KR102534839B1 - 성장판 자극장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 성장판 자극장치에 관한 것이다. 본 발명은 본 발명은 성장판 자극장치에 있어서, 신체에 부착시키는 소정 형상의 본체와 상기 본체는 사용자의 무릅의 양측에 각각 장착되도록 하기 위한 커버가 형성된 측면 하우징과 상기 측면 하우징과 양측으로 각각 연통하도록 형성되는 후면 하우징과 상기 후면 하우징의 내측에 형성되어 전기를 전달하는 일면에는 은사, 타면에는 실리콘이 구비되는 전도성 패드와 상기 측면 하우징과 후면 하우징의 각각에 성장판이 분포되어 있는 대퇴골 골단 제1영역 및 경골 골단 제2영역을 비롯하여 무릅의 뒷부분에 해당하는 제3영역에 중저주파 자극을 인가하는 중저주파 발생부와 상기 중저주파 발생부에서 발생하는 중저주파와 인체 저항을 센싱하는 센서부를 포함하고, 상기 본체는 사용자의 무릅 부분에 부착되어 상기 중저주파 신호를 발생시켜 상기 제1영역, 상기 제2영역 및 상기 제3영역을 통해 무릅 연골 세포에 전기적 신호를 인가할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

성장판 자극장치{Growth Plate stimulation device}

본 발명은 성장판 자극장치에 관한 것이다. 더욱 자세하게는 중저주파를 무릅의 상장판 부위에 출사하여 성장판의 자극을 촉진하는 성장판 자극장치에 관한 것이다.

뼈의 길이 성장은 성장판의 연골이 연골 세포로 구성되어 있는데 운동을 하여 자극이 가하면 이 세포의 분열과 증식으로 길이 성장이 이루어진다. 다리의 성장 과정을 예로 들면, 다리의 대퇴골에서의 길이 성장은 먼저 골단 연골의 중심부에서 연골 세포의 분열 증식이 활발하게 이루어진 다음 분열 증식된 세포 중에서 결합 조직을 포함하는 연골 세포가 골아 세포로 변하여 뼈를 만들기 시작한다.

종래에는 키 성장을 보조하기 위하여 성장판을 물리적으로 마사지하거나 발바닥의 경혈을 자극하여 성장 호르몬 분비를 촉진하는 등의 방식도 제안된 바 있다.

그런데, 물리적인 성장판 마사지 방식의 경우, 모터나 공기압에 의한 외부 마사지와 온열을 혼합한 방식의 경우, 강도를 잘못 조절하여 지나치게 강한 압력이나 열 자극이 가해질 경우 오히려 성장판을 손상시킬 수 있는 단점이 있다.

또한, 발바닥의 경혈을 자극하는 방식의 경우에는 양말을 벗고 발바닥에 전기적인 자극이 직접 인가되어야 하는데, 일반적으로 소아청소년에게는 국제적으로도 피부 전기자극 장치는 사용을 권하고 있지 않고, 발바닥에 장치를 부착해야 하므로 일상생활에서는 사용이 어렵고 수면시에만 사용해야 하는 불편함이 있다.

또한, 성장판을 자극하여 키의 성장을 이루는 과정에 있어서, 펄스 전기 자극(Pulse Electric Stimulation)이 효과가 있는데, 아동이나 청소년의 성장판에 중저주파를 이용한 미세한 전류 또는 전자기장을 발생시켜 성장을 촉진시키는 성장판 자극장치에 대한 연구가 최근들어 꾸준히 진행되어 왔다.

대한민국 특허공개 제2021-0063979호 대한민국 특허공개 제2021-0063976호 대한민국 특허등록 제10-2050722호

따라서, 본 발명은 무릎등에 있는 성장판을 지속적이고 효과적으로 자극할 수 있는 것을 목적으로 한다.

또한, 은사를 피부에 접촉하는 방식으로 아동이나 청소년의 성장판에 중저주파 자극을 발생시켜 성장을 촉진시키는 성장판 자극 장치를 제공할 수 있는 것을 목적으로 한다.

