KR101592925B1 - 메쉬 구조를 이용한 생체신호 측정 및 전기자극 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피부저항을 이용한 생체 전기신호 측정 및 전기 자극 장치에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명의 일실시예에 따른 생체 전기신호 측정 및 전기 자극 장치는 전기 자극을 위한 복수의 가로전선 및 세로전선이 일정 간격으로 교차되도록 형성되는 패드와, 패드에 전기적으로 연결되어, 가로전선 및 세로전선이 교차되는 교차지점의 생체 전기신호를 측정하여 환자의 신체정보를 획득하고, 신체정보를 이용하여 가로전선 및 세로전선에 공급되는 전원을 제어하면서 전기 자극을 발생시키도록 하는 제어모듈을 포함한다.

Description

메쉬 구조를 이용한 생체신호 측정 및 전기자극 장치{DEVICE FOR MEASURING BIOELECTRICAL SIGNALS AND STIMULATING BODY USING MESH STRUCTURE}

본 발명은 피부 저항을 이용한 전기 자극 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가로전선 및 세로전선이 형성된 패드를 이용하여 환자의 피부저항. 전압, 전류값 및 그 파형을 측정하고, 이로부터 신체정보를 획득하고, 획득된 신체정보를 이용하여 전기자극을 발생시키는 전기 자극 장치에 관한 것이다.

기존에 근전도 측정기구와, 신경전도 측정기구와 함게 피부의 저항값을 특정하여 치료점을 찾는 도구들이 있었다. 또한, 그 치료점에 전기자극을 주어 치료효과를 유도하는 기구들이 존재한다.

근전도와 신경전도 측정시, 신경의 전도 속도에 따른 파형을 측정하고, 근육의 활성전위를 측정하기 위해서, 측정자리는 시술자의 경험과 해부학적 지식을 통해서 이루어져 있어, 전문가가 아니면 시술이 힘들고, 측정시에도 여러 부위를 동시에 시행하지 못하고, 한 두 곳에서 측정하고 다시 다른 곳을 측정하는 방법을 사용하였다.

전기자극치료에 있어서도 치료점에 대한 자극에서 피부에 붙이는 넓은 도전성 패드가, 드라이 니들(전침)을 통하여 피부내측에 자입하여 자극을 주었으나, 정확한 위치를 자극함에 한계가 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 별도의 의학적 지식이 없이도 환자의 신체부위에 대한 생체신호를 측정하고, 동시에 여러 부위에 측정을 시행하여 자극을 위한 정확한 국소부위를 찾아 별도의 장비 없이 해당 패드로 측정과 자극을 발생시킬 수 있는 전기 자극 장치를 제공함에 있다.

이를 위해 본 발명의 생체신호 측정 및 전기자극 장치는 전기 자극을 위한 복수의 가로전선 및 세로전선이 교차되도록 형성되는 패드와; 상기 패드에 전기적으로 연결되어, 상기 가로전선 및 상기 세로전선이 교차되는 교차지점의 생체신호를 측정하여 신체정보를 획득하고, 상기 신체정보를 이용하여 상기 가로전선 및 상기 세로전선에 공급되는 전원을 제어하면서 전기 자극을 발생시키도록 하는 제어모듈을 포함할 수 있다.이를 위해 본 발명의 생체신호 측정 및 전기자극 장치는 전기 자극을 위한 복수의 가로전선 및 세로전선이 교차되도록 형성되는 패드와; 상기 패드에 전기적으로 연결되어, 상기 가로전선 및 상기 세로전선이 교차되는 교차지점의 생체신호를 측정하여 신체정보를 획득하고, 상기 신체정보를 이용하여 상기 가로전선 및 상기 세로전선에 공급되는 전원을 제어하면서 전기 자극을 발생시키도록 하는 제어모듈을 포함할 수 있다.

상기 제어모듈은 상기 교차지점에 흐르는 전기신호를 측정할 수 있도록 구성될 수 있다.

이때, 본 발명의 제1 실시예에 따른 생체신호 측정 및 전기자극 장치는 상기 가로전선 및 상기 세로전선은 교차되는 지점에서 일정한 간격을 가지도록 배치되고, 상기 제어모듈은 원하는 상기 교차지점에 연결되는 상기 가로전선 및 상기 세로전선 상호 간에 일정 전위차를 발생시킴으로써 전류를 흐르게 하여 생체신호를 측정하거나, 전기 자극을 발생시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 생체신호 측정 및 전기자극 장치는 상기 가로전선 및 상기 세로전선 사이에 반도체 소자가 배치되고, 상기 제어모듈은 상기 반도체 소자를 제어하여 원하는 상기 교차지점에 전류를 흐르게 하여 생체신호를 측정하거나, 상기 교차지점에 전기 자극을 발생시킬 수 있다.

상기 두 실시예에 있어서, 교차지점 부위는 도체인 전극 또는 전극용 접착겔로 형성되고, 상기 교차지점 주위는 부도체인 접착포 또는 접착젤로 형성될 수 있다.

또한, 제1 실시예에 따른 생체신호 측정 및 전기자극 장치는 상기 교차지점에 상기 가로전선 및 상기 세로전선은 절연물질에 의하여 상호 절연되고, 상기 간극에는 상기 전기 자극 발생시 저항을 줄이기 위한 도전 물질이 더 구비될 수 있다.

상기 패드는, 통기성을 위한 천공부가 형성될 수 있다.

