KR102050261B1

KR102050261B1 - Functional electrical stimulation system and controlling method thereof

Info

Publication number: KR102050261B1
Application number: KR1020170120231A
Authority: KR
Inventors: 유승현; 차영주; 박지호; 황종석; 김건; 정도희
Original assignee: 연세대학교 원주산학협력단
Priority date: 2017-09-19
Filing date: 2017-09-19
Publication date: 2019-11-29
Also published as: KR20190031941A

Abstract

본 발명은, 뇌성 마비 환자 등 근육을 마음대로 움직이지 못하는 환자가 근육을 움직이기 위한 재활 훈련을 보조해 주기 위한 전기 자극 시스템에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은, 환자 근육의 운동점(motor point)에 전기 자극을 인가하기 위한 전극부; 상기 환자의 뇌파를 감지하기 위한 뇌파 감지 센서; 및 상기 감지되는 뇌파에 기초하여, 상기 인가되는 전기 자극을 제어하는 마이크로프로세서를 포함하는, 전기 자극 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an electrical stimulation system for assisting rehabilitation training for movement of muscles by a patient who is unable to move muscles, such as a cerebral palsy patient. Specifically, the present invention, the electrode unit for applying an electrical stimulation to the motor point (motor point) of the patient muscle; An EEG sensor for detecting the EEG of the patient; And a microprocessor for controlling the applied electrical stimulus based on the sensed brain waves.

Description

Functional electrical stimulation system and its control method {FUNCTIONAL ELECTRICAL STIMULATION SYSTEM AND CONTROLLING METHOD THEREOF}

본 발명은 말초 신경계의 자극을 통하여 근육 마비 환자의 재활을 도와주기 위한 시스템 및 그것의 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system for assisting rehabilitation of muscle paralyzed patients through stimulation of the peripheral nervous system and a control method thereof.

기능적 전기 자극(FES, functional electrical stimulation)은 마비된 근육에 적절한 강도의 전기 자극을 순차적으로 가하여 주어진 기능을 수행하도록 하는 치료 행위를 말한다. 다시 말해, 근육을 움직이게 하는 전기 자극을 주어 근육이 제 기능을 할 수 있도록 도와줄 뿐만 아니라, 근육이 상부운동신경계와 단절된 뒤 나타나는 근위축을 방지하거나 지연시켜 근육의 기능이 퇴화하는 것을 막고, 근육이 가지는 본래의 운동 기능을 지속할 수 있도록 재교육하는 효과를 가진다. 전자의 경우를 좁은 의미의 기능적 전기 자극이라 하며, 후자의 경우를 신경근 전기 자극이라고 하며, 넓은 의미의 기능적 전기 자극은 두 가지를 모두 포함한다.Functional electrical stimulation (FES) refers to a therapeutic action that sequentially applies electrical stimulation of appropriate intensity to a paralyzed muscle to perform a given function. In other words, it not only helps the muscles to function by giving them electrical stimulation to move the muscles, but also prevents or delays muscle atrophy that occurs after the muscle is disconnected from the upper motor nervous system, This branch has the effect of retraining to continue the original motor function. The former is called a functional electrical stimulus in a narrow sense, the latter is called a neuromuscular electrical stimulus, and the broad functional functional stimulus includes both.

근수축의 조절은 상지 및 하지에 따라 다른 전기 자극 빈도로 조절한다. 일반적으로 저주파 자극이 이용되며 이는 근육의 피로를 최소화하고 지속적인 기능 수행을 가능하게 하기 때문이다. 자극 빈도 이외에도 자극의 진폭과 파동 지속시간으로 조절된다. 지속적인 전기 자극으로 조직 내로 이동하는 전하량이 증가하여 전기장이 넓어지고, 보다 많은 수의 운동 단위를 동원하여 근수축력을 강화할 수 있다.
대한민국 공개특허 제10-2012-0042252호에서는 뇌파 신호를 감지하고, 그 결과를 이용하여 피검자의 근육을 자극하는 기술을 개시하고 있다. 하지만, 피검자의 상태나 재활 환경을 전혀 고려하지 않고 일률적인 전기 자극만을 제안하고 있기 때문에, 효과적이지 못하다는 단점이 존재한다.
대한민국 공개특허 제10-2014-0091381호에서는 자기주도 재활훈련을 위하여 뇌신호를 측정하고, 측정된 뇌신호에 기초하여 재활 운동의 시간 또는 세기를 조절하는 기술을 개시하고 있다. 하지만, 위 특허에서와 마찬가지로 피검자의 특수한 상황이나 재활 훈련 환경을 전혀 고려하지 않아 효과적이지 못하다는 단점이 존재한다.
따라서, 피검자의 상황을 보다 더 효과적으로 고려하여 재활 훈련의 효과를 극대화 시킬 수 있는 시스템 및 제어 방법에 대한 연구가 요구되는 실정이다.The regulation of muscle contraction is controlled by different electrical stimulation frequencies depending on the upper and lower extremities. Low frequency stimulation is generally used because it minimizes muscle fatigue and allows continuous functioning. In addition to the frequency of stimulation, it is controlled by the amplitude and duration of the stimulus. Constant electrical stimulation increases the amount of charge that moves into the tissue, widening the electric field and mobilizing a larger number of units of motion to enhance muscle contractility.
Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2012-0042252 discloses a technique of sensing an EEG signal and stimulating a muscle of a subject using the result. However, there is a disadvantage in that it is not effective because only a uniform electrical stimulation is proposed without considering the condition or the rehabilitation environment of the subject.
Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2014-0091381 discloses a technique for measuring brain signals for self-directed rehabilitation, and adjusting the time or intensity of rehabilitation exercises based on the measured brain signals. However, as in the above patent, there is a disadvantage that it is not effective because it does not consider the special situation of the subject or the rehabilitation training environment at all.
Therefore, it is necessary to study the system and control method that can maximize the effect of rehabilitation training by considering the situation of the subject more effectively.

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 근육 재활 훈련을 효과적으로 수행할 수 있는 재활 훈련 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.It is an object of the present invention to solve the above and other problems. Another object is to provide a rehabilitation training system that can effectively perform muscle rehabilitation training.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned above will be clearly understood by those skilled in the art from the following description. Could be.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 환자 근육의 운동점(motor point)에 전기 자극을 인가하기 위한 전극부; 상기 환자의 뇌파를 감지하기 위한 뇌파 감지 센서; 및 상기 감지되는 뇌파에 기초하여, 상기 인가되는 전기 자극을 제어하는 마이크로프로세서를 포함하는, 전기 자극 시스템를 제공한다.According to an aspect of the present invention to achieve the above or another object, an electrode unit for applying an electrical stimulation to the motor point (motor point) of the patient muscle; An EEG sensor for detecting the EEG of the patient; And a microprocessor for controlling the applied electrical stimulus based on the sensed brain waves.