또한, 성장판 자극장치를 이용하여 성장판의 전기 자극과 그 자극 결과에 대한 누적관리와 모니터링을 통하여 연령별, 성별에 대한 새로운 성장판의 자극과 관련된 솔루션 도출에 기여할 수 있는 성장판 자극 장치의 모니터링 시스템을 제공할 수 있는 것을 목적으로 한다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 성장판 자극장치에 있어서, 신체에 부착시키는 소정 형상의 본체와 상기 본체는 사용자의 무릅의 양측에 각각 장착되도록 하기 위한 커버가 형성된 측면 하우징과 상기 측면 하우징과 양측으로 각각 연통하도록 형성되는 후면 하우징과 상기 후면 하우징의 내측에 형성되어 전기를 전달하는 일면에는 은사, 타면에는 실리콘이 구비되는 전도성 패드와 상기 측면 하우징과 후면 하우징의 각각에 성장판이 분포되어 있는 대퇴골 골단 제1영역 및 경골 골단 제2영역을 비롯하여 무릅의 뒷부분에 해당하는 제3영역에 중저주파 자극을 인가하는 중저주파 발생부와 상기 중저주파 발생부에서 발생하는 중저주파와 인체 저항을 센싱하는 센서부를 포함하고, 상기 본체는 사용자의 무릅 부분에 부착되어 상기 중저주파 신호를 발생시켜 상기 제1영역, 상기 제2영역 및 상기 제3영역을 통해 무릅 연골 세포에 전기적 신호를 인가할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 중저주파 발생부의 신호발생의 방식은 중저주파 EMS(Electronic Muscle Stimulation) 신호 발생 형태로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 은사는 나일론 및 전도성을 갖도록 상기 나일론에 코팅되는 전도성 은;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제어부의 제어로 동작모드, 사용시간, 충전의 음성을 안내하는 음성출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

그리고, 상기 성장판 자극장치를 관리 및 모니터링 시스템은 근거리 통신망상에서 상기 성장판 자극장치에 연결되어 사용자의 신체에 인가할 전기자극의 세기를 나타내는 전압이나 전류의 값으로 이루어진 자극정보를 제공함과 아울러, 무선 통신망상에서 플랫폼 서버에 연결되어 자극정보를 수신할 수 있도록 데이터의 송수신이 가능한 게이트웨이를 형성하고 있는 스마트 단말기; 및 상기 스마트 단말기에는 상기 성장판 자극장치 상기 제어부의 제어에 의한 전기자극의 세기를 조절하여 전기자극 치료에 적용하였던 자극정보를 해당 사용자의 개별적인 임상자료로 수집하여, 플랫폼 서버로 전송하는 사용정보 수집부를 포함하고, 각 사용자의 상기 성장판 자극장치를 통한 자극을 위해 인가할 전기 자극의 세기를 나타내는 전압이나 전류의 값으로 이루어진 자극정보를 데이터베이스로부터 도출한 후, 무선 통신망상에서 연결되어 있는 상기 스마트 단말기로 전송하고, 전기자극에 의한 성장판 자극 종료 후 사용자가 상기 스마트 단말기로 입력하는 자극정보에 대한 개별 피드백 정보를 수신하여 데이터베이스에 저장하는 플랫폼 서버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명은 성장판에 중저주파 자극을 통한 혈류 활동을 활성화시켜, 아동이나 청소년의 성장에 필요한 자극을 성장판에 주는 효과가 있는 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 성장판 자극장치의 도면.
도 3은 제1영역 및 제2영역에 중저주파를 인가하는 것을 나낸 도면.
도 4는 전도성 패드의 구체도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 성장판 자극장치의 블록도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 성장판 자극 장치의 착용 예를 나타내는 도면.
도 7은 성장판 자극장치의 모니터링 시스템의 구조도.
도 8은 사용정보 수집부에서 Data Sensing(사용 데이터 수집)의 도면.
도 9는 인공신경망 딥러닝 기법을 활용한 성장판 분석 시스템의 개념도.
도 10은 성장판정보분석 인공지능기반 딥러닝 서버의 구성도.
도 11은 앙상블 알고리즘 구성도.

