접합 조직, 인대, 뼈 등과 같은 인체의 조직이 손상되었을 때, 이를 치료하는데 시간이 걸린다. 인체의 뼈 골절과 같은 조직의 손상은 치료하는데 상대적으로 더욱 오랜 시간이 걸린다. 특히, 뼈가 골절되었을 경우, 골절부위를 우선 맞추고 이 골절된 뼈를 성형틀, 부목 또는 이들과 유사한 기구 내에 고정시켜야 한다. 그러나, 인체의 뼈 골절을 치료하기 위해서는 몇 주 정도 걸리며, 이 치료기간은 환자의 전체적인 건강상태, 환자의 나이, 골절된 뼈의 위치, 그리고 기타 환자의 상태에 따라 가변될 수 있다. 골절 위치에 따라서는, 환자의 골절부위 및 환자 자체가 뼈의 골절을 완전히 치료하기 위해서 움직이지 못하는 경우가 있다. 골절 부위 또는 환자가 움직이지 못할 경우, 환자가 할 수 있는 물리적인 활동 수가 줄어들게 되어 건강에 역효과를 가져올 수 있다. 뼈 질량의 감소를 일으키는 뼈 감소증은 뼈의 골절, 잘못된 자세, 골절 부동화, 접합 재건, 관절염 등에 의한 근육 활동의 감소로 인하여 발생할 수 있다. 그러나, 이러한 증상은 뼈의 근육사용 효과를 재생함으로써 완화시키거나, 중단시키거나 그리고 심지어는 개선 시킬 수도 있다. 이는 뼈에 기계적인 응력을 가하는 것과 관련된다.
또한, 뼈의 성장을 촉진하는 것은 골절된 뼈의 치료를 위해서 그리고 인공 힙, 인공 무릎, 인공 척추 디스크 등과 같은 인공 의료 보철물의 이식의 경우 이 보철물을 안정화시키고 고정시키기 위하여 보철물의 표면내로 뼈가 성장하는 것을 촉진시키기 위해서 중요하다. 뼈의 질량 감소를 줄이기 위해 다양한 기술들이 개발되어 왔다. 예를 들면, 전기적인 전압 또는 전류 신호를 가하여 뼈의 골절을 치료하는 것이 제안되어 왔다(예를 들면, 미국 특허 번호 4,105,017호; 4,266,532호; 4,266,533호, 또는 4,315,503호). 또한, 골절된 뼈의 치료를 자극하기 위하여 자기장을 가하는 것이 제안되어 왔다(예를 들면, 미국 특허 번호 3,890,953호). 조직의 성장을 촉진시키기 위하여 초음파를 가하는 것 역시 제안되어 왔다(예를 들면, 미국 특허 번호 4,530,360호).
뼈에 기계적인 하중을 가하거나 자극하는 많은 기술들은 저주파 고하중을 뼈에 이용하는 것과 관련되고 있으나, 이들은 효과가 없고 뼈의 유지에 오히려 해가 될 수도 있는 것으로 판명되었다. 예를 들면, 소정의 피크 스트레인(strain)을 이루기 위하여 제안되는 높은 충격 하중은 골절의 원인이 되고 또한 치료를 좌절시킨다.
낮은 레벨의 고주파 응력을 뼈에 가하는 기술 역시 당해 기술 분야에 알려져 있는데, 이는 뼈의 성장을 촉진시킬 수 있을 것이다. 이러한 타입의 응력을 실현 시키는 기술이, 예를 들면, 미국 특허 번호 5,103,806호; 5,191,880호; 5,273,028호; 5,376,065호; 5,997,490호; 그리고 6,234,975호에 개시되어 있으며, 이 특허들의 모든 내용은 본 출원서에 인용된 것으로 한다. 이 기술(이하, "동적 운동 치료")에 따르면, 환자는 수직방향으로 진동되도록 작동될 수 있는 진동 플렛폼 장치에 의해 지지되어, 환자의 몸무게에 의해서 발생되는 가속도와 함께, 플렛폼의 진동에 의해서 발생되는 공진은 뼈의 감소를 줄이거나 방지하고 새로운 뼈의 형성을 개선 시키기에 충분한 범위의 응력레벨을 제공한다. 피크에서 피크로의 플렛폼 진동의 수직 변위는 2㎛정도로 작을 수 있다.
그러나, 이 시스템들 및 이 시스템과 관련된 방법들은 바람직한 치료 효과를 달성하기 위하여 오퍼레이터 또는 사용자가 환자의 무게를 측정하고 진동 주파수를 조절하는 장치에 종종 의존한다. 미국 특허 번호 6,843,776호는 환자의 무게를 자동으로 측정하고 측정된 무게의 함수로서 진동력의 특성을 조절하여 손상된 조직, 뼈의 골절, 뼈감소증, 골다공증, 또는 다른 조직 상태들을 치료하는 진동 플렛폼 장치를 개시하고 있다.
