KR102027398B1 - 방향성 자극을 인가하는 웨어러블 타입의 근육 자극 장치 및 그것의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 뇌 손상 환자 등이 근육 재활 훈련을 하는데 있어서 효과적일 수 있도록 전기나 진동 등의 자극을 주기 위한 장치 및 이를 제어하는 방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 근육 재활 운동 시 근육을 자극하기 위한 장치에 있어서, 재활 훈련자의 신체 일부에 착용되기 위한 착용부, 상기 신체 일부에 착용된 상태에서, 상기 재활 훈련자의 근육에 방향성 자극을 인가하는 자극생성부, 및 상기 자극생성부의 자극 인가 패턴을 제어하기 위한 제어부를 포함하는, 근육 자극 장치에 관한 것이다.

Description

방향성 자극을 인가하는 웨어러블 타입의 근육 자극 장치 및 그것의 제어 방법{MUSCLE STIMULATING WEARABLE APPARATUS FOR DIRECTIONAL STIMULATION AND CONTROLLING METHOD THEREOF}

본 발명은 근육을 자극하는 장치 및 그것을 제어하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 방향성 자극을 통하여 재활을 효과적으로 보조해 줄 수 있는 장치에 관한 것이다.

기능적 전기 자극(FES, functional electrical stimulation)은 마비된 근육에 적절한 강도의 전기 자극을 순차적으로 가하여 주어진 기능을 수행하도록 하는 치료 행위를 말한다. 다시 말해, 근육을 움직이게 하는 전기 자극을 주어 근육이 제 기능을 할 수 있도록 도와줄 뿐만 아니라, 근육이 상부운동신경계와 단절된 뒤 나타나는 근위축을 방지하거나 지연시켜 근육의 기능이 퇴화하는 것을 막고, 근육이 가지는 본래의 운동 기능을 지속할 수 있도록 재교육하는 효과를 가진다. 전자의 경우를 좁은 의미의 기능적 전기 자극이라 하며, 후자의 경우를 신경근 전기 자극이라고 하며, 넓은 의미의 기능적 전기 자극은 두 가지를 모두 포함한다.

뇌나 척수 등이 손상된 환자는, 근육을 본인의 의지대로 움직일 수 없기 때문에 회복을 위해서는 지속적인 재활 훈련이 요구된다. 뇌나 척수가 손상된 경우, 근육을 움직이는데 필요한 신호가 근육에 제대로 전달되지 못한다. 그렇기 때문에, 해당 근육에 신호를 제대로 전달하기 위해서는, 재활 보조자의 지속적인 보조가 필요하다.

재활 훈련을 진행하는 동안 재활 보조자는, 움직이는데 필요한 근육에 지속적으로 자극을 인가하는 방식을 통하여, 재활 훈련자의 뇌가 해당 근육을 인식하고 힘을 줄 수 있도록(즉, 근육을 움직이는데 필요한 신호를 보내도록) 유도한다. 이때 인가되는 자극은, 상술한 FES이거나 근육을 두드리는(일명, 태핑) 진동 자극일 수도 있다.

하지만, 재활 훈련을 하는데 있어서 오랜 시간이 소요될 뿐만 아니라, 재활 보조자의 인력 부족 등의 이유로 인하여 이러한 재활 보조자의 역할을 대체할 수 있는 장치 및 시스템에 대해 연구가 요구되는 실정이다.

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 효과적인 재활 훈련을 보조해 줄 수 있는 근육 자극 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 근육 재활 운동 시 근육을 자극하기 위한 장치에 있어서, 재활 훈련자의 신체 일부에 착용되기 위한 착용부; 상기 신체 일부에 착용된 상태에서, 상기 재활 훈련자의 근육에 방향성 자극을 인가하는 자극생성부; 및 상기 자극생성부의 자극 인가 패턴을 제어하기 위한 제어부를 포함하는, 근육 자극 장치 를 제공한다.

본 발명에 따른 근육 자극 장치 및 그것의 제어 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 재활 보조자의 역할을 대체할 수 있는 장치를 제공해 줄 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 재활 훈련자의 훈련 효율을 비약적으로 증대시켜, 뇌나 척수 등의 손상 환자가 빠르게 마비된 근육을 회복시킬 수 있다는 장점이 있다.