이하에서는 본 발명의 양호한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시가 되더라도 가능한 한 동일 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위하여 사용된 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현도 의미하는 것임을 미리 밝혀두고자 한다.

본 발명을 설명하기에 앞서, 본 명세서 상에 등장하는 용어인 성장판에 대한 설명을 간략하게 하면, 다리와 팔 등의 뼈에서 일정한 길이가 자라는 부위이며, 뼈와 뼈 사이에는 연골판 형태로 있고, 상기 성장판에 있는 연골 세포들이 활발하게 분열 활동을 하면서 성장기에 있는 아동의 키 성장이 이루어지는 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 성장판 자극장치의 도면이고, 도 3은 제1영역 및 제2영역에 중저주파를 인가하는 것을 나낸 도면이고, 도 4는 전도성 패드의 구체도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 성장판 자극장치의 블록도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 성장판 자극 장치의 착용예를 나타내는 도면이고, 도 7은 성장판 자극장치의 모니터링 시스템의 구조도이고, 도 8은 사용정보 수집부에서 Data Sensing(사용 데이터 수집)의 도면이고, 도 9는 인공신경망 딥러닝 기법을 활용한 성장판 분석 시스템의 개념도이고, 도 10은 성장판정보분석 인공지능기반 딥러닝 서버의 구성도이고, 도 11은 앙상블 알고리즘 구성도이다.

도 1 및 도 2는 신체, 본 발명의 성장판 자극장치로서, 특히 무릅에 부착시키는 마치, 헤드셋 형상의 본체(100)가 형성된다.

상기 본체(100)는 외측으로 각각 커버가 형성되며, 사용자의 무릅(미도시)의 양측에 각각 장착되도록 하기 위한 1쌍의 측면 하우징(11)과 상기 측면 하우징(11)의 양측으로 각각 연통하여 연결, 형성되는 후면 하우징(13)이 각각 형성되어 있다.

따라서, 본 발명의 성장판 자극장치는 전체적인 형태는 헤드셋 형태를 이루며, 도 2를 보면, 상기 후면 하우징(13)의 내측으로는 전기를 전달하도록 일면에는 은사, 타면에는 실리콘이 구비되는 전도성 패드(31)이 수평 방향으로 형성되어 있다. 상기 전도성 패드(31)에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.

그리고, 도시된 바와 같이, 상기 측면 하우징(11)과 후면 하우징(13)의 각각에 성장판이 분포되어 있는 대퇴골 골단 제1영역(1) 및 경골 골단 제2영역(2)을 비롯하여 무릅의 뒷부분에 해당하는 제3영역(3)에 중저주파 자극을 인가하는 중저주파 발생부(20)가 형성되어 있다.

상기 중저주파 발생부(20)의 신호발생의 방식은 중저주파 EMS(Electronic Muscle Stimulation; 전기) 신호 발생 형태인 것이 특징인데, 전기 주파를 이용해 근육에 전류에 의한 자극을 주는 전기근육 자극 방식을 취하는 것이다. 이러한 전류에 의한 자극을 생성하여 사용자의 신체 부위(본 발명에서는 무릅)에 중저주파를 제공할 수 있다.

상기와 같은 전류자극의 또 다른 장점은 사용자의 신체 부위(무릅)에 대한 마사지가 이루어져, 사용자의 신체 부위에 통증 완화, 피로감 해소, 원활한 신진 대사 등과 같은 효과를 얻을 수도 있다.

또한, 도 1을 다시 보면, 배터리(70)가 후면 하우징(13)의 중간 부위에 형서오디어 있는데, 상기 배터리(70)를 통하여 전력을 공급받는 형태로서, 상기 배터리의 충전 여부는 표면의 LED(도면부호는 생략)가 켜져 있는 것을 보고 확인할 수 있는 공지의 것이다.

