KR101827986B1 - 착용형 진동 자극 장치 및 그 작동 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 본 발명은 착용형 진동 자극 장치로서, 진동 자극의 프로토콜이 저장되는 데이터 저장부; 프로토콜을 기초로 소정의 진폭과 주파수를 갖는 진동 자극을 발생하는 진동부; 진동부로부터 발생한 진동 자극의 진폭과 주파수를 계측하는 계측부; 및 진동부와 계측부를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 프로토콜을 기초로 하는 진동 자극과 진동부로부터 발생한 진동 자극을 비교하여, 진동부를 제어하는 착용형 진동 자극 장치와 그 작동 방법을 제공할 수 있다.

Description

착용형 진동 자극 장치 및 그 작동 방법{WEARABLE VIBRATORY STIMULATION DEVICE AND OPERATIONAL METHOD THEREOF}

본 발명은 착용형 진동 자극 장치 및 그 작동 방법으로, 구체적으로, 뇌신경계질환 등으로 인하여 거동에 불편을 겪는 사람들의 보행보조 및 재활을 돕기 위한 것으로서, 착용형 진동 자극 장치 및 이를 운용하는 작동 방법에 관한 것이다.

고령화 또는 각종 질환의 결과로서, 신체의 일부분이 마비되어 거동에 불편을 겪는 사람들의 재활을 돕기 위해 외부로부터 인체에 자극을 가하게 되는 방법들이 적용되고 있다.

기존의 방법들에 의하면 힘줄(tendon)이나 근육(muscle)에 미세한 진동자극을 가할 경우 감각 신경이 자극됨으로써 마비증세가 완화되어 더욱 쉽게 근육을 움직일 수도 있고, 근육의 경직을 완화시킬 수 있음이 보고되었다.

이러한 기존의 방법에 따른 종래 기술의 예시로서, 도 7에 기재된 바와 같이, 특허 제1383059호에 기재된 진동 자극 장치(1000)는 모션 캡쳐 장치(1005)를 통해 착용자의 보행 모션을 파악하고, 이를 데이터 베이스(1002)와 비교하여 보행 훈련자의 특정 부위에 가진부(1004)를 통해 진동 자극을 가한다.

그러나, 종래 기술에 기재된 진동 자극 장치(1000)는 착용자의 보행을 전제로 하여, 근육에 진동을 가하여 보행을 보정하는 장치이기 때문에, 보행이 매우 어려운 착용자에게는 실효성이 크게 떨어진다.

또한, 종래 기술에 기재된 진동 자극 장치(1000)는 데이터 베이스(1002)와의 비교를 통해 진동 자극을 가할 뿐, 이러한 진동 자극이 착용자에게 미치는 영향이나, 최적의 자극 효과를 줄 수 있는 방법에 대해서는 고려를 하고 있지 않으므로, 실제 착용자에게 효율적인 자극을 줄 수 있는 방법에 대해서는 미흡하다.

종래 문헌 : 한국특허 제1383059호

따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하고, 뇌신경계 기능저하로 인하여 근육에 경직 또는 강직 현상이 발생하여, 거동에 불편을 겪는 환자 또는 장애인들에게 보행 보조기능을 부여하는 착용형 진동자극장치를 운영함에 있어, 최적의 맞춤형 진동자극 프로토콜을 제공할 수 있다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 착용형 진동 자극 장치로서, 진동 자극의 프로토콜이 저장되는 데이터 저장부; 프로토콜을 기초로 소정의 진폭과 주파수를 갖는 진동 자극을 발생하는 진동부; 진동부로부터 발생한 진동 자극의 진폭과 주파수를 계측하는 계측부; 및 진동부와 계측부를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 프로토콜을 기초로 하는 진동 자극과 진동부로부터 발생한 진동 자극을 비교하여, 진동부를 제어하는 착용형 진동 자극 장치을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 제어부는 기준 호프만 반사값과 진동 자극 이후의 호프만 반사값을 비교하여, 진동 자극의 효율을 판정하는 판정부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 유선 또는 무선의 통신을 통해, 제어부 및 데이터 저장부와 정보 및 데이터를 교환하는 통신부를 더 포함하고, 통신부는 착용자의 운동 조건에 따라 진동 자극의 프로토콜을 실시간으로 선택 및 적용할 수 있는 착용형 진동 자극 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 진동부는, 착용자의 근육에 진동 자극을 가할 수 있다.

