KR100866543B1

KR100866543B1 - 운동점 측정 및 전자기 자극 치료 장치

Info

Publication number: KR100866543B1
Application number: KR1020070058662A
Authority: KR
Inventors: 유승현; 박호동; 이경중
Original assignee: 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2007-06-15
Filing date: 2007-06-15
Publication date: 2008-11-03

Abstract

운동점 측정 및 전자기 자극 치료기로서, 정전류원으로부터의 전류에 의한 피부의 전위차 신호를 기초로 피부의 임피던스를 알아내고 이를 기초로 피부의 저항 및 커패시턴스 값을 따로 계산해내어 운동점을 찾아냄과 동시에, 측정된 운동점에 전자기 자극을 가하여 근육 이완 등의 치료를 가능하게 하는 운동점 측정 및 전자기 자극 치료기가 제공된다.

운동점, 바이오 임피던스, 전자기 자극

Description

운동점 측정 및 전자기 자극 치료 장치 {MOTOR POINT DETECTOR AND ELECTROMAGNETIC STIMULATION APPARATUS}

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 운동점 측정 및 자극 시스템의 구성을 설명하는 블록도이다.

도 2는 제1운동점모델을 설명하기 위한 설명도 이다.

도 3은 제2운동점모델을 설명하기 위한 설명도 이다.

도 4는 도 1의 연산처리부에서 운동점을 검출하는 개략적인 흐름도이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따른 전자기 자극 치료부의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 6은 도 5의 온도측정부에 의해 측정된 피부 하면 근육의 깊이에 따른 온도 분포의 일 예이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

100: 전자기 자극부 110: 다중주파수 전압생성기

120: 전압-전류 변환기 130: 자극전극 구동부

140: 자극전극 200: 운동점 측정부

210: 측정전극 220: 신호전처리부

230: RMS 변환기 240: A/D 변환기

310: 연산처리부 320: 키입력부

330: 메모리 340: 표시부

410: 코일부 420: 코일구동부

430: 펄스제어부 440: 온도측정부

450: 온도측정센서 460: 온도신호전처리부

470: A/D 변환기

본 발명은, 운동점 측정 및 전자기 자극 치료 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 바이오 임피던스를 통한 저항 및 커패시턴스 계산에 의해 운동점을 측정하고, 측정된 운동점에 전자기 자극을 가함으로써 근육에 대한 치료를 가능하게 하는 운동점 측정 및 전자기 자극 치료 장치에 관한 것이다.

운동점 (Motor Point) 이란 전기자극에 민감하게 반응하는 근육 상부 피부의 한 지점으로, 운동신경이 근육에 들어가는 부위보다 운동종판의 밀도가 높은 부위를 말하는 것으로, 이러한 운동점은 대부분 근육의 기시부에 가까운 근복부의 표면에 위치한다. 모든 근육에는, 다른 근육에 깊이 덮여지지 않아 미세한 자극에도 쉽게 반응하는 부위가 있는데, 이러한 부위를 운동점이라 한다.

이러한 운동점을 정확하게 측정하는 것은 외과적 (성형외과, 신경외과, 재활의학과) 환자치료에 있어서 매우 중요한 부분이다. 예를 들어, 뇌성마비 또는 중풍환자의 경우 근육의 경직을 완화하기 위해서는 운동점에 경피적, 외과적으로 신경을 노출하여 알콜이나 페놀을 주입해야 하는데, 이러한 치료를 위해서는 운동점을 정확하게 측정하여야 한다. 또한, 성형외과에서 주름살을 제거하기 위해서는 운동점에 보톡스를 주사하여야 하는데, 이 경우에도 정확한 운동점 측정이 중요하다.

그러나, 현재는 운동점을 정확하게 측정할 수 있는 장비가 없을 뿐만 아니라, 상기와 같은 운동점은 임상학적으로 구별하기가 쉽지 않고, 운동점에 대한 해부학적 지식이 있어야만 정확한 운동점을 측정할 수 있기 때문에, 운동점에 대한 지식이 없는 환자들은 자신의 근육에 대한 운동점 측정에 있어서 어려움을 겪는 문제가 있다.

한편, 뇌졸증이나 산업재해, 교통사고 기타 여러가지 원인에 의하여 중추 신경계가 손상되는 경우, 장기간 약물복용이나 물리치료용등 여러가지 치료법을 실시하여 손상 이하 부위의 마비현상을 치료하는데, 이러한 치료법에 의해서는 일정 한계이상으로 증세가 호전되지 않아, 최근 중추신경계 손상으로 마비된 근의 치료, 즉 상지와 하지의 운동기능을 인위적으로 복원시키기 위하여 마비된 근을 지배하는 신경의 운동점에 외부로부터 중추명령과 유사한 전기자극을 가하여 근을 수축시키는 소위 기능적 전기자극(Functional Electrical Stimulation, FES) 방법이 알려져 있다.

따라서, 운동점에 대한 지식이 부족한 사용자들을 위하여 정확하고 휴대가 가능한 운동점 측정 장비가 요망되고, 운동점을 측정함으로써 검출된 운동점에 전기자극을 가하여 손상된 운동 신경을 치료할 수 있는 장비가 요망된다.

