KR101320632B1 - EMG-controlled active assistive exercise system and therapeutic effect evaluation system based on brain plasticity principle and the method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 근전도-제어형 바이오피드백 운동장치 및 그 방법 에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 뇌병변 환자들의 상지 운동기능 회복을 촉진하기 위해 정확하고 능동적인 동작을 반복수행 가능한 근전도-제어형 바이오피드백 운동장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명은 모터를 이용하여 구동하고, 근전도 신호를 처리하는 구동부와, 모드 설정과 근전도 threshold, 속도, 및 반복 횟수를 저장하도록 제어하는 제어부와, 상기 제어부의 제어치를 모니터링하는 모니터링부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
The present invention relates to an EMG-controlled biofeedback exercise apparatus and a method thereof, and more particularly, to an EMG-controlled biofeedback exercise apparatus capable of repeatedly performing accurate and active movements to promote recovery of upper limb motor function of patients with brain lesions. It's about how.
The present invention includes a control unit for driving by using a motor and processing an EMG signal, a control unit for controlling mode settings, an EMG threshold, a speed, and a number of repetitions, and a monitoring unit for monitoring control values of the control unit. It is characterized by.

Description

근전도-제어형 바이오피드백 운동장치 및 그 방법{EMG-controlled active assistive exercise system and therapeutic effect evaluation system based on brain plasticity principle and the method thereof}EMG-controlled active assistive exercise system and therapeutic effect evaluation system based on brain plasticity principle and the method

본 발명은 근전도-제어형 바이오피드백 운동장치 및 그 방법 에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 뇌병변 환자들의 상지 운동기능 회복을 촉진하기 위해 정확하고 능동적인 동작을 반복수행 가능한 근전도-제어형 바이오피드백 운동장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an EMG-controlled biofeedback exercise apparatus and a method thereof, and more particularly, to an EMG-controlled biofeedback exercise apparatus capable of repeatedly performing accurate and active movements to promote recovery of upper limb motor function of patients with brain lesions. It's about how.

일반적인 뇌병변 이후의 운동기능 회복 양상 및 상지운동기능의 중요성에 대해 살펴보면, 먼저 뇌졸중 이후의 운동기능의 회복은 발병 후 3개월까지 가장 많이 진행되고 그 이후에는 미약한 것으로 보고되었다 (Duncan et al., Stroke 1992).In general, the recovery of motor function after the brain lesion and the importance of upper extremity motor function have been reported. First, the recovery of motor function after stroke is reported to be most frequent up to 3 months after the onset and weak afterwards (Duncan et al. , Stroke 1992).

그리고, 발병초기에 증상이 심했던 환자들의 운동기능의 회복은 40%정도에서 정체되어 삶의 질이 매우 심각하게 저하되었고, 운동기능의 조기회복 및 중증환자의 온전한 회복이 매우 중요하게 되었다.In addition, the recovery of motor function of patients with severe symptoms in the early stage of onset was stagnant at about 40%, and the quality of life was severely deteriorated. Early recovery of motor function and intact recovery of severe patients became very important.

이러한 운동기능장애는 하지보다 상지에서 현저하며, 상지운동기능 장애는 식사와 같은 필수적인 일상생활동작 능력을 저해하여 삶의 질을 저하시켜서, 상지의 운동기능 회복을 증진시킬 수 있는 방법이 절실히 요구되고 있다.This motor dysfunction is more prominent in the upper limbs than the lower limbs, upper limbs dysfunction impairs essential daily life skills such as eating, deteriorating the quality of life, and there is an urgent need for a way to improve the recovery of the upper extremity motor function. have.

따라서 운동기능의 회복은 대개 근위부(상지의 경우 어깨관절)에서부터 시작되므로 뇌졸중 초기에 근위부의 운동능력이 원위부 운동기능의 회복에 중요한 영향을 미칠 것이다.Therefore, the recovery of motor function usually starts from the proximal part (shoulder joint in the upper limb), so the motor function of the proximal part at the beginning of stroke will have a significant effect on the recovery of distal motor function.

그리고, 뇌병변 이후 운동기능 회복 메커니즘에 대해 살펴보면, 뇌의 가소성(neuroplasticity)에 의한 대뇌 운동영역의 기능적 재조직화(functional reorganization)는 대뇌의 손상된 부위와 인접하거나 먼 거리의 피질 또는 피하질이 손상된 부위의 기능을 대신한다는 가설로 가장 타당한 것으로 인정된다. (Jang SH, Neurorehabilitation 2007; 22: 253-259)In addition, when looking at the mechanism of recovery of motor function after brain lesion, functional reorganization of the cerebral motor region by the neuroplasticity of the brain is a site in which the cortex or the subcutaneous cortex is damaged adjacent to or far away The hypothesis that it replaces the function of is considered most relevant. (Jang SH, Neurorehabilitation 2007; 22: 253-259)

또한 Bach-y-Rita (Arch Phys Med Rehabil, 1981)는 회복의 기전으로 다음과 같은 가설 제시하였다.In addition, Bach-y-Rita (Arch Phys Med Rehabil, 1981) presented the following hypothesis as a mechanism of recovery.