도 3에 도시된 대로, 중저주파 발생부(20)는 중저주파를 출사하는데, 대퇴골 골단 영역(제1영역, 1), 경골 골단 영역(제2영역, 2), 및 무릎 뒤쪽 혈관 영역(3) 중 적어도 하나에 중저주파를 성장판(1s, 2s)이 있는 부분으로 인가한다. 바람직하게 상기 중저주파 발생부(20)는 제1영역(1)과 제2영역(2)에 중저주파 전류를 동시에 인가하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 제1영역(1)과 제2영역(2)은 혈관 영역이 상부와 하부로 분리되기 때문에 어느 하나에만 중저주파를 인가 시, 상부 및 하부의 성장 인자(growth factor) 발현 밸런스가 깨어질 수 있기 때문이다.

더 나아가, 중저주파 발생부(20)는 서로 분리된 제1영역(1) 및 제2영역(2)을 혈관 순환으로 연결하는 제3영역(3)에도 출사할 수 있다. 상기 제3영역(3)은 무릎 뒤쪽 혈관 영역인데, 제1영역(1) 및 제2영역(2)과 연결되므로 제1영역(1)과 제2영역(3)에 중저주파 전류를 인가하는 경우에 제3영역(3)에 함께 중저주파가 인가되는 경우 성장 인자(growth factor)의 발현 빈도가 현저하게 상승하게 된다.

즉, 성장판 중에서도 특히 무릎의 성장판을 자극하는 경우에는 제1영역(1)인 대퇴골 골단 영역과 제2영역(2)인 경골 골단 영역을 동시에 자극하고, 양자(兩者)와 연결된 제3영역(3)인 무릎 뒤쪽 혈관부를 자극하는 것이 가장 바람직하다.

이하에서는, 도 4를 참조하여 전도성 패드(31)에 대한 설명을 하기로 한다.

본 발명에 의한 성장판 자극장치의 후면 하우징(13)의 내측의 표면에 부착되어 전기를 전달하는 일면에는 은사, 타면에는 실리콘이 구비되는 전도성 패드(31)가 형성된다.

도시된 바와 같이, 상기 후면 하우징(13)에는 중저주파 발생 수단과 전기적으로 연결되는 전도성을 갖게 하고, 전류의 인가에 의한 자극을 생성하는 전도성 패드(31)가 형성된다.

상기 전도성 패드(31)는 일면의 전도성을 갖는 은사(銀絲) 패드(32)와, 타면의 전도성을 갖는 실리콘(33) 또는 폴리우레탄과, 사방으로 스트레칭성을 갖는 스판덱스를 포함한다. 여기서, 상기 은사 패드(32)는 나일론(도시는 생략) 및 전도성 은(도시는 생략)을 포함한다. 나일론에 대한 설명을 간략하게 하면, 대표적인 합성 섬유로서, 여성용 스타킹이나 그 밖에 의복 및 여러 용도의 나일론 줄을 비롯하여 아웃도어 용품의 재료, 건축 재료 등 광범위하게 사용되고 있다.

따라서, 은사 패드(32)는 상기에서 설명한 나일론과 상기 나일론에 코팅되며, 전도성을 갖도록 나일론에 코팅되는 전도성 은(Ag)을 포함하여 이루어진다.

상기 은(銀)에 대한 설명을 간략히 하면, 은백색의 광택을 띠며 금속 중 전기 및 열의 전도도가 가장 크고 전성·연성이 금 다음으로 크며, 황(S)과 염소(Cl)와는 작용하기 쉽고 공기 중에서는 표면에 황화물이 형성되어 흐려진다. 따라서, 이러한 은은 금 또는 동과 마찬가지로 전도성을 가진다.

또한, 상기 전도성 패드(31)는 접촉 레이어(미도시)를 포함할 수 있다.

상기 접촉 레이어는 의료용 PE(폴리 에틸렌) 및 무독성 비전도 고무류의 재질 중 적어도 하나 이상을 포함하여 약 0.5㎜의 두께로 형성된다. 상기 의료용 PE는 100 중량부의 염화비닐계 수지에 대하여 30중량부 내지 80 중량부의 가소제 및 1 중량부 내지 3 중량부의 스틸벤옥사이드를 함유하는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 무독성 비전도 고무류는 탄성 고무로 Shore A 60 이하의 경도 및 1,012 Ω 이상의 전기저항을 갖는 것을 사용하고, 합성고무, 천연고무 또는 실리콘 고무 중의 어느 하나로 이루어질 수 있다.