또한, 저레벨 고주파 응력을 가하는 것이 자세 불안정을 치료하는데 효과적 이라는 것이 알려져 있다. 자세 불안정을 치료하기 위해 진동 테이블 또는 흔들리는 진동 플렛폼의 진동에 의해서 원인이 되는 공진을 이용하는 방법이 미국 특허 번호 6,607,497 B2호에 개시되어 있으며, 이 특허의 모든 내용은 본 출원서에 인용된 것으로 한다. 상기 방법은 플렛폼에 경직되지 않게 지지되는 진동 테이블을 가지는 비감염성 동적 치료장치를 제공하는 단계(a)와; 일정한 시간동안 상기 경직되지 않게 지지되는 진동 테이블에 환자를 위치시키는 단계(b)와; 그리고 일정한 치료 기간 동안 상기 단계(a)와 단계(b)를 반복하는 단계를 포함한다. 상기 단계(b)는 진동 측정 장치를 이용하여 환자의 근골격계의 진동 반응을 측정하는 단계(b1)와; 진동 반응을 특정 진동 스펙트럼으로 정량화하기 위하여 상기 진동 반응의 주파수 분해를 실행하는 단계(b2)와; 그리고 적어도 자세 안정성을 평가하기 위하여 상기 진동 스펙트럼을 분석하는 단계(b3)를 포함한다.
상기 미국 특허 번호 6,607,497 B2호에 개시된 방법은 환자가 진동 테이블 또는 흔들리는 진동 플렛폼상에 서있어야 한다. 이 경우, 환자는 흔들리는 진동 플렛폼에 의해서 진동 자극에 노출되게 된다. 흔들리는 진동 플렛폼은 환자의 신경 감각계의 진동 동요가 발생하는 원인이 된다. 이러한 진동 동요는 환자의 근육중 적어도 하나에 신호가 발생하도록 하여 근골격계로부터 측정가능한 반응을 생성하게 된다. 상기 단계들은 환자의 자세 안정성을 개선하기 위하여 하루 중 약 10분 정도의 일정 치료 시간 동안 반복된다.
자세 불안정성의 치료 및/또는 뼈의 성장을 자극하기 위하여 진동 치료를 받고 있는 환자는, 상기한 바와 같이, 전체적인 몸체의 진동 가속도로 인하여 어느 정도의 불편함을 느끼게 된다. 진동 가속도에 의해서 원인이 되는 불편함의 정도는 진동 주파수, 진동 방향, 몸체와의 접촉점, 그리고 진동에 노출되는 기간에 의해서 결정된다. 편안함의 정도에 영향을 미치기 위하여 그리고 환자 및 치료와 관련된 특징을 결정하기 위하여 적어도 하나의 기계적 반응을 제어할 수 있도록 진동 치료중에 신체 중 적어도 하나의 기계적 반응을 감시하는 것이 바람직하다. 진동이 몸체를 움직이게 하는 방식을 설명하기 위해 종종 이용되는 몸체의 두 기계적 반은 응은 전달 특성을 가지며 그리고 기계적 임피던스이다.
상기 전달 특성은 상기 진동 테이블 또는 진동 플렛폼 장치로부터 환자의 머리로 전달되는 진동의 일부분을 나타낸다. 몸체의 전달 특성은 진동 주파수, 진동축, 그리고 몸체의 자세에 의해 크게 좌우된다. 비감염성 동적 치료 장치의 수직 진동은 머리에서 몇몇 축선방향으로 진동을 일으키는데, 수직방향의 머리 움직임의 경우, 상기 진동 특성은 약 3Hz 내지 10Hz의 범위에서 최대가 되는 경향이 있다.
몸체의 기계적 임피던스는 각 주파수에서 몸체가 움직이는데 필요한 힘을 나타낸다. 상기 임피던스가 몸체의 질량에 의해서 결정되지만, 인체의 수직 방향 임피던스는 약 5Hz에서의 공진을 나타낸다. 이러한 공진을 포함하는 몸체의 기계적 임피던스는 진동이 의자를 통하여 전달되는 특징에 많은 영향을 미친다.
여러 가지 다른 치료 행위에서와 같이, 인체 조직의 치료중에 있는 환자는 치료 정보를 능동적으로 볼 수 있는 경우 치료에 보다 집중할 수 있을 것이다. 따 라서, 동적 운동 치료중에 환자를 통한 기계적 진동 에너지의 전달 특성과 관련된 피료 피드백을 제공하는 동적 운동 치료 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 동적 운동 치료 장치는 동적운동 치료 및 기계적 임피던스 방식을 이용하여, 자세 불안정성뿐만 아니라 손상된 조직, 뼈의 골절, 뼈감소증, 골다공증, 또는 다른 조직 상태를 치료중인 환자와 관련된 치료 피드백 정보를 제공할 수 있는 치료 피드백 표시기을 제공한다. 동적 운동 치료 장치는 뼈 조직에 낮은 변위의 고주파 기계 하중을 제공하며 환자가 그 위에 위치하는 진동 플렛폼을 가지고 있다.
상기 동적 운동 치료 장치는 회로 및 조직의 치료 동안에 기계적 진동 에너지의 전달 특성과 관련된 치료 피드백을 제공하는 치료 피드백 표시기를 비롯한 관련 부품들을 포함한다. 상기 치료 피드백 표시기는 시각적, 촉각적, 청각적 피드백 또는 이들을 조합한 피드백을 제공할 수 있다. 미국 예비 특허 출원 번호 60/702,815호에서 설명하는 바와 같이, 상기 동적 운동 치료 장치는 적어도 하나의 처리 장치 또는 디지털 신호 처리기와 통신가능한 통신회로를 더욱 포함하여 데이터를 원격의 중앙 감시 스테이션으로 부터 수신하거나 또는 스테이션으로 송신한다.