본 발명에 따른 전기 자극 시스템 및 그것의 제어 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effects of the electrical stimulation system and its control method according to the present invention are as follows.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 본인의 의지대로 근육을 움직일 수 있도록 재활 훈련을 효과적으로 수행할 수 있다는 장점이 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, there is an advantage that the rehabilitation training can be effectively performed to move the muscle at will.

또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 재활 훈련자에게 훈련에 대한 피드백을 주어, 훈련에 집중을 효과적으로 할 수 있는 시스템을 제공한다는 장점이 있다.In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, there is an advantage to provide a system that can effectively concentrate on the training by giving feedback to the training rehabilitation trainer.

본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.Further scope of the applicability of the present invention will become apparent from the following detailed description. However, various changes and modifications within the spirit and scope of the present invention can be clearly understood by those skilled in the art, and therefore, specific embodiments, such as the detailed description and the preferred embodiments of the present invention, should be understood as given by way of example only.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기 자극 시스템(1)의 블록도를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 전기 자극 시스템(1)이 환자의 신체에 적용된 상태를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전기 자극 시스템(1)의 제어 방법의 순서도를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서,　EEG　측정 장치(즉 뇌파 감지 센서)의 전극 부착 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 척수와 관련되는 재활 부위를 설명하는 도면이다.1 is a block diagram of an electrical stimulation system 1 according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a state in which the electrical stimulation system 1 is applied to the body of the patient according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart showing a control method of the electrical stimulation system 1 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining an electrode attachment position of an EEG measuring apparatus (ie, an EEG sensor) according to one embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a rehabilitation site associated with the spinal cord according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. The suffixes "module" and "unit" for components used in the following description are given or used in consideration of ease of specification, and do not have distinct meanings or roles from each other. In addition, in describing the embodiments disclosed herein, when it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the embodiments disclosed herein, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are intended to facilitate understanding of the embodiments disclosed herein, but are not limited to the technical spirit disclosed herein by the accompanying drawings, all changes included in the spirit and scope of the present invention. It should be understood to include equivalents and substitutes.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinal numbers such as first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this application, the terms "comprises" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기 자극 시스템(1)의 블록도를 도시하는 도면이다.1 is a block diagram of an electrical stimulation system 1 according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 전기 자극 시스템(1)이 환자의 신체에 적용된 상태를 도시하는 도면이다.2 is a view showing a state in which the electrical stimulation system 1 is applied to the body of the patient according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2에 도시된 전기 자극 시스템(1)은 사람과 같은 동물의 피부 위에 위치될 수 있는 전극부(10-1, 10-2)을 포함한다. 도 2에서, 전극부(10-1, 10-2)이 사용자의 팔의 피부 일부에 위치(접촉)된다. 그러나 전극부(10-1, 10-2)은 신체의 다른 부분에도 위치될 수 있고 특정 신체 부위의 형태에 적응된 형태를 가질 수 있을 것이다.The electrical stimulation system 1 shown in FIGS. 1 and 2 includes electrode portions 10-1 and 10-2 which can be positioned on the skin of an animal such as a human. In FIG. 2, the electrode portions 10-1 and 10-2 are positioned (contacted) on a part of the skin of the user's arm. However, the electrode portions 10-1 and 10-2 may be located in other parts of the body and may have a form adapted to the shape of a specific body part.

전극부(10-1, 10-2)은 도 1에 도시된 것처럼, 적어도 하나의 세트(10-1, 10-2)로 구비될 수 있다. 각 세트(10-1, 10-2)의 전극은, 도 1의 예에서와 같이 접지로 작용하는 대향 전극(counter electrode)을 포함한다. 예를 들어, 세트 전극(10-1, 10-2) 중 어느 하나의 자극 전극(A)을 통하여 자극할 때, 다른 하나의 전극(B)은 대향 전극 또는 접지로 작용할 수 있다.As illustrated in FIG. 1, the electrode units 10-1 and 10-2 may be provided as at least one set 10-1 and 10-2. The electrodes of each set 10-1 and 10-2 include counter electrodes that act as ground, as in the example of FIG. 1. For example, when the magnetic pole is stimulated through one of the set electrodes 10-1 and 10-2, the other electrode B may serve as a counter electrode or a ground.

전극부(10-1, 10-2)이 피부, 즉 피부 아래 근육 조직과 접촉하는 신체 조직과 전기적으로 접촉하도록 피부 상에 위치될 수 있다. 그리고 전극부(10-1, 10-2)과 상기 근육 조직의 접촉은 전기적일 것이고, 특히 전기적 신호를 전극부(10-1, 10-2)가 부착되는 피부 영역 아래의 근육 지역으로 수신 또는 전송 할 것이다. 특히, 전극부(10-1, 10-2)은 근육 조직을 자극하기 위해 근육 자극 신호의 형태로 피부를 통해 전류를 근육 조직에 주입할 수 있을 것이다.The electrode portions 10-1 and 10-2 may be positioned on the skin such that the electrode portions 10-1 and 10-2 are in electrical contact with the skin, ie, body tissue in contact with the muscle tissue under the skin. And the contact between the electrode portions 10-1 and 10-2 with the muscle tissue will be electrical, and in particular, an electrical signal is received into the muscle region below the skin region to which the electrode portions 10-1, 10-2 are attached or Will send. In particular, the electrode units 10-1 and 10-2 may inject current into the muscle tissue through the skin in the form of a muscle stimulus signal to stimulate the muscle tissue.

도 1에서 도시된 바와 같이, 시스템(1)은 연결부(18)을 통해 전극부(10-1, 10-2)과 연결되는 작동 유닛(50)을 더 포함한다. 도 1의 예에서, 연결부(18)는 전선 연결이다. 그러나 연결부(18)는 무선 연결일 수 있다. 예를 들어, 전극부(10-1, 10-2)은 전지식(battery powered)이고 무선 송/수신부를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1, the system 1 further comprises an operating unit 50 which is connected with the electrode portions 10-1, 10-2 via a connection portion 18. In the example of FIG. 1, the connection 18 is a wire connection. However, connection 18 may be a wireless connection. For example, the electrode units 10-1 and 10-2 may be battery powered and include a wireless transmitter / receiver.

작동 유닛(50)은 전극부(50)에 의해 발생된 신호들을 수신하고 이하 더 상세히 설명되는 바와 같이 전극부(10-1, 10-2)의 동작을 제어할 수 있다.The operation unit 50 can receive the signals generated by the electrode portion 50 and control the operation of the electrode portions 10-1, 10-2 as described in more detail below.