본 발명은 상술한 필요에 의해 안출된 것으로, 바이오임피던스의 저항 및 커패시턴스를 구하고 그 비를 계산하여 운동점을 측정함으로써, 정확한 운동점 측정을 가능하게 함과 동시에, 측정된 운동점에 전자기 자극을 가하여 근육에 대한 치료를 함으로써 다른 근육에 부정적인 영향을 주지 않는 성공적인 시술을 가능하게 하는 운동점 측정 및 전자기 자극 치료 장치를 제공함을 그 목적으로 한다.

이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 운동점 측정 및 자극 시스템의 구성을 설명하는 블록도이다.

도 1 에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 운동점 측정 및 자극 시스템은, 크게 전자기 자극부(100), 운동점 측정부(200), 연산처리부(310), 키입력부(320), 메모리(330), 표시부(340)로 이루어진다.

전자기 자극부(100)는 다중주파수 전압생성기(110), 전압-전류 변환기(120), 자극전극 구동부(130), 자극전극(140)를 구비하며, 운동점 측정부(200)는 측정전 극(210), 신호전처리부(220), RMS 변환기(230), A/D 변환기(240), 연산처리부(310), 표시부(340)를 구비한다.

다중주파수 전압생성기(110)는 다양한 주파수의 전압을 생성하여 전압을 전압-전류 변환기(120)로 출력한다. 다중주파수 전압생성기(110)는 키입력부(320)에서 설정된 신호에 따라 연산처리부(310)에서 발생하는 다중주파수 전압 제어신호에 따라 구동된다. 경우에 따라서 다중주파수 전압생성기(110)는 별도의 스위치에 의해 구동되어 질 수도 있다.

전압-전류 변환기(120)는 다중주파수 전압생성기(110) 에 의해 생성된 전압을 전류로 변환한다.

자극전극 구동부(130)는 전압-전류 변환기(120)로부터의 출력으로부터 자극전극(140)을 구동시키는 정전류를 출력한다. 자극전극 구동부(130)는 부하에 관계없이 일정한 전류를 출력시키는데, 이는 연산증폭기의 특성과 부귀환 효과를 이용하여 구현될 수 있고, 여기에는 가변저항을 이용하여 전압이 전류로 변환되는 정도를 조정함으로써 어느 정도의 크기로 전류를 출력시킬 것인지를 제어하는 전류 제어부(미도시) 등이 더 포함될 수 있다.

자극전극 구동부(130)에서 공급하는 전류는 AC 전류이다. 사람마다 피부의 특성은 서로 다른데 이러한 피부의 특성 차이는 DC 특성으로 많이 나타나기 때문에, 피부의 특성 차이와 상관없이 정확한 운동점 측정을 가능하게 하기 위해 다중 주파수의 AC 정전류를 이용하는 것이다. 이렇게 변환된 AC 정전류는 자극전극 구동부(130)에 의해 자극전극(140)을 통하여 피부에 인가된다.

자극전극(140)은 피부의 국소부위에 일정한 미세 전류를 공급하여 자극시키기 위한 것으로, 자극전극 구동부(130)에서 출력된 정전류를 피부의 국소부위에 인가한다. 즉, 자극전극(140)은 자극전극 구동부(130)에서 출력된 AC 정전류를 피부에 인가하는데, 이때 전류는 쌍극자 방식으로 인가되고, 자극전극(140)은 2 이상의 전극으로 형성되어 있으며, 전극들 중의 하나는 전원의 접지와 공통으로 사용된다. 자극전극(140)은 코일 또는 전극패드로 이루어질 수 있다.

측정전극(210)은 자극전극(140)에 의해 피부에 인가된 전류에 반응하여 발생된 피부의 전기적인 신호를 검출한다. 측정전극(210)은 2개의 전극, 경우에 따라서는 다수의 전극으로 이루어질 수 있다.

신호전처리부(220)는 증폭부(미도시), 필터부(미도시)로 이루어져, 측정전극(210)으로부터 수신된 신호를 증폭하고 잡음을 제거한다.

상기 증폭부는 측정전극(210)의 전극 간의 전위차를 검출하여 증폭한다. 상기 증폭부는 차동증폭기로 이루어 질 수 있다.

상기 필터부는 상기 증폭부의 출력에서 60Hz 잡음 등의 잡음을 제거한다. 상기 필터부의 출력은 RMS 변환기(230)으로 전송된다.

다시 말해, 신호전처리부(220)는 측정전극(210)으로부터 인가된 전류에 피부가 반응하여 나타나는 응답 신호를 수신하여, 측정전극(210)들 간의 전위차 신호를 생성하여 증폭시킨다. 신체는 극히 비균질한 저전도성 매질로써 입력에 대한 결과값을 추정하기가 매우 어려우며, 응답 신호 측정에 있어서도 신호레벨이 거의 잡음레벨에 가깝기 때문에 신호 대 잡음비가 매우 낮다. 따라서, 상기 필터부는 잡음의 영향을 최소화시키는 필터로서, 이 필터는 측정될 신호의 주파수 대역에 따라 대역 통과 필터, 저역 통과 필터 또는 고역 통과 필터로 구현될 수 있다.