그리고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 성장판 자극장치의 블록도인데, 센서부(40)는 상기 본체(100)에 형성된 중저주파 발생부(20)에서 발생하는 중저주파와 인체 저항을 센싱한다.

따라서, 상기 센서부(40)는 센싱한 데이터를 제어부(50)로 전달하면, 상기 제어부(50)는 상기 센서부(40)에서 센싱한 중저주파와 인체 저항을 근거로 하여 상기 중저주파 발생부(20)에서 발생하는 중저주파의 세기를 조절하는 것이다.

따라서, 본 발명에 의한 성장판 자극장치는 도 6에 도시된 바와 같이, 사용자의 무릅 부위에 부착되어 중저주파 발생부(20)를 통한 중저주파 신호를 발생시켜 상기 제1영역(1), 상기 제2영역(2) 및 상기 제3영역(3)을 통해 무릅 내의 성장판 연골 세포에 전기적 신호를 인가하는 것이다.

이하에서는 상기와 같이 설명한 성장판 자극장치를 이용하여 이에 연동하는 성장판 자극 모니터링 시스템에 관하여 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 7을 보면, 먼저, 근거리 통신망으로 성장판 자극장치와 연결되어 있어 사용자의 신체인 성장판 등에 인가할 전기자극의 세기를 나타내는 전압이나 전류의 값으로 이루어진 자극 정보를 제공함과 아울러 무선 통신망에서 플랫폼 서버(300)에 연결되어 자극정보를 수신할 수 있도록 데이터의 송수신이 가능한 게이트웨이를 형성하는 스마트 단말기(200)와, 각 사용자들의 성장판 자극을 위해 인가할 전기 자극의 세기를 나타내는 전압이나 전류의 값으로 이루어진 자극정보를 데이터베이스(DB)로부터 도출한 후, 무선 통신망에서 연결되어 있는 상기 스마트 단말기(200)로 전송하고 전기자극에 의한 성장판 자극 종료 후, 사용자가 상기 스마트 단말기(200)로 입력하는 자극정보에 대한 개별 피드백 정보를 수신하여 데이터베이스(DB)에 저장하는 플랫폼 서버(300)를 포함하여 구성된다.

도시된 대로, 상기 성장판 자극장치에 근거리 통신부(110)가 구비되고, 근거리 통신망 상에서 상기 스마트 단말기(200)로부터 성장판에 인가할 전기자극의 세기를 나타내는 전압이나 전류의 값으로 이루어진 자극정보를 수신할 수 있도록 상호간에 미리 매칭시켜 등록해 놓음으로써, 추후 성장판 자극장치를 사용하고자 할 경우 근거리 통신망에서 상기 스마트 단말기(200)와 상기 성장판 자극장치를 연결시킨 것만으로도 자극 정보의 전송이 가능하게 된다.

이때, 상기 근거리 통신부(110)는 스마트 단말기(200)로부터 수신한 자극정보 상의 전압이나 전류의 값을 신체에 인가할 전기자극의 세기 설정값으로 인지하여 성장판 자극장치에 구비된 제어부(50)로 전송함으로써, 자극 정보에서 요청하는 세기를 갖는 전기자극을 생성할 수 있게 하여야 함은 물론이다.