또한, 본 발명의 제어부는, 착용자의 운동 조건을 실시간으로 반영하고, 운동 조건에 따라 진동 자극의 프로토콜을 선택할 수 있다.

또한, 본 발명은 전술한 착용형 진동 자극 장치를 작동하는 방법으로서, 진동 자극의 프로토콜을 준비하는 단계; 진동 자극의 프로토콜에 따라 진동부를 구동하여, 소정의 진폭과 주파수를 갖는 진동 자극을 발생하는 단계; 진동 자극을 착용자에게 가하는 단계; 및 착용자에게 가해지는 실제 진동 자극과, 진동부의 진동 자극을 비교하는 단계를 포함하는 착용형 진동 자극 장치의 작동 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 진동 자극의 프로토콜을 준비하는 단계는, 통신부를 통해 최신의 진동 자극 프로토콜이 존재하는지를 확인하여 적용할 수 있다.

또한, 본 발명은 기준 호프만 반사값과 진동 자극 이후의 호프만 반사값을 비교하여, 진동 자극의 효율을 측정하는 단계를 더 포함하는 착용형 진동 자극 장치의 작동 방법을 제공할 수 있다.

본 발명은 데이터 저장부에 기록된 진동자극 프로토콜, 즉, 진폭, 주파수, 자극 시간과 휴지기 등의 정보들을 이용하여 진동 자극을 발생시키고, 착용자에게 진동 자극을 부가함으로써 거동에 불편을 겪는 환자 또는 장애인들의 보행 보조 및 하고 재활치료 효과를 최대화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 착용형 진동 자극 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 착용형 진동 자극 장치의 작동 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따라 착용자에게 진동 자극을 부여하고, 호프만 반사값(Hoffman‘s reflex)을 측정하는 개략적인 개념도와 실제 시험 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 국소 근육 진동 자극 효과를 평가하기 이한 진동 자극 프로토콜을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 진동 자극 효과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 진동 자극 장치를 이용하여, 주파수와 진폭을 달리하는 효과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 종래 기술의 진동 자극 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 기준으로 본 발명의 바람직한 실시 형태를 통하여, 본 발명에 따른 착용형 진동 자극 장치 및 이를 운용하는 작동 방법에 대하여 설명하기로 한다.

설명에 앞서, 여러 실시 형태에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시 형태에서 설명하고, 그 외의 실시 형태에서는 다른 구성 요소에 대해서만 설명하기로 한다.

일반적으로, 외부로부터 인체에 물리적 자극이 가해지면 인체는 감각 신경세포를 통하여 자극을 인지하고, 그 신호를 뇌와 척수로 전달하게 되며 인체는 운동 신경세포를 통하여 제어신호를 보냄으로써 자극에 대응하게 된다.

또한, 말초신경에 자극이 가해지면 운동 신경을 통해 직접 근육으로 전달되는 M-wave (근육파)와 자극이 감각 말초신경을 따라 척수로 전달되어 단일 시냅스 연결을 통해 운동 신경으로 전달되어 근육으로 되돌아오게 되는데, 이 때, 호프만 반사(Hoffman‘s reflex)의 지연 정도 및 문턱값을 비교하여, 그 차이를 정량화함으로써 신경계의 장애여부를 검사할 수 있다.

즉, 신경장애가 발생한 경우에는 호프만 반사의 크기가 정상인의 경우보다 상대적으로 커지는 경향을 보이게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 착용형 진동 자극 장치(100)의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 착용형 진동 자극 장치(100)는, 판정부(111)를 포함하는 제어부(110), 데이터 저장부(120), 계측부(130), 진동부(140) 및 통신부(150)로 구성될 수 있다.