또한, 상기 패드는 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형, 장갑형, 양말형, 모자형,밴드형 및 의복형 중 하나의 형상일 수 있다.

이때, 상기 생체신오는 피부저항이며, 상기 제어모듈은 상기 교차지점의 피부저항의 제1 평균값을 계산하고, 상기 교차지점 중 상기 제1 평균값 이하의 교차지점을 기준점으로 설정하고, 상기 기준점에 대한 피부저항의 제2 평균값을 계산하고, 상기 기준점 중 상기 제2 평균값 이하의 기준점을 치료지점으로 결정하여, 상기 치료지점에 상기 전기 자극을 발생시킬 수 있다. 이때, 상기 제어모듈은 상기 치료지점 중 피부저항의 값이 상기 제2 평균값에 도달하면, 해당 치료지점에 대한 전기 자극을 중지시킬 수 있다.

또한, 상기 생체신호는 전기신호이며, 상기 제어모듈은, 측정된 상기 교차지점의 전기신호 측정값의 표준편차를 계산하고, 상기 전기신호 측정값이 미리 설정된 임계값을 벗어나는 경우, 임계값을 벗어난 상기 전기신호 측정값을 제외하고 나머지 지점의 상기 전기신호 측정값을 활용하여 치료지점을 결정하고, 상기 치료지점에 전기 자극을 발생시킬 수 있다.

또한, 상기 생체신호는 전기신호이며, 상기 제어 모듈은, 환자의 특정 동작에서, 근육의 전기신호와, 신경의 전기적 신호의 변화량이 미리 설정된 임계값 이상이 부위를 찾아내어 해당 부위에 근수축을 위한 전기자극을 발생시킬 수 있다.

또한, 상기 생체신호는 전기신호이며, 상기 제어모듈은 환자의 특정 동작의 각 근육 전기신호와 신경 전기신호와 유사한 신호를 유발하는 근육과 신경의 전기자극 부위를 찾기 위하여 교차점에 순차적 전기자극을 가하여 근육수축 유발점과 신경자극 유발점을 찾고, 상기 유발점에 전기자극을 가하여 특정 동작을 위한 근수축을 유발하도록 제어할 수 있다.

본 발명에 따르면, 해당 분야의 지식 없이도 각 신체부위의 임피던스, 전압, 전류값 및 그 파형 등의 측정값으로부터 생체신호를 획득하고, 획득된 생체신호를 이용하여 신체 부위에 전기자극을 발생시킴으로써 효과적으로 치료를 수행할 수 있다.

또한, 본 발명은 정확한 신체지점을 찾아가며 생체신호를 측정하고 전기자극을 주는 기존의 불편함을 개선하여, 신체부위에 패드를 붙여 여러 지점의 생체신호를 동시에 측정하고, 같은 패드로 동시 또는 순차적으로 전기자극을 줄 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 다수의 가로전선 및 세로전선이 배치되어 동시에 여러 좌표에 전기자극을 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라, 자동으로 치료부위가 되는 좌표를 설정하고, 치료가 되는 정도에 따라서 자동으로 전기자극을 하는 좌표를 변경시킴으로써 치료를 효과적으로 수행할 수 있다.

또한, 본 발명은 환자의 각 신체부위에 맞는 형태의 패드를 사용함으로써, 일상 생활에서도 탈부착이 용이하면서도 쉽게 치료할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기 자극 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전기 자극 장치의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전기 자극 장치의 제어모듈의 세부 구성도이다.
도 4는 본 발명의 전기 자극 장치의 제1 실시예에 따른 패드의 구조를 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 전기 자극 장치의 제2 실시예에 따른 패드의 구조를 나타내는 도면이다.도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전기 자극 장치의 동작을 설명하는 개략 순서도이다.
도 7은 실제 팔내측의 피부저항값의 분포도를 색으로 나타난 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공하는 것이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 “포함한다(comprise)” 및/또는 “포함하는(comprising)”은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 “및/또는”은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역 및/또는 부위들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부위들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역 또는 부위를 다른 부재, 영역 또는 부위와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역 또는 부위는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역 또는 부위를 지칭할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면, 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기 자극 장치의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 생체신호 측정 및 전기 자극 장치(100)는 패드(120)와, 제어모듈(140)을 포함하여 구성된다.

패드(120)는 실리콘, 우레탄 등의 완충 재질로 형성되고, 패드에는 일정 간격으로 배치되는 가로전선 및 세로전선들이 상호 교차되도록 형성되어 있다.

도 1에는 패드(120)가 사각형 모양으로 형성되어 있으나, 원형, 타원형, 정사학형, 직사각형, 양말형, 장갑형, 모자형, 밴드형, 의복형 등의 다양한 형상으로 형성될 수도 있으며, 통기성을 위한 천공부가 형성될 수 있다. 이때, 양말형은 환자의 발에 끼워지는 형태, 장갑형은 환자의 손에 끼워지는 형태를 의미한다. 이러한 형태의 패드(120)는 환자의 특정 신체부위에 접촉되어 사용된다.