먼저 도 1을 참조하면, 본 개시에 따른 치료 피드백을 표시하기 위한 표시유 닛을 가지는 비감염성 동적 운동 치료 장치가 도시되어 있다.
조직을 치료중인 환자와 관련된 치료 피드백을 제공하는 상기 장치는 참조번호 100으로 지시되어 있다. 장치(100)는 비강성으로 지지되는 플렛폼(104)을 가지는 진동 테이블(102)을 포함한다. 상기 장치(100)는 치료와 관련된 데이터를 처리하기 위해 상기 플렛폼(104)과 통신 가능한 적어도 하나의 처리 장치 또는 디지털 처리기(402)를 포함한다 (도 4 참조). 상기 장치(100)는 전달 특성 정보를 제공하기 위하여 상기 처리 장치(402)와 작동 가능하게 연결된 치료 피드백 표시기(106)를 더욱 포함한다. 상기 치료 피드백 표시기(106) 또는 디스플레이 유닛(106)은 기계적 진동 에너지의 전달 특성 정보 및 환자와 관련된 기타 다른 정보를 시각적으로 표시한다. 상기 장치(100)는 상기 장치(100)를 평편한 면상에 위치시키기 위한 발 받침대(110)를 더욱 포함한다.
상기 비강성으로 지지되는 플렛폼은 모터로 작동되는 스프링 메커니즘(도시 생략)상에 위치되는데, 이 스프링 메커니즘은 온상태에서 상기 플렛폼을 작동시킨다. 또 다른 방식으로, 상기 비강성으로 지지되는 플렛폼(104)은 환자가 그 위에 위치할 경우 상기 비강성으로 지지되는 플렛폼(104)이 움직이게 하는 다수의 스프링 또는 코일상에 위치될 수 있다. 또한, 상기 비강성으로 지지되는 플렛폼(104)은 스프링 (예를 들면, 고무, 탄성 중합체, 폼(foam))이 아니라 이와 유사한 다른 형태들을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 미국 특허 출원 번호 11/388,286호에서 설명된 것 과 같이, 상기 장치(100)는 하우징에 감싸여 있으며 제1 및 제2 가속도 측정기를 가지는 플렛폼을 포함한다.
상기 장치(100)는 상기 처리 장치(402)와 통신이 가능하며 데이터를 적어도 하나의 네트웍을 통하여 원격 감시 스테이션에 전달하도록 되어 있는 통신장치를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 통신장치는 포트컨넥터-통신 인터페이스 연결을 통해 데이터를 수신하거나 CDMA 통신 프로토콜에 따라 CDA 셀룰러 통신 네트워크를 통하여 상기 원격 감시 스테이션에 데이터를 전송하는 통신장치와 연결될 수 있는 포트 컨넥터를 가지는 휴대폰으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 통신장치는 예를 들면 개인 휴대용 정보 단말기(PDA)로 이루어질 수 있다. 상기 개인 휴대용 정보 단말기는 포트컨넥터-통신 인터페이스 연결을 통해 데이터를 수신하거나 상기 수신된 데이터를 PSTN로 전달하는 통신장치와 연결될 수 있는 포트 컨넥터를 가진다. 이때 상기 데이터는 인터넷 프로토콜에 따라 인터넷을 통하여 전달된 후 상기 중앙 컴퓨터 스테이션에 연결된 또 다른 PSTN으로 전송된다. 또한 상기 통신장치는 당해 기술 분야에서 잘 알려진 통신 프로토콜, 바람직하게 TCP/IP 프로토콜에 따라서 작동할 수도 있다. 또한, 상기 통신장치는 예를 들면 구리선, 전화연결선, 인터넷 연결선, 광섬유, 무선 링크, 레이저, 무선 또는 적외선과 같은 통신매체를 통하여 데이터를 전송할 수도 있다.
도 2를 참조하면, 본 개시에 따른 상기 장치(100)는 보조 지지 구조체에 의해서 수용된다. 보조 지지 구조체의 바람직한 예에 따르면, 인체 공학적 지지 구조체가 제공되며 도면에서 참조번호 200으로 지시되고 있다. 상기 인체 공학적 지지 구조체(200)는 인체 공학적 팔 지지 구조체(202)와 상기 장치(100)를 지지하는 플렛폼(204)을 포함한다. 상기 장치(100)는 바람직하게 상기 플렛폼(204)과 분리 될 수 있다.
상기 인체 공학적 지지 구조체(202)는 내,외측의 휘어진 벽(208a, 208b)과 상기 내,외측 휘어진 벽(208a, 208b)을 연결하는 두 개의 휘어진 단부(210a, 210b)를 가지는 휘어진 구조체(206)를 포함한다. 상기 비감염성 동적 운동 치료 장치(100)에 의한 치료 동안에, 환자는 상기 긴 휘어진 단부(210a)를 잡거나 또는 상기 내측의 휘어진 벽(208a)을 가볍게 터치한다.