데이터 저장부(120)는 진동 자극의 프로토콜(protocol)이 저장되어 있으며, 진동부(140)는 이러한 프로토콜을 기초로 하여 소정의 진폭과 주파수를 갖는 진동 자극을 발생할 수 있다.

또한, 계측부(130)는 착용형 진동 자극 장치(100)을 착용한 착용자(도시하지 않음)에게 가해진 진동 자극의 진폭과 주파수를 계측할 수 있으며, 제어부(110)를 통하여 진동부(140)와 계측부(130)를 제어할 수 있다.

한편, 제어부(110)는 전술한 프로토콜을 기초로 하는 진동 자극과 진동부(140)에서 발생하는 진동 자극을 서로 비교하여, 진동부(140)를 제어할 수 있다. 진동부(140)의 제어에 대한 좀 더 구체적인 사항은 후술하기로 한다.

제어부(110)는 소형 컴퓨터 또는 모바일 기기 등으로 구성될 수 있으며, 특히, 착용자의 기준 호프만 반사값과 진동 자극 이후의 착용자의 호프만 반사값을 서로 비교하여, 진동 자극의 효율을 판단할 수 있는 판정부(111)를 더 포함할 수 있다.

또한, 제어부(110)는 잡음을 포함하는 착용자의 신체 움직임 정보에 대한 신호로부터, 사용자에게 가해지는 진동 자극을 보다 정확히 추정하기 위한 필터(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 착용형 진동 자극 장치(100)는 유선 또는 무선을 통해, 제어부(110) 및 데이터 저장부(120)와 정보 및 데이터를 교환하는 통신부(150)를 더 포함할 수 있고, 이러한 통신부(150)는 착용자의 운동(움직임) 조건에 따라 진동 자극의 프로토콜을 실시간으로 선택하고 적용할 수 있다.

따라서, 제어부(110)는 착용자의 운동 조건을 실시간으로 반영하는 것이 가능해지고, 이러한 착용자의 운동 조건에 따라 진동 자극의 프로토콜을 실시간으로 선택할 수도 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 착용형 진동 자극 장치(100)의 작동 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 착용형 진동 자극 장치(100)를 가동시키면 우선 프로토콜 설정단계로 진입하여 최신의 진동 자극 프로토콜이 존재하는지를 확인하여, 진동 자극에 필요한 프로토콜을 준비(S1)하게 된다. 이는 착용자로 하여금 최적의 신경장애 개선효과를 통하여 보행보조 및 재활효과를 극대화하기 위한 과정이다. 또한, 전술한 바와 같이, 통신부(150)를 통하여 외부와 연결하고 최신 프로토콜 여부를 체크하고 필요한 경우 업그레이드를 진행할 수 있다.

다음으로, 프로토콜 준비가 완료된 후에는 데이터 저장부(120)에 탑재된 프로토콜을 읽어들이고, 이를 기초로 진동부(140)를 구동하여, 소정의 진폭과 주파수를 가지는 진동을 발생시키고 이를 극소 근육에 적용하게 된다(S2). 또한, 그와 동시에 계측부(130)는 가해지는 진폭과 주파수를 계측하여 설정값과 비교하면서(S3), 허용오차범위 내에서 진동 자극 장치(100)가 가동되도록 제어하게 된다(S4).