신호전처리부(220)를 더 상세히 설명하면, 측정전극으로부터 수신한 피부의 응답 신호로부터 전위차 (예를 들어, 측정전극이 두 개로 이루어진 경우라면 두 전극 사이의 전위차) 를 측정한 후, 오프셋 전압조절을 한다. 즉, 본 발명에 따른 운동점 측정에 있어서는 AC 레벨에만 관심이 있기 때문에 그 부분만 확대해서 관찰할 수 있도록 측정 범위를 조절한다. 이렇게 조절된 신호는 연산증폭기에 의해 적절한 레벨로 증폭된다. 가변저항을 이용하여 증폭도를 조절함으로써 관심있는 AC 신호의 미소 변위를 측정할 수 있다.

RMS 변환기(230)는 신호전처리부(220)에서 출력된 전위차 신호를 RMS(Root-Mean-Square, 실효치) 신호로 변환한다. 일반적으로, AC 전위차 신호를 이용하여 임피던스를 계산하려면 그 실효값을 알아야 하는데, 이를 위해 본 발명에서는 RMS 변환기(230)를 이용하여, 신호전처리부(220)에서 증폭된 전위차 신호를 RMS 값으로 변환하여 A/D 변환기(240)로 출력된다.

A/D 변환기(240)는 RMS 변환기(230)에서 출력된 아날로그 신호인 전위차 RMS 신호를 디지털 신호로 변환한다. 즉, RMS 변환기(230)에서 RMS 값으로 변환된 아날로그 전위차 신호를 수신하여, A/D 변환기(240) 는 아날로그 전위차 RMS 신호를 디지털 전위차 신호로 변환시킨다. 이렇게 변환된 디지털 전위차 RMS 신호(이하 편의상 전위차 신호라 함)는 연산처리부(310)로 전송된다.

연산처리부(310)는 A/D 변환기(240)로부터 수신된 전위차 RMS 신호로부터 바 이오임피던스의 저항 값 및 커패시턴스 값을 계산하여 근육의 운동점을 검출한다. 연산처리부(310)는 마이크로프로세서 등을 이루어질 수 있다.

표시부(340)는 연산처리부(310)으로 부터 연산된 결과, 즉 근육의 운동점 정보를 수신하여 이를 표시한다.

키입력부(320)는 온/오프(ON/OFF) 키, 모드 설정키 등을 구비하여, 키입력부(320)에서 설정된 신호를 연산처리부(310)으로 전송한다.

메모리(330)는 연산처리부(310)에서 연산시 필요한 데이터를 저장하고 있으며, 또한 연산처리부(310)에서 연산된 결과를 저장한다.

다음은 연산처리부(310)에서 근육의 운동점을 검출하는 방법에 대한 설명한다.

우선, 근육의 운동점을 검출하는 방법에는 2개의 방법(제1운동점모델을 이용한 방식, 제2운동점모델을 이용한 방식)이 있다. 즉, 근육의 운동점을 검출하는 방법은 2개의 운동점 모델에 기반한 다중 주파수(multi frequency) 방식을 이용하여 구할 수 있다.

도 2는 제1운동점모델을 설명하기 위한 설명도이다. 즉 도 2는 운동점 측정 및 자극 시스템이 구동되는 상태의 제1운동점모델이다. 도 2에서는 자극전극(140), 측정전극(210)이 피부와 접촉되어 운동점 측정 및 자극 시스템이 구동되는 상태를 설명한다.

도 2에서, Vin(f)는 자극으로서 피부에 가해진 주파수 f에서의 전압이며, Rs는 피부와 전극사이의 입력저항으로 운동점 측정 및 자극 시스템 등이 가지고 있는 고유 저항값에 기인되며, Vout(f)는 피부에서 측정된 주파수 f에서의 전압이다.

도 2의 저항(R)과 캐패시터(C)의 직렬저항값은 수학식 1의 전개에 의해 구할 수 있다.

도 2에서, Vout(f)은 Vin(f)를 입력저항(Rs) 그리고 저항(R)과 캐패시터(C)의 직렬저항값으로 분배한 값이다. 즉, 인가된 전압(Vin(f))은 입력저항(Rs)과 수학식 1에 의해 구하여진 직렬 저항값에 의해 분배가 되므로 이를 수식으로 나타내 보면 수학식 2와 같이 전개된다.

위의 수식에서 R과 C를 제외한 나머지 변수들은 모두 알고 있는 값이므로, 미지의 변수 2개를 구하기 위해선 2개의 수식이 필요하다. 그러므로 서로 다른 2가지 주파수의 전압을 인가한다.

2가지 주파수(f1, f2)가 주어졌을 때 R과 C를 구하기 위한 수식을 수학식 3 및 수학식 4와 같이 전개한다.

이를 정리하면, 도 2의 제1운동점모델을 이용하였을 경우,

라고 했을 때,

이고,

이다.

도 3은 제2운동점모델을 설명하기 위한 설명도이다. 즉 도 3은 운동점 측정 및 자극 시스템이 구동되는 상태의 제2운동점모델이다. 도 3에서는 자극전극(140), 측정전극(210)이 피부와 접촉되어 운동점 측정 및 자극 시스템이 구동되는 상태를 설명한다.