패드(120)에 케이블을 통하여 제어모듈(140)이 연결되는데, 제어모듈(140)은 패드(120)에 전류 및 전압의 전원을 인가하여 패드(120)를 통하여 환자의 신체부위에 대한 생체신호를 측정하고, 측정된 생체신호를 이용하여 환자의 신체정보를 획득하고, 획득된 신체정보를 기초로 환자의 신체부위에 전기자극을 발생시키는 역할을 한다. 이때, 생체 전기신호는 피부 저항, 전압, 전류값 및 이들의 파형 정보가 될 수 있다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 생체신호 측정 및 전기자극 장치는 신체정보로부터 치료 대상이 될 치료부위가 결정되면, 그 치료부위에 저주파 또는 고주파의 전기자극을 가하도록 각 좌표의 가로전선 및 세로전선에 (+)극, (-)극의 전기가 흐르도록 스위치를 온(ON) 한 후 전기자극을 발생시킨다. 이때, 두 (+), (-) 극의 가장 가까운 곳인 두 전선이 교차하는 부위에 가장 강한 전기자극이 주어지게 되는데, 이는 두 전선의 교차점에서 멀어질수록 전기저항증가로 자극의 강도가 점점 약해지기 대문이다. 따라서, 전기자극은 가로전선 및 세로전선의 교차점에서 가장 강하게 흐르게 되고 치료작용을 하게 된다.

이러한 방식으로, 제어모듈(140)은 패드(120)에 형성된 가로전선 및 세로전선이 교차되는 다수의 교차점 전부에 전기자극을 가하거나, 일부에 선택적으로 전기자극을 가할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 생체신호 측정 및 전기자극 장치는 PNP형 트랜지스터(30)를 이용하여 이미터의 전류 인가를 통하여 각각의 좌표에 대한 스위치 역할을 통하여 제어할 수 있는 구조로 생체신호와 자극을 가할 수 있다.

상기 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 생체신호 측정 및 전기자극 장치는 도 2 내지 도 7를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

또한, 상기의 방법 이외에도 패드의 피부접착면에 위치한 각각의 전극과 패드 주면에 외부 접지 전극을 배치하여 입출력 포트(I/O port)에 직접 연결 및 제어하는 하나의 유닛으로 구성하는 방법을 사용할 수도 있다. 이때, 생체신호측정 또는 전기자극 대상의 범위에 따라서 유닛의 숫자를 적절하게 줄이거나 늘릴 수 있다.

본 발명은 근전도, 신경전도, 심전도, 뇌전도, 기능적 전기 자극 기법이 이용이 가능함은 물론이고, 탐혈 및 탐침에 관한 한의학에 따른 치료에도 적용이 가능할 수 있다.

구체적으로, EMG(Electromyogram: 근전도) 및 NCV(Nerve Conduction Velosity: 신경전도)는 근육계 및 신경계에 전기자극을 준 다음 그 후의 측정되는 신호를 분석하여 환자의 신체정보를 분석하는 것이고, FES(Functional Electical Stimulation: 기능적 전기자극)은 마비된 근육에 전기 자극을 가하여 본래 주어진 기능을 회복시키는 치료행위를 말한다. 한의학의 탐혈 및 탐침이나, 현대의학에서의 이러한 전기자극에 따른 신호를 분석하여 환자의 신체정보를 파악한 다음 전기 자극을 부여하는 것은 근본적으로 동일한 원리를 이용하는 것이다.

신경전도검사에 있어서 감각신경검사를 예로 들면 손가락에 전기자극을 주고, 신경전도 측정을 위해서 신경이 지나가는 부위에 부착한 전극에서 전기 자극에 의해 신경이 활성화 되면서 나타나는 전기적 신호를 추출하는 것이며, 팔이나 다리의 특정부위에 있는 여러 신경의 신경전도 검사를 위해서는 각 신경주행경로마다 검사를 여러 번 시행하여야 한다.

본 고안을 이용 할 경우 패드의 좌표 중 인체의 신경의 주행경로로 예상 되는 라인의 시작점을 신경전도 확인을 위한 전기자극 전극의 좌표로 정하여, 전기자극을 주고, 이 전극이 되는 좌표에서 전기적 자극을 주었을 때, 다른 좌표에서, 신경전도시 나타나는 일정 파형과 전류와 전압의 크기 등, 신경전도 신호에 맞는 신호가 추출되는지 여부를 측정한다. 예로 팔의 손목에서 팔꿈치까지 측정 시 손목의 둘레의 각각의 좌표를 순서대로 전기자극을 가하며, 팔꿈치 부위 좌표에서 전기적 신호를 추출한다. 이럴 경우 손목에서 팔꿈치까지의 신경인 정중신경, 요골신경, 척골신경을 기존의 신경전도검사기는 각각의 신경에 대하여 검사를 3번 시행해야 하고, 측정점이 정확하지 못 할 경우 검사를 다시 시행해야 하지만, 본 고안을 이용하면 한번에 측정 가능하다.

또한 기존의 신경전도 검사는 측정 점과 자극점과의 사이에 있는 부분에 대한 측정이 전극을 1 ~ 2개로 측정하기 때문에 이 중간 신경주행부위에 이상 시, 문제가 되는 부분 찾기 위해서 세밀하게 여러 번 측정하여야 했지만, 본 고안을 이용하면 한번에, 좌표 간격만큼의 오차로 이상 부위를 찾을 수 있다.

따라서 본 고안을 이용한 신경전도 검사의 특징은 한번의 검사만으로도, 신경전도정도 뿐만 아니라, 측정할 수 있는 전극이 많게 되어 정확하게 신경의 주행로 까지 측정 할 수 있고, 또한 신경주행로에서 이상이 있는 부위를 정확하게 찾아 낼 수 있다는 것이다.