심각한 자세 불안정으로 고통받거나 또는 환자가 상기 비강성 지지 플렛폼(100)에 서지 못하게 할 정도로 고통받는 환자는 분리가능한 의자(212)에 앉아 상기 동적 운동 치료 장치(100)에 의해 치료받을 수 있다. 상기 의자(212)는 상기 내측 휘어진 벽(201a)에 의해서 정의되는 두 개의 대향하는 면(도시생략)에 위치되도록 되어 있다.
상기 인체 공학적 지지 구조체(200)는 환자를 확인할 수 있도록 환자에게 제공된 RFID 테그를 읽을 수 있는 RFID 리더(214)를 더욱 포함한다. 상기 RFID 리더(214)는 환자 확인 데이터 및 비디오 데이터를 포함한 다른 데이터를 표시하기 위한 디스플레이(216)를 더욱 포함한다. 또한, 상기 RFID 리더(214)는 환자 확인 데이터 및, 예를 들면, 지난 5회의 진동치료 날짜 및 치료시간과 같은 치료 데이터와 같은 환자와 관련된 데이터를 저장하기 위한 처리기(도시생략)를 포함한다. 각 환자의 상기 환자와 관련된 데이터는 입출력되어 그 일부가 상기 RFID 리더(214)에 의해서 상기 환자와 대응하는 RFID 테그가 읽혀진 후 상기 디스플레 이(216))에 의해서 디스플레이된다.
도 2를 계속 참조하면, 상기 인체 공학적 지지 구조체(200)는 모니터(220)를 가지는 수직 컬럼(218)을 더욱 포함한다. 상기 모니터(220)는 예를 들면 도 5A 내지 도 6에서 도시하는 바와 같은 유사한 그래픽 포맷으로 전달 특성 정보를 표시한다. 또한 상기 모니터(220)는 환자 확인 데이터 및 비디오 데이터를 포함한 환자의 치료 데이터와 같은 다른 데이터를 표시하도록 되어 있다. 바람직하게, 상기 모니터(220)는 환자가 책, 랩탑 컴퓨터 등을 모니터(220)와 접촉하지 않고 상기 수직 컬럼(218)상에 위치시킬 수 있도록 상기 수직 컬럼(218) 안쪽으로 놓인다. 상기 수직 컬럼(220)은 바람직하게 환자가 모니터(220)를 터치하여 인터넷 연결, 메모리에 저장된 데이터와의 연결 등과 같은 기능을 수행할 수 있도록 그리고 상기 비감염성 동적 운동 치료 장치(100)의 작동을 제어할 수 있도록 터치식으로 이루어 진다. 또 다른 모니터(222)가 외측벽(208b)에 제공된다. 상기 외측벽(208b)에는 상기 모니터(222) 상부로 광원(224)과 컨트롤 버튼(226)이 제공된다.
상기 인체 공학적 지지 구조체(200)에는 인터넷과 같은 네트워크에 유선 및/또는 무선으로 연결하는 회로 및 관련 부품들과 당해 기술 분야에서 잘 알려진 네트워크를 통하여 데이터를 송신 및 수신하는 적어도 하나의 처리기가 제공된다. 상기 전송되는 데이터는 환자가 치료 처방에 적응하는지 여부를 중앙 감시 스테이션에서 판단하기 위한 환자 감시 데이터 및 환자가 상기 동적 운동 치료 장치에 바르게 위치하고 있는지 여부를 결정하기 위한 데이터를 포함하여 이상적인 치료 효과를 얻을 수 있도록 되어 있다. 상기 데이터는 비디오 카메라 및/또는 상기 지지 구조체에 설치된 적어도 하나의 센서에 의해서 얻어지며 그리고 상기 네트워크를 통하여 상기 중앙 감시 스테이션에 전달되는 비디오 데이터 및/또는 감지 데이터를 포함한다. 상기 수신된 데이터는 인터넷 컨텐츠 및 상기 중앙 감시 스테이션으로부터 전송된 치료 관련 데이터를 포함한다. 상기 수신된 데이터는 모니터(220)를 통하여 보고 및/또는 상기 지지 구조체내에 설치된 오디오 회로에 연결된 이어폰을 통하여 들을 수 있는 인터넷 컨텐츠를 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 개시에 따른 조직의 치료를 제공하는 방법의 일예를 설명하는 흐름도가 도시되어 있다. 치료 동안에, 상기 디스플레이 유닛 (106, 도 1 참조)과 같은 치료 피드백 표시기는 이하 설명하는 바와 같은 치료 피드백을 제공한다. 상기 방법은 플렛폼(104) 상에 몸체를 지지시키는 단계를 포함한다. 단계 300은 몸체에 진동력을 가하여 몸체내의 조직을 치료하기 위하여 어떤 진동 주파수로 상기 플렛폼(104)을 진동시키는 단계를 포함한다. 단계 320은 상기 처리장치(402)를 통하여 데이터를 얻는 단계를 포함한다. 상기 데이터는 몸체를 진동치료 하는 동안 적어도 하나의 치료 매개변수와 관련된 것이다. 상기 치료 매개변수는 예를 들면 환자의 무게, 플렛폼(104)의 진동 주파수, 진동력의 진폭, 그리고 치료 시간 간격을 포함한다. 환자의 근골력계의 진동 반응과 관련된 데이터도 얻을 수 있다.