(1) Los Angeles와 New York을 연결하는 전화선 불통 (1) No telephone line connection between Los Angeles and New York

→ 두 도시간의 전화연결에 대한 수요가 증가¡Æ the demand for telephone connections between two cities

→ 다른 도시를 경유한 우회 시스템 구축→ Establish a detour system via another city

→ 느린 속도로 통화 가능→ Call at slow speed

→ 수요의 지속에 의한 교환원들의 훈련 (반복성)→ training of operators by continual demand (repeatability)

→ 우회 시스템의 효율 증진(재조직화)→ Enhancing the efficiency of the bypass system (reorganization)

(2) 이 가설은 능동적이고 정확한 반복 동작의 중요성을 제시한다.(2) This hypothesis suggests the importance of active and accurate repetitive motions.

(1) 운동치료 효과에 대한 최초의 관찰적 증거: 1982년 Feeney 등은 흰쥐를 대상으로 뇌병변 유발 후 3군으로 나누어 각각 생리식염수, amphetamine, haloperidol을 복강 내 주사하였음. 운동을 유도한 경우 운동기능은 예상대로 amphetamine에 의해 호전되었고 haloperidol에 의해 억제되었음. 그러나, 운동을 억제한 경우에는 amphetamine에 의한 운동기능의 촉진효과가 관찰되지 않았다.First observational evidence of the effects of exercise therapy: In 1982, Feeney et al., Inoculated with saline, amphetamine, and haloperidol in rats, divided into three groups after brain lesions. When exercise was induced, motor function was improved by amphetamine and inhibited by haloperidol as expected. However, in the case of inhibiting exercise, the promoting effect of the motor function by amphetamine was not observed.

(2) 운동치료 효과에 대한 최초의 신경생리학적 증거: 1996년 Nudo 등은 원숭이를 대상으로 뇌 손상을 유발하고 운동피질 내 미세자극으로 운동영역을 직접 조사하였음. 운동치료를 시행하지 않은 그룹에 비해 운동치료를 시행한 그룹에서 운동영역의 크기가 다음 그림과 같이 통계학적으로 유의하게 증가하였다.First Neurophysiological Evidence of Exercise Therapy Effects: In 1996, Nudo et al. Investigated brain movement in monkeys with microstimulation in the motor cortex. Compared to the group without exercise, the size of the exercise area was significantly increased in the group without exercise.

(1) 임상시험: Liepert 등은 뇌졸중 환자들에게 건측(비마비측) 손의 사용을 제한하여 마비된 손을 일상생활에서 강제적으로 사용하도록 재활치료를 시행한 결과 치료 전에 비해 손의 운동영역이 다음 그림과 같이 유의하게 증가하였음을 관찰하였다.(1) Clinical trial: Liepert et al. Conducted a rehabilitation treatment to force stroke patients to use paralyzed hands in their daily lives by restricting the use of the healthy (non-paralytic) hands. As shown in the following figure, it increased significantly.

현재까지 보고된 연구 결과들을 종합해 보면, 뇌의 적절한 기능적 재조직화를 촉진시키기 위해서는 다음의 3가지 요소가 중요하다(Nudo R et al., Science 1996; Butefisch C et al., J Neurol Sci 1995; Teasell R et al., Can J Neurol Sci. 2006).Taken together, the results reported to date suggest that the following three factors are important to promote proper functional reorganization of the brain (Nudo R et al., Science 1996; Butefisch C et al., J Neurol Sci 1995; Teasell R et al., Can J Neurol Sci. 2006).

(1) 정확성: Correctness (2) 능동성: Activeness (3) 반복성: Repetitiveness(1) Accuracy: Correctness (2) Activeness: Activeness (3) Repeatability: Repetitiveness

이상과 같은 원리를 이용한 재활치료방법 연구동향 및 문제점을 살펴보면, 신경근육 전기자극(Neuromuscular Electrical Stimulation)의 경우 (1) 어깨관절과 같이 복잡한 관절에서 정확하고(Correct) 충분한 범위의 운동 수행이 어렵고, (2) 무리한 전기자극은 통증을 유발하여 사용자의 능동적(Active) 사용을 저해하며, (3) 근전도-유발 전기자극만 국내에서 활용가능하며 이를 어깨관절에 적용하는 데 제한이 있다.Looking at the research trends and problems of rehabilitation treatment method using the above principle, in the case of neuromuscular electrical stimulation (1) it is difficult to perform a precise and sufficient range of motion in complex joints, such as shoulder joints, (2) Unreasonable electrical stimulation causes pain and inhibits the active use of the user. (3) Only EMG-induced electrical stimulation is available in Korea and there is a limitation in applying it to the shoulder joint.