근전도도 이와 같은 방법으로 시행하여 한번에 여러 부위를 동시에 측정 할 수 있다.

또한, FES와 같이 특정 근육수축을 유발하는 치료법에서, 본 고안을 이용하여 패드의 각 좌표에 자극을 주거나, 근전도나, 신경전도측정과 같이 다른 부위 자극 후 생체전기신호를 측정하여 특정 근육의 수축이 가장 잘 일어나는 정확한 근육의 자극 부위를 찾아내고, 다시 치료방법에 있어서 이 부위에 전기자극을 가하는 수축을 유발하여 치료에 이용한다. 동시에 수축을 유발하는 치료좌표에, 전기 자극의 주파수와 파장의 변화를 주어 이에 반응하는 정도를 생체신호 측정방법을 통하여, 가장 치료효과가 큰 파형을 찾고, 이 주파수와 파형을 이용하여 치료하는 것이다. 즉, 각 근육과 그 환자의 치료에 맞는 전기자극의 파형과 주파수 강도 등 생체신호를 취득하여 이에 맞추어 치료하는 것이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전기 자극 장치의 동작을 설명하기 위한 개념도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전기 자극 장치의 제어모듈의 세부 구성도이다.

도 3을 참조하면, 제어모듈(140)은 스위치 모듈(142)과, 스위치 모듈(144)와, 제어부(146)를 포함하여 구성된다. 스위치 모듈(142, 144)은 전선에 인가되는 전원의 온오프를 제어하는 역할을 하며, 제어부(146)은 스위치 모듈(142, 144)를 제어하면서 본 발명에 따른 생체 전기신호 측정 및 전기 자극 장치(100)의 전체적인 동작을 제어하는 역할을 한다.

본 발명은 전극을 통하여 동시에 근전도 또는 신경전도를 측정하여 가장 큰 신호가 큰 부위, 또는 이상신호가 있는 부위 또는 치료부위를 인식하고, 이 부위에 일정한 파형의 주파수와 세기를 갖는 전기신호를 인가하여 자극을 가한 후, 점차 파형과 주파수, 세기를 변화시키면서, 생체신호 측정을 반복하여 가장 효과적인 자극을 검출하여 지속적 자극을 가하는 것이다.

그리고, 근육 수축을 위해서는 신경을 통한 자극전도가 필요하나 신경전도가 이상이 있어 근육운동에 이상이 발생한 환자에게는 어려운 일이다. 따라서, 신경마비환자와 같이 신경신호가 미약한 경우 이 신호를 증폭하여 해당 근육에 직접 자극을 가하여 근육의 운동을 유발할 수 있다. 즉, 특정 신경전도를 측정하여 자극량이 일정값 이하인 경우나, 손상 받은 신경의 미세한 신호를 측정하여 환자가 그 근육의 사용하려는 의도를 인식하여 이 신호를 증폭하여 신경이 지배하는 근육에 신경자극에 비례하는 크기의 전기자극을 가하여 근육의 수축을 유발할 수 있다.

이와 같은 치료를 통하여 근육재활에 있어 더욱 신경과 근육의 연합운동의 회복을 촉진하여 근육재활치료만 하는 것보다 더 효과적인 재활치료를 할 수 있다.

본 발명에 따른 생체신호 측정 및 전기자극 장치는 도 2와 같이 패드(120)에 가로전선(A1, A2, A3, A4, A5, A6)이 일정 간격으로 형성되고 이와 직교되어 일정 간격으로 세로전선(B1, B2, B3, B4, B5, B6)이 형성된다.

가로 전선(A1~A6)은 스위치 모듈(142)에 연결되고, 세로전선(B1~B6)은 스위치 모듈(144)에 연결된다. 스위치 모듈(142, 144)는 각각 가로전선(A1~A6) 및 세로전선(B1~B6)D에 인가되는 전원의 온오프(on/off)를 제어하는 역할을 하게 되는데, 이러한 동작으로 각 전선의 교차지점에 대한 환자 신체부위의 생체신호를 측정하고, 전기자극을 발생시킨다.

이때, 가로전선(A1~A6) 및 세로전선(B1~B6)은 일정 간격으로 배치되거나, 반도체 소자를 통하여 연결되도록 구성될 수 있다. 가로전선(A1~A6) 및 세로전선(B1~B6)이 교차 지점에서 일정 간격을 가지고 배치되는 경우, 대략 5cm 이내 사이의 간격으로 배치될 수 있다. 물론, 일정 간격을 패드(120)의 크기 및 치료대상인 신체부위의 특성에 따라서 다양하게 가변 될 수 있다.

이때, 생체신호의 측정이나, 전기자극을 발생시키는 것은 가로전선(A1~A6) 및 세로전선(B1~B6)에 전위차를 발생시켜서 흐르는 전류 값 등을 측정함으로써 수행할 수 있는데, 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

생체 신호측정을 위한 전극 형성은 예를 들어, 제어모듈(146)의 제어에 의하여 스위치 모듈(142)이 A1을 온(ON) 한후 스위치 모듈(144)가 B1부터 Bn까지 순서대로 온(ON)으로 접지하여 이 좌표에 임의 측정 전극을 형성하여 생체신호를 측정할 수 있으며, 이와 같은 방식으로 An까지 측정을 수행하여 각 좌표의 (A1,B1)에서부터 (An,Bn)까지 각 좌표의 생체신호를 구할 수 있다.