본 개시의 일 양상에 따르면, 상기 처리장치(402)는 가현무게와 계산된 무게값의 차이를 나타내는 편차값을 감시하도록 되어 있다. 경험과 지식을 바탕으로 하는 일정한 데이터가 상기 적어도 하나의 처리장치 내에 미리 저장된다. 상기 일 정한 데이터는 상기 편차값과 상기 기계적인 진동 에너지의 전달 특성 사이의 반비례적인 관계를 설명하는 검색 테이블을 포함한다. 즉, 상기 기계적 진동 에너지의 전달 특성은 상기 편차값에 반비례한다. 보다 상세하게, 상기 편차값이 클수록 상기 기계적 전달 에너지의 전달 특성은 작아진다. 역으로, 상기 편차값이 작을수록 상기 기계적 전달 에너지의 전달 특성은 커진다. 테이블 1은 일예에 따른 편차값(백분율) 리스트 및 환자를 통하여 전달되는 기계적 진동 에너지의 양을 나타내는 상기 편차값들과 대응하는 전달 특성 값(백분율)을 보여주고 있다.
편차값(%) |
기계적 진동 에너지의 전달 특성 (%) |
0 |
100 |
25 |
75 |
50 |
50 |
75 |
25 |
100 |
0 |
상기 처리장치(402)를 통하여 데이타를 얻는 단계(302)에 이어서, 상기 시스템은 일정한 치료시간이 경과했는지를 확인할 것이다. 만약 치료 시간이 경과하였다면, 상기 플렛폼(104)을 진동시키는 단계(306)는 연속되지 않고 치료 시간에 대응되는 데이터가 상기 원격 감시 스테이션에 전송된다 (단계 308). 만약 치료 시간이 경과하지 않았다면, 치료 매개변수들과 관련된 데이터가 상기 원격 감시 스테이션에 전송된다 (단계 310). 단계 312에서, 상기 원격 감시 스테이션은 상기 치료 매개변수들, 즉, 환자의 무게, 플렛폼(104)의 진동 주파수, 진동력의 진폭, 그리고 치료시간의 시간 간격 등과 같은 매개변수들과 관련된 데이터를 수신한다. 상기 원격 감시 스테이션은 상기 무게와 관련된 데이터가 치료 프로토콜에 적합한 지를 나타낸다 (단계 314).
환자의 자세 및 의자/지지구조체의 동적 강도가 환자의 무게에 영향을 미치고, 이에 따라 환자를 통한 기계적 진동 에너지의 전달 특성에 영향을 미치게 되기 때문에, 상기 처리장치(402)는 환자의 무게를 판단하고 감시한다. 편차값(가현무게에서 계산된 무게를 뺀 값), 즉 무게 데이터를 판단하기 위하여, 환자의 무게는 실시간으로 또는 주기적으로 연속하여 원래 저장된 무게와 비교된다 (단계 314). 만약 무게 데이터가 상기 계산된 무게가 0임을(즉, 편차값이 상기 가현무게와 동일함을) 나타내는 경우, 환자가 상기 플렛폼(104)에서 내려왔다고 판단한다. 이어서, 환자가 일정한 치료시간이 경과 할 때까지 치료를 다시 시작하도록 지시하는 메세지를 환자에게 전달한다 (단계 322). 그러면, 단계 302로 진행한다.
만약 무게 데이터가 상기 계산된 무게가 0이 아님을, 즉 상기 플렛폼이 여전히 환자를 지지하고 있음을 나타내고 상기 편차값이 양수로서 일정한 임계치보다 큰 경우, 환자의 자세가 정확하지 않다고 판단하여 환자가 자세를 교정할 것을 지시하는 메세지를 디스플레이 유닛(106)을 통하여 표시한다 (단계 324). 그러면, 단계 302로 진행한다. 처리장치(402)에 의해서 판단되는 것과 같이, 만약 계산된 무게가 원래 저장된 무게와 크게 다르지 않을 경우, 즉, 편차값이 실질적으로 0일 경우 (환자가 치료 프로토콜에 적합할 경우), 단계 316에서, 치료 매개변수들이 환자의 무게를 기준으로 만족스러운지 여부가 판단된다. 만약 만족스럽다고 판단되는 경우, 단계 302로 진행하고, 만족스럽지 않다고 판단되는 경우, 단계 318로 진행되어 적어도 하나의 치료 매개변수, 예를 들면, 진동력의 진폭이 조절되고 그리 고 단계 302로 진행한다.
진동의 주파수 또는 진동하는 주파수는 치료 동안에 변동되지 않는다. 초기 튠업(tune-up) 동안 상기 장치(100)는 자체 평가(주파수 교정)를 수행하여 32-37Hz사이의 주파수를 제거하여 특정 사용자를 위한 최대 가속도를 찾는다. 초기 튠업후에, 상기 장치(100)는 나머지 치료 시간 동안 선택된 진동주파수를 유지한다.