전극부(10-1, 10-2)은 유동적인, 바람직하게는 탄력성 있는 캐리어(carrier)의 표면상에 제공될 수 있다. 이것은 전극부가이 전극부(10-1, 10-2)이 위치된 신체 부위의 형태에 적응하도록 허용한다. 캐리어는 전극부(10-1, 10-2)을 연결부(18)를 통해 작동 유닛(50)에 연결하는 전기적 성분들을 구비할 수 있다.The electrode portions 10-1 and 10-2 may be provided on the surface of a fluid, preferably elastic carrier. This allows the electrode portion to adapt to the shape of the body part in which the electrode portions 10-1 and 10-2 are located. The carrier may have electrical components that connect the electrode portions 10-1, 10-2 to the operation unit 50 via the connection portion 18.

예를 들어, 작동 유닛(50)은 하우징(housing)을 포함한다. 하우징의 내부에, 선택적 사용자 인터페이스(56)에 연결되고, 연결부(18)를 통해 전극부(10-1, 10-2)과 연결되는 제어 유닛(53)이 제공된다. 사용자 인터페이스(56)는 예를 들어, 시스템(1)의 사용자에게 정보를 출력하기 위한 출력 인터페이스를 형성하는 디스플레이 및 입력 인터페이스를 형성하는 제어 버튼들을 포함한다. 예를 들어, 사용자는 사용자 인터페이스(56)을 통해, 장치에 의해 수행되는 작동을 위한 의도된 세팅(setting)들과 같은 입력을 제어 유닛(53)에 제공할 수 있다.For example, the operation unit 50 comprises a housing. Inside the housing, a control unit 53 is provided that is connected to the optional user interface 56 and is connected to the electrode portions 10-1, 10-2 via a connection 18. User interface 56 includes, for example, a display that forms an output interface for outputting information to a user of system 1 and control buttons that form an input interface. For example, the user may provide input to the control unit 53, such as intended settings for the operation performed by the device, via the user interface 56.

이 예에서, 출력 인터페이스는 데이터를 시각적으로 출력하는 것을 허용하나, 데이터는 대안적으로 또는 추가적으로 오디오 또는 다른 적당한 방법으로 출력될 수 있다.In this example, the output interface allows for visual output of the data, but the data may alternatively or additionally be output by audio or other suitable method.

제어 유닛(53)은 도 1에 도시된 바와 같이, 각 세트(10-1, 10-2)에 서로 다른 자극을 배분해 줄 수 있는 전극 선택기(530)를 포함한다. 예를 들어서, 전극 선택기(530)는 제 1 세트 전극(10-1)에는 제 1 전기 자극을, 제 2 세트 전극(10-2)에는 제 2 전기 자극을 배분해 인가할 수 있다.The control unit 53 includes an electrode selector 530 that can distribute different stimuli to each set 10-1, 10-2, as shown in FIG. 1. For example, the electrode selector 530 may distribute and apply a first electrical stimulus to the first set electrode 10-1 and a second electrical stimulus to the second set electrode 10-2.

신호 발생기(531)는 전극 선택기(530)에 연결되어 있다. 작동시, 신호 발생기(531)는 전기적 근육 자극 신호를 활성화 패턴에 따라 전극 선택기(530)에 의해 선택된 세트 전극에 제공한다. 전기적 자극 신호가 전극부(10-1, 10-2)이 위치된 표면, 즉 피부로 전달된다. 그 다음 근육 조직이 수축할 수 있는 것에 대응하여, 전극 신호가 피부를 통해 근육 조직으로 관통한다. 그렇게 하여, 근육 조직의 모토 포인트(운동점, motor point)가 자극된다.The signal generator 531 is connected to the electrode selector 530. In operation, signal generator 531 provides an electrical muscle stimulation signal to a set electrode selected by electrode selector 530 in accordance with an activation pattern. The electrical stimulation signal is transmitted to the surface where the electrode portions 10-1 and 10-2 are located, that is, the skin. The electrode signal then penetrates through the skin into the muscle tissue in response to the muscle tissue being able to contract. In doing so, the moto points (motor points) of muscle tissue are stimulated.

전류의 양 및 자극기간의 지속 시간과 같은, 자극의 매개 변수들 (parameters)의 값들은, 신호 발생기(531)의 메모리에 저장된 데이터에 기초하여 신호 발생기(531)에 의해 결정될 수 있다. 신호 발생기(531)는 자극을 위한 매개 변수들을 세팅하도록 적응되는 프로그램 가능한 마이크로프로세서(536)에 연결된다. 자극의 매개 변수들의 값들은 사용자 인터페이스(56)를 통해 사용자에 의해 결정될 수 있다.The values of the parameters of the stimulus, such as the amount of current and the duration of the stimulus period, may be determined by the signal generator 531 based on the data stored in the memory of the signal generator 531. Signal generator 531 is coupled to a programmable microprocessor 536 that is adapted to set parameters for stimulation. The values of the parameters of the stimulus may be determined by the user via the user interface 56.

마이크로프로세서(536)는 전극 선택기(530)에 연결되고, 활성화 패턴에 따라 자극 전극들을 선택하기 위해 전극 선택기(530)를 제어할 수 있다.The microprocessor 536 is connected to the electrode selector 530 and can control the electrode selector 530 to select the stimulation electrodes according to the activation pattern.

마이크로프로세서(536)는 예를 들어, 작동 시 전극부(10-1, 10-2)을 통하여 전기적 근육 자극 신호를 신체 조직에 제공하기 위한 방법의 단계들의 시퀀스가 이하 기술되는 바와 같이 수행되도록 마이크로프로세서(536)의 작동 순서를 제어하기 위한 타이머를 포함할 수 있다.The microprocessor 536 may be configured such that, for example, the microprocessor 536 performs a sequence of steps of the method for providing electrical muscle stimulation signals to body tissue via the electrode portions 10-1, 10-2, as described below. It may include a timer for controlling the order of operation of the processor (536).

게다가 마이크로프로세서(536)는 예를 들어 이하에서 기술될 응답 신호들과 관련된 데이터 또는 자극 매개 변수들을 저장하기 위한 메모리(533)에 연결되고/되거나 메모리를 구비한다.In addition, the microprocessor 536 is connected to and / or has a memory 533 for storing data or stimulation parameters associated with, for example, the response signals described below.