도 2에 도시된 것과 같이, 각 교차지점에는 절연 물질이 배치되어, 가로전선(A1~A6)과 세로전선(B1~B6)이 서로 전기적으로 상호 절연이 되도록 구성된다. 이때, 가로전선과 세로전선은 절연 물질로 상호 절연만 된 상태로 간극 없이 배치될 수도 있으나, 일정한 간극을 가지도록 배치되는 것이 바람직하다.

이때, 일정한 간극은 다양한 길이로 설정될 수 있으나, 예를 들어 1mm 의 길이의 간극을 갖도록 형성할 수 있다. 상기 간극 또는 상기 교차지점 부위에는 저항을 감소시키기 위한 금과 같은 도전 물질이 더 배치될 수 있다.

특히, 전기 자극을 발생시키는 경우, 가로전선과 세로전선에 (+) 전압과, (-) 전압이 각각 인가되는 경우 가로전선 및 세로전선은 절연물질로 보호되어 환자의 피부에 전류가 흐르지 않다가, 일정 임계치 이상의 전위치가 가해지면 환자의 피부에 전류가 흐르게 되는데, 이러한 방식으로 환자의 피부에 전기 자극을 가하게 된다.

이를 위한 개념도가 도 4에 도시되어 있다(즉, 도 4는 제1 실시예에 따른 패드의 구조임) 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 가로전선 및 세로전선이 서로 교차되도록 배치되되, 상호 간에는 절연물질로 보호되어 단락되지 아니한 상태를 유지한다. 이때, 교차점 부분의 가로전선 및 세로전선에는 일부 도체가 노출되도록 절연체가 벗겨지도록 구성될 수 있는데, 일정 전압 이상이 주어지는 경우 (+)극 전선에서 피부를 경유하여 (-)극 전선으로 전류가 흐를 수 있게 된다.

이때, 도 2와 같이 하나의 패드(120)를 구성할 수도 있지만, 2개의 패드를 구성할 수도 있다. 하나의 패드(120)를 구성하는 경우에는 패드(120)의 외곽부분을 그라운드(접지)로 설정할 수 있다.

패드를 두 개로 구성하는 경우에는 각 패드의 외곽부분을 그라운드로 설정하고, 각각의 패드의 그라운드는 나머지 다른 패드의 내측 전선에 전기적으로 연결되도록 구성할 수 있다. 이는 생체신호를 측정시 일정거리가 떨어져 있는 그라운드 접지가 필요한 경우를 위한 것이다.

예를 들어 피부 저항 측정 시, 좌측 손의 치료좌표들을 측정하는 경우 우측 손이 기준점이 되고, 우측 손의 치료점들을 찾을 때 좌측 손이 기준점이 되어야 손등의 서로 다른 점과 기준점간의 거리가 일정해서 각각의 피부저항 측정 시 기준점간의 거리에 의한 오차가 감소하기 때문이다. 실제 우측 손등의 피부저항 측정시에 하나의 패드는 좌측 손등에 고정시켜 놓고, 다른 하나의 패드를 우측 손등에 접촉하도록 하여 측정을 수행할 수 있다.

또한, 근전도와 신경전도를 측정할 때는 신경전도와 근전도의 전기적 신호가 가는 방향에 따라 라인(수직 또는 수평)으로 측정 가능하다.

즉, 상기 측정 방법은 도 2에 도시된 것과 같이 피부 접촉면에 위치한 A선과 B선을 통하여 통전하게 되며 이때는 저항측정기처럼 피부의 특정점을 측정하는 형식을 취한다. 전기는 거리가 가장 짧고 저항이 가장 낮은 방향으로 통전되기 때문에 전기저항과 같은 신호를 측정할 경우 A와 B의 사이에 가장 짧은 거리가 되는 곳(측정하려는 점)을 측정할 수 있게 된다.

따라서, 도 2에에서 A와 B선이 교차되는 부위가 측정점이 되며, 전기를 자극할 경우에는 같은 원리로 A와 B의 교차되는 부위에 전기가 통전되면서 전기적 자극이 신체부위에 주어지게 된다.

또, 다른 패드의 구조에 있어 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 반도체 소자를 이용한 구조를 들 수 있다.(즉, 도 5a 내지 도 5c는 제2 실시예에 따른 패드의 구조임)

도 5(a)를 참조하면, 피부점착패드(40)에는 가로전선(10) 및 세로전선(20)이 교차배선 되어 있으며, 가로전선(10)은 pnp형 트랜지스터(30)를 통하여 세로전선(20)으로 연결되어 있다.

도 5(b)에는 도 5(a)의 구조의 측면 단면도가 도시되어 있다. 즉, 맨 위에는 가로전선(10)이 형성되고, 가로전선(10)의 하부에는 pnp형 트랜지스터(30)가 배치되며, pnp형 트랜지스터(30)의 하부는 피부점착패드(40)에 접촉한다.

도 5(c)는 피부점착패드(40)를 나타내는 도면으로 피부점착패드(40)는 도전부(42) 및 비도전부(44)로 이루어진다. 도전부(42)는 pnp형 트랜지스터(30)의 하부에 대응되는 위치에 복수개로 형성되며 통전성 점착겔 또는 기타 도전 물질로 이루어질 수 있다. 비도전부(44)는 비전도성 물질로 이루어진다.

pnp형 트랜지스터(30)의 위쪽 p형 반도체는 이미터(Emitter)에 해당하며, 가운데 n형 반도체는 베이스(base)에 해당하며, 아래 p형 반도체는 컬렉터(Collector)에 해당한다. 가로전선(10)은 위쪽 p형 반도체 상부에 접착되고, 가운데 베이스에는 세로전선(20)이 접착된다. 트랜지스터는 베이스에 전류가 흐르는 것을 통하여 이미터에서 컬렉터 방향으로 전류가 흐르게 된다.