본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 근육 자극 장치(100)의 개념도를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 근육 자극 장치(100)의 착용 상태도를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 근육 자극 장치(100)의 블록도를 도시하는 도면이다.
도 4 내지 도 6은 근수축의 종류를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 방향성 자극을 인가하기 위한 방법을 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라, 자극의 방향성을 설정하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따라 자극의 방향이 근육을 향하는 것을 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 근육 자극 장치(100)의 제어 순서도를 도시하는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

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.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 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.

뇌나 척수 등이 손상된 환자는, 근육을 본인의 의지대로 움직일 수 없기 때문에 회복을 위해서는 지속적인 재활 훈련이 요구된다. 뇌나 척수가 손상된 경우, 근육을 움직이는데 필요한 신호가 근육에 제대로 전달되지 못한다. 그렇기 때문에, 해당 근육에 신호를 제대로 전달하기 위해서는, 재활 보조자의 지속적인 보조가 필요하다.

재활 훈련을 진행하는 동안 재활 보조자는, 움직이는데 필요한 근육에 지속적으로 자극을 인가하는 방식을 통하여, 재활 훈련자의 뇌가 해당 근육을 인식하고 힘을 줄 수 있도록(즉, 근육을 움직이는데 필요한 신호를 보내도록) 유도한다. 이때 인가되는 자극은, 상술한 FES이거나 근육을 두드리는(일명, 태핑) 진동 자극일 수도 있다.

재활 훈련을 진행하는 동안 근육에 특정 패턴의 자극이 인가될 경우 재활 훈련에 굉장히 효과적일 수 있다. 여기서 특정 패턴의 자극이라 함은, 근육의 수축이나 이완 방향와 일치되는 형태의 방향성을 가지는 자극이다.

즉, 재활 훈련자가 근육을 수축하는 방향으로 힘을 주어야 할 때에는 수축하는 방향과 일치하는 형태로 자극의 방향성을 가해주는 것이다. 반대로 근육을 이완하는 방향으로 힘을 주어야 할 때에는 이완하는 방향으로의 방향성을 가지는 자극을 인가해 줄 수 있을 것이다.

이하, 도면과 함께 본 발명의 실시예에 대해서 구체적으로 살펴보기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 근육 자극 장치(100)의 개념도를 도시하는 도면이다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 근육 자극 장치(100)의 착용 상태도를 도시하는 도면이다.

도 1 (a)는 사시도를 도시하고 있으며 (b)는 근육 자극 장치(100)를 펼쳐 놓은 상태에서 평면도를 도시한다.

도시된 도면에 따르면, 근육 자극 장치(100)는 재활 훈련자의 신체 일부에 착용할 수 있도록 착용부(101)를 포함할 수 있다. 도시된 도 1의 예시에서 착용부(101)는 재활 훈련자의 팔이나 다리에 착용가능하도록 벨트 타입의 몸체와 몸체 양단에 구비되는 체결부(102)를 포함한다. 체결부(102)는 벨크로(velcro) 등의 재질로 구비되어 손쉽게 탈착이 가능하도록 구비될 수 있다.

도 2를 참조하면, 근육 자극 장치(100)는 재활 훈련자의 종아리 부근에 착용되어, 이하에서 후술할 방향성을 가지는 근육 자극을 제공하여 줄 수 있다. 본 발명의 근육 자극 장치(100)는 재활을 위하여 필요한 어느 위치에나 착용이 가능하며, 이러한 종아리 부근에 한정되는 것은 아니다. 특히, 팔이나 다리를 제외한 허리, 등에도 적용 가능할 것이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 근육 자극 장치(100)의 블록도를 도시하는 도면이다.