도 3에서, Vin(f)는 자극으로서 피부에 가해진 주파수 f에서의 전압이며, Rs는 피부와 전극사이의 입력저항으로 운동점 측정 및 자극 시스템 등이 가지고 있는 고유 저항값에 기인되며, Vout(f)는 피부에서 측정된 주파수 f에서의 전압이다.

도 3의 저항(R)과 캐패시터(C)의 병렬저항값은 수학식 5의 전개에 의해 구할 수 있다.

도 3에서, Vout(f)은 Vin(f)를 입력저항(Rs) 그리고 저항(R)과 캐패시터(C)의 병렬저항값으로 분배한 값이다. 즉, 인가된 전압(Vin(f))은 입력저항(Rs)과 수학식 5에 의해 구하여진 병렬저항값에 의해 분배가 되므로 이를 수식으로 나타내 보면 수학식 6과 같이 전개된다.

2가지 주파수(f1, f2)가 주어졌을 때 R과 C를 구하기 위한 수식을 수학식 7 및 수학식 8과 같이 전개한다.

이를 정리하면, 도 3의 제2운동점모델을 이용하였을 경우,

라고 했을때,

이고,

이다.

즉, 연산처리부(310)는 주파수를 달리 했을 때의 자극 전압(Vin(f))과 측정전압(Vout(f)) 그리고 입력저항(Rs)을 제1운동점모델 또는 제2운동점모델에 적용하여 R과 C를 구한다.

측정전압(Vout(f1), Vout(f2))는 주파수(f1, f2)를 달리했을 때의 각 측정전압을 A/D 변환기(240)을 통해 연산처리부(310)로 입력된 전압이다.

자극전압(Vin(f1), Vin(f2))는 주파수(f1, f2)를 달리하여 피부에 가해진 전압으로, 이는 키입력부(320)의 설정에 따라 (또는 메모리에 기 설정된 값에 따라) 연산처리부(310)에서 생성된 제어신호에 따라 다중주파수 전압생성기(110)에서 생성된 전압이다. 즉, 자극전압은 키입력부(320)의 설정된 따른 전압값으로, 이를 연산처리부(310)는 키입력부(320)로부터 수신받는다.

입력저항(Rs)는 피부와 전극사이의 입력저항으로, 운동점 측정 및 자극 시스템 등이 가지고 있는 고유 저항값에 기인되는 값으로, 메모리(330)에 기 저장시켜져 있다.

연산처리부(310)에서 제1운동점모델 또는 제2운동점모델을 이용하여 구해진 저항(R) 및 커패시턴스(C) 값을 이용하여 R-C 비를 구하고, 그 값을 운동점의 R-C 특성과 비교하여 운동점을 찾아낸다.

구체적으로 설명하면, 피부에 정전류를 공급하는 통로인 자극전극(140)을 피부 상에서 천천히 움직이면서 R-C 비의 변화율을 측정하는 과정을 되풀이하여 운동점의 경계 부분을 검출한다. 이는 그라디언트 탐색 (Gradient Search) 방식, 즉, R-C 비의 변화가 급격한 부분을 찾아내는 방식에 의해 수행될 수 있다. 이렇게 하여 운동점 부근의 위치를 찾아냈으면 R-C 비 값의 변화율에 가중치를 두어 반복적으로 운동점을 검출한다. 이렇게 함으로써 보다 정확한 운동점의 검출이 가능해진다.

만족할만한 R-C 비 값을 얻어 운동점이 검출되었으면, 운동점 표시부(340) 는 LED 또는 부저 (buzzer) 를 통해 운동점이 검출되었음을 사용자에게 알린다.

이렇게 저항 및 커패시턴스 값을 따로 분리해내고, 이를 이용하여 R-C 특성을 운동점의 R-C 특성과 비교함으로써 운동점을 측정함에 따라, 임피던스 값의 측정만으로 운동점을 검출하는 방식에 비해 매우 정확한 검출이 가능하며, 이에 운동점을 이용한 치료시 다른 근육에 부정적인 영향을 주지 않는 성공적인 시술의 가능성을 극대화할 수 있다.

또한, DC 신호가 아닌 AC 신호만을 사용하여 운동점을 찾아내므로, 사용자의 피부 특성과 상관없이 언제나 안정적이고 정확한 운동점 측정을 할 수 있다.

초기화단계로, 키입력부로부터 설정값들을 받아들인다(S110).

측정전압값 입력단계로, A/D변환기(240)으로부터 주파수에 따른 측정전압 값이 입력된다(S120).

자극전압값 입력단계로, 메모리(330)으로부터 입력저항값, 자극전압값을 읽어들인다(S130).

R-C비 연산단계로, 측정전압값 입력단계의 주파수에 따른 측정전압 값 그리고 자극전압값 입력단계의 입력저항값, 자극전압값을 제1운동점모델 또는 제2운동점모델에 적용하여, R-C비를 연산한다(S140).

R-C비 변화율 연산단계로, R-C비 연산단계에서 현재 구한 R-C비와 전의 R-C비를 이용하여 R-C비 변화율을 연산한다(S150).