따라서, 이미터에 연결된 가로전선에 일정 전압의 전류가 흐르게 될 때, 베이스에 연결된 세로전선에 전류가 흐르지 않으면 컬렉터에 연결된 피부 방향으로 전류가 흐르지 않게 되고, 세로전선에 전류가 흐르면 컬렉터인 피부 방향으로 전류가 흐르게 된다.

만약, 원하는 좌표가 (A2, B10) 이라면(여기서, A는 가로전선 B는 세로전선을 의미하며, 숫자는 복수의 전선들의 일련번호를 의미한다), A2에 일정전압 이상의 전류가 통전되게 하고, B10에 전류가 흐르게 되면, (A2, B10)에 전류가 흐르게 된다.

이와 같은 방법은 여러 좌표를 동시에 자극할 때에도 이용할 수 있다. 즉, (A2, B10), (A2, B15), (A5, B15), (A3, B5)를 자극한다면, 가로전선 A2, A3, A5를 통전하고, 세로전선은 B5, B10, B15에 통전하면 상기 좌표에 전류가 흐르게 할 수 있다.

상기 방법은 피부 쪽으로 전류가 흐르게 하는 것이나, npn형 반도체를 이용하면 피부 쪽에서 전선 쪽으로 전류가 흐르게 할 수 있다.

즉, 위에서 pnp형을 예시로 설명하였으나, 피부쪽으로 전류를 흐르게 하거나, 피부쪽에서 전선쪽으로 전류를 흐르게 할 수 있는 것이라면, npn형 트랜지스터, pnp형 트랜지스터를 각각 사용하거나, 동시에 사용할 수도 있으며, 기타 반도체 소자를 이용할 수도 있을 것이다.

본 발명의 제어모듈(140)은 신체정보 획득시에는 1~10 V 의 전압 및 10~50 ㎂ 전류를 인가할 수 있으며, 전기자극 발생시에는 50~100 V 의 전압 및 5~20 ㎃ 의 전류를 인가할 수 있다.

위 실시예에서, 본 발명의 제어모듈(140)의 교차지점에 전위차를 발생시키거나, 반도체 소자를 제어하여 전류를 흐르게 하여 생체신호를 측정하는 것에 대해서 설명하였으나, 제어모듈(140)은 교차지점에 전위차나 전류를 흐르게 함이 없이 전류를 측정함으로써 생체신호를 측정할 수도 있다. 즉, 제어모듈(140)은 전류계 등의 구성을 포함함으로써 피부에 흐르는 미세 전류를 측정하도록 구성될 수도 있다.

따라서 이와 같은 방법으로 인체에서 발생하는 미세전류와 파형등의 생체전기신호를 측정하는 심전도(ECG), 뇌전도(EEG)등에 적용할 수 있다.

이하, 도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 전기 자극 장치가 환자의 생체신호를 획득하고, 전기 자극을 발생시키는 방법을 상세히 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전기 자극 장치의 동작을 설명하는 개략 순서도이다.

먼저, 패드(120)를 환자의 특정 신체부위에 올려 놓은 다음 각 교차지점에 대한 생체신호를 측정한다(S610). 앞에서 설명한 것과 같이, 가로전선(A1~A6)과 세로전선(B1~B6)은 일정 간격으로 배치되는데, 이렇게 배치하게 되면 교차되는 피부의 각 좌표(An, Bn)의 생체신호(예로 저항)을 구할 수 있으며, 또한 각 좌표에 전기 자극을 줄 수 있다.

예를 들어, A5의 가로전선과 B1의 세로전선의 스위치를 온(ON)으로 한 후, 이 두 가로전선 및 세로전선을 단자 역할로 하여 저항을 측정하면, 이 좌표 근처에서 저항값이 상이한 지점이 존재하는 경우가 있을 수 있다. 즉, 피부전기 저항값이 상이한 지점이 전기자극점이 된다.

피부전기저항이 상이한 점을 찾는 것을 예로 들었지만, 앞에서 언급한 바와 같이 전기의 전위차를 측정하는 도구인 근전도, 신경전도의 측정과, 근육의 전기적 자극 등에도 이용될 수 있음을 물론이다.

단계 610에서 모든 패드 좌표별 피부 저항이 측정되면, 교차지점의 피부저항의 전체 임피던스 평균값, 즉 제1 평균값을 계산한다(S620). 다음, 교차지점 중 피부저항값이 제1 평균값보다 작거나 같은 교차지점을 기준점으로 설정한다(S630).

그리고, 기준점에 대한 피부저항의 제2 평균값을 계산한다(S640). 이때, 기준점 중에서 제2 평균값 이하의 기준점을 치료지점으로 결정하고(S650), 치료지점에 전기자극을 발생시킨다(S660).

이때, 치료지점에 전기자극을 발생시키는 방법은, 각 좌표별로 순차적으로 전기자극을 발생시키는 등의 방법을 사용할 수 있는데, 구체적으로는 다음과 같다.