근육 자극 장치(100)은 사람과 같은 동물의 피부 위에 위치될 수 있는 자극부(103)을 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 자극부(103)이 사용자의 팔이나 다리의 피부 일부에 위치(접촉)할 수 있다. 그러나 자극부(103)은 신체의 다른 부분에도 위치될 수 있고 특정 신체 부위의 형태에 적응된 형태를 가질 수 있을 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 자극부(103)는, 사용자에게 두드리는 형태의 자극을 인가할 수 있다. 이를 위하여 자극부(103)는 압전소자(Piezoelectricity)를 통하여 전기적인 신호를 진동 신호로 변형하여 자극을 인가할 수 있을 것이다. 물론, 압전소자를 제외한 다양한 타입의 진동 자극 인가 방식이 적용될 수 있음은 자명하다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 자극부(103)는 전기 자극의 형태로 인가될 수도 있다. 자극부(103)가 전기 자극을 인가할 때에는, 적어도 하나의 전극 세트로 구비될 수 있다. 각 전극 세트는, 전기 신호를 인가하는 신호 전극과 이에 대향하는 대향 전극(counter electrode)을 포함하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전극 세트 중 어느 하나의 자극 전극(A)을 통하여 자극할 때, 다른 하나의 전극(B)은 대향 전극(또는 접지)로 작용할 수 있다.

자극부(103)가 피부, 즉 피부 아래 근육 조직과 접촉하는 신체 조직과 전기적으로 접촉하도록 피부 상에 위치될 수 있다. 그리고 자극부(103)와 상기 근육 조직의 접촉은 전기적일 것이고, 특히 전기적 신호를 자극부(103)가 부착되는 피부 영역 아래의 근육 지역으로 수신 또는 전송 할 것이다. 특히, 자극부(103)은 근육 조직을 자극하기 위해 근육 자극 신호의 형태로 피부를 통해 전류를 근육 조직에 주입할 수 있을 것이다.

도 3에서 도시된 바와 같이, 근육 자극 장치(100)는 연결부(18)을 통해 자극부(103)과 연결되는 작동 유닛(50)을 더 포함한다. 도 3의 예에서, 연결부(18)는 전선 연결이다. 그러나 연결부(18)는 무선 연결일 수 있다. 예를 들어, 자극부(103)은 전지식(battery powered)이고 무선 송/수신부를 포함할 수 있다.

작동 유닛(50)은 자극부(50)에 의해 발생된 신호들을 수신하고 이하 더 상세히 설명되는 바와 같이 자극부(103)의 동작을 제어할 수 있다.

자극부(103)은 유동적인, 바람직하게는 탄력성 있는 캐리어(carrier)의 표면상에 제공될 수 있다. 이것은 자극부(103)가 위치된 신체 부위의 형태에 적응하도록 허용한다. 캐리어는 자극부(103)을 연결부(18)를 통해 작동 유닛(50)에 연결하는 전기적 성분들을 구비할 수 있다.

예를 들어, 작동 유닛(50)은 하우징(housing)을 포함한다. 하우징의 내부에, 선택적 사용자 인터페이스(56)에 연결되고, 연결부(18)를 통해 자극부(103)과 연결되는 제어 유닛(53)이 제공된다. 사용자 인터페이스(56)는 예를 들어, 근육 자극 장치(100)의 사용자에게 정보를 출력하기 위한 출력 인터페이스를 형성하는 디스플레이 및 입력 인터페이스를 형성하는 제어 버튼들을 포함한다. 예를 들어, 사용자는 사용자 인터페이스(56)을 통해, 장치에 의해 수행되는 작동을 위한 의도된 세팅(setting)들과 같은 입력을 제어 유닛(53)에 제공할 수 있다.

이 예에서, 출력 인터페이스는 데이터를 시각적으로 출력하는 것을 허용하나, 데이터는 대안적으로 또는 추가적으로 오디오 또는 다른 적당한 방법으로 출력될 수 있다.

제어 유닛(53)은 도 3에 도시된 바와 같이, 자극부(103)에 인가되는 자극의 패턴을 생성하는 자극생성부(530)를 포함할 수 있다. 예를 들어서, 자극생성부(530)는 특정 방향으로의 방향성을 가지는 자극 패턴을 생성하여, 자극부(103)에 그 생성된 자극 패턴을 인가할 수 있다. 자극생성부(530)에 의해서 생성된 진동/전기 자극 신호가 자극부(103)가 위치된 표면, 즉 피부로 전달된다.