도 1의 예에서, 전극부(10-1, 10-2)은 두 개의 센서 전극(30)의 형태로 독립된 센서를 포함한다. 이 예에서, 센서 전극(30)은 전극부(10-1, 10-2)의 맞은 편 측면들 상에서 서로 평행하게 위치할 수 있다. 예를 들어, 센서 전극들은 예를 들어, 장방형의 스트립들(strips)을 형성하는 전극 패드들이다. 도 1의 예에서, 센서는 이극성 근전계(EMG) 센서이다.In the example of FIG. 1, the electrode portions 10-1 and 10-2 include independent sensors in the form of two sensor electrodes 30. In this example, the sensor electrodes 30 may be located parallel to each other on opposite sides of the electrode portions 10-1, 10-2. For example, sensor electrodes are electrode pads that form, for example, rectangular strips. In the example of FIG. 1, the sensor is a bipolar EMG sensor.

센서는 근육 조직의 특성을 감지할 수 있으며, 이 특성은 상기 근육 조직의 활동을 위한 척도를 형성한다. 센서는 제어 유닛(53)에서 신호 처리 유닛(537)의 입력에 연결된, 센서 출력을 가진다. 센서 출력을 통해, 센서는 센서 신호를 신호 처리 유닛(537)에 제공할 수 있다. 신호 처리 유닛(537)은 센서 신호로부터 활동을 위한 기준값을 결정할 수 있다, 즉 센서에 의해 감지된 신호를 측정하고 프로세서 출력을 통해 값을 마이크로프로세서(536)로 출력할 수 있다.Sensors can sense the properties of muscle tissue, which forms a measure for the activity of the muscle tissue. The sensor has a sensor output, connected to the input of the signal processing unit 537 at the control unit 53. Through the sensor output, the sensor may provide a sensor signal to the signal processing unit 537. The signal processing unit 537 may determine a reference value for the activity from the sensor signal, that is, measure the signal sensed by the sensor and output the value to the microprocessor 536 via the processor output.

예를 들어, 마이크로프로세서(536)는 신호 처리 유닛(537)에 의해 결정된 값에 기초하여 근육 조직의 매개 변수를 결정할 수 있고 사용자 인터페이스(56)에서 사용자 지각가능 형상으로 이 값을 출력할 수 있다.For example, microprocessor 536 may determine a parameter of muscle tissue based on the value determined by signal processing unit 537 and output this value in a user perceptible shape in user interface 56. .

센서(30)의 다른 예시로는 단일 센서 전극 형태로 구비될 수 있음은 자명하다.As another example of the sensor 30 may be provided in the form of a single sensor electrode.

본 발명의 일실시예에서 센서(30)는, 뇌파(혹은 뇌전도, EEG, Electroencephalogram) 감지 센서를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the sensor 30 may further include an EEG (or electroencephalogram, EEG, Electroencephalogram) sensor.

EEG(electroencephalogram)는 대뇌피질내의 신경세포의 전기적 활동을 두피에 부착한 전극을 통하여 기록한 것으로, 뇌파는 1∼50 Hz의 주파수와 약 10∼200μV의 진폭을 가지며 1929년 독일의 생리학자 한스 베르거(Hans Berger)에 의해 처음으로 시도되었다. 이 전기적 활동성은 후에 EEG라 명명하였고, EEG가 실험자의 정신적 상태에 따라 변한다는 것을 보였다.Electroencephalogram (EEG) records the electrical activity of nerve cells in the cerebral cortex through electrodes attached to the scalp. EEG has a frequency of 1-50 Hz and an amplitude of about 10-200 μV. In 1929, German physiologist Hans Berger ( It was first tried by Hans Berger. This electrical activity was later named EEG and showed that the EEG changes depending on the mental state of the experimenter.

신체 일부를 움직일 때 나타나는 뇌파의 변화가 움직임을 상상하는 것만으로도 비슷하게 나타난다는 것에 기초하며 감각운동리듬(Sensorimotor Rhythms, SMR) 혹은 움직임 상상(Motor Imagery)이라고도 불린다. 주로 뇌 피질 상에서 관장하는 영역이 비교적 멀리 있는 왼손, 오른손, 발 혹은 혀의 움직임 상상을 사용한다.It is also called sensorimotor rhythms (SMR) or motor imagery, based on the fact that changes in the EEG appearing when moving parts of the body are similar just by imagining movement. It mainly uses the imagination of the movement of the left hand, right hand, foot, or tongue, where the area governing the brain cortex is relatively far.

이하에서는 재활 운동 시, 훈련자의 능동적인 재활 참여를 유도할 수 있는 뇌-컴퓨터 인터페이스(Brain-Computer Interface; 이하에서는 BCI라고 호칭함)에 대해서 설명한다.Hereinafter, a brain-computer interface (hereinafter referred to as a BCI) that can induce a trainer's active participation in rehabilitation during a rehabilitation exercise will be described.

인간이 어떤 일에 대해 생각을 하거나 행동을 할 때, 뇌 속에 있는 시냅스(synapse)에서는 신경전달물질을 이용해 정보를 전달하게 되고. 이때 뉴런 간에 생기는 전위차에 의해 전류가 발생하게 되는데, 상기 전류를 두피에 부착한 전극을 통하여 측정한 것이 뇌파(brainwaves) 또는 상술한 EEG 신호이다. BCI 기술은 이런 뇌파를 이용해서 인간의 생각이나 의지를 언어나 신체의 다른 동작을 거치지 않고 시스템에 직접 전달할 수 있는 기술이다.When humans think or act about something, synapses in the brain use neurotransmitters to convey information. At this time, a current is generated by a potential difference generated between neurons, and the electric current is measured through an electrode attached to the scalp, which is brainwaves or the above-described EEG signal. BCI technology uses these brain waves to deliver human thoughts and will directly to the system without language or other movements of the body.

BCI 기술은 신체적 결함이나 장애로 인해, 자신의 의사를 표현, 전달할 수 없는 사람들에게 새로운 의사소통 수단을 제공할 수 있다는 점에 큰 의의를 가지고 있으며, 이러한 기술적 이점을 이용해서 신체 장애인을 위한 의료용 보조 기구부터 뇌파를 이용한 새로운 인터페이스의 게임, 가정 자동화를 위한 전자제품 그리고, 학습 보조기구에 이르기까지 많은 응용분야에 사용될 수 있다.BCI technology is of great significance for providing new means of communication to people who are unable to express and communicate their intentions due to physical defects or disabilities. It can be used in many applications, from instruments to games with new interfaces using brain waves, electronics for home automation, and learning aids.