앞의 도 2를 참조하면, 가로전선(A1~A6) 및 세로전선(B1~B6)은 서로서로 교차지점이 존재하는데, (A1,B1), (A2,B2), (A3,B3) 등과 같이 서로 겹치지 않는 범위 내에서 동시에 전기 자극을 발생시킬 수 있다. 만약, 치료좌표가 5개가 존재한다면, 5개의 치료좌표 중 동시에 전기자극을 발생시킬 수 있는 치료좌표에 동시에 전기자극을 하고, 그 후 나머지 치료좌표에 전기자극을 하는 방법을 사용한다거나, 아예 처음부터 각각의 치료혈을 순차적으로 전기자걱을 하는 방법을 사용할 수도 있다. 또는, 랜덤 방식으로 일정 개수의 치료혈에 번갈아 가면서 전기 자극을 주는 방법도 사용이 가능하다.

이렇게, 치료혈에 전기자극을 주게 되면, 치료혈의 저항값이 처음보다 점점 평균에 가까워 지는데, 치료혈이 제2 평균값에 도달하면 치료가 된 것이므로 전기자극을 더 이상 주지 않을 필요가 있게 된다.

따라서, 치료지점의 피부저항 값이 모두 제2 평균값보다 크거나 같은지를 판단하고(S670), 이를 만족하는 경우, 전기 자극을 중지시킨다(S680).

만약, 이 조건을 만족하지 않으면 단계 610으로 다시 돌아가 패드 좌표별 저항을 처음부터 다시 측정함으로써 앞의 단계를 다시 반복한다. 이렇게 할 경우, 치료과정 중에 새로운 치료혈이 나타는 경우도 있어, 이러한 경우에도 대처가 용이하고 더욱 완벽한 치료가 될 수 있도록 자극량과 자극 시간을 조절하여 치료효율을 조절할 수 있다.

물론, 이때, 단계 610으로 돌아가지 않고, 단계 660으로 돌아가 치료지점의 피부저항값이 제2 평균값에 도달할때까지 전기자극을 주는 방법도 가능할 것이다.

다만, 치료가 되어도, 즉, 모든 치료혈의 임피던스가 평균값으로 이르게 되더라도 각 좌표의 평균값과 그 평균값 이하의 좌표(치료점), 전기저항이 평균값 이상인 좌표(치료점)이 존재하게 된다. 그러나, 이때는 그 좌표의 임피던스 값의 차이가 많이 줄어들게 되어 처음의 혈자리의 평균값과 치료혈의 평균값의 차이보다 줄어 있게 된다. 따라서, 일정 차이값 이하로(예를 들어, 처음의 두 값이 차이값보다 50% 이하로 줄어드는 경우) 감소하면 모든 혈이 치료된 것으로 인지하고 치료를 종료할 수 있다.

도 7은 실제 팔내측의 피부저항값의 분포도를 색으로 나타난 도면이다. 본 발명에 따른 메쉬 타입의 구조를 가지는 패드를 이용한 생체 전기신호 측정 및 전기자극장치에 의하면 도 7에 도시된 것과 같이 각 지점의 피부저항 등의 생체 전기 신호를 동시에 측정함과 동시에 필요한 곳에 전기 자극을 줄 수 있는 장점이 있다.

이상 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하였다. 하지만, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 기술된 것이고 본 발명의 내용을 이에 한정하거나 제한하기 위하여 기술된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예를 실시하는 것이 가능할 것이다, 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사항에 의해 정해져야 할 것이다.

100 : 생체 전기신호 측정 및 전기 자극 장치
120 : 패드
140 : 제어모듈

Claims (15)

1. 삭제
2. 삭제
3. 전기 자극을 위한 복수의 가로전선 및 세로전선이 교차되도록 형성되는 패드; 및
   상기 패드에 전기적으로 연결되어, 상기 가로전선 및 상기 세로전선이 교차되는 교차지점의 생체신호를 측정하여 환자의 신체상태정보를 획득하고, 상기 신체상태정보를 이용하여 상기 가로전선 및 상기 세로전선에 공급되는 전원을 제어하면서 전기 자극을 발생시키도록 하는 제어모듈을 포함하고,
   상기 제어모듈은 상기 교차지점에 흐르는 전기 신호를 측정할 수 있도록 구성되며,
   상기 가로전선 및 상기 세로전선은 교차되는 지점에서 일정한 간극을 가지도록 상호 이격되도록 배치되고,
   상기 제어모듈은 원하는 상기 교차지점에 연결되는 상기 가로전선 및 상기 세로전선 상호 간에 일정 전위차를 발생시킴으로써 전류를 흐르게 하여 전기 자극을 발생시키는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정 및 전기자극 장치.
   
4. 삭제
5. 전기 자극을 위한 복수의 가로전선 및 세로전선이 교차되도록 형성되는 패드; 및
   상기 패드에 전기적으로 연결되어, 상기 가로전선 및 상기 세로전선이 교차되는 교차지점의 생체신호를 측정하여 환자의 신체상태정보를 획득하고, 상기 신체상태정보를 이용하여 상기 가로전선 및 상기 세로전선에 공급되는 전원을 제어하면서 전기 자극을 발생시키도록 하는 제어모듈을 포함하고,
   상기 교차지점 부위는 도체인 전극 또는 전극용 접착겔로 형성되고, 상기 교차지점 주위는 부도체인 접착포 또는 접착겔로 형성되는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정 및 전기자극 장치.
   