진동의 세기, 진동 자극의 지속 시간과 같은 자극의 매개 변수(들)(parameters)의 값들은, 자극생성부(530)의 메모리에 저장된 데이터에 기초하여 자극생성부(530)에 의해 결정될 수 있다. 자극생성부(530)는 자극을 위한 매개 변수들을 세팅하도록 적응되는 프로그램 가능한 마이크로프로세서(536, 또는 제어부)에 연결된다. 자극의 매개 변수들의 값들은 사용자 인터페이스(56)를 통해 사용자에 의해 결정될 수 있다.

제어부(536)는 자극생성부(530)에 연결되고, 패턴화된 자극을 생성하도록 자극생성부(530)를 제어할 수 있다.

제어부(536)는 예를 들어, 작동 시 자극부(103)을 통하여 진동적인(혹은 전기적인) 근육 자극 신호를 신체 조직에 제공하기 위한 방법의 단계들의 시퀀스가 이하 기술되는 바와 같이 수행되도록 제어부(536)의 작동 순서를 제어하기 위한 타이머를 포함할 수 있다.

게다가 제어부(536)는 예를 들어 이하에서 기술될 응답 신호들과 관련된 데이터 또는 자극 매개 변수들을 저장하기 위한 메모리(533)에 연결되고/되거나 메모리를 구비한다.

도 3의 예에서, 자극부(103)은 두 개의 센서 전극(30)의 형태로 독립된 센서를 포함한다. 이 예에서, 센서 전극(30)은 자극부(103)의 맞은 편 측면들 상에서 서로 평행하게 위치할 수 있다. 예를 들어, 센서 전극(30)들은 예를 들어, 장방형의 스트립들(strips)을 형성하는 전극 패드들이다. 도 3의 예에서, 센서 전극(30)은 이극성 근전계(EMG) 센서를 포함한다.

센서는 근육 조직의 특성을 감지할 수 있으며, 이 특성은 상기 근육 조직의 활동을 위한 척도를 형성한다. 센서는 제어 유닛(53)에서 신호 처리 유닛(537)의 입력에 연결된, 센서 출력을 가진다. 센서 출력을 통해, 센서는 센서 신호를 신호 처리 유닛(537)에 제공할 수 있다. 즉 센서에 의해 감지된 신호를 측정하고 프로세서 출력을 통해 값을 제어부(536)로 출력할 수 있다.

예를 들어, 제어부(536)는 신호 처리 유닛(537)에 의해 결정된 값에 기초하여 다양한 매개 변수를 결정하거나, 자극 패턴을 결정하여 그 결정된 자극 패턴으로 자극을 하도록 자극생성부(530)를 제어할 수 있다. 센서(30)의 다른 예시로는 단일 센서 전극 형태로 구비될 수 있음은 자명하다.

본 발명의 일실시예에 따르면 센서는, 근육의 근수축(muscle contraction)을 감지하도록 제안한다. 이와 관련하여 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한다.

근수축은, 아래와 같이 크게 세 가지로 구분될 수 있다. 도 4 내지 도 6은 근수축의 종류를 설명하기 위한 도면이다.

1. 등척성 수축(isometric contraction)

도 4에서와 같이 근육의 길이에 변화는 없지만 장력이 발생하는 수축을 의미. 손에 무거운 물건을 들고 버틸때의 팔의 근육이나, 기마 자세를 유지할 때 다리 근육 등이 등척성 수축 운동을 함.

2. 구심성 수축(concentric contraction)

도 5에서와 같이 근육의 길이가 짧아지면서 수축하는 형태. 덤벨을 들고 주관절을 굴곡할 때 이두근에 구심성 수축이 일어남.

3. 원심성 수축(eccentric contraction)

도 6에서와 같이 근육의 길이가 길어지면서 수축하는 형태. 덤벨을 들고 주관절이 굴곡된 상태에서 중력 방향으로 신전할 때, 이두근이 운동하는 형태가 원심성 수축임.

본 발명의 일실시예에서는, 등척성 수축, 구심성 수축과 원심성 수축이 일어날 때를 구분하고, 이에 대응되는 패턴의 자극을 형성하도록 제안하는 것이다. 이때, 각 수축 운동의 방향성을 파악하고, 그 방향에 맞도록 방향성 자극을 생성하는 것이다.