또한 로봇치료(Robot-Assisted Therapy) 의 경우 (Kwakkel G, Neural Repair 2008; Krebs HI, IEEE Trans Rehabil Eng. 1998) (1) 자력으로 수행 못하는 부분을 로봇에 의해 움직이게 하는 원리에 의해 능동적으로 정확한 동작을 반복 훈련할 수 있도록 하는 것이나, (2) 동작 중에 환자가 힘을 주지 않아도 동작이 지속되어 환자의 운동의도가 소실되었을 때(힘을 뺐을 때) 로봇 작동이 중단되고 힘을 주면 다시 움직이게 하여 능동적 요소를 강화해야 하며, (3) 상지운동용으로는 미국이나 유럽에서 활발한 연구가 진행되고 있으나 국내에 광범위한 임상적용 단계는 아니어서 범용화 위한 개선노력이 필요하다.Also, in case of Robot-Assisted Therapy (Kwakkel G, Neural Repair 2008; Krebs HI, IEEE Trans Rehabil Eng. 1998) (1) Actively accurate movement based on the principle of moving the part that cannot be performed by magnetic force by the robot Or (2) the robot is stopped when the patient's intention is lost (when he is unloaded) and the motion is continued even when the patient is not energized during the motion. (3) Although active research is being conducted in the US and Europe for upper extremity exercise, it is not an extensive clinical application stage in Korea and needs improvement efforts for generalization.

한편 종래 특허로 한국등록특허 제0942495호는 거치 부재, 제1 결속 부재 및 제2 결속 부재를 포함하며, 거치 부재는 외면에 엄지가 거치되는 제1 부분 및 제1 부분의 반대편에 위치하고 외면에 검지가 거치되는 제2 부분을 일체로 포함한다. 제1 결속 부재는 제1 부분에 엄지를 고정시키며 제2 결속 부재는 제2 부분에 검지를 고정시켜서 상대적으로 간단한 구조를 통해 뇌졸중 환자의 활성 신체 부위의 활동을 의도적으로 제한하여 마비가 진행된 비활성 신체 부위에 대한 운동 능력을 향상시킬 수 있다.Meanwhile, as a conventional patent, Korean Patent No. 0942495 includes a mounting member, a first binding member, and a second binding member, and the mounting member is located on the opposite side of the first portion and the first portion where the thumb is mounted on the outer surface and is detected on the outer surface. It includes a second portion to be mounted integrally. The first binding member secures the thumb to the first portion and the second binding member secures the index finger to the second portion, thereby intentionally restricting the activity of the active body part of the stroke patient through a relatively simple structure, thereby inducing paralysis. Improve motor skills for the site.

또한 한국등록특허 제1019952호는 소량의 채혈을 통한 비침습적 진단, 뇌졸중 발현 예측 유전자 표지자 SNP 분석 및 생화학 표지자 분석을 통한 뇌졸중 발현 가능성 조기진단이 가능한 고-처리량 분석방법을 제공한다.In addition, Korean Patent No. 1019952 provides a high-throughput analysis method capable of early diagnosis of stroke expression potential through non-invasive diagnosis through a small amount of blood, predicting stroke expression gene marker SNP, and biochemical marker analysis.

그러나 상술한 종래 기술들은 일반적인 뇌졸중 진단이나 간단한 운동 능력 향상 방법에 대한 것으로서, 뇌졸중 이후 운동기능 회복을 증진시키는 원리를 충실히 실현 가능한 새로운 방법의 개발이 절실히 필요하게 되었다.However, the above-mentioned conventional techniques are for general stroke diagnosis or a simple method of improving exercise ability, and there is an urgent need for the development of a new method that can faithfully realize the principle of improving recovery of motor function after stroke.

상술한 문제점을 해결하기 위하여, 뇌병변 환자들의 경우 어깨관절을 움직이는 근육의 자발적 수축은 대부분 가능하므로 근전도 신호를 발생시킬 수 있어, 이에 따른 근전도 신호에 의한 제어가 가능한 근전도-제어형 바이오피드백 운동장치를 제공하는 데 목적이 있다.In order to solve the above problems, in the case of brain lesion patients, spontaneous contraction of the muscles moving the shoulder joint is possible, so that an EMG signal can be generated, and thus an EMG-controlled biofeedback exercise device capable of controlling by an EMG signal is provided. The purpose is to provide.

