KR101724602B1 - 거북목 측정 및 교정 치료기 - Google Patents

Abstract

거북목 측정 및 교정 치료기와 그 치료 방법이 개시된다. 사용자의 목 부위에서 변형된 근육의 근전도를 감지하는 근전도 센서(electromyogram sensor); 사용자의 목 부위의 기울기를 감지하는 기울기 감지 센서; 상기 사용자의 목 부위에 전기적 자극을 가하는 기능적 전기 자극기(functional electrical stimulator, FES); 상기 근전도 센서에서 감지된 근전도의 변화 또는 상기 기울기 감지 센서에서 감지된 목 부위의 기울기를 통해 해당 근육의 변형 여부를 판단하고, 판단 결과 해당 근육이 변형된 것으로 판단된 경우 상기 기능적 전기 자극기가 해당 근육 부위에 전기적 자극을 가하도록 제어하는 제어 모듈을 구성한다. 상술한 거북목 측정 및 교정 치료기와 그 치료 방법에 의하면, 거북목 자세가 되면 사용자의 목에 부착된 근전도 센서와 기울기 감지 센서가 목 근육의 근전도 변화 및 기울기를 실시간 감지하여 거북목 자세를 신속하고 정확하게 판단할 수 있으며 무엇보다도 정밀한 판단이 가능하다는 효과가 있다. 또한, 거북목 자세를 판단하는 즉시 기능적 전기 자극기에 의해 근육에 전기적 자극을 가함으로써, 거북목 자세를 실시간으로 교정할 수 있는 효과가 있다.

Description

거북목 측정 및 교정 치료기{APPARATUS OF DIAGNOSING AND CORRECTING TURTLE NECK SYNDROME}

본 발명은 거북목 증후군의 진단에 관한 것으로서, 구체적으로는 거북목 측정 및 교정 치료기에 관한 것이다.

장시간 컴퓨터를 사용하는 사람들은 무의식적으로 구부정한 자세로 앉아 있고 고개를 내밀고 있는 사람들이 많다. 고개를 내밀지 않고 모니터를 쳐다보다가도 시간이 지나면 목이 자연스럽게 앞으로 나오고 자세도 결국에는 변하게 된다.

도 1은 거북목 증후군을 나타내는 모식도이다.

도 1에서 보듯이, 거북목 증후군은 목을 앞으로 뺀 자세를 말한다. 앉은 자세에서 장시간 모니터를 보는 경우 발생하기 쉽다. 거북목 증후군은 연령과 나이에 무관하게 발생하며 심한 경우 통증을 유발할 수 있다.

이러한 거북목 증후군을 교정하거나 방지하기 위해 다양한 방안이 강구되고 있다.

등록특허공보 10-1402167은 거북목을 방지하기 위한 장치로서, 후크 형태로 이루어진 한 쌍의 어깨걸이와, 의자에 착탈 가능하게 결합될 수 있는 고정부를 이용하여 사용자의 등이 의자에 맞대어 자세가 유지되도록 하는 장치이다.

등록특허공보 10-1402167은 기구적으로 거북목을 방지할 수 있도록 구성되기 때문에, 사용자가 이를 직접 착용하고 자세를 유지하여야 한다.

한편, 등록특허공보 10-1443666은 거북목을 감지할 수 있는 장치로서, 사용자의 영상을 획득하여 영상을 분석하고, 이를 통해 사용자의 자세를 측정하도록 구성된다. 등록특허공보 10-1443666은 영상 분석을 통해 거북목인지를 판단하고 경고하도록 구성된다. 이에, 영상 분석만으로 이를 판단하기 때문에 상당한 오류가 발생할 수 있으며, 거북목 증후군이 심각하지 않고 조금씩 진행되는 초기 단계에서는 정확하게 진단하지 못하게 될 수도 있다는 문제점이 있다. 아울러 초기 설치 비용이 상당하게 소요될 수 있다는 문제점도 있다.