도 4를 참조하면, 본 개시에 따른 동적 운동 치료 장치(100)의 개략적이 블록도가 도시되어 있다. 상기 동적 운동 치료 장치(100)는 미국 특허 출원 번호 11/388,286호에서 설명된 바와 같은 적어도 하나의 처리장치 또는 디지털 처리기를 포함한다. 동적 운동 치료 장치(100)는 상기 플렛폼(104)과 상기 처리장치(402)로 정보를 전달하기 위한 두 개의 가속도계 (A1, A2)를 포함한다. 상기 처리장치(402)는 바람직하게 도 4에 도시되는 바와 같은 디지털 신호 처리기(402)이다. 상기 디지털 신호 처리기(402)는 회로와 메모리에 저장되어 있으며 상기 동적 운동 처리 장치(100)를 작동시키기 위해 상기 디지털 신호 처리기(402)에 의해서 실행될 수 있는 프로그램 가능한 명령들을 가진다. 상기 디지털 신호 처리기(402)는 두 개의 데이터 입력 경로(404, 406)와 하나의 데이터 출력 경로(408)를 포함한다. 상기 데이터 입력 경로(404, 406)는 상기 두 개의 가속도계(A1, A2)로부터 전송된 데이터를 처리하기 위해 동일한 부품을 가진다. 상기 데이터 출력 경로(408)는 제어 또는 피드백 신호들을 상기 진동 엑츄에이터(112)로 전달하여 플렛폼(104)의 진동이 구동레버(114)를 통하여 이루어지도록 한다.
상기 디지털 신호 처리기(402)는 본 개시에 따른 상기한 기능들 및 다른 기 능들을 수행하기 위하여 상기 두 개의 데이터 입력 경로(404, 406) 및 데이터 출력 경로(408)의 부품들을 작동시키기 위하여 상기 디지털 신호 처리기(402)에 의해서 실행될수 있는 한 세트의 프로그램 가능한 명령들을 저장하는 메모리를 포함한다. 상기 한 세트의 프로그램 가능한 명령들은 CD-ROM, 디스켓, 그리고 다른 자기기록 매체와 같은 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체에 저장되어 상기 디지털 신호 처리기(402)로 다운로드 될 수 있다.
각각의 데이터 입력 경로는 상기 가속도계(A1, A2)로부터 들어오는 데이터를 처리하기 위한 네 개의 주요 부품을 포함한다. 상기 네 개의 주요 부품은 도 4의 좌측에서 우측으로 순서대로 아날로그-디지털 변환기(410), 밴드패스 필터(412), 정류기(414), 이동 평균 필터(416), 그리고 장애 공차 판단 블록(fault tolerance decision block)(418) 이다.
바람직하게, 각각의 데이터 입력 경로의 상기 밴드패스 필터(412)는 각각의 특정 환자를 위한 "최적점(sweet spot)"을 찾아내는 4차 엘립틱 밴드패스 필터(4th order elliptic bandpass filter)이다 (이는 상기 진동 엔츄에이터(112)로 신호를 송신하여 상기 처리기가 상기 동적 치료 시스템(100)의 공진을 환자의 질량 또는 무게를 바탕으로 변환하도록 하여 진동력의 주파수를 변환 시킨다). 상기 디지털 신호 처리기(402)는 "2의 승수(power of two)" 계수를 실행하여 4차 밴드패스 필터의 폴리노미얼 계수(polynomial coefficients)를 처리한다. 상기 처리기(402)는 상당히 긴 처리시간을 필요로 하는 폴리노미얼의 각 계수에 대해 폴리노미얼 승배를 실행하는 대신에 상기한 처리를 수행하도록 프로그램된다. 본 개시에 따른 상 기 처리기(402)는 상기 "2의 승수"를 이용하여 폴리노미얼 계수에 가까워 짐으로써 처리시간을 감소시킨다. 예를 들면, 상기 계수가 3.93215이라면, 상기 처리기(402)는 다음과 같이 상기 계수에 근접해 짐으로서 상기 계수로의 빠른 접근을 실행할 수 있다: 4-1/16+3/128-1/512. 상기한 방법을 상기 처리기(402)의 다른 필터들의 계수들을 처리하는데 이용하는 것도 생각해 볼 수 있다.
상기 데이터 입력 경로(404)의 상기 이동 평균 필터(416)로부터의 출력은 장애 공차 레벨을 판단하기 위하여 상기 장애 공차 판단 블록(418)으로 그리고 평균 진동 강도를 일정한 값으로 유지하기 위해 이득을 증가 또는 감소시킬지 여부를 판단하기 위하여 가산기/감산기 블록(420)으로 제공된다. 상기 블록(420)의 출력은 상기 진동 엑츄에이터(112)의 진동레벨을 증가 또는 감소 여부를 판단하는 오차 신호이다.
상기 가산기/감산기 블록(420)으로부터의 출력은 환자의 가속도이며, 상기 데이터 입력 경로(406)의 상기 아날로그-디지털 변환기(410)로부터의 출력은 무게/대기 신호를 출력하는 로패스필터(low-pass filter)(422)에 제공된다. 상기 무게/대기 신호는 환자의 대기를 감지하는데 그리고 동적 운동 치료중 통상의 무게/각(weight/angle) 방정식을 이용하여 환자의 무게를 연속적으로 또는 주기적으로 계산하는데 이용된다.
치료 동안 환자의 무게를 판단함으로써 그리고 상기 무게를 최초로 저장된 무게와 비교함으로써, 상기 처리기(402)는 환자가 치료 프로토콜에 적응하는지의 여부(예들 들면, 환자가 플렛폼(104)에 누워 있는지 또는 서있는지 여부)와 환자를 통한 기계적 진동 에너지의 전달 특성을 판단하기 위한 환자의 자세를 판단할 수 있다. 필요하다면(즉, 만약 계산된 무게가 좋지않은 전달 특성을 나타낼 경우), 환자는 그의 자세를 적절하게 고치거나 변환하여 상기 전달 특성에 영향을 미칠 수 있다.