본 발명은 근전도-제어 방식으로 구동되는 운동장치를 이용하여 환자의 능동적 운동을 유도하며, 어깨관절의 충분하고 정확한 동작을 반복적으로 수행 가능하도록 뇌졸중 이후 운동기능 회복을 증진시키는 원리를 충실히 실현 가능한 근전도-제어형 바이오피드백 운동장치를 제공하는 데 목적이 있다.The present invention induces active movement of a patient by using an exercise device driven by an EMG-controlled method and faithfully realizes the principle of improving the recovery of motor function after a stroke to repeatedly perform sufficient and accurate movement of the shoulder joint. -The purpose is to provide a controlled biofeedback exercise device.

또한, 본 발명은 뇌졸중 이후 조기에 시행하여 환자의 동기부여를 증진시키고, 이에 따른 의사소통을 촉진시킬 수도 있는 근전도-제어형 바이오피드백 운동장치를 제공하는 데 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide an EMG-controlled biofeedback exercise apparatus that can be implemented early after a stroke to promote patient motivation and thereby promote communication.

본 발명은 모터를 이용하여 구동하고, 근전도 신호를 처리하는 구동부와, 모드 설정과 근전도 threshold, 속도, 및 반복 횟수를 저장하도록 제어하는 제어부와, 상기 제어부의 제어치를 모니터링하는 모니터링부를 포함하여 구성된다.The present invention includes a driving unit for driving by using a motor and processing an EMG signal, a control unit for controlling mode setting, an EMG threshold, a speed, and a repetition number, and a monitoring unit for monitoring the control value of the control unit. .

상기 구동부는 근전도 신호 처리를 위한 근전도 모듈과 상기 근전도 신호에 의하여 속도가 제어되는 모터를 포함하는 구동모듈을 포함하여 구성된다.The driving unit includes an EMG module for processing an EMG signal and a driving module including a motor whose speed is controlled by the EMG signal.

상기 제어부는 ON/OFF 제어 모드와 비례(proportional) 제어 모드를 설정하는 모드설정부와, 근전도 threshold, 속도, 및 반복 횟수를 저장하는 메모리를 포함하여 구성된다.The control unit includes a mode setting unit for setting the ON / OFF control mode and the proportional control mode, and a memory for storing the EMG threshold, the speed, and the number of repetitions.

상기 모니터링부는 모드, 속도, 메모리 내용, 운동량, 재활 훈련 결과 그래프를 출력하는 출력모듈을 포함하여 구성된다.The monitoring unit includes an output module for outputting a graph of mode, speed, memory content, exercise amount, and rehabilitation training results.

본 발명에 따른 ON/OFF 제어 모드는, 관절운동의 시작위치, 종료위치, 속도를 포함하는 초기설정 정보와, 능동적 근전도신호가 발생하면 견인장치를 동작시키고, 근전도의 크기가 작아져 문턱치 이하가 되면 그 자리에 멈추도록 하고, 멈출 때는, 단계별 감속이 이루어지도록 하는 동작제어 정보로 이루어진다.In the ON / OFF control mode according to the present invention, the initial setting information including the start position, the end position, and the velocity of the joint motion, and when the active EMG signal is generated, the traction device is operated, and the size of the EMG decreases, which is lower than the threshold. When it stops in place, and when it stops, it consists of the motion control information to perform the step-down deceleration.

본 발명에 따른 비례(proportional) 제어모드는 관절운동의 시작위치, 종료위치를 포함하는 초기설정 정보와, 능동적 근전도신호에 따라 동작의 속도를 제어하며, 단계별 가속 감속이 수행되게 하여, 환자의 능동성을 유발할 수 있는 동작제어 정보로 이루어진다.Proportional control mode according to the present invention controls the speed of the operation according to the initial setting information including the start position, the end position of the joint motion, and the active EMG signal, step by step acceleration and deceleration is performed, the patient's active It consists of motion control information that can cause

본 발명은 의자를 포함하는 프레임과, 상기 프레임에 설치된 모터를 이용하여 구동하고, 근전도 신호를 처리하는 구동부와, 모드 설정과 근전도 threshold, 속도, 및 반복 횟수를 제어하는 제어부와, 상기 구동부에 의하여 어께의 굴신을 상기 제어부가 제어하는 어께 굴신(shoulder flexion / extension) 부와, 상기 제어부의 제어치를 모니터링하는 모니터링부를 포함하여 구성된다.The present invention provides a frame including a chair, a driving unit for driving by using a motor installed in the frame, processing an EMG signal, a control unit for controlling the mode setting, the EMG threshold, the speed, and the number of repetitions, and the drive unit A shoulder flexion / extension unit for controlling the extension of the shoulder and a monitoring unit for monitoring the control value of the control unit.