10-1402167 10-1443666

본 발명의 목적은 거북목 측정 및 교정 치료기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 거북목 측정 및 교정 치료 방법을 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 목적에 따른 거북목 측정 및 교정 치료기는, 사용자의 목 부위에서 변형된 근육의 근전도를 감지하는 근전도 센서(electromyogram sensor); 사용자의 목 부위의 기울기를 감지하는 기울기 감지 센서; 상기 사용자의 목 부위에 전기적 자극을 가하는 기능적 전기 자극기(functional electrical stimulator, FES); 상기 근전도 센서에서 감지된 근전도의 변화 또는 상기 기울기 감지 센서에서 감지된 목 부위의 기울기를 통해 해당 근육의 변형 여부를 판단하고, 판단 결과 해당 근육이 변형된 것으로 판단된 경우 상기 기능적 전기 자극기가 해당 근육 부위에 전기적 자극을 가하도록 제어하는 제어 모듈을 포함하도록 구성될 수 있다.

이때, 상기 근전도 센서에서 감지된 근전도, 상기 기울기 감지 센서에서 감지된 기울기, 상기 기능적 전기 자극기의 전기적 자극에 대한 수치 정보를 실시간으로 사용자 단말로 송신하는 블루투스 모듈을 더 포함하도록 구성될 수 있다.

그리고 상기 제어 모듈은, 상기 근전도 센서에서 감지된 근전도 또는 상기 기울기 감지 센서에서 감지된 기울기 중에서 상기 기능적 전기 자극기에서 가하는 전기적 자극(electrical stimulation, ES)에 의한 아티팩트(artifact) 또는 M-파(M-wave)를 제거하여 근전도의 변화를 판단하도록 구성될 수 있다.

그리고 상기 제어 모듈은, 그램-슈미트 직교화를 이용한 적응 알고리즘을 이용하여 상기 M-파의 아티팩트를 제거하도록 구성될 수 있다.

그리고 상기 기울기 감지 센서는, 액체의 수평 유지 여부를 통해 기울기를 감지하는 틸트 센서(tilt sensor) 및 각속도를 감지하는 자이로 센서(gyro sensor)로 구성될 수 있다.

상술한 본 발명의 다른 목적에 따른 거북목 측정 및 교정 치료 방법은, 근전도 센서(electromyogram sensor)가 사용자의 목 부위에서 변형된 근육의 근전도 또는 기울기 감지 센서가 사용자의 목 부위의 기울기를 감지하는 단계; 제어 모듈이 상기 근전도 센서에서 감지된 근전도의 변화 또는 상기 기울기 감지 센서에서 감지된 목 부위의 기울기를 통해 해당 근육의 변형 여부를 판단하는 단계; 상기 판단 결과 해당 근육이 변형된 것으로 판단된 경우, 상기 제어 모듈의 제어에 의해 기능적 전기 자극기(functional electrical stimulator, FES)가 상기 사용자의 목 부위에 전기적 자극을 가하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다.

여기서, 블루투스 모듈이 상기 근전도 센서에서 감지된 근전도, 상기 기울기 감지 센서에서 감지된 목 부위의 기울기, 상기 기능적 전기 자극기의 전기적 자극에 대한 수치 정보를 실시간으로 사용자 단말로 송신하는 단계를 더 포함하도록 구성될 수 있다.

그리고 상기 제어 모듈이 상기 근전도 센서에서 감지된 근전도의 변화 또는 상기 기울기 감지 센서에서 감지된 목 부위의 기울기를 통해 해당 근육의 변형 여부를 판단하는 단계는, 상기 제어 모듈이 상기 근전도 센서에서 감지된 근전도 또는 상기 기울기 감지 센서에서 감지된 기울기 중에서 상기 기능적 전기 자극기에서 가하는 전기적 자극(electrical stimulation, ES)에 의한 아티팩트(artifact) 또는 M-파(M-wave)를 제거하여 근전도의 변화를 판단하도록 구성될 수 있다.