상기 스마트 단말기(200)는, 근거리 통신망으로부터 상기 성장판 자극장치와의 데이터 송수신이 가능하도록 연결되어 있고, 무선 통신망에서 플랫폼 서버(300)와의 데이터 송수신이 가능하도록 연결되어 있어, 자극정보의 수신과 전달이 가능하고 상기 자극정보에서 요청하는 세기를 갖는 성장판의 전기자극을 수행한 사용자들을 개별적인 피드백을 입력할 수 있도록, 통신수단과 입출력 수단이 구비되어 있는 스마트폰이나 태블릿 pc 등의 단말기로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 스마트 단말기(200)는, 무선 통신망에서 플랫폼 서버(300)에 연결되어 사용자 인증을 받고 각 개인별 자극정보와 그에 대한 피드백 정보의 누적 결과를 확인할 수 있도록 데이터 송수신이 가능한 게이트웨이를 형성하는 플랫폼 서버 연결부(210)와, 근거리 통신망상에서 성장판 자극장치와의 데이터 송수신이 가능한 상태를 유지하여 자극 정보의 송수신이 가능한 게이트웨이를 형성하는 연결부(220)와, 상기 플랫폼 서버 연결부(210)를 통하여 무선 통신망에서 상기 플랫폼 서버(300)로부터 신체에 인가할 전기자극의 세기를 나타내는 전압이나 전류의 값으로 이루어진 자극정보를 수신하는 자극정보 수신부(230)와, 상기 자극정보 수신부(230)에서 획득한 전압이나 전류의 값으로 이루어진 자극정보를 상기 연결부(220)를 통해 성장판 자극장치로 전송하여 상기 플랫폼 서버(300)에 등록되어 있는 세기로 자동 조절되는 전기자극을 사용자에게 인가할 수 있게 하는 자극정보 전달부(240)를 포함하여 구성된다.

따라서, 상기 스마트 단말기(200)에 의하여 플랫폼 서버(300)와 성장판 자극장치 상호간에 자극정보의 중개와 피드백 정보의 전송을 가능하다.

그러므로, 상기 스마트 단말기(200)는 이와 같이 자극정보의 중개 전송과 피드백 정보의 입력이 가능하도록 이루어진 어플리케이션(앱)이 설치되어 있는 것이 바람직하다.

스마트 단말기(200)는 상기 플랫폼 서버 연결부(210)에 의해 무선 통신망에서 플랫폼 서버(300)에 연결되어 사용자 인증을 받은 후 데이터베이스(DB)에 접근하여 사용자 본인의 과거 성장판 자극정보와 그에 대한 피드백 정보, 그리고 현재 추천되고 있는 자극정보 등에 대한 확인이 가능하게 된다.

이처럼 상기 스마트 단말기(200)를 이용하여 데이터베이스(DB)에 접근한 후 치료를 위해 제공받을 자극정보를 선택하면, 선택된 자극정보 상에 포함되어 있는 세기의 전기자극을 생성할 수 있는 전압이나 전류의 값을 상기 자극정보 수신부(230)를 통하여 무선 통신망으로 제공받게 된다.

이후, 상기 자극정보 전달부(240)에서는 연결부(220)에 의해 근거리 통신망 상에서 연결되어 있는 성장판 자극장치의 근거리 통신부(110)로 자극정보를 전달함으로써, 상기 플랫폼 서버(300)에 구비된 데이터베이스(DB)에 저장되어 있는 자극정보에 의해 성장판 자극장치에서 해당 세기 또는 강도의 전기자극을 생성하여 성장판으로 공급할 수 있어, 자극정보에 의한 전기자극을 구현할 수 있게 된다.

또한, 피드백 입력부(250)에 의해 상기 플랫폼 서버(300)로부터 제공받은 자극정보를 이용하여 성장판 자극 검사를 받은 사용자들은 각자 자신만의 피드백 정보를 입력하여 누적 저장할 수 있게 되므로, 사용자 자신에게 적합한 자극정보를 개별화하여 관리할 수 있게 된다.

또한, 상기 스마트 단말기(200)에는, 성장판 자극장치 제어부(50)의 제어에 의한 전기자극의 세기를 조절하여 전기자극 치료에 적용하였던 자극정보를 해당 사용자의 개별적인 임상자료로 수집하여 상기 플랫폼 서버(300)로 전송하는 사용정보 수집부(260)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 사용자가 직접 설정하여 자신의 전기자극 치료에 적용하였던 자극정보를 상기 플랫폼 서버(300)에 구비된 데이터베이스에 저장함으로써, 추후 사용자의 성장판 자극에 다시 활용할 수 있게 함은 물론이고, 다수인의 누적된 자극정보를 토대로 연령별 또는 부위별로 적용할 수 있는 자극정보를 추후 구축할 수 있게 된다.