운동점 경계부분 판단단계로, R-C비 변화율이 급격히 변화되는가, 즉 운동점 경계부분인가를 판단한다(S160). 다시말해, 운동점 경계부분 판단단계에서는 R-C비 변화율이 메모리에 저장된 소정 기준값(운동점의 R-C비 특성을 나타내는 변화율 기준값) 보다 크다면 운동점 경계부분으로 판단할 수 있다.

운동점 검출단계로, 운동점 경계부분 판단단계에서 정해진 범위 안에서 운동점을 검출한다(S170). 운동점 검출단계는 R-C비 변화율에 가중치를 적용하는 방식으로 운동점을 검출할 수도 있으며, 또는 운동점 경계부분 판단단계에서 정해진 범위 안에서 최대점( 또는 최소점)으로 검출할 수도 있다. 경우에 따라서는 R-C비 변화율에 따라 가중치를 결정하고 결정된 가중치 값을 R-C비에 더해주거나 곱하는 방식으로 구해진 R-C비 특성값의 최대치(혹은 최소치)로 운동점을 검출할 수 있다.

본 발명의 운동점 측정 및 자극 시스템은 자극 치료부를 더 구비하고 있다. 경우에 따라서는 전자기 자극부(100)와 자극 치료부를 하나로 구성할 수 있으며, 경우에 따라서는 따로 분리하여 구비할 수 있다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따른 전자기 자극 치료부의 구성을 나타내는 블록도이다. 즉, 도 5에서는 검출한 운동점에 전기 자극을 가하여 근육을 이완시키는 전자기 자극 치료부에 대하여 설명한다.

도 5의 전자기 자극 치료부는 코일부(410), 코일구동부(420), 펄스제어부(430), 온도측정센서(450), 온도신호전처리부(460), A/D 변환기(470), 연산처리부(310), 키입력부(320), 메모리(330), 표시부(340)를 구비한다.

코일부(410)는 코일구동부(420)에 의해 구동되어 피부를 치료하기위한 전자기 자극을 출력한다. 이는 도 1의 자극전극(140)으로 대치할 수 있다.

코일부(410)는 전도성의 금속으로 형성되며, 이는 인체에 접촉할 수 있으므로, 반드시 외부와 절연되어야 한다. 이를 위해 코일부(410) 전체의 외부면에는 외부면을 감싸는 형태로 절연부가 형성되어 코일부(410)와 외부를 밀폐시킬 수도 있게 형성되어진다.

코일구동부(420)는 펄스제어부(430)의 출력신호에 따라 코일부(410)를 구동시킨다. 이는 도 1의 자극전극 구동부(130)로 대치할 수 있다.

펄스제어부(430)는 연산처리부(310)의 출력신호에 따라 펄스를 생성하여 코일구동부(420)으로 전송한다. 이는 도 1의 다중주파수 전압생성기(110), 전압-전류 변환기(120)로 대치할 수 있다.

온도측정센서(450)는 자극이 가해지는 피부에 침 전극형태의 온도 측정센서 를 삽입시킴에 의해 피부에 가해지는 온도를 검출하거나, 또는 자극이 가해지는 피부 위에, 또는 자극이 가해지는 피부와 코일 사이에 위치되어 피부에 가해지는 온도를 검출한다. 경우에 따라서 온도측정센서(450)로서 적외선 센서 등을 이용하여 온도신호를 검출할 수 있다.

온도신호전처리부(460)는 온도측정센서(450)로부터 측정된 온도신호에서 잡음을 제거하는 등 전처리를 하여 A/D 변환기(470)으로 전송한다.

A/D 변환기(470)는 온도신호전처리부(460)로부터 수신된 온도신호를 디지탈신호로 변환하여 연산처리부(310)로 전송한다.

도 5에서 온도측정센서(450), 온도신호전처리부(460), A/D 변환기(470)는 온도측정부(440)을 이룬다.

연산처리부(310)는 키입력부(320)로부터 수신된 설정 값들을 수신하며, 온도측정센서(450)로부터 A/D 변환기(470)를 통해 입력된 온도신호를 수신하고, 펄스제어신호 생성하여 펄스 제어부(430)로 출력한다. 연산처리부(310)는 초기에는 키입력부(320)으로부터 수신된 설정 값에 의해 자극신호의 크기 및 주파수 등을 결정하여 펄스제어신호 생성하고, 그 다음부터는 A/D 변환기(470)를 통해 입력된 온도신호에 따라 자극신호의 크기 및 주파수 등을 결정하여 펄스제어신호 생성하여 펄스 제어부(430)로 출력한다. 또한 연산처리부(310)는 결정된 자극신호의 크기 및 주파수 등을 메모리(330)에 저장한다.

메모리(330)는 연산처리부(310)로부터 현재의 자극신호의 크기 및 주파수 등을 수신받아 저장한다.

표시부(340)는 연산처리부(310)로부터 온도신호를 수신하여 디스플레이한다. 또한 표시부(340)는 연산처리부(310)로부터 가해진 자극 크기 신호를 수신하여 디스플레이한다.

미도시되었으나 음향출력부를 더 구비하여 자극 크기 등을 청각적으로 사용자가 인식하게 할 수 있다. 이로써 바이오 피드백의 효과를 가져 올 수 있다.