그리고 상기 제어 모듈이 상기 근전도 센서에서 감지된 근전도의 변화 또는 상기 기울기 감지 센서에서 감지된 목 부위의 기울기를 통해 해당 근육의 변형 여부를 판단하는 단계는, 상기 제어 모듈이 그램-슈미트 직교화를 이용한 적응 알고리즘을 이용하여 상기 M-파의 아티팩트를 제거하고, 해당 근육의 변형 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.

그리고 상기 근전도 센서가 사용자의 목 부위에서 변형된 근육의 근전도 또는 기울기 감지 센서가 사용자의 목 부위의 기울기를 감지하는 단계는, 상기 액체의 수평 유지 여부를 통해 기울기를 감지하는 틸트 센서(tilt sensor) 및 각속도를 감지하는 자이로 센서(gyro sensor)가 사용자의 목 부위의 기울기를 감지하도록 구성될 수 있다.

상술한 거북목 측정 및 교정 치료기와 그 치료 방법에 의하면, 거북목 자세가 되면 사용자의 목에 부착된 근전도 센서와 기울기 감지 센서가 목 근육의 근전도 변화 및 기울기를 실시간 감지하여 거북목 자세를 신속하고 정확하게 판단할 수 있으며 무엇보다도 정밀한 판단이 가능하다는 효과가 있다.

또한, 거북목 자세를 판단하는 즉시 기능적 전기 자극기에 의해 근육에 전기적 자극을 가함으로써, 거북목 자세를 실시간으로 교정할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 거북목 증후군을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 거북목 측정 및 교정 치료기의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 기능적 전기 자극기의 착용 전후의 틸트 센서 출력 그래프이다.
도 4는 자발적 EMG 및 전기 자극을 대비하는 센서 출력 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 거북목 측정 및 교정 치료 방법의 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

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.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 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.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 거북목 측정 및 교정 치료기의 블록 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 거북목 측정 및 교정 치료기(100)는 근전도 센서(electromyogram sensor)(110), 기울기 감지 센서(120), 기능적 전기 자극기(functional electrical stimulator, FES)(130), 제어 모듈(140), 블루투스(bluetooth) 모듈(150), 사용자 단말(160)을 포함하도록 구성될 수 있다.

거북목 측정 및 교정 치료기(100)는 사용자의 목에 근전도 센서(110)와 기울기 감지 센서(120)를 부착하여 사용자의 목이 거북목 자세가 되는 것을 실시간으로 감지하도록 구성된다.

또한, 거북목 측정 및 교정 치료기(100)는 거북목 자세가 될 때 목 근육에 기능적 전기 자극기(130)를 이용하여 전기적 자극을 가함으로써, 거북목 자세를 즉시 교정하도록 구성된다.

이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.

근전도 센서(110)는 사용자의 목 부위의 근육의 근전도를 감지하도록 구성될 수 있다.

근전도 센서(110)는 거북목에 의해 변형된 근육의 근전도를 감지하도록 구성될 수 있다.

기울기 감지 센서(120)는 사용자의 목 부위의 기울기 변화를 감지하도록 구성될 수 있다.

기울기 감지 센서(120)는 거북목 자세에 의해 목이 기울어지는 것을 감지하도록 구성될 수 있다.

기울기 감지 센서(120)는 틸트 센서(tilt sensor) 및 자이로 센서(gyro sensor)로 구성될 수 있다.

틸트 센서는 액체의 수평 유지 여부를 통해 기울기를 감지하며, 이를 보완하여 자이로 센서가 목의 기울어짐에 의한 각속도를 감지하도록 구성될 수 있다.

기울기 감지 센서(120)는 틸트 센서 및 자이로 센서를 모두 이용하도록 구성되는 것이 바람직하다.

기능적 전기 자극기(130)는 근전도 센서(110)와 기울기 감지 센서(120)가 부착된 목 부위에 구비될 수 있다.

기능적 전기 자극기(130)는 사용자의 목 부위에 전기적 자극을 가하도록 구성될 수 있다.

제어 모듈(140)은 근전도 센서(110)에서 감지된 근전도의 변화를 통해 해당 근육의 변형 여부를 판단하고, 기울기 감지 센서(120)에서 감지된 목 부위의 기울기를 통해 해당 근육의 변형 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.