첫 번째로, 도 4에서와 같이 등척성 수축 운동의 경우에는 수축 운동의 방향성이 없다. 즉, 수축하는 방향으로 힘이 가해지기는 하지만, 힘을 가한 상태로 고정시키는 운동이기 때문에 운동의 방향성은 없다고 볼 수 있다. 이러한 경우, 자극의 방향성은 근육 방향으로 자극의 방향성이 설정될 수 있을 것이다.

두 번째로 도 5에서와 같이 구심성 수축 운동의 경우에는, 근육(이두근)의 길이가 짧아지는 방향으로 운동의 방향이 존재한다. 이러한 경우, 자극 역시 위쪽을 향하는 방향성 자극이 인가될 수 있다. 즉, 제어부(536)는 자극생성부(530)를 제어하여, 위쪽으로의 방향성을 갖는 자극 패턴을 생성하도록 할 수 있다.

마지막으로 도 6에서와 같이 원심성 수축 운동의 경우에는, 근육(이두근)의 길이가 길어지는 방향으로 운동의 방향이 존재한다. 이러한 경우, 자극 역시 아래쪽을 향하는 방향성 자극이 인가될 수 있다. 즉, 제어부(536)는 자극생성부(530)를 제어하여, 아래쪽으로의 방향성을 갖는 자극 패턴을 생성하도록 할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서 센서(30)는, 뇌파(혹은 뇌전도, EEG, Electroencephalogram) 감지 센서를 더 포함할 수 있다.

EEG(electroencephalogram)는 대뇌피질내의 신경세포의 전기적 활동을 두피에 부착한 전극을 통하여 기록한 것으로, 뇌파는 1∼50 Hz의 주파수와 약 10∼200μV의 진폭을 가지며 1929년 독일의 생리학자 한스 베르거(Hans Berger)에 의해 처음으로 시도되었다. 이 전기적 활동성은 후에 EEG라 명명하였고, EEG가 실험자의 정신적 상태에 따라 변한다는 것을 보였다.

신체 일부를 움직일 때 나타나는 뇌파의 변화가 움직임을 상상하는 것만으로도 비슷하게 나타난다는 것에 기초하며 감각운동리듬(Sensorimotor Rhythms, SMR) 혹은 움직임 상상(Motor Imagery)이라고도 불린다. 주로 뇌 피질 상에서 관장하는 영역이 비교적 멀리 있는 왼손, 오른손, 발 혹은 혀의 움직임 상상을 사용한다.

이하에서는 재활 운동 시, 훈련자의 능동적인 재활 참여를 유도할 수 있는 뇌-컴퓨터 인터페이스(Brain-Computer Interface; 이하에서는 BCI라고 호칭함)에 대해서 설명한다.

인간이 어떤 일에 대해 생각을 하거나 행동을 할 때, 뇌 속에 있는 시냅스(synapse)에서는 신경전달물질을 이용해 정보를 전달하게 되고. 이때 뉴런 간에 생기는 전위차에 의해 전류가 발생하게 되는데, 상기 전류를 두피에 부착한 전극을 통하여 측정한 것이 뇌파(brainwaves) 또는 상술한 EEG 신호이다. BCI 기술은 이런 뇌파를 이용해서 인간의 생각이나 의지를 언어나 신체의 다른 동작을 거치지 않고 시스템에 직접 전달할 수 있는 기술이다.

BCI 기술은 신체적 결함이나 장애로 인해, 자신의 의사를 표현, 전달할 수 없는 사람들에게 새로운 의사소통 수단을 제공할 수 있다는 점에 큰 의의를 가지고 있으며, 이러한 기술적 이점을 이용해서 신체 장애인을 위한 의료용 보조 기구부터 뇌파를 이용한 새로운 인터페이스의 게임, 가정 자동화를 위한 전자제품 그리고, 학습 보조기구에 이르기까지 많은 응용분야에 사용될 수 있다.