온도측정부(440)는 전자기 자극이 가해지는 신체 일부의 근육 깊이에 따른 온도 분포를 검출하여 이를 연산처리부(310)로 전송하며, 연산처리부(310)는 측정된 온도 분포에 따라 전자기 자극이 더 필요한지 여부 등을 판정하여 이에 따라 펄스 신호의 세기 및 주파수 등을 결정하여 펄스제어신호를 생성하여 펄스제어부(430)로 전송한다. 이로부터 펄스제어부(430)는 펄스를 생성하여 코일구동부(420)로 전송하여 코일구동부(420)로 하여금 이에 따라 코일부(410)를 구동하게 한다.

코일부(410)에 인가된 펄스 신호, 즉, 전류는 암페어(Ampere) 의 법칙에 따라 자기장을 발생시킨다. 이때, 이 자기장은 방사에 의해 코일부(410) 근처나 내부에 영향을 미치게 되고, 렌츠(Lenz) 의 법칙에 의해 맴돌이 전류(eddy current) 를 발생시킨다.

피부 및 그 하면의 근육은 이렇게 발생되는 맴돌이 전류의 영향을 받게 되고, 그 자체의 저항에 의해 열을 발생시킨다. 이렇게 외부에서 방사되어 들어온 자 기장이 가지고 있던 에너지의 일부가 소실되어 발생되는 열을 주울열(joule heat) 이라 하는데, 이에 의해 피부 하면 근육이 가열되고, 예를 들면, 도 6과 같은 온도 분포가 형성되게 된다.

한편, 온도 측정부(440)에서 측정된 온도 분포를 연산처리부(310)를 거쳐 표시부(340)에서 디스플레이하여 사용자가 이를 확인할 수 있게 구성되어 있다. 이렇게 하여 사용자는, 자신의 운동점에 가해지는 전자기 자극에 의한 정상적인 치료의 여부를 직접 확인할 수 있으며, 경우에 따라서는 바이오 피드백으로서의 역할을 할 수 있다.

일반적으로 바이오 임피던스는 바이오 임피던스를 측정하고자 하는 전극이 피부에 세게 눌러져 장착되어 있는지 아니면 피부에 약하게 장착되어 있는지에 따라 바이오 임피던스 값은 크게 좌우된다.

따라서 본 발명은 이를 위해 측정전극(210)의 밑의 일측, 즉 측정전극(210)과 피부사이에 압력 센서를 장착하여 측정된 압력값을 이용하여 검출된 바이오 임피던스 값을 보정하도록 하였다. 압력센서로는 스트레인 게이지 등을 사용할 수 있다.

압력센서에 대한 보정값은 압력센서의 사양(스펙) 등에 따라 메모리에 기 저장한다.

보정은 여러가지 방법을 고려할 수 있다.

그 중에 하나의 방법으로는 연산처리부(310)로 입력된 A/D 변환기(240)의 출력을 압력센서를 통해 측정된 압력값에 의해 보정하는 방법으로, 그 보정된 값을 이용하여, 바이오임피던스의 저항 값 및 커패시턴스 값을 구한다.

다른 하나의 방법으로 연산처리부(310)에서 구하여진 바이오임피던스의 저항 값 및 커패시턴스 값을 압력센서를 통해 측정된 압력값에 의해 보정하는 방법이 있다.

본 발명은 자신의 운동점을 전문적인 지식이 없이도 쉬운 방법으로 직접 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 측정된 운동점에 전자기 자극을 가함으로써 근육을 이완시킬 수 있는 바, 자가적인 응급처치 및 근육 이완과 관련된 치료가 가능하며, 근육의 온도 분포에 대한 측정 결과에 따라 전자기 자극에 대한 제어가 이루어지므로, 정확하고 성공적인 치료가 가능하다.

또한, 운동신경 손상에 대한 측정 및 전자기 자극치료기로서의 기능을 동시에 수행함으로써 측정, 검출 및 치료의 이중적 효과를 얻을 수 있다.

한편, R-C 특성을 이용하여 운동점을 찾아냄에 따라 매우 정확한 운동점 검출이 가능하며, 검출된 운동점에 전자기 자극을 가하는 치료를 병행함으로써 손쉬운 방법에 의함에도 불구하고 다른 근육에 부정적인 영향을 주지 않는 성공적인 시술이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 운동점 측정 및 전자기 자극 치료 장치는 볼펜크기로 구현이 가능하며, 이에 따라 간편한 운동점 측정이 가능하고 그 결과를 직접 시각 또는 청각으로 확인할 수 있다.

이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 당업자는 본 발명의 범위를 벗 어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 범위에 속한다. 또한, 본 명세서에서 설명한 각 구성요소는 당업자가 공지된 다양한 구성요소들로부터 용이하게 선택하여 대체할 수 있다. 또한 당업자는 본 명세서에서 설명된 구성요소 중 일부를 성능의 열화 없이 생략하거나 성능을 개선하기 위해 구성요소를 추가할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시형태가 아니라 특허청구범위 및 그 균등물에 의해 결정되어야 한다.