판단 결과 해당 근육이 변형된 것으로 판단된 경우 제어 모듈(140)은 기능적 전기 자극기(140)가 해당 근육 부위에 전기적 자극을 가하도록 제어하는 것으로 구성될 수 있다.

이때, 제어 모듈(140)은 근전도 센서(110)에서 감지된 근전도 중에서 상기 기능적 전기 자극기에서 가하는 전기적 자극(electrical stimulation, ES)에 의한 아티팩트(artifact) 또는 M-파(M-wave)를 제거하여 근전도의 변화를 판단하도록 구성되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 기능적 전기 자극기(130)의 전기적 자극에 의한 신호가 근전도 센서(110)의 감지 신호나 기울기 감지 센서(120)의 감지 신호와 혼합되어 판단에 혼선을 줄 수 있기 때문이다. 이러한 아티팩트와 M-파는 기능적 전기 자극기(130)에 의한 잡음 신호에 해당된다.

제어 모듈(140)은 그램-슈미트 직교화를 이용한 적응 알고리즘을 이용하여 M-파의 아티팩트를 제거하도록 구성되는 것이 바람직하다.

블루투스 모듈(150)은 근전도 센서(110)에서 감지된 근전도, 기능적 전기 자극기(130)의 전기적 자극에 대한 수치 정보를 실시간으로 사용자 단말(150)로 송신하도록 구성될 수 있다.

또한, 블루투스 모듈(150)은 가울기 감지 센서(120)에서 감지된 기울기, 기능적 전기 자극기(130)의 전기적 자극에 대한 수치 정보를 실시간으로 사용자 단말(150)로 송신하도록 구성될 수 있다.

여기서, 사용자 단말(150)은 PC(personal computer) 또는 스마트 폰이 될 수 있다.

도 3은 자발적 EMG 및 전기 자극을 대비하는 센서 출력 그래프이다.

거북목 측정 및 교정 치료기(100)는 사용자의 의지에 의거한 자발 EMG 신호와 자극 신호(electrical stimulation, ES)가 중복되어 나타난다. 자발적 EMG 신호는 자극 신호와 함께 검출되므로 불필요한 잡음을 만든다. 이러한 잡음을 제거하고 사용자의 의지에 의한 자발 EMG 신호만을 검출할 필요가 있다.

도 3을 참조하면, 자발 전기 자극의 크기에 따른 전기 자극 강도 조절 과정이 개시되어 있다. 도 3의 (a)는 전기 자극과 자발 근전도의 혼합신호를 나타내고, 도 3의 (b)는 필터링 후 검출된 자발 근전도를 나타낸다. 그리고 도 3의 (c)는 자발 근전도의 진폭을 나타내고, 도 3의 (d)는 도 3의 진폭의 크기에 비례하는 따른 전기 자극 출력을 나타낸다.

도 4는 아티팩트 제거 전후의 근전도 센서 출력 그래프이다.

아티팩트를 제거하기 위한 필터는 윈도우 블랭킹(window blanking)을 이용한 아날로그 필터와 디지털 필터를 결합한 것이 유용하지만, 여러 입력 신호에 첨가된 아티팩트를 제거하기에는 부족함이 있다. 이를 위해 그램-슈미트 필터를 이용하는 것이 바람직하다.

도 4의 그래프는 그램-슈미트 필터를 이용한 아티팩트 제거 전후의 출력치를 나타내고 있다.

도 5는 본 발명에 따른 거북목 측정 및 교정 치료 방법의 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 근전도 센서(electromyogram sensor)(110)가 사용자의 목 부위에서 변형된 근육의 근전도를 감지하거나 또는 기울기 감지 센서(120)가 사용자의 목 부위의 기울기를 감지한다(S101).

이때, 기울기 감지 센서(120)는 틸트 센서(tilt sensor) 및 자이로 센서(gyro sensor)로 구성될 수 있다.