본 발명에서는, 이러한 BCI 기술을 활용하여, 훈련자가 등척성 운동 및/또는 원심성 수축인지, 구심성 수축인지 여부를 구분하도록 제안한다. 이렇게 구분되는 수축 운동의 종류에 따라서 자극의 방향성이 결정될 수 있음은 상술한 방법과 같다.

상술한 두 가지 센서 외에 다른 센서들을 통하여 수축 운동의 종류를 구분할 수 있을 것이다. 예를 들어서 자이로 센서나 가속도 센서의 센싱 결과에 기초하여, 환자 운동의 방향성을 파악하고, 그 방향성에 기초하여 수축 운동의 종류를 판단할 수도 있을 것이다.

더 나아가, 상기 센서들을 개별적으로 사용하는 것뿐만 아니라, 센서들의 조합으로도 사용 가능할 수 있다.

한편, 상술한 실시예에서는, 방향성 자극을 위한 패턴을 제공한다고 설명하였다. 이하 도 7을 참조하여, 방향성 자극을 인가하기 위한 방법에 대해서 설명한다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 방향성 자극을 인가하기 위한 방법을 도시하는 도면이다.

본 발명의 일실시예에 따른 상기 자극부(103)는, 일렬로 배치되는 복수 개의 자극 모듈(701-1, 701-2, ...)을 포함할 수 있다. 그리고, 자극생성부(530)는 복수 개의 자극 모듈(701-1, 701-2, ...)을 선택적으로 활성화/비활성화 하는 방식을 통하여 방향성을 줄 수 있다. 즉, 자극 인가 패턴은, 상기 복수 개의 진동 자극 모듈의 동작을 특정 방향으로 순차적으로 동작시키는 것을 의미할 수 있다.

예를 들어 도 7 (a)에 도시된 바에서와 같이, 제 1 자극 모듈(701-1)의 자극만을 활성화 한 상태에서, 제 2 및 제 3 자극 모듈(701-2, 701-3)는 비활성화 시킬 수 있다.

순차적으로 활성화 상태를 제 2 및 제 3 자극 모듈(701-2, 701-3)으로 이동실 경우(도 7 (b) -> (c) 로 이동), 진동 자극은 아래 방향으로 향하는 방향성을 가질 수 있다.

즉 제 1 자극 모듈(701-1)이 활성화 된 상태에서 자극이 이루어 지다가, 제 1 자극 모듈(701-1)을 비활성화시키고 제 2 자극 모듈(702-2)을 활성화로 전환시킬 경우, 마치 인가되는 자극이 아래로 향하는 것과 동일한 효과를 줄 수 있는 것이다.

한편, 상술하는 실시예에서는 자극 모듈의 활성화/비활성화만을 구분하고 있으나, 다른 실시예에서는 진폭(자극의 세기)를 조절하여 방향성을 인가할 수도 있을 것이다. 이러한 실시예에 대해서 도 8을 참조하여 설명한다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라, 자극의 방향성을 설정하기 위한 도면이다. 도 8에서 각 자극 모듈에 쓰여진 숫자는, 인가되는 자극의 세기를 의미한다.

도시된 도면에 따르면, 도 7에서와 같이 자극부(103)는 복수 개의 자극 모듈(701-1, 701-2, ...)을 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 복수 개의 자극 모듈(701-1, 701-2, ...)은 특정 세기의 진동으로 진동을 하다가(혹은, 전기 자극일 경우에 특정 전압/전류의 세기로 자극을 하다가) 특정 방향으로 이동할 수 있다. 즉, 복수 개의 자극 모듈(701-1, 701-2, ...)이 이동하여 자극한다는 것은, 각 자극 모듈의 물리적인 위치가 변한다는 것이 아니라, 소정 세기로 자극하던 자극 모듈에 인접한 자극 모듈로 그 세기 만큼의 자극이 인가되는 것을 의미한다.

도 8에 도시된 바에 따르면, 제 1 자극 모듈(701-1)은 제 1 세기(도시된 예시에서는 숫자 3의 세기 만큼의 자극)이 인가되고 있으며, 제 2 및 제 3 자극 모듈(701-2, 701-3)은 각각 제 2 및 제 3 세기 만큼의 자극이 인가되고 있다.