이를 위하여, 상기 사용정보 수집부(260)에서는 도 8에 도시된 Data Sensing(사용 데이터 수집)에 나타난 바와 같이, 사용자의 인적정보와, 성장판 자극장치를 구동한 활용시간, 전기자극의 세기를 나타낸 사용강도, 사용회수 및 부착위치 등을 함께 문자메시지 또는 카카오톡 등을 이용하여 전송하도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 플랫폼 서버(300)는, 상기 스마트 단말기(200)를 이용하여 무선 통신망상으로 접속한 후, 데이터베이스(DB)에 저장되어 있는 데이터(본인의 과거 성장판 자극정보와 그에 대한 피드백 정보)를 검색하고, 원하는 데이터(성장판 자극 치료를 수행할 전기자극의 세기를 포함하는 자극정보)를 다운받을 수 있으며, 새로운 데이터(성장판 자극을 수행한 후, 사용자의 반응인 피드백 정보)를 입력할 수 있도록 구성된다.

이러한 상기 플랫폼 서버(300)는 본 발명에서 필요로 하는 바와 같이 성장판 자극의 세기를 나타내는 전압이나 전류의 값을 자극정보로 저장하고 그에 대한 피드백 정보만을 저장 및 제공하는 독립적인 서버로 구성된다.

이에 따라, 상기 플랫폼 서버(300)를 통하여 성장판 자극의 정보를 관리하여 그 성장판 자극의 결과와 이에 대한 누적된 저장과 관리를 통하여 아동이나 청소년의 성장판 진료 기록을 추후 모니터링에 활용할 수 있게 함과 더불어 연령별, 성별로 분류하여 일반화된 성장판 자극 관련 정보에 활용할수 있는 것이다.

그리고, 상기 플랫폼 서버(300)에는 성장판 치료 결과가 모니터링이 가능하도록 무선통신망에서 접속하는 스마트 단말기(200)와 데이터 송수신이 가능한 게이트 웨이를 구성하고, 사용자에게 자극정보를 제공하는 통신부(310)가 형성되는 것이다. 따라서, 상기 플랫폼 서버(300)는 상기 통신부(310)에 의하여 무선통신망에서 접속하는 스마트 단말기(200)와 데이터 송수신이 가능한 것이다.

상기 플랫폼 서버(310)의 저장부(320)는 아동이나 청소년의 성장판 자극장치를 이용하여 성장판 부위에 가하고자 하는 전기 자극의 세기를 결정한 전류 또는 전압의 값을 자극 정보로 데이터베이스에 저장하도록 구성된다.

또한, 상기 플랫폼 서버(300)에는, 사용자가 선택하거나 의료진에 의해 제안된 성장판의 자극정보에 따라 성장판 자극을 수행한 사용자가 자신의 성장판 자극에 대한 개인적인 피드백을 입력하여 전송하는 피드백 정보를 수신하여 데이터베이스에 저장하는 피드백 수신부(330)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

이처럼 각 자극정보에 따른 성장판의 자극을 수행한 후, 그 피드백등을 개인적으로 입력하여 누적 저장함으로써, 자신의 가장 적합한 자극정보를 찾을 수 있게 함과 아울러, 추후 관련된 의료진이 사용자의 성장판 자극 경과를 검토할 수 있는 근거자료로 활용할 수도 있게 된다.

또한, 다수 사용자들이 성장판의 자극정보와 피드백 정보의 누적결과를 이용하여 인체의 성장판 자극에 적합한 전압 또는 전류의 값을 각 성장판의 부위마다 정량화하고 표준화하여 제공함으로써, 새로운 방향을 제시할 수 있게 된다.

이하에서는, 도면을 참조하여 성장판정보를 이용, 인공신경망 딥러닝 기법을활용하여 성장판을 검사 및 분석하는 시스템에 관하여 설명하기로 한다.