일 세트의 프로토콜 적용이 종료되면, 전체 진동 자극 계획에 맞게 운용이 완료되었는지 확인하고(S5), 모든 프로토콜 세트를 진행한 경우 진동 자극을 중단하게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따라 착용자에게 진동 자극을 부여하고, 호프만 반사값(Hoffman‘s reflex)을 측정하는 개략적인 개념도(도 3a)와 실제 시험 사진(도 3b 및 도 3c)이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 진동 자극 장치(100)는 국소 부위의 근육에 직접적인 진동 자극을 가하게 되므로, 힘줄(tendon)에 진동 자극을 가하는 것보다 신경 장애 개선 효과가 향상될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 국소 근육 진동 자극 효과를 평가하기 이한 진동 자극 프로토콜을 나타낸다. 도 4를 참고하면, 진동 자극을 가하기 전에 기준이 되는 기준 호프만 반사값을 계측한다. 이후, 국소 부위의 근육에 진동을 가하고, 진동 자극 시작 후 1분, 5분, 10분의 시점에 진동 자극이 가해지는 상태에서 착용자의 호프만 반사값을 각각 측정한다. 또한, 총 10분의 진동 자극을 가한 후 5분 동안 진동을 멈추고, 진동 자극을 멈춘 후 1분, 5분의 시점에 각각 호프만 반사값을 측정한다. 이후, 5분 동안 휴지기를 가짐으로써, 이전의 진동 자극에 의해 나타날 수 있는 제반 효과를 제거할 수 있도록 하였다. 또한, 진동 자극 전에 측정한 기준 호프만 반사값과, 나머지 5번의 호프만 반사값을 서로 비교하고 평가한다. 이러한 호프만 반사값의 비교 실험을 총 3세트 실시하고 결과를 평가할 수 있었다.

도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 진동 자극 효과를 나타내는 그래프로서, 아킬레스건과 종아리 근육에 진동 자극을 가하고, 전술한 도 4의 방법을 이용하여, 호프만 반사값의 변화를 비교하였다. 도 5를 참고하면, 두 실험 모두 진동 자극을 가한 경우, 호프만 반사값의 크기가 감소하는 것을 볼 수 있으므로, 진동 자극을 통해 신경 장애를 개선할 수 있음을 예상할 수 있었다.

한편, 아킬레스건에 진동 자극을 가한 경우에는, 자극 전과 비교하여 호프만 반사값이 10% 정도 감소한 반면 종아리근육에 진동 자극을 가한 경우에는 25% 이상 감소하고 있음을 알 수 있다. 따라서, 힘줄(tendon)보다는 근육(muscle)에 진동 자극을 가하는 것이 신경 장애 개선 효과가 훨씬 우수함을 알 수 있다.

또한, 전술한 시험에 있어서, 시험 프로토콜을 국소 부위의 근육(종아리)에 적용할 때, 진동 자극의 주파수와 진폭값이 인체에 미치는 영향을 파악하였다. 이 때, 주파수는 40, 80, 120Hz 세 가지와, 진폭은 100, 300, 500㎛의 세 가지를 변수로 하여 비장애인을 대상으로 시험을 실시하였고, 그 결과를 도 6a 및 도 6b에 나타내었다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 진폭이 100㎛일 때, 주파수를 40, 80, 120Hz로 변경하면서 진동 자극을 종아리근육에 가한 결과, 호프만 반사값은 진동 자극 이전보다 20% 이상 감소하는 것을 볼 수 있었고, 통계 분석 결과 주파수 간의 차이는 유의성이 없는 것으로 나타났다. 다만, 주파수가 40Hz인 경우에는 진동부(140)의 회전 안전성이 불량하고, 120Hz인 경우에는 과도한 회전수로 인하여 착용자에게 불쾌감을 유발할 수 있을 뿐만 아니라, 전체 진동 자극 장치(100)의 안전성이 저하될 우려가 있으므로, 진동 자극의 주파수는 80Hz가 바람직한 것으로 판단된다.

도 6b는 주파수를 80Hz로 두고, 진폭을 100, 300, 500㎛로 변경하면서 진동 자극을 종아리 근육에 가한 결과를 나타낸 것이다. 진폭이 100㎛인 경우 호프만 반사값이 진동 자극 이전보다 30% 이상 감소한 반면, 진폭이 300, 500㎛인 경우에는 호프만 반사값이 진동 자극 이전보다 각각 60% 가까이 감소함으로써 진폭이 100㎛인 경우보다 그 효과가 월등함을 알 수 있었다.