본 발명에서는, 이러한 BCI 기술을 활용하여, 훈련자가 실제 근육을 움직이려고 노력하는지 여부를 판단하고 이러한 판단에 기초하여 능동적인 참여를 유도할 수 있는 환경을 제공한다.In the present invention, utilizing the BCI technology, it is possible to determine whether the trainer is trying to move the actual muscles and provide an environment in which active participation can be induced based on the judgment.

시각적 자극으로 왼손이나 오른손 움직임을 상상하는 동안 피험자의 μ 리듬 영역에서는 활동이 쇠약해지거나 차단되는 현상 혹은 억제되는 현상이 나타나며, 이러한 현상을 ERD(Event-Related desynchronization)라고 한다. 주로 μ 리듬과 β 리듬 영역 중 국소적으로 β 에서 발생하게 된다. ERS는 ERD와 상반된 특징을 가지고 있으며 EEG의 진폭이 증가하게 되는 현상을 말한다.While visually stimulating the imagination of left or right hand movements, the subject's μ rhythm region appears to be weakened, blocked, or inhibited. This phenomenon is called event-related desynchronization (ERD). It occurs mainly in β locally in μ rhythm and β rhythm regions. ERS has a characteristic opposite to that of ERD and increases the amplitude of the EEG.

STFT(Short-Time Fourier Transform)은 시간-주파수 해석을 위한 가장 간단한 방법으로 짧게 쪼개진 시간 영역에서 원하는 부분에 대한 푸리에 변환을 수행하고 기간 축을 기준 삼아 주파수 분포를 도시해 나가는 방법이다. STFT를 통해 주파수 영역의 해석과 시간 영역의 해석을 표현할 수 있다.Short-Time Fourier Transform (STFT) is the simplest method for time-frequency analysis. It performs a Fourier transform on a desired part in a shortly divided time domain and shows a frequency distribution based on a period axis. STFT can express the interpretation of the frequency domain and the time domain.

본 발명에서는 상기 센서(30)를 통하여 추가적으로 뇌파를 실시간으로 감지(센서(30)는 뇌파 감지 센서를 더 포함할 수 있음)하고, 이렇게 감지된 뇌파에 기초하여 훈련자가 능동적으로 훈련에 참여하고 있는지 여부(이하 능동참여인지)를 분석하여 운동점에 인가되는 전기 자극을 제어하도록 제안하는 것이다.In the present invention, the sensor 30 additionally detects EEG in real time (the sensor 30 may further include an EEG sensor), and the trainee actively participates in the training based on the detected EEG. It is proposed to control the electrical stimulus applied to the exercise point by analyzing whether or not (hereinafter active participation).

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전기 자극 시스템(1)의 제어 방법의 순서도를 도시하는 도면이다.3 is a flowchart showing a control method of the electrical stimulation system 1 according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 사용자 능동참여인지 분석 방법은 뇌파 획득 단계(S301), 필터링 적용 단계(S302), STFT 적용 단계(S303)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 사용자 능동참여인지 분석 방법은 이하에서 설명하게 될 사용자 능동참여인지 분석 장치에 의해 각각의 단계가 수행될 수 있다.Referring to FIG. 3, the method for analyzing user active participation according to an embodiment may include an EEG acquisition step S301, a filtering application step S302, and an STFT application step S303. In the user active participation analysis method according to an embodiment, each step may be performed by the user active participation analysis device, which will be described below.

먼저, 뇌파 획득 단계(S301)에서 마이크로프로세서(536)는 뇌파 감지 센서, 구체적으로 EEG 측정 장치(예컨대, Emotiv사의 EPOC 장치)로부터 실제 측정된 로우 EEG 신호(raw EEG signal)를 획득할 수 있다. 이어서 마이크로프로세서(536)는 획득한 뇌파 데이터에서 노이즈를 제거하거나 미약한 뇌파 데이터를 증폭함으로써 뇌파 데이터에 대한 전처리 과정을 수행할 수 있다.First, in the brain wave acquisition step S301, the microprocessor 536 may acquire a raw EEG signal that is actually measured from an EEG sensor, specifically, an EEG measurement device (eg, an EPOC device of Emotiv). The microprocessor 536 may then perform preprocessing on the EEG data by removing noise from the acquired EEG data or amplifying the weak EEG data.

본 실시예에서는 128SPS(2048㎐)의 샘플링 레이트(sampling rate)를 가지는 14채널의 전극을 10-20 전극 위치법에 따라 사용자에게 부착하여 사용자의 실제 뇌파 데이터를 획득할 수 있다. 필요 이상의 샘플링 레이트는 처리할 데이터의 비대화를 초래하여 처리 속도 저하의 문제가 발생하며 실시간 구동에 있어서 많은 제약 사항으로 작용될 수 있다. 이에, 본 실시예에서는 뇌파 분석에 필요한 최소 필요 샘플링 수인 128SPS가 바람직하며, 이에 한정되는 것은 아니고 뇌파계에서 정의하기에 따라서 일정 범위(128±αSPS) 내에서 얼마든지 변경 가능하다.In this embodiment, 14-channel electrodes having a sampling rate of 128 SPS (2048 kHz) may be attached to a user according to a 10-20 electrode positioning method to obtain actual brain wave data of the user. More than necessary sampling rate may lead to oversizing of data to be processed, which may cause a problem of lowering processing speed and may cause a lot of restrictions in real time operation. Therefore, in the present embodiment, 128SPS, which is the minimum required sampling number for EEG analysis, is preferable. However, the present invention is not limited thereto and may be changed within a predetermined range (128 ± αSPS) as defined by the EEG.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서,　EEG　측정 장치(즉 뇌파 감지 센서)의 전극 부착 위치를 설명하기 위한 도면이다. 사용자의 두뇌에 전극을 부착하여 뇌파 데이터를 측정하게 되며, 이때 뇌파를 측정하기 위한 전극 부착 위치는 도 4에 도시한 바와 같이 국제 표준법인 10-20 전극 시스템에 의거하여 두피의 19개 전극 (Fp1, Fp2, F7, F8, F3, F4, Fz, T3, T4, C3, C4, Cz, T5, T6, P3, P4, Pz, O1, O2) 및 추가적으로 Fpz, Oz 2개의 전극을 선택적으로 결정할 수 있다.4 is a view for explaining the electrode attachment position of the EEG measuring device (that is, EEG sensor) in one embodiment of the present invention. Electrode is attached to the user's brain to measure the EEG data, and the electrode attachment position for measuring the EEG is as shown in Figure 4 based on the international standard 10-20 electrode system of the 19 electrodes of the scalp (Fp1 , Fp2, F7, F8, F3, F4, Fz, T3, T4, C3, C4, Cz, T5, T6, P3, P4, Pz, O1, O2) and additionally two Fpz, Oz electrodes can be determined have.