본 발명은 바이오임피던스의 저항 및 커패시턴스를 구하고 그 비를 계산하여 운동점을 측정함으로써, 정확한 운동점 측정을 가능하게 함과 동시에, 측정된 운동점에 전자기 자극을 가하여 근육에 대한 치료를 함으로써 다른 근육에 부정적인 영향을 주지 않는 정확하고 성공적인 시술을 가능하게 하는 운동점 측정 및 전자기 자극 치료 장치를 제공한다.

즉, 본 발명에 따르면, 손쉬운 방법으로 근육의 운동점을 정확하게 측정함과 동시에, 운동점에 전자기 자극을 가함으로써 근육의 강직 등을 치료함으로써, 다른 근육에 부정적인 영향을 주지 않는 성공적인 시술이 가능하다.

이렇게 하여 사용자는, 자신의 운동점에 가해지는 전자기 자극에 의한 정상적인 치료의 여부를 직접 확인할 수 있으며, 경우에 따라서는 바이오 피드백으로서의 역할을 할 수 있다.

또한, 본 발명은 운동신경 손상에 대한 측정 및 전자기 자극치료기로서의 기 능을 동시에 수행함으로써 운동점 검출 및 치료의 이중적 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 운동점 측정 및 전자기 자극 치료 장치는 볼펜크기로 구현이 가능하여 휴대하기에 간편하며 사용하기도 간편하며, 정확한 측정이 가능하고 자극결과를 시각 또는 청각으로 확인할 수 있다.

Claims

자극 전극을 구비하여 피부에 자극을 가하는 전자기 자극부;

측정 전극을 구비하여 피부로부터 전기적 신호를 검출하여 운동점을 측정하게 하는 운동점 측정부;

상기 운동점 측정부로부터 출력된 신호로부터 바이오임피던스의 저항 값 및 커패시턴스 값을 연산하여 근육의 운동점을 검출하는 연산처리부;

를 적어도 구비하는 것을 특징으로 하는 운동점 측정 및 자극 장치.
피부의 국소부위에 일정한 미세 전류를 공급하여 자극하는 자극전극,

주파수에 따른 전압을 생성하는 다중주파수 전압생성기,

상기 다중주파수 전압생성기에 의해 생성된 전압을 전류로 변환하는 전압-전류 변환기,

상기 전압-전류 변환기의 출력에 따라 상기 자극전극을 구동하는 자극전극 구동부를 구비하며 피부에 자극을 가하는 전자기 자극부를 적어도 구비하는 운동점 측정 및 자극 장치에 있어서,

측정 전극을 구비하며 운동점을 측정하기 위해 피부로부터 전기적 신호를 검출하는 운동점 측정부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 운동점 측정 및 자극 장치.
피부에 자극을 가하는 전자기 자극부, 운동점을 측정하기 위해 피부로부터 전기적 신호를 검출하는 운동점 측정부를 구비하는 운동점 측정 및 자극 장치에 있어서,

상기 운동점 측정부는

피부로부터 전기적신호를 검출하는 측정전극;

상기 측정전극의 출력신호를 증폭하고 잡음을 제거하는 신호전처리부;

상기 신호전처리부에서 출력된 전위차 신호를 RMS(Root-Mean-Square, 실효치) 신호로 변환하는 RMS 변환기;

상기 RMS 변환기에서 출력된 신호를 디지털 신호로 변환 A/D 변환기;

를 구비하는 것을 특징으로 운동점 측정 및 자극 장치.
제 3항에 있어서,

상기 A/D 변환기로부터 수신된 신호로부터 근육의 운동점을 검출하는 연산처리부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 운동점 측정 및 자극 장치.
제3항에 있어서,

상기 전자기 자극부는

피부의 국소부위에 일정한 미세 전류를 공급하여 자극하는 자극전극;

주파수에 따른 전압을 생성하는 다중주파수 전압생성기;

상기 다중주파수 전압생성기에 의해 생성된 전압을 전류로 변환하는 전압-전류 변환기;

상기 전압-전류 변환기의 출력에 따라 상기 자극전극을 구동하는 자극전극 구동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 운동점 측정 및 자극 장치.
제5항에 있어서,

설정값에 따라 특정 주파수에 따른 전압을 생성하게 하는 다중주파수 전압 제어신호를 발생하여 다중주파수 전압생성기로 전송하는 연산처리부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 운동점 측정 및 자극 장치.
제2항에 있어서,

상기 운동점 측정부는

피부로부터 전기적신호를 검출하는 측정전극;

상기 측정전극의 출력신호를 증폭하고 잡음을 제거하는 신호전처리부;

상기 신호전처리부에서 출력된 전위차 신호를 RMS(Root-Mean-Square, 실효치) 신호로 변환하는 RMS 변환기;

상기 RMS 변환기에서 출력된 신호를 디지털 신호로 변환 A/D 변환기;

상기 A/D 변환기로부터 수신된 신호로부터 근육의 운동점을 검출하는 연산처리부;를 구비하는 것을 특징으로 운동점 측정 및 자극 장치.
제1항 또는 제4항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 연산처리부는