상기 제어부는 ON/OFF 제어 모드의 경우 관절운동의 시작위치, 종료위치, 속도를 포함하는 초기설정을 제어하고, 능동적 근전도신호가 발생하면 견인장치를 동작시키고, 근전도의 크기가 작아져 문턱치 이하가 되면 그 자리에 멈추도록 하고, 멈출 때는, 단계별 감속이 이루어지도록 하는 동작제어한다.The control unit controls the initial setting including the start position, the end position, and the velocity of the joint motion in the ON / OFF control mode, and when the active EMG signal is generated, the traction device is operated, and the size of the EMG decreases to below the threshold. When it stops, it stops at that position, and when it stops, the operation control is performed so that the step-down deceleration is performed.

상기 제어부는 비례(proportional) 제어모드의 경우, 관절운동의 시작위치, 종료위치를 포함하는 초기설정을 제어하고, 능동적 근전도신호에 따라 동작의 속도를 제어하며, 단계별 가속 감속이 수행되게 하여, 환자의 능동성을 유발할 수 있는 동작제어한다.In the proportional control mode, the controller controls an initial setting including a start position and an end position of the joint motion, controls the speed of the operation according to the active EMG signal, and performs the step-by-step acceleration deceleration. Control the operation that can cause the activeness of.

본 발명은 구동부를 통하여 모터를 구동하고, 근전도 신호를 처리하는 단계와, 제어부를 통하여 모드 설정과 근전도 threshold, 속도, 및 반복 횟수를 저장하도록 제어하는 단계와, 모니터링부를 통하여 상기 제어부의 제어치를 출력하는 단계를 포함하여 구성된다.The present invention includes driving a motor through a driving unit, processing an EMG signal, controlling to store a mode setting, an EMG threshold, a speed, and a repetition number through a control unit, and output a control value of the control unit through a monitoring unit. It is configured to include.

본 발명은 ON/OFF 제어 모드의 경우, 관절운동의 시작위치, 종료위치, 속도에 대해 초기 설정하는 단계와, 능동적 근전도신호가 발생하면 견인장치를 동작시키고, 근전도의 크기가 작아져 문턱치 이하가 되면 그 자리에 멈추도록 하고, 멈출 때는, 단계별 감속이 이루어지도록 하는 동작제어 단계가 더 포함하여 구성된다.According to the present invention, in the ON / OFF control mode, initial setting of the start position, the end position, and the velocity of the joint motion, and when the active EMG signal is generated, operate the traction device, and the size of the EMG becomes smaller than the threshold. When it stops in place, and when stopping, it is configured to further include an operation control step to perform a step-down deceleration.

본 발명은 상기 비례(proportional) 제어모드의 경우 관절운동의 시작위치, 종료위치에 대해 초기 설정하는 단계와, 능동적 근전도신호에 따라 동작의 속도를 제어하며, 단계별 가속 감속이 수행되는 동작제어 단계가 더 포함하여 구성된다.According to the present invention, in the proportional control mode, an initial setting of a start position and an end position of a joint motion is performed, and an operation control step of controlling an operation speed according to an active EMG signal and performing step-down acceleration deceleration is performed. It is configured to include more.

본 발명에 따르면 뇌병변 환자의 운동기능과 일상생활동작 수행능력의 향상에 기여하여, 환자나 보호자가 가정에서 활용 가능하고, 상품화된 의료기기로 실용화하여 환자의 가정에서 치료가 가능하다.According to the present invention, by contributing to the improvement of the motor function and performance of daily living operation of the brain lesion patient, the patient or caregiver can be utilized at home, can be used as a commercialized medical device can be treated in the patient's home.

도1은 본 발명에 따른 근전도-제어형 바이오피드백 운동장치의 전체적인 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 근전도-제어형 바이오피드백 운동장치의 적용 제품을 보여주는 도면.
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 근전도-제어형 바이오피드백 운동 방법을 보여주는 도면.
1 is a view schematically showing the overall configuration of the EMG-controlled biofeedback exercise apparatus according to the present invention.
2 is a view showing a product applied to the EMG-controlled biofeedback exercise device according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing an EMG-controlled biofeedback exercise method according to an embodiment of the present invention.

이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면을 참고하여 자세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도1에서 보는 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따라 구동부(10)와, 제어부(20)와, 모니터링부(30)로 크게 구성된다.As shown in FIG. 1, the driving unit 10, the control unit 20, and the monitoring unit 30 are largely configured according to an exemplary embodiment of the present invention.