또한, 통계 분석 결과 진폭이 300㎛인 경우와 500㎛인 경우에는, 진폭에 따른 호프만 반사값의 감소에 대한 영향은 유의성이 없는 것으로 나타났다. 다만, 진폭이 500㎛인 경우에는 과도한 자극으로 인하여 착용자가 불쾌감을 느끼는 사례가 관찰되었으므로, 진동 자극의 진폭은 300㎛인 것이 바람직하다.

전술한 설명들을 참고하여, 본 발명이 속하는 기술 분야의 종사자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로, 지금까지 전술한 실시 형태는 모든 면에서 예시적인 것으로서, 본 발명을 상기 실시 형태들에 한정하기 위한 것이 아님을 이해하여야만 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 균등한 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명은 보행 보조를 위한 착용형 진동 자극 장치 및 그 작동 방법을 제공할 수 있으며, 이를 통해, 뇌신경 질환 등으로 인하여 거동이 불편한 자의 보행을 보조하는 의료 보조 기기 또는 재활용 의료 기기 개발에 이용될 수 있다.

100 착용형 진동 자극 장치
110 제어부
111 판정부
120 데이터 저장부
130 계측부
140 진동부
150 통신부

Claims (8)

1. 착용자의 근육에 진동을 가하여 착용자의 신경 장애 개선을 위한 착용형 진동 자극 장치로서,
   진동 자극의 프로토콜이 저장되는 데이터 저장부;
   상기 프로토콜을 기초로 300㎛의 진폭과 소정의 주파수를 갖는 진동 자극을 발생하는 진동부;
   상기 진동부로부터 발생한 진동 자극의 진폭과 주파수를 계측하는 계측부; 및
   상기 진동부와 상기 계측부를 제어하는 제어부를 포함하고,
   상기 제어부는, 상기 프로토콜을 기초로 하는 진동 자극과 상기 진동부로부터 발생한 진동 자극을 비교하여, 상기 진동부를 제어하고,
   상기 제어부는, 기준 호프만 반사값과 상기 진동 자극 이후의 호프만 반사값을 비교하여, 상기 진동 자극의 효율을 판정하는 판정부와; 착용자의 신체 움직임 정보에 대한 신호를 필터링하는 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 장애 개선을 위한 착용형 진동 자극 장치.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   유선 또는 무선의 통신을 통해, 상기 제어부 및 상기 데이터 저장부와 정보 및 데이터를 교환하는 통신부를 더 포함하고,
   상기 통신부는 착용자의 운동 조건에 따라 진동 자극의 프로토콜을 실시간으로 선택 및 적용할 수 있는 것을 특징으로 하는 신경 장애 개선을 위한 착용형 진동 자극 장치.
   
4. 삭제
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 제어부는, 착용자의 운동 조건을 실시간으로 반영하고, 상기 운동 조건에 따라 상기 진동 자극의 프로토콜을 선택할 수 있는 것을 특징으로 하는 신경 장애 개선을 위한 착용형 진동 자극 장치.
   
6. 제 1 항에 기재된 착용형 진동 자극 장치를 작동하는 방법으로서,
   진동 자극의 프로토콜을 준비하는 단계;
   상기 진동 자극의 프로토콜에 따라 진동부를 구동하여, 300㎛의 진폭과 소정의 주파수를 갖는 진동 자극을 발생하는 단계;
   상기 진동 자극을 신경 장애를 갖는 착용자에게 가하는 단계;
   상기 착용자에게 가해지는 실제 진동 자극과, 상기 진동부의 진동 자극을 비교하고, 상기 착용자의 신체 움직임 정보에 대한 신호를 필터링하는 단계; 및
   기준 호프만 반사값과 상기 진동 자극 이후의 호프만 반사값을 비교하여, 상기 진동 자극의 효율을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 장애 개선을 위한 착용형 진동 자극 장치의 작동 방법.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 진동 자극의 프로토콜을 준비하는 단계는, 통신부를 통해 최신의 진동 자극 프로토콜이 존재하는지를 확인하여 적용하는 것을 포함하는 신경 장애 개선을 위한 착용형 진동 자극 장치의 작동 방법.
   
8. 삭제

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