환자의 가속도 값 및 상기 장애 공차 판단 블록(418)으로부터의 출력은 상기 동적 치료 장치(100)의 작동 동안 (상기 동적 운동 치료 장치(100)의 처리기(402)가 실시간 인터럽트(interrupt) 구동 소프트웨어 시스템으로서 설계되어 있으므로) 구획된 시간에 상기 데이터 출력 경로(408)로 제공되는 입력들이다.
상기 데이터 출력 경로(408)는 상기 처리기(402)로부터 상기 진동 엑츄에이터(112)로 전달되는 제어 및 피드백 신호들을 처리하기 위해 네 개의 주요 부품들을 포함한다. 상기 네 개의 부품은 도 4의 우측에서 좌측으로 순서대로 상기한 바와 같이 자동 이득 제어를 수행하기 위한 디지털 이득 조절 모듈(424)과, 상기 진동 엑츄에이터(112)를 구동하는 시뉴소이드 신호(sinusoidal signal)를 감소 또는 증가시키기 위한 가변 증폭 신호 발생 모듈(426)과, 상기 제어 및 피드백 신호를 필터링 하기 위한 로패스 필터(428)와, 그리고 상기 제어 및 피드백 신호를 증폭 시키기 위한 파워 증폭기(430)이다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 장치(100)는 치료와 관련된 정보(환자를 통하여 전달되는 기계적 진동 에너지의 양) 및 다른 정보(환자, 의학 전문의, 또는 다른 개인들에 대한 진단 정보)를 표시하는 디스플레이 유닛(106)을 포함한다. 치료와 관련된 정보는 최초로 계산된 환자의 무게, 치료중 계산된 환자의 무게, 환자 의 가속도, 자동 이득 제어 정보, 상기 치료 프로토콜에 적응 정도, 치료중 환자 또는 지지 구조체를 통하여 전달되는 기계적 진동 에너지의 양을 나타내거나 그 양에 근접하는 전달 특성 값을 포함한다.
상기 동적 운동 치료 장치(100)의 상기 디지털 신호 처리기(402)는 실시간 인터럽트(interrupt) 구동 소프트웨어 시스템으로서 설계되어 있다(상기 장치(100)는 메인루프(main loop)를 가지고 있지 않다). 타이머 인터럽트(timer interrupt)는 매 1/fs 밀리초 마다 일어난다. 즉, 예를 들면, 상기 장치(100)가 34Hz로 동조되어 있다면, 타이머 인터럽트는 매 1.34초 마다 일어난다. 각각의 타이머 인터럽트 동안 디스플레이 유닛(106)을 업데이트 하거나 바꾸는 기능, 상기 제어 및 피드백 신호를 진동 엑츄에이터(112)로 송신하는 기능, 그리고 사인파의 생성 및 이 사인파(사인파는 바람직하게 초당 약 500회 발생하여 전송된다)를 자동 이득 제어를 위하여 상기 진동 엔츄에이터(112)에 전달하는 기능과 같은 서도 다른 기능들이 일어난다. 보다 우선인 인터럽트들이 먼저 수행될 수도 있다. 만약 수행되는 인터럽트가 없다면, 처리기(402)는 인터럽트가 수행될 때까지 아이들(idle) 모드를 유지한다.
상기 디지털 신호 처리기(402)는 (시뉴소이드)신호를 생성하여 상기 진동 엑츄에이터(112)로 전송하고, 상기 동적 운동 치료 장치(100)의 교정(동조) 동안에, 가변 샘플링 비율을 가지는 적어도 하나의 디지털 밴드패스 필터(412)를 이용하여 상기 가속계(A1)로부터 전송된 가속도 신호를 처리한다. 상기 동적 운동 치료 장치(100)에 따르면, 상기 적어도 하나의 디지털 밴드패스 필터(412)가 적응적으로 현재의 작동 주파수에 동조된 상태에서, 상기 샘플링 비율 및 이에 따른 진동 주파수는 1-250Hz 사이에 있다. 상기에서 설명한 바와 같이, 상기 가변 샘플링 비율은 상기 소프트웨어 제어 루프의 인터럽트 구동 소프트웨어 시스템으로 인하여 가능하다.
상기 동적 운동 치료 장치(100)는 데이터를 상기 처리기(402)로 다운로드 또는 업로드하기 위해 그리고 인터넷과 같은 네트워크 통하여 중앙 감시 스테이션과 통신하기 위해 소프트웨어 업데이트를 포함하는 통신회로(434)를 포함한다. 상기 통신 회로(434)는 네트워크 연결 소프트웨어 및 모뎀, DSL 연결 회로 등과 같은 회로뿐만 아니라 RS232, USB, 병렬 및 직렬 포트, 그리고 관련 회로를 포함한다. 바람직하게, 소스트웨어를 업데이트하는 프로세스를 포함하는 데이터를 다운로딩/업로딩하는 프로세스는 상기 동적 치료 장치(100)에 의한 타이머 인터럽트 동안 수행되는 인터럽트로서 이루어진다. 도 4에서 도시되는 바와 같이, 상기 통신회로(434)는 인터넷(12)을 통하여 원격 중앙 감시 스테이션(10)에 연결된다.