상기 구동부(10)는 모터를 이용하여 구동하고, 근전도 신호를 처리하는 장치로 구성되어 있다.The drive unit 10 is configured to drive by using a motor and to process an EMG signal.

상기 제어부(20)는 모드 설정과 근전도 threshold, 속도, 및 반복 횟수를 저장하도록 제어하는 장치로서, 상기 모드 설정 등을 일정 메모리에 저장하도록 제어할 수도 있다.The controller 20 is a device for controlling to store the mode setting, the EMG threshold, the speed, and the number of repetitions. The controller 20 may control the mode setting to be stored in a predetermined memory.

상기 모니터링부(30)는 상기 제어부(20)의 제어치를 모니터링하는 장치로서, 일반적인 디스플레이 장치가 사용되는 것이 바람직하다.The monitoring unit 30 is a device for monitoring the control value of the control unit 20, a general display device is preferably used.

도2에서 보는 바와 같이 상술한 실험 결과를 바탕으로 근전도-제어형 능동 운동보조 시스템 구현하기 위해 shoulder flexion / extension에 특화된 메커니즘을 구현하였다.As shown in FIG. 2, a mechanism specialized for shoulder flexion / extension was implemented to implement the EMG-controlled active motion assist system based on the above-described experimental results.

도3에서 보는 바와 같이 근전도 제어형 운동 모드 (passive, on/off, proportional) 구현 장치를 보면, 근전도 신호로부터 운동의지를 추출하기 위하여 근전도를 문턱치와 비교하여 능동성분(active component)만을 추출하였다.As shown in FIG. 3, when the EMG-controlled exercise mode (passive, on / off, proportional) implements the apparatus, only the active component is extracted by comparing EMG with a threshold in order to extract exercise will from an EMG signal.

이를 위해 도3(a)와 같은 ON/OFF 제어모드는 능동적 근전도신호에 의해 동작의 ON/OFF를 제어하는 모드로서, (1) 초기설정은 관절운동의 시작위치, 종료위치, 속도로 하고, (2) 동작제어는 능동적 근전도신호가 발생하면 견인장치를 동작시키고, 근전도의 크기가 작아져 문턱치 이하가 되면 그 자리에 멈추도록 하였고, 멈출 때는, 부드러운 감속이 이루어지도록 하여 사용자의 편의성과 안전성을 높였다.To this end, the ON / OFF control mode as shown in Fig. 3 (a) is a mode for controlling the ON / OFF of the operation by the active EMG signal. (1) The initial setting is the start position, end position, and velocity of the joint motion. (2) Operation control operates the traction device when the active EMG signal is generated, and stops at the place when the EMG becomes smaller than the threshold. When stopping, smooth deceleration is made for the user's convenience and safety. Raised.

도3(b)에서 보는 바와 같이 비례(proportional) 제어모드의 경우, (1) 초기설정은 관절운동의 시작위치, 종료위치로 하고, (2) 동작제어는 능동적 근전도신호에 따라 동작의 속도를 제어하며, 부드러운 가속 감속이 자동적으로 수행되게 하였고, 환자의 능동성을 가장 크게 유발할 수 있는 모드이다.As shown in Fig. 3 (b), in the proportional control mode, (1) the initial setting is the start position and the end position of the joint motion, and (2) the motion control increases the speed of motion according to the active EMG signal. In this mode, smooth acceleration and deceleration are performed automatically, and this mode is most likely to cause the patient's activeness.

통계청이 발표한 ‘2009년 사망 및 사망원인 통계결과’에 따르면 뇌졸중은 악성신생물, 심장 질환과 함께 우리나라의 3대 사망원인이 되는 질환이며, 생존자에게는 심각한 장애를 초래하는 질환. 2009년, 뇌졸중은 만 50세 이상에서 3.3%의 유병률을 가졌음. 특히 노인 인구에서의 발생률이 높기 때문에 노인인구가 급격히 증가하고 있는 우리나라에서 고령화와 더불어 급속도로 증가할 것으로 예상된다.According to the statistical results of the 2009 death and cause of death, stroke is one of the three leading causes of death in Korea along with malignant neoplasms and heart disease. In 2009, stroke had a prevalence of 3.3% for people over 50. In particular, due to the high incidence in the elderly population, the elderly population is expected to increase rapidly with aging in Korea.

현재 뇌졸중 환자를 대상으로 근전도 신호를 이용한 바이오피드백 시스템은 없으며, 본 기술을 제품화할 때, 예상되는 가격은 700만원 정도로서 병원에 보급하면 부족한 재활치료사를 대신해서 환자 치료에 큰 도움이 될 것으로 생각된다.Currently, there is no biofeedback system using EMG signals for stroke patients, and when the technology is commercialized, the expected price is about 7 million won, and it may be helpful to treat patients on behalf of insufficient rehabilitation therapists. .