(단, Vout(f1), Vout(f2)는 주파수(f1, f2)를 달리했을 때의 측정전압이며, Vin(f1), Vin(f2)는 주파수(f1, f2)를 달리하여 피부에 가해진 전압이며, Rs는 입력저항임)

라고 했을 때,

바이오임피던스의 커패시턴스 값(C)는

에 의해 구하여 지며,

바이오임피던스의 저항 값(R)은

에 의해 구하여 지는 것을 특징으로 하는 운동점 측정 및 자극 장치.
제1항 또는 제4항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 연산처리부는

(단, Vout(f1), Vout(f2)는 주파수(f1, f2)를 달리했을 때의 측정전압이며, Vin(f1), Vin(f2)는 주파수(f1, f2)를 달리하여 피부에 가해진 전압이며, Rs는 입력저항임)

라고 했을때,

바이오임피던스의 커패시턴스 값(C)는

에 의해 구하여 지며,

바이오임피던스의 저항 값(R)은

에 의해 구하여 지는 것을 특징으로 하는 운동점 측정 및 자극 장치.
제1항 또는 제4항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 측정전극과 피부사이에 압력 센서를 장착하여 측정된 압력값을 이용하여 검출된 바이오 임피던스 값을 보정하는 것을 특징으로 하는 운동점 측정 및 자극 장치.
제1항, 제2항, 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 운동점 측정부를 통해 검출한 운동점에 전기 자극을 가하여 근육을 이완시키는 전자기 자극 치료부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 운동점 측정 및 자극 장치.
제11항에 있어서,

상기 전자기 자극 치료부는,

피부를 전자기 자극하는 코일부;

상기 코일부를 구동시키는 코일구동부;

연산처리부의 출력신호에 따라 펄스를 생성하여 상기 코일구동부로 전송하는 펄스제어부;

온도측정센서를 구비하여 피부에 가해지는 온도를 검출하는 온도측정부;

를 구비하는 것을 특징으로 하는 운동점 측정 및 자극 장치.
제12항에 있어서,

상기 연산처리부는

상기 온도측정부로부터 수신된 온도신호에 따라 펄스제어신호 생성하여 펄스 제어부(430)로 출력하는 것을 특징으로 하는 운동점 측정 및 자극 장치.
제12항에 있어서,

상기 전자기 자극 치료부의 코일부, 코일구동부, 펄스제어부는 상기 전자기 자극부의 자극전극, 자극전극 구동부, 다중주파수 전압생성기로 각각 대치하여 사용하는 것을 특징으로 하는 운동점 측정 및 자극 장치.
제12항에 있어서,

상기 연산처리부로부터 온도신호를 수신하여 디스플레이하거나, 또는 가해진 자극신호를 디스플레이하는 표시부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 운동점 측정 및 자극 장치.
제12항에 있어서,

가해진 자극신호를 음향적으로 출력하는 음향출력부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 운동점 측정 및 자극 장치.
주파수에 따른 측정전압 값을 입력하는 측정전압값 입력단계;

입력저항값, 자극전압값을 읽어들이는 자극전압값 입력단계;

상기 측정전압값 입력단계로부터 출력된 주파수에 따른 측정전압 값 그리고 자극전압값 입력단계로부터 출력된 입력저항값, 자극전압값으로부터 바이오 임피던스의 저항과 캐피시턴스의 비(R-C비)를 연산하는 R-C비 연산단계;

상기 R-C비 연산단계에서 현재 구한 R-C비와 전의 R-C비를 이용하여 R-C비 변화율을 연산하는 R-C비 변화율 연산단계;

상기 R-C비 변화율 연산단계에서 출력된 R-C비 변화율이 급격히 변화되는가, 즉 운동점 경계부분인가를 판단하는 운동점 경계부분 판단단계;

상기 운동점 경계부분 판단단계에서 정해진 범위 안에서 운동점을 검출하는 운동점 검출단계;

를 구비하는 것을 특징으로 하는 운동점 측정방법.
제17항에 있어서,

상기 R-C비 연산단계에서

(단, Vout(f1), Vout(f2)는 주파수(f1, f2)를 달리했을 때의 측정전압이며, Vin(f1), Vin(f2)는 주파수(f1, f2)를 달리하여 피부에 가해진 전압이며, Rs는 입력저항임)

라고 했을 때,

바이오임피던스의 커패시턴스 값(C)는

에 의해 구하여 지며,

바이오임피던스의 저항 값(R)은

에 의해 구하여 지는 것을 특징으로 하는 운동점 측정방법.
제17항에 있어서,

상기 R-C비 연산단계에서

(단, Vout(f1), Vout(f2)는 주파수(f1, f2)를 달리했을 때의 측정전압이며, Vin(f1), Vin(f2)는 주파수(f1, f2)를 달리하여 피부에 가해진 전압이며, Rs는 입력저항임)

라고 했을때,

바이오임피던스의 커패시턴스 값(C)는

에 의해 구하여 지며,

바이오임피던스의 저항 값(R)은

에 의해 구하여 지는 것을 특징으로 하는 운동점 측정방법.
제17항에 있어서,

상기 운동점 검출단계는 R-C비 변화율에 가중치를 적용하는 방식으로 운동점을 검출하는 것을 특징으로 하는 운동점 측정방법.