시간이 지남에 따라 설정된 자극의 세기가 소정 방향(도시된 예시에서는 아래 방향)으로 이동할 수 있다. 도 8 (a) 내지 (c)를 참조하면, 제 1 세기의 자극이 제 1 자극 모듈(701-1), 제 2 자극 모듈(701-2) 및 제 3 자극 모듈(701-3)으로 순차적으로 설정될 수 있다(자극생성부(530)에 의해서 생성된 자극 패턴에 따라).

이와 같은 자극을 받은 재활 환자는, 마치 자극이 이동하는 것과 같은 느낌을 받을 수 있을 것이다.

마지막으로, 근육을 향하는 형태의 자극인 도 5의 등척성 운동의 경우에는, 특정 방향으로 이동되는 형태의 자극이 아닌, 동일한 자리에서의 자극이 변하는 것으로 인가될 수 있을 것이다. 이러한 실시예에 대해서 도 9를 참조하여 설명한다.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따라 자극의 방향이 근육을 향하는 것을 도시하는 도면이다. 도 9에서 각 자극 모듈에 쓰여진 숫자는, 인가되는 자극의 세기를 의미한다.

도시된 바에 따르면, 자극생성부(530)는 자극 모듈에 가해진 자극이 순차적으로 제 1 내지 제 3 세기로 변하도록 제어할 수 있다. 이렇게 자극이 인가되는 경우, 위 또는 아래 방향으로의 방향성 대신, 무방향성으로 인식되거나, 근육을 향하는 방향성으로 인식될 수 있다. 마찬가지로, 자극의 세기 대신 자극 모듈의 활성화/비활성화로 구분되어 동작될 수도 있음은 자명하다.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 근육 자극 장치(100)의 제어 순서도를 도시하는 도면이다.

S1001 단계에서 제어부(536)는 상술한 센서(30)를 통하여(제어하여) 재활 훈련자의 근육 상태를 감지하는 신호를 받을 수 있다. S1002 단계에서 제어부(536)는 S1001 에서 감지한 신호에 기초하여 근육 수축 종류를 판단할 수 있다. 이때 근육 수축 종류란, 상술한 등척성 수축인지, 구심성/원심성 수축인지 여부를 판단하는 것을 의미할 수있다.

판단된 근육 수축 종류에 기초하여, 제어부(536)는 자극의 패턴을 결정할 수 있다(S1003 단계). 이때 결정되는 패턴은, 상술한 도 7 내지 도 9에서 설명한 예시에서와 같을 것이다.

그리고 S1004 단계에서 제어부(536)는, 자극부(103)에 자극일 인가하도록 자극생성부(530)가 자극 패턴을 생성하도록 제어할 수 있다. 이렇개 생성된 자극 패턴은 자극부(103)에 전달되어, 자극이 발생할 수 있음은 상술한 바와 같다.

이상으로 본 발명에 따른 근육 자극 장치의 실시예를 설시하였으나 이는 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이에 의하여 본 발명의 기술적 사상과 그 구성 및 작용이 제한되지는 아니하는 것으로, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 도면 또는 도면을 참조한 설명에 의해 한정／제한되지는 아니하는 것이다. 또한 본 발명에서 제시된 발명의 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로써 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 사용되어질 수 있을 것인데, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의한 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허청구범위에서 기술되는 본 발명의 기술적 범위에 구속되는 것으로서, 특허청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능한 것이다.

Claims (10)