틸트 센서는 액체의 수평 유지 여부를 통해 기울기를 감지하도록 구성되며, 자이로 센서는 각속도를 감지하도록 구성되며, 이를통해 사용자의 목 부위의 기울기를 감지하도록 구성될 수 있다.

다음으로, 제어 모듈(140)이 근전도 센서(110)에서 감지된 근전도의 변화 또는 기울기 감지 센서(120)에서 감지된 목 부위의 기울기를 통해 해당 근육의 변형 여부를 판단한다(S102).

여기서, 제어 모듈(140)이 근전도 센서(110)에서 감지된 근전도 또는 기울기 감지 센서(120)에서 감지된 목 부위의 기울기 중에서 기능적 전기 자극기(functional electrical stimulator, FES)(130)에서 가하는 전기적 자극(electrical stimulation, ES)에 의한 아티팩트(artifact) 또는 M-파(M-wave)를 제거하여 근전도의 변화를 판단하도록 구성될 수 있다.

그리고 제어 모듈(140)이 콤보 필터(combo filter), 웨이블릿 적응 필터(wavelet adaptive filter), 그램-슈미트 필터(Gram-Schmidt filter)를 이용하여 아티팩트 또는 M-파를 제거하고 해당 근육의 변형 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.

한편, 판단 결과 해당 근육이 변형된 것으로 판단된 경우(S103), 제어 모듈(140)의 제어에 의해 기능적 전기 자극기(130)가 사용자의 목 부위에 전기적 자극을 가한다(S104).

다음으로, 블루투스 모듈(150)이 근전도 센서(110)에서 감지된 근전도, 기울기 감지 센서(120)에서 감지된 목 부위의 기울기, 기능적 전기 자극기(130)의 전기적 자극에 대한 수치 정보를 실시간으로 사용자 단말로 송신한다(S105).

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

110: 근전도 센서
120: 기울기 감지 센서
130: 기능적 전기 자극기
140: 제어 모듈
150: 블루투스 모듈
160: 사용자 단말

Claims (10)

1. 사용자의 목 부위에서 변형된 근육의 근전도(electromyogram)를 감지하는 근전도 센서(electromyogram sensor);
   액체의 수평 유지 여부를 통해 기울기를 감지하는 틸트 센서(tilt sensor) 및 상기 틸트 센서를 보완하여 목의 기울어짐에 의한 각속도를 감지하는 자이로 센서(gyro sensor)로 구성되는 기울기 감지 센서;
   상기 사용자의 목 부위에 전기적 자극을 가하는 기능적 전기 자극기(functional electrical stimulator, FES);
   상기 근전도 센서에서 감지된 근전도의 변화 및 상기 기울기 감지 센서에서 감지된 목 부위의 기울기가 사용자의 전방으로 기울어지는지를 통해 해당 근육의 변형 여부 및 거북목 여부를 판단하고, 판단 결과 해당 근육이 변형되고 거북목 자세가 된 것으로 판단된 경우 상기 기능적 전기 자극기가 해당 근육 부위에 전기적 자극을 가하도록 제어하는 제어 모듈;
   상기 근전도 센서에서 감지된 근전도, 상기 기울기 감지 센서에서 감지된 기울기, 상기 기능적 전기 자극기의 전기적 자극에 대한 수치 정보를 실시간으로 사용자 단말로 송신하는 블루투스 모듈을 포함하고,
   상기 제어 모듈은,
   그램-슈미트 직교화를 이용한 적응 알고리즘을 이용하여 상기 근전도 센서에서 감지된 근전도 및 상기 기울기 감지 센서에서 감지된 기울기 중에서 상기 기능적 전기 자극기에서 전기적 자극(electrical stimulation, ES)이 가해지는 동안 상기 전기적 자극에 의해 발생되는 아티팩트(artifact) 또는 M-파(M-wave)를 제거하여 상기 사용자의 자발적 근전도를 추출하고, 추출된 자발적 근전도의 변화를 판단하여 거북목 여부를 판정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 거북목 측정 및 교정 치료기.
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