상기 동적 운동 치료 장치(100)로부터 상기 원격 감시 스테이션으로 전달된 데이터는 비디오 카메라 및/또는 상기 지지 구조체 또는 상기 동적 운동 치료 장치(100)에 설치되는 적어도 하나의 센서에 의해서 얻어지며 상기 네트웍을 통하여 원격 중앙 감시 스테이션에 전송되는 비디오 데이터 및/또는 센서 데이터를 포함할 수 있다.
(환자가 치료 프로토콜에 적응하는지 여부에 대한) 환자 적응 데이터 및 환자 및 치료와 관련된 다른 데이터는 나중에 평가를 위해 또는 관찰을 위하여 상기 네트워크를 통해 상기 통신 회로(434)를 이용하여 상기 중앙 감시 스테이션에 전송될 수 있도록 동적 치료 장치(100)에 저장된다. 상기 데이터의 전송은, 치료 시기 동안 의학 전문의 또는 다른 관찰자가 네트워크를 통하여 데이터를 환자에게 전송할 수 있도록 동적 운동 치료 동안 실시간으로 일어날 수 있다. 상기 전송된 데이터는 디스플레이 유닛(106)에 의해서 환자에게 표시될 수 있고 또는 스피커를 통하여 환자에게 청각적으로 전달될 수 있다. 상기 디스플레이 유닛(106)은 환자에게 전달되는 기계적 진동 에너지양의 시각적 피드백을 제공하기 위한 그래픽 디스플레이(108)를 포함한다. 여기서, 상기 그래픽 디스플레이(108)는, 예를 들면, 도 5A 내지 5D에서 도시되는 바와 같이 아이콘 또는 그래프와 같은 그래픽 포맷을 포함할 수 있다.
도 5A 내지 5D는 본 개시에 따른 환자를 통한 기계적 진동 에너지의 전달 특성을 나타내는 그래픽 포멧(501)을 가지는 디스플레이 유닛(106)을 도시하고 있다. 아이콘(502)은 기계적 진동 에너지의 전달 특성을 그래픽으로 설명하기 위한 몸체의 영상을 보여준다. 예를 들면, 계산된 무게에 대한 저장된 가현무게의 편차가 0 또는 거의 0인 경우, 상기 기계적 진동 에너지의 전달 특성은 100% 이며, 그리고 도 5A에서 도시되는 바와 같이, 아티콘(502)은 바 디스플레이(506)의 100% 레벨까지 점등된다. 또한, 또 다른 아이콘(504)이 동적 운동 치료 장치(100)에 의해서 생성되는 기계적 진동 에너지의 100% 전달 특성을 나타내기 위해 점등된다. 환자의 자세가 올바른 자세에서 실질적으로 잘못된 자세로 변환됨에 따라, 환자를 통해 전달되는 기계적 진동 에너지의 양은 변화되고, 이에 따라 도 5B 내지 5D에서 처럼 연속적으로 표시된다.
도 6을 참조하면, 그래픽 포맷의 또 다른 실시예가 도시되며 참조 번호 602로 지시되고 있다. 상기 그래픽 포맷(602)은 일련의 바들(603)을 포함하는데, 바들(603) 중 하나가 현재 환자를 통하여 전달되고 있는 기계적 진동 에너지의 양을 나타내기 위하여 주어진 시간 동안 점등된다. 도 6에서, 기계적 진동 에너지의 50% 전달 특성을 나타내기 위해 중간에 있는 바가 점등된다. 만약 제일 좌측 바가 점등되지 않는다면, 그래픽 포맷(602)은 자동적으로 환자의 자세를 교정할 것을 지시하는 메세지를 표시한다. 상기 메세지는 상기에서 설명한 바와 같이 원격의 감시 스테이션에 의해서 전달될 수 있다. 또한, 동일한 메세지가 그래픽 포맷(501)에 의해서 표시될 수 있다.
당해 기술 분야에서 알려진 동적 치료 장치(100) 및 기계적 임피던스 방식을 이용하여, 무릎 꿇고 앉는 의자 타입의 지지 구조물, 휠체어, 의자, 운동기구 등과 같은 지지 구조물에 의해 지지되고 있는 환자를 통한 기계적 진동 에너지의 전달 특성을 적절한 진폭에서 측정되는 몸체의 가현 질량 및 지지 구조물의 동적 강성을 이용하여 예견할 수 있다. 상기 지지 구조물의 재질, 구조, 방향 등은 진동 플렛폼-지지구조물-환자로 이루어지는 인터페이스를 통한 기계적 진동 에너지의 전달 특성을 최대화하기 위해 선택되고 재설계될 수 있다. 상기 지지 구조물은 환자를 통한 기계적 진동 에너지의 전달 특성을 최대화하기 위하여 실질적으로 각 환자에 맞도록 설계될 수 있다..
본 개시에 몇몇 실시예가 도시되고 설명되었지만, 이 실시예들이 본 개시를 한정하지는 않으며 그 범위가 더 넓게 정의될 수 있다. 따라서, 위에서 설명한 내용들은 본 발명을 한정하는 것으로 해석되지 않으며 단지 일예로서 제공된 것이다. 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 첨부되는 특허 청구범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능할 것이다.