다시 도 3에서, 필터링 적용 단계(S302)에서 마이크로프로세서(536)는 획득한 뇌파 데이터에서 뮤리듬(μ) 영역인 8-30㎐ 영역을 분류할 수 있다. 이때, 사용자 능동참여인지 분석하기 위하여 마이크로프로세서(536)은 DNF(digital notch filter) 또는 BPF(band pass filter)를 이용하여 필요한 영역을 분류할 수 있다. 뇌파에서의 운동 감각에 따른 특징은 주로 8-30㎐의 주파수 영역에서 나타나기 때문이다.In FIG. 3 again, in the filtering application step S302, the microprocessor 536 may classify an 8-30 μs region, which is a mu rhythm region, from the acquired EEG data. In this case, the microprocessor 536 may classify the necessary area by using a digital notch filter (DNF) or a band pass filter (BPF) to analyze whether the user is actively participating in the user. This is because the characteristics of motor sensation in EEG mainly occur in the frequency range of 8-30 kHz.

STFT 적용 단계(S303)에서 마이크로프로세서(536)는 8-30㎐ 영역의 뇌파 데이터를 짧게 쪼개진 시간 영역에 대한 푸리에 변환을 수행할 수 있다.In the STFT application step S303, the microprocessor 536 may perform a Fourier transform on the time domain in which the EEG data of the 8-30 kHz region is shortly divided.

즉, 마이크로프로세서(536)는 훈련자의 능동참여인지를 분석하기 위하여 전처리된 뇌파 데이터를 기 설정된 알고리즘에 입력하여 주파수 신호로 변환하고, 변환된 주파수 영역에 따라 원하는 부분의 뇌파를 분류할 수 있다.That is, the microprocessor 536 may input pre-processed brain wave data into a predetermined algorithm to analyze whether the trainee is actively participating in the train, convert the signal into a frequency signal, and classify the brain wave of the desired part according to the converted frequency domain.

본 발명의 일실시예에 따른 마이크로프로세서(536)는 상기 S301 단계 ~ S303 단계의 뇌파에 기초하여 전기 자극을 제어할 수 있다.The microprocessor 536 according to an embodiment of the present invention may control the electrical stimulation based on the brain waves in steps S301 to S303.

즉, 훈련자는 팔을 움직이기 위하여 집중을 하게 되면, 그에 맞는 뇌파가 더 강하게 발생되고, 발생되는 뇌파에 맞도록 전기 자극이 더 강하게 인가될 것이다.That is, when the trainer concentrates to move the arm, the corresponding brain wave is generated more strongly, and the electric stimulation is applied more strongly to match the generated brain wave.

한편, 전기 자극을 제어하는데 활용하기 위한 뇌파는, 상기 분류된 뇌파 중에서 특정 부분과 연관되는 뇌파만일 수 있다. 예를 들어서, 뇌성마비 환자의 팔이 구부러진 상태로 유지되는 것을 피기 위한 재활훈련에 적용한다고 하였을 때, 팔에 대한 운동점과 연관되는 뇌파를 이용하여 전기 자극을 제어할 수 있을 것이다.On the other hand, the brain waves for use in controlling the electrical stimulation may be only the brain waves associated with a specific portion of the classified brain waves. For example, if applied to rehabilitation to avoid keeping the arm of the cerebral palsy bent, the electrical stimulation can be controlled using the brain waves associated with the point of motion for the arm.

우선, 뇌파가 감지되기 전에, 작은 세기의 전기 자극만이 인가될 수 있다. 즉 상기 마이크로프로세서는, 상기 뇌파 감지 여부에 관계 없이 제 1 세기의 전기 자극을 인가하도록 상기 전극부(10-1, 10-2)를 제어하다가, 상기 감지되는 뇌파가 소정 기준 이상일 경우, 상기 제 1 세기의 전기 자극을 제 2 세기로 상향 조정하여, 재활 훈련자의 재활 훈련을 더욱 촉진할 수 있을 것이다.First of all, only a small intensity of electrical stimulation can be applied before an EEG is detected. That is, the microprocessor controls the electrode units 10-1 and 10-2 so as to apply an electrical stimulus of a first intensity regardless of whether the brain wave is detected. The electrical stimulation of the first century may be adjusted upward to the second century to further facilitate the rehabilitation training of the rehabilitation trainer.

즉, 재활 훈련자는, 팔을 움직이기 위하여 팔의 근육에 집중을 할 경우, 생성된 뇌파에 의해서 전기 자극이 더 세지게 되므로 재활 훈련에 집중하는 것이 가능해 진다.In other words, when the rehabilitation trainer concentrates on the muscles of the arm in order to move the arm, the electric stimulation is made stronger by the generated brain waves, so that it is possible to concentrate on the rehabilitation training.

특히, 본 발명에서는 보다 효과적인 재활 훈련을 위하여 상기 제 2 세기는, 상기 감지되는 뇌파의 세기에 비례하도록 제안한다. 즉, 훈련자가 더 강하게 생각할 수록, 더 센 전기 자극이 인가될 수 있는 것이다.In particular, the present invention proposes that the second intensity is proportional to the intensity of the detected brain waves for more effective rehabilitation training. In other words, the stronger the trainer thinks, the stronger the electrical stimulus can be applied.

훈련자가 실제로 팔을 움직이려고 노력하기 위하여 집중(상상)을 하는 경우, 뇌파 활성도가 높아지게 된다. 이때 뇌파 활성도의 지표는 소정 주기 동안 발생된 뇌파의 평균으로 구해질 수도 있지만, 아래 수학식 1에 의해서 계산된 ERS(event-related synchronization)에 기초하여 구해질 수도 있을 것이다.When the trainer actually concentrates on trying to move his arm, the EEG activity increases. In this case, the index of EEG activity may be obtained as an average of EEG generated for a predetermined period, but may be obtained based on an event-related synchronization (ERS) calculated by Equation 1 below.

여기서, P는 파워를 나타내고, j는 시간을 나타내고, fk는 주파수를 나타내며,　

는 fk　주파수에서의 r0에서 r0+m 시간의 평균 파워를 나타낸다.Where P represents power, j represents time, f k represents frequency,

Denotes the average power of r0 + m time at r0 at the fk frequency.

더 나아가, 본 발명에서의 일실시예에서는, 제 1 세트 전극(10-1)과 제 2 세트 전극(10-2)에 서로 다른 전기 자극을 주도록 제안한다.Furthermore, in one embodiment of the present invention, it is proposed to give different electrical stimuli to the first set electrode 10-1 and the second set electrode 10-2.