본 발명은 바이오피드백 제어 기술은 인체의 다양한 관절을 위한 재활 및 정형 운동 장치로 응용가능하다.The present invention biofeedback control technology is applicable as a rehabilitation and orthopedic exercise device for various joints of the human body.

10 : 구동부
20 : 제어부
30 : 모니터링부
10:
20:
30: monitoring unit

Claims (12)

모터를 이용하여 구동하고, 근전도 신호를 처리하는 구동부와;
모드 설정과 근전도 threshold, 속도, 및 반복 횟수를 저장하도록 제어하는 제어부와;
상기 제어부의 제어치를 모니터링하는 모니터링부;
를 포함하여 구성되되,
상기 제어부는,
온/오프(ON/OFF) 제어 모드와 비례(proportional) 제어 모드를 설정하는 모드설정부와;
근전도 threshold, 속도, 및 반복 횟수를 저장하는 메모리;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 근전도-제어형 바이오피드백 운동장치.
A driving unit which drives by using a motor and processes an EMG signal;
A control unit controlling to store the mode setting, the EMG threshold, the speed, and the number of repetitions;
A monitoring unit monitoring a control value of the control unit;
, ≪ / RTI >
The control unit,
A mode setting unit for setting an ON / OFF control mode and a proportional control mode;
A memory that stores the EMG threshold, speed, and number of repetitions;
EMG-controlled biofeedback exercise apparatus comprising a.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 모니터링부는,
모드, 속도, 메모리 내용, 운동량, 재활 훈련 결과 그래프를 출력하는 출력모듈;
을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 근전도-제어형 바이오피드백 운동장치.
The method of claim 1,
The monitoring unit,
An output module for outputting a graph of mode, speed, memory content, exercise amount, and rehabilitation training results;
EMG-controlled biofeedback exercise apparatus comprising a.
제1항에 있어서,
상기 온/오프 제어 모드는,
관절운동의 시작위치, 종료위치, 속도를 포함하는 초기설정 정보와;
능동적 근전도신호가 발생하면 견인장치를 동작시키고, 근전도의 크기가 작아져 문턱치 이하가 되면 그 자리에 멈추도록 하고, 멈출 때는, 단계별 감속이 이루어지도록 하는 동작제어 정보;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 근전도-제어형 바이오피드백 운동장치.
The method of claim 1,
The on / off control mode,
Initial setting information including a start position, an end position, and a velocity of the joint motion;
Operation control information for operating the traction device when an active EMG signal is generated, stopping the position when the EMG becomes smaller than the threshold, and when deactivating, stepwise deceleration is performed;
EMG-controlled biofeedback exercise device, characterized in that consisting of.
제1항에 있어서,
상기 비례(proportional) 제어모드는,
관절운동의 시작위치, 종료위치를 포함하는 초기설정 정보와;
능동적 근전도신호에 따라 동작의 속도를 제어하며, 단계별 가속 감속이 수행되게 하여, 환자의 능동성을 유발할 수 있는 동작제어 정보;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 근전도-제어형 바이오피드백 운동장치.
The method of claim 1,
The proportional control mode is,
Initial setting information including a start position and an end position of the joint motion;
Motion control information for controlling the speed of the motion according to the active EMG signal, causing the step-down acceleration and deceleration to be performed, and causing the patient to be active;
EMG-controlled biofeedback exercise device, characterized in that consisting of.
의자를 포함하는 프레임과;
상기 프레임에 설치된 모터를 이용하여 구동하고, 근전도 신호를 처리하는 구동부와;
모드 설정과 근전도 threshold, 속도, 및 반복 횟수를 제어하는 제어부와;
상기 구동부에 의하여 어깨의 굴신을 상기 제어부가 제어하는 어깨 굴신(shoulder flexion / extension) 부와;
상기 제어부의 제어치를 모니터링하는 모니터링부;
를 포함하여 구성되되,
상기 제어부는 ON/OFF 제어 모드의 경우,
관절운동의 시작위치, 종료위치, 속도를 포함하는 초기설정을 제어하고,
능동적 근전도신호가 발생하면 견인장치를 동작시키고, 근전도의 크기가 작아져 문턱치 이하가 되면 그 자리에 멈추도록 하고, 멈출 때는, 단계별 감속이 이루어지도록 하는 동작제어하는 것을 특징으로 하는 근전도-제어형 바이오피드백 운동장치.
A frame comprising a chair;
A driving unit which drives by using a motor installed in the frame and processes an EMG signal;
A controller for controlling the mode setting, the EMG threshold, the speed, and the number of repetitions;
A shoulder flexion / extension for controlling the flexion of the shoulder by the driving unit;
A monitoring unit monitoring a control value of the control unit;
, ≪ / RTI >
In the case of the ON / OFF control mode,
Control the initial settings including the start position, end position, and velocity of the joint movement,
