와, 상기 지지체(13)와 상기 제1거치대(10)의 사이에 구비되어 구동수단을 통해 상기 제1거치대(10)를 회동시키는 재활치료기기에 있어서,
상기 제2거치대(11)에 형성되어 환자의 피부에 접촉되는 전극부(50);
상기 제1거치대(10)의 회동각도 및 속도를 포함하는 움직임정보를 수집하는 동작감지부(16);
상기 전극부(50)를 통해 전기자극을 인가하되 자극강도 및 시간의 제어가 가능한 자극인가부(42)와, 상기 제1거치대(10)의 왕복회동과 연계하여 상기 제1거치대(10)의 지정 각도에서 상기 전극부(50)로 가해지는 전기자극정보를 설정하여 상기 자극인가부(42)를 제어하는 설정부(43)를 구비하는 제어부(40);
훈련 모드에 따른 전기자극의 주파수와 펄스폭 및 전류가 저장된 저장부(61)와, 각 훈련 모드에 따라 인가되는 전기자극에 따른 상기 동작감지부(16)의 움직임정보를 저장하는 제1수집부(62)와, 저장된 움직임정보를 분석하여 움직임 특성이 향상된 훈련 모드를 선별하는 분석부(63)를 구비하며, 선별된 훈련 모드를 상기 제어부(40)로 제공하는 피드백부(60); 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 관절운동치료와 기능적 전기자극을 결합한 재활치료기기.
A second cradle 11 connected to the first cradle 10 and the hinge 12 to receive the upper side of the joint of the patient and a second cradle 10 connected to the second cradle 10, (10) provided between the support (13) and the first cradle (10) to rotate the first cradle (10) by driving means ,
An electrode unit 50 formed on the second holder 11 and contacting the patient's skin;
An operation detecting unit (16) for collecting motion information including a rotation angle and a velocity of the first cradle (10);
A stimulation applying unit 42 for applying an electric stimulus through the electrode unit 50 and controlling the intensity and time of the stimulation and a magnetic pole applying unit 42 for applying a magnetic field to the first holder 10 in cooperation with the reciprocating rotation of the first holder 10 And a setting unit (43) for setting the electric stimulation information to be applied to the electrode unit (50) at a specified angle and controlling the stimulus applying unit (42);
A storage unit 61 for storing the frequency, pulse width, and current of the electric stimulation according to the training mode, and a first collecting unit 61 for storing the motion information of the motion sensing unit 16 according to the electric stimulus applied in accordance with each training mode. (60) for providing the selected training mode to the control unit (40), and an analyzing unit (63) for analyzing the stored motion information to select a training mode with improved motion characteristics. Wherein the joint motion therapy is combined with functional electrical stimulation.
제1항에 있어서,
상기 구동수단은 상기 지지체(13)와 상기 제1거치대(10)의 사이에 구비되어 공기의 유출입에 따라 상기 제1거치대(10)를 회동시키고 공기 유입호스(21)가 구비되는 에어백(20)과, 상기 공기 유입호스(21)와 연결되어 상기 에어백(20)으로 공기를 유입 또는 배출시키는 에어펌프(41)와, 상기 에어백(20) 내부 압력을 측정하는 압력센서(44)를 포함하되,
상기 설정부(43)는 상기 제1거치대(10)의 지정각도 및 압력에서 상기 전극부(50)로 가해지는 전기자극정보를 설정하여 상기 자극인가부(42)를 제어하는 것을 특징으로 하는 관절운동치료와 기능적 전기자극을 결합한 재활치료기기.
The method according to claim 1,
The driving means is provided between the supporting member 13 and the first mounting base 10 to rotate the first mounting base 10 in accordance with the inflow and outflow of air and to connect the airbag 20 with the air inlet hose 21, An air pump 41 connected to the air inlet hose 21 to introduce or discharge air into or from the airbag 20 and a pressure sensor 44 for measuring the internal pressure of the airbag 20,
Wherein the setting unit (43) controls the stimulation applying unit (42) by setting electric stimulation information applied to the electrode unit (50) at a specified angle and pressure of the first cradle (10) Rehabilitation therapy devices that combine exercise therapy with functional electrical stimulation.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1거치대(10)는 거치된 손으로 쥘 수 있는 형태로 이루어지되 악력 측정이 가능한 손잡이부(15)를 더 포함하고,
상기 피드백부(60)는 훈련 모드에 대응하여 상기 손잡이부(15)를 통해 수집되는 악력을 모니터링하는 제2수집부(64)를 더 포함하며, 상기 분석부(63)는 훈련 모드 선별시 상기 제2수집부(64)의 악력 측정결과를 반영하는 것을 특징으로 하는 관절운동치료와 기능적 전기자극을 결합한 재활치료기기.
The method according to claim 1,
The first cradle (10) further comprises a handle (15) capable of being gripped by a hand and capable of measuring grip force,
The feedback unit 60 further includes a second collecting unit 64 for monitoring the grip force collected through the handle 15 in response to the training mode, And the result of measuring the grip force of the second collecting part (64) is reflected. The rehabilitation treatment device combining the joint exercise therapy and the functional electric stimulation.
제4항에 있어서
상기 손잡이부(15)는 거치된 손의 쥐는 동작 및 손의 관절에 대응하여 구부러질 수 있도록 구성되고,
상기 제2거치대(11)에 접촉되는 환자의 손 및 팔의 치수를 산출하는 산출부(71)와, 상기 설정부(43)와 연계되며 상기 산출부(71)의 산출결과를 반영하여 전극의 부착위치를 안내하는 안내부(72)를 구비하는 스캔부(70); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 관절운동치료와 기능적 전기자극을 결합한 재활치료기기.
The method of claim 4, wherein
The handle 15 is configured to be able to bend in response to the ratchet movement of the hand and the joint of the hand,
A calculator 71 for calculating the dimensions of a hand and an arm of the patient in contact with the second cradle 11; A scanning unit 70 having a guide unit 72 for guiding an attachment position; Further comprising a joint motion therapy and a functional electrical stimulation.
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