뇌성 마비 환자는, 평상시에 팔을 안으로 굽는 근육에는 지나치게 많은 힘(주동근, spastic agonist)이 작용되고 있으며, 팔을 바깥쪽으로 피는 근육(길항근, antagonist)은 거의 작용하지 않는다. 그렇기 때문에, 주동근은 항상 발달되어 있으나 길항근은 퇴화한다.Patients with cerebral palsy usually have excessive force (spastic agonist) applied to muscles that bend their arms inward, and muscles that bleed the arms outward (antagonists) rarely work. Therefore, the agonist muscle is always developed, but the antagonist muscle degenerates.

본 발명에서는, 주동근에 제 1 세트 전극(10-1)을 배치하여, 근육에 힘을 풀어주기 위한(즉, 힘을 뺄 수 있는) 제 1 자극을 주고, 길항근에는 제 2 세트 전극(10-2)을 배치하여, 근육에 힘을 주기 위한 제 2 자극을 주도록 제안한다.In the present invention, the first set electrode 10-1 is placed in the main root muscle to give the muscle a first stimulus for releasing the force (i.e., to release the force), and the antagonist muscle sets the second set electrode 10-1. 2), suggest to give a second stimulus to strengthen the muscles.

이를 위하여, 전극 선택기(530)는, 제 1 및 제 2 세트 전극(10-1, 10-2)에 서로 다른 자극을 주도록 전기 자극을 선택하여 각 세트 전극에 전달할 수 있다.To this end, the electrode selector 530 may select an electrical stimulus so as to give different stimuli to the first and second set electrodes 10-1 and 10-2 and transmit the electrical stimulus to each set electrode.

더 나아가 본 발명에서는, 근육에 힘을 뺄 수 있는 제 1 자극과, 근육에 힘을 주기 위한 제 2 자극의 구체적인 스펙(specification)에 대해서 더 제안한다.Furthermore, the present invention further proposes a specific specification of a first stimulus capable of releasing muscles and a second stimulus for energizing muscles.

제 1 자극의 스펙은 다음 표 1과 같다. 제 1 및 제 2 자극은, 구형파(squar wave) 또는 정현파(sinusoidal)로 인가될 수 있다.Specifications of the first stimulus are shown in Table 1 below. The first and second stimuli may be applied as square waves or sinusoidal waves.

케리어 주파수Carrier frequency 0.5 Hz0.5 Hz 인가 방식Authorization method 연속적Continuous 진폭amplitude 서서히 증가Gradually increase 인가 시간Authorization time 7 ~ 15 분7 to 15 minutes

제 2 자극의 스펙은 다음 표 2와 같다.Specifications of the second stimulus are shown in Table 2 below.

케리어 주파수Carrier frequency 2500 Hz2500 Hz 인가 방식Authorization method 12초 인가
18초 휴식12 seconds
18 seconds rest 진폭amplitude 서서히 증가Gradually increase 인가 시간Authorization time 10 분10 minutes

이와 같이, 마이크로프로세서(536)는 전극 선택기(530)를 통하여 제 1 및 제 2 전극에 상술한 제 1 및 제 2 자극을 서로 달리 인가시킬 수 있으며, 주동근에 대해서는 근육의 릴렉스를 유도하고, 길항근에 대해서는 근육에 힘을 주도록 유도할 수 있을 것이다.As such, the microprocessor 536 may apply the above-described first and second stimuli to the first and second electrodes differently through the electrode selector 530, induce the relaxation of the muscle with respect to the main muscle, For example, you might be able to induce muscle strength.

더 나아가, 이와 같은 실시예는 상술한 뇌파 감지 실시예와 융합될 수도 있을 것이다. 즉, 제 1 및/또는 제 2 자극의 세기는, 감지되는 뇌파의 세기에 기초하여 달라지도록 제어될 수 있을 것이다. 특히, 본 발명의 일실시예에서는, 주동근의 세기인 제 1 자극의 세기는 일정하게 유지시키되, 길항근의 세기인 제 2 자극의 세기만을 변화시키도록 제안한다. 왜냐하면, 주동근에 인가되는 제 1 자극은, 주동근의 근육을 풀어주기 위한 자극일뿐, 움직이기 위한 자극이 아니기 때문이다.Furthermore, such an embodiment may be fused with the above-described EEG sensing embodiment. That is, the intensity of the first and / or second stimulus may be controlled to vary based on the intensity of the detected brain waves. In particular, in one embodiment of the present invention, the intensity of the first stimulus, which is the strength of the main muscle, is kept constant, but it is proposed to change only the intensity of the second stimulus, which is the strength of the antagonist muscle. This is because the first stimulus applied to the main muscles is only a stimulus for releasing the muscles of the main muscles and is not a stimulus for movement.

즉, 상술한 S304단계에서 마이크로프로세서(536)는, 길항근에 작용하는 제 2 자극의 세기만을 제어할 수 있다. 제 1 자극의 세기는, 뇌파에 무관하게 일정하게 인가될 수 있을 것이다.That is, in step S304 described above, the microprocessor 536 may control only the intensity of the second stimulus acting on the antagonist. The intensity of the first stimulus may be constantly applied regardless of the brain wave.

상술하는 실시예에서는, 재활 훈련자에게 인가되는 자극으로, 근육의 운동점(motor point)에 인가되는 전기자극만을 설명하였다. 더 나아가, 본 발명에서는 뇌에 직접적으로도 자극하여 말초신경을 자극하는 운동점 자극과 함께, 두뇌에 직접적으로 자극(rTMS, Repetitive transcranial magnetic stimulation)하거나, 척수에 자극을 가하도록 제안한다. 이를 위하여, 상기 전극부와는 별도로, 두뇌를 자극하기 위한 두뇌 자극부(미도시)가 더 구비거나, 척수 자극부(미도시)가 더 구비될 수 있을 것이다.In the above-described embodiment, only the electrical stimulation applied to the motor point of the muscle as the stimulus applied to the rehabilitation trainer. Furthermore, the present invention proposes to directly stimulate the brain (rTMS, Repetitive transcranial magnetic stimulation) or to stimulate the spinal cord, along with the movement point stimulation to stimulate the peripheral nerves. To this end, apart from the electrode unit, a brain stimulator (not shown) for stimulating the brain may be further provided, or a spinal cord stimulator (not shown) may be further provided.

뒤뇌에 직접 자기적인 자극을 주기 위한 시술로, 경두개자기자극술(일명 rTMS)을 예로 들 수 있으나, 반드시 이러한 자극에 한정되는 것은 아닐 것이다.As a procedure for giving magnetic stimulation directly to the back brain, trans- head magnetic stimulation (aka rTMS) may be exemplified, but it is not necessarily limited to such stimulation.