1. 근육 재활 운동 시 근육을 자극하기 위한 장치에 있어서,
   근수축의 종류를 판단하기 위한 센서;
   재활 훈련자의 신체 일부에 착용되기 위한 착용부;
   상기 신체 일부에 착용된 상태에서, 상기 재활 훈련자의 근육에 방향성 자극을 위한 자극 패턴을 생성하는 자극생성부;
   상기 자극생성부에 의해서 생성된 자극 패턴을 기초로 근육을 자극하는 자극부; 및
   상기 자극생성부의 자극 패턴을 제어하기 위한 제어부를 포함하되,
   상기 자극부는, 일렬로 배치되는 복수 개의 자극 모듈을 포함하고,
   상기 센서는,
   상기 자극부(103)의 맞은편 측면들 상에서 평행하게 위치하는 장방형의 스트립(strip) 형상의 이극성 근전계(EMG) 센서 전극; 및
   뇌파(EEG) 감지 센서를 포함하고,
   상기 제어부는, 상기 이극성 근전계 센서 전극 및 뇌파 감지 센서로부터 감지되는 센싱 결과의 조합에 기초하여 근수축의 종류를 판단하고,
   상기 제어부는 상기 근수축 종류를 판단한 결과 구심성 수축 및 원심성 수축 중 하나에 해당할 경우, 상기 복수 개의 자극 모듈에 대한 자극 인가 패턴을 제어하여 상기 자극에 방향성을 인가하며, 상기 자극 인가 패턴은, 상기 복수 개의 진동 자극 모듈의 동작을 특정 방향으로 순차적으로 동작시키는 것이고,
   구심성 수축의 경우 상기 특정 방향은 상기 감지된 근육 수축과 동일한 방향이고, 원심성 수축의 경우에는 상기 감지된 근육 수축의 반대 방향이며,
   상기 제어부는 상기 근수축 종류를 판단한 결과 등척성 수축인 경우, 상기 복수 개의 자극 모듈에 방향성이 없는 자극을 인가하되, 상기 방향성 없는 자극은 상기 복수 개의 자극 모듈에 가해지는 자극 인가 패턴이 순차적으로 제 1 내지 제 3 세기로 변하도록 이루어지는 자극인 것을 특징으로 하는,
   근육 자극 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 자극부에 의해서 인가되는 자극은 진동 자극인 것을 특징으로 하는,
   근육 자극 장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 근육 재활 운동 시 재활 훈련자의 신체 일부에 착용된 상태로 근육을 자극하기 위한 장치의 제어 방법에 있어서,
   센서로부터 감지되는 센싱 결과에 기초하여 근수축의 종류를 판단하기 위한 단계;
   상기 신체 일부에 착용된 상태에서, 자극생성부를 통하여 상기 재활 훈련자의 근육에 방향성 자극 패턴을 생성하는 단계;
   자극부를 통하여 상기 생성된 방향성 자극 패턴을 인가하는 단계; 및
   상기 자극생성부의 자극 인가 패턴을 제어하는 단계를 포함하되,
   상기 자극부는, 일렬로 배치되는 복수 개의 자극 모듈을 포함하고,
   상기 센서는,
   상기 자극부(103)의 맞은편 측면들 상에서 평행하게 위치하는 장방형의 스트립(strip) 형상의 이극성 근전계(EMG) 센서 전극; 및
   뇌파(EEG) 감지 센서를 포함하고,
   상기 판단하는 단계는, 상기 이극성 근전계 센서 전극 및 뇌파 감지 센서로부터 감지되는 센싱 결과의 조합에 기초하여 근수축의 종류를 판단하고,
   상기 인가하는 단계는 상기 근수축 종류를 판단한 결과 구심성 수축 및 원심성 수축 중 하나에 해당할 경우, 상기 복수 개의 자극 모듈에 대한 자극 인가 패턴을 제어하여 상기 자극에 방향성을 인가하며, 상기 자극 인가 패턴은, 상기 복수 개의 진동 자극 모듈의 동작을 특정 방향으로 순차적으로 동작시키는 것이고,
   구심성 수축의 경우 상기 특정 방향은 상기 감지된 근육 수축과 동일한 방향이고, 원심성 수축의 경우에는 상기 감지된 근육 수축의 반대 방향이며,
   상기 인가하는 단계는 상기 근수축 종류를 판단한 결과 등척성 수축인 경우, 상기 복수 개의 자극 모듈에 방향성이 없는 자극을 인가하되, 상기 방향성 없는 자극은 상기 복수 개의 자극 모듈에 가해지는 자극 인가 패턴이 순차적으로 제 1 내지 제 3 세기로 변하도록 이루어지는 자극인 것을 특징으로 하는,
   근육 자극 장치의 제어 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 자극생성부에 의해서 인가되는 자극은 진동 자극인 것을 특징으로 하는,
   근육 자극 장치의 제어 방법.
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