EMG-controlled biofeedback characterized in that the traction device is operated when an active EMG signal is generated, and the motion control is performed to stop at the position when the EMG decreases below the threshold, and to perform step-by-step deceleration when it stops. Exercise equipment.
삭제delete 제7항에 있어서,
상기 제어부는 비례(proportional) 제어모드의 경우,
관절운동의 시작위치, 종료위치를 포함하는 초기설정을 제어하고,
능동적 근전도신호에 따라 동작의 속도를 제어하며, 단계별 가속 감속이 수행되게 하여, 환자의 능동성을 유발할 수 있는 동작제어하는 것을 특징으로 하는 근전도-제어형 바이오피드백 운동장치.
The method of claim 7, wherein
The control unit in the proportional control mode,
Control the initial setting including the start position and end position of the joint movement,
EMG-controlled biofeedback exercise apparatus, characterized in that for controlling the speed of the operation in accordance with the active EMG signal, the step-by-step acceleration and deceleration is performed to control the operation that can cause the patient's activity.
구동부를 통하여 모터를 구동하고, 근전도 신호를 처리하는 단계와;
제어부를 통하여 모드 설정과 근전도 threshold, 속도, 및 반복 횟수를 저장하도록 제어하는 단계와;
모니터링부를 통하여 상기 제어부의 제어치를 출력하는 단계;
를 포함하여 구성되되,
ON/OFF 제어 모드의 경우,
관절운동의 시작위치, 종료위치, 속도에 대해 초기 설정하는 단계와;
능동적 근전도신호가 발생하면 견인장치를 동작시키고, 근전도의 크기가 작아져 문턱치 이하가 되면 그 자리에 멈추도록 하고, 멈출 때는, 단계별 감속이 이루어지도록 하는 동작제어 단계;
가 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 근전도-제어형 바이오피드백 운동 방법.
Driving a motor through a driving unit and processing an EMG signal;
Controlling to store the mode setting, the EMG threshold, the speed, and the number of repetitions through the control unit;
Outputting a control value of the control unit through a monitoring unit;
, ≪ / RTI >
In the ON / OFF control mode,
Initial setting the start position, the end position, and the velocity of the joint motion;
An operation control step of operating the traction device when an active EMG signal is generated, stopping the position when the EMG becomes smaller than the threshold, and when deactivating, stepwise deceleration is performed;
EMG-controlled biofeedback exercise method characterized in that it further comprises.
삭제delete 제10항에 있어서,
비례(proportional) 제어모드의 경우,
관절운동의 시작위치, 종료위치에 대해 초기 설정하는 단계와;
능동적 근전도신호에 따라 동작의 속도를 제어하며, 단계별 가속 감속이 수행되는 동작제어 단계;
가 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 근전도-제어형 바이오피드백 운동 방법.
The method of claim 10,
In proportional control mode,
Initial setting the start position and the end position of the joint motion;
An operation control step of controlling the speed of the operation according to the active EMG signal and performing step-down acceleration deceleration;
EMG-controlled biofeedback exercise method characterized in that it further comprises.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100822483B1 (en) * 2007-06-08 2008-04-16 문창수 A self-training system using bio-feedback game for muscle and electromyogram bio-feedback game method thereof
KR20090030402A (en) * 2007-09-20 2009-03-25 한양대학교 산학협력단 Auxiliary apparatus for assisting muscular strength of arms and method for controlling the same
KR20090097246A (en) * 2008-03-11 2009-09-16 (주)오에스앤 Key signal generator using electromyography sensor
KR20110118879A (en) * 2010-04-26 2011-11-02 주식회사 바이오닉스 Active rehabilitation exercise apparatus and system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100822483B1 (en) * 2007-06-08 2008-04-16 문창수 A self-training system using bio-feedback game for muscle and electromyogram bio-feedback game method thereof
KR20090030402A (en) * 2007-09-20 2009-03-25 한양대학교 산학협력단 Auxiliary apparatus for assisting muscular strength of arms and method for controlling the same
KR20090097246A (en) * 2008-03-11 2009-09-16 (주)오에스앤 Key signal generator using electromyography sensor
KR20110118879A (en) * 2010-04-26 2011-11-02 주식회사 바이오닉스 Active rehabilitation exercise apparatus and system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190058076A (en) 2017-11-21 2019-05-29 가톨릭관동대학교산학협력단 Sound and lighting control system and method using electromyography

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