즉, 실시예에서 S304 단계의 자극의 제어 시, 제어되는 자극의 종류로 두뇌 자극이 추가적으로 이루어질 수 있는 것이다. 더 나아가, 두뇌를 자극할 때 자극이 이루어지는 구체적인 부위는 상기 재활 훈련과 관련되는 부위일 수 있을 것이다. That is, in the embodiment, when controlling the stimulus of step S304, the brain stimulus may be additionally made as a kind of controlled stimulus. Furthermore, the specific site where the stimulation takes place when stimulating the brain may be a site associated with the rehabilitation training.

더 나아가, 상기 두뇌 자극과 함께 또는 개별적으로 척수에 자극이 가해질 수도 있을 것이다. 척수에 자극이 가해지는 부위 역시, 재활 훈련에 관련된 부위가 자극될 수 있을 것이다. 이러한 자극 부위에 대해서 도 5 및 관련된 설명을 참조하여 구체적으로 살펴본다.Furthermore, stimulation may be applied to the spinal cord along with or separately from the brain stimulation. Sites that are stimulated in the spinal cord may also be stimulated in areas related to rehabilitation training. This stimulation site will be described in detail with reference to FIG. 5 and related description.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 척수와 관련되는 재활 부위를 설명하는 도면이다. 근력약화와 관련된 해당 요추신경의 근절(또는 근분절, myotome) 모식도를 나타낸다. 척수 레벨에 따라서 운동을 지배하는 곳이 정해져 있고 이를 근절이라고 한다.5 is a view for explaining a rehabilitation site associated with the spinal cord according to an embodiment of the present invention. Representation of the root (or muscle segment, myotome) of the relevant lumbar nerve associated with muscle weakness. Depending on the level of the spinal cord dominate the movement is determined and this is called eradication.

예를 들어, C5 척수레벨 손상이면 Biceps(bends elbows, elbow flexor) 까지 사용할 수 있다는 것을 나타낸다. 이에 따라, 본 발명의 일실시예에서는 C5 척수레벨 손상 환자의 경우 C6에 해당하는 Deltoids, Extensor Carpii(bends wrists back, wrist extensor)를 잘 못쓸 가능성이 높음으로 C6레벨에 맞는 신경을 자극 할 수 있을 것이다.For example, C5 spinal cord injury indicates that Biceps (bends elbows, elbow flexor) can be used. Accordingly, in one embodiment of the present invention, patients with C5 spinal cord level injury are likely to misuse Deltoids and Extensor Carpii (bends wrists back, wrist extensor) corresponding to C6. will be.

즉 본 발명의 일실시예에서는, 상술한 재활 훈련 시 운동점의 전기 자극과 함께 대응되는 부분의 척수의 말초신경(또는 중추신경까지)에도 자극을 가하여, 효과적인 재활이 되도록 제안하는 것이다.That is, in one embodiment of the present invention, the stimulus is also applied to the peripheral nerve (or even the central nerve) of the spinal cord of the corresponding part during the rehabilitation training described above to be effective rehabilitation.

이와 같이, 마이크로프로세서(536)는, 상기 S304 단계에서 감지되는 뇌파에 기초하여 상기 두뇌 자극부 및/또는 척수 자극부를 제어하여 직접적으로 두뇌나 척수의 특정 부위를 자극하여 재활 훈련을 보조시킬 수 있을 것이다.As such, the microprocessor 536 may control the brain stimulator and / or spinal cord stimulator based on the brain wave detected in step S304 to directly stimulate a specific part of the brain or spinal cord to assist rehabilitation training. will be.

이상으로 본 발명에 따른 전기 자극 시스템의 실시예를 설시하였으나 이는 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이에 의하여 본 발명의 기술적 사상과 그 구성 및 작용이 제한되지는 아니하는 것으로, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 도면 또는 도면을 참조한 설명에 의해 한정／제한되지는 아니하는 것이다. 또한 본 발명에서 제시된 발명의 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로써 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 사용되어질 수 있을 것인데, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의한 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허청구범위에서 기술되는 본 발명의 기술적 범위에 구속되는 것으로서, 특허청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능한 것이다.Although the embodiment of the electrical stimulation system according to the present invention has been described above, it will be described as at least one embodiment, whereby the technical idea and its construction and operation of the present invention are not limited, The scope of the idea is not limited / limited by the drawings or the description with reference to the drawings. In addition, the concept and embodiment of the invention presented in the present invention may be used by those skilled in the art as a basis for modifying or designing to other structures for carrying out the same purpose of the present invention. The equivalent structure modified or changed by those skilled in the art to which the present invention pertains is to be bound by the technical scope of the present invention described in the claims, and the spirit or scope of the invention described in the claims. Various changes, substitutions and alterations are possible without departing from the scope of the invention.

Claims

An electrode unit for applying electrical stimulation to a motor point of the patient muscle;
An EEG sensor for detecting the EEG of the patient; And
A microprocessor for controlling the applied electrical stimulation based on the detected brain waves,
The EEG sensor detects the intensity of the EEG by the following equation,

P represents power, j represents time, fk represents frequency,

Is the average power from r0 to r0 + m time at fk frequency,
The electrode unit includes a first set electrode disposed in the main muscle of the patient and a second set electrode disposed in the antagonist of the patient,
The microprocessor,
The electrode unit is controlled to apply a first stimulus for releasing force to the first set electrode, and a second stimulus for releasing force to the second set electrode,
Filtering the detected EEG to the 8 ~ 30Hz frequency band,
The electrode unit is controlled to apply an electrical stimulus of a first intensity regardless of whether the EEG is detected, and when the detected brain wave is above a predetermined reference, the electrical stimulation of the first intensity is adjusted to a second intensity,
The first stimulus is a stimulus of the type that is applied continuously with a frequency of 0.5Hz gradually increasing intensity,
The second stimulus is characterized in that the frequency is 2,500Hz and the intensity is gradually increased but applied for 12 seconds and repeat the 18 seconds rest,
Electrical stimulation system.

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The method of claim 1,
The EEG sensor, characterized in that for detecting the EEG associated with the point of motion to apply the electrical stimulation,
Electrical stimulation system.

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The method of claim 1,
The electrode unit includes a plurality of electrode sets,
The electrode set is characterized in that it is composed of a pole electrode to which the electrical stimulation is applied and a counter electrode opposite to the pole electrode,
Electrical stimulation system.

The method of claim 6,
Further comprising an electrode selector for inputting different stimulus to the plurality of electrode set,
Electrical stimulation system.

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