6. 제3항에 있어서,
   상기 교차지점에서 상기 가로전선 및 상기 세로전선은 절연물질에 의하여 상호 절연되고,
   상기 간극에는 상기 전기 자극 발생시 저항을 줄이기 위한 도전 물질이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 생체 전기신호 측정 및 전기 자극 장치.
   
7. 삭제
8. 삭제
9. 전기 자극을 위한 복수의 가로전선 및 세로전선이 교차되도록 형성되는 패드; 및
   상기 패드에 전기적으로 연결되어, 상기 가로전선 및 상기 세로전선이 교차되는 교차지점의 생체신호를 측정하여 환자의 신체상태정보를 획득하고, 상기 신체상태정보를 이용하여 상기 가로전선 및 상기 세로전선에 공급되는 전원을 제어하면서 전기 자극을 발생시키도록 하는 제어모듈을 포함하고,
   상기 생체신호는 피부저항이며,
   상기 제어모듈은,
   측정된 상기 교차지점의 피부저항의 제1 평균값을 계산하고, 상기 교차지점 중 상기 제1 평균값 이하의 교차지점을 기준점으로 설정하고, 상기 기준점에 대한 피부저항의 제2 평균값을 계산하고, 상기 기준점 중 상기 제2 평균값 이하의 기준점을 치료지점으로 결정하여, 상기 치료지점에 상기 전기 자극을 발생시키는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정 및 전기자극 장치.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 제어모듈은,
    상기 치료지점 중 피부저항의 값이 상기 제2 평균값에 도달하면, 해당 치료지점에 대한 전기 자극을 중지시키는 것을 특징으로 하는 생체 전기신호 측정 및 전기 자극 장치.
    
11. 전기 자극을 위한 복수의 가로전선 및 세로전선이 교차되도록 형성되는 패드; 및
    상기 패드에 전기적으로 연결되어, 상기 가로전선 및 상기 세로전선이 교차되는 교차지점의 생체신호를 측정하여 환자의 신체상태정보를 획득하고, 상기 신체상태정보를 이용하여 상기 가로전선 및 상기 세로전선에 공급되는 전원을 제어하면서 전기 자극을 발생시키도록 하는 제어모듈을 포함하고,
    상기 생체신호는 전기신호이며,
    상기 제어모듈은,
    측정된 상기 교차지점의 전기신호 측정값의 표준편차를 계산하고, 상기 전기신호 측정값이 미리 설정된 임계값을 벗어나는 경우, 임계값을 벗어난 상기 전기신호 측정값을 제외하고 나머지 지점의 상기 전기신호 측정값을 활용하여 치료지점을 결정하고, 상기 치료지점에 전기 자극을 발생시키는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정 및 전기자극 장치.
    
12. 전기 자극을 위한 복수의 가로전선 및 세로전선이 교차되도록 형성되는 패드; 및
    상기 패드에 전기적으로 연결되어, 상기 가로전선 및 상기 세로전선이 교차되는 교차지점의 생체신호를 측정하여 환자의 신체상태정보를 획득하고, 상기 신체상태정보를 이용하여 상기 가로전선 및 상기 세로전선에 공급되는 전원을 제어하면서 전기 자극을 발생시키도록 하는 제어모듈을 포함하고,
    상기 생체신호는 전기신호이며,
    상기 제어 모듈은,
    환자의 특정 동작에서, 근육의 전기적 신호와, 신경의 전기적 신호의 변화량이 미리 설정된 임계값 이상인 부위를 찾아내어 해당 부위에 근수축을 위한 전기자극을 발생시키는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정 및 전기자극 장치.
    
13. 전기 자극을 위한 복수의 가로전선 및 세로전선이 교차되도록 형성되는 패드; 및
    상기 패드에 전기적으로 연결되어, 상기 가로전선 및 상기 세로전선이 교차되는 교차지점의 생체신호를 측정하여 환자의 신체상태정보를 획득하고, 상기 신체상태정보를 이용하여 상기 가로전선 및 상기 세로전선에 공급되는 전원을 제어하면서 전기 자극을 발생시키도록 하는 제어모듈을 포함하고,
    상기 생체신호는 전기신호이며,
    상기 제어 모듈은,
    환자의 특정 동작의 각 근육 전기신호와 신경 전기신호와 유사한 신호를 유발하는 근육과 신경의 전기자극 부위를 찾기 위하여 교차점에 순차적 전기자극을 가하여 근육수축 유발점과 신경자극 유발점을 찾고, 상기 유발점에 전기자극을 가하여 특정 동작을 위한 근수축을 유발하도록 제어하는 생체신호 측정 및 전기자극 장치.
    
14. 전기 자극을 위한 복수의 가로전선 및 세로전선이 교차되도록 형성되는 패드; 및
    상기 패드에 전기적으로 연결되어, 상기 가로전선 및 상기 세로전선이 교차되는 교차지점의 생체신호를 측정하여 환자의 신체상태정보를 획득하고, 상기 신체상태정보를 이용하여 상기 가로전선 및 상기 세로전선에 공급되는 전원을 제어하면서 전기 자극을 발생시키도록 하는 제어모듈을 포함하고,
    상기 생체신호는 전기신호이며,
    상기 제어 모듈은,
    상기 교차지점의 한 지점에 전기자극을 가한 후 다른 좌표에서의 전류 또는 전압 또는 파형을 검출하고, 전기자극을 가한 지점과 상기 다른 좌표 까지의 거리를 산출하는 생체신호 측정 및 전기자극 장치.
15. 삭제

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