도 9에 도시된 대로, 인공신경망 딥러닝 기법을 활용한 성장판 검사 분석 시스템은 최소 개수인 한 쌍의 전극을 구비한 성장판정보 측정장치(410), 상기 성장판정보 측정장치(410)에 성장판정보를 측정할 수 있는 최적화된 알고리즘을 인공지능 기반 딥러닝 기술을 이용하여 제공하는 성장판정보 분석 인공지능기반 딥러닝 서버(500), 상기 성장판정보 측정장치(410)와 상기 성장판정보 분석 인공지능기반 딥러닝 서버(500)를 유무선으로 연결하기 위한 네트워크(420) 및 상기 성장판정보 측정 장치(410)에서 측정되는 성장판 정보를 저장 등록하거나 상기 성장판 정보 분석 인공지능 기반 딥러닝 서버(500)의 학습을 보조할 수 있는 컴퓨터, 스마트폰 등과 같은 사용자 단말기(430)를 포함할 수 있다.

상기 네트워크(420)는 공중전화망, 인터넷망 등과 같이 생체 정보 측정 장치(410), 개인용 컴퓨터(431), 스마트폰(433), 성장판정보 분석 인공지능기반 딥러닝 서버(500)가 서로 정보를 송수신할 수 있는 네트워크로, 본 발명이 적용되는 분야에 따라 다양한 종류의 네트워크가 사용될 수 있다.

상기 성장판정보 측정장치(410)는 2G, 3G, LTE, Wi-Fi 등 기간 통신망을 이용할 수 있는 모뎀을 갖추고 있어 사용자가 해당 성장판의 정보를 측정할 때 마다, 성장판정보 측정장치(410)의 식별자와 측정한 성장판 정보를 구비하는 성장판정보 메시지를 생성하고, 생성한 성장판 정보 메시지를 성장판 정보분석 인공지능기반 딥러닝 서버(400)로 송신할 수도 있다.

도 10은 인공신경망 딥러닝 기법을 활용한 성장판 분석 학습 시스템 중 성장판정보분석 인공지능기반 딥러닝 서버(500)의 구성도이다.

도시된 바와 같이, 상기 성장판정보 분석 인공지능기반 딥러닝 서버(500)는 상기 성장판정보 측정장치(410)를 통해 채혈한 혈액을 센서(미도시)에 주입함으로써 일어나는 전기화학적 반응을 통해 1차원 시계열 데이터(Time series data)를 획득하는 신호획득부(510)와, 상기 신호획득부(510)로부터 획득된 신호 중에 혈액 주입 이상 및 하드웨어 이상으로 인한 이상 신호를 제외하거나, 상기 성장판정보 측정장치(410)에서 이용될 수 있는 최적화된 성장판정보 측정 알고리즘을 얻기 위해서 신호를 전처리하는 신호처리부(530)와, 상기 신호처리부(530)를 통해 처리된 신호를 이용하여 최적화된 성장판정보 측정 알고리즘을 딥러닝 인공신경망 기법을 활용하여 자동으로 특징을 추출하는 성장판정보 측정 알고리즘 생성부(550)와, 상기 성장판정보 측정장치(410)에서 이용할 수 있는 최적화 알고리즘 결과 제공부(570)를 포함할 수 있다.

상기 신호처리부(530)는 상기 성장판정보 측정 알고리즘 생성부(550)에서 학습할 수 있도록 정규화 혹은 표준화를 통해 데이터를 일정한 크기(scale) 혹은 분포(distribution)로 변환하며, 변환된 데이터는 다(多)채널 데이터를 조합하거나 도메인 전환(예를 들어, 시간 혹은 주파수 도메인)등의 신호처리 및 데이터 변환을 이용하여 데이터 이미지화시킬 수 있다.

상기 성장판정보 측정 알고리즘 생성부(550)는 혈액 측정을 위한 알고리즘 구조를 형성하는 알고리즘 구조부(551)와, 앙상블 알고리즘부(555)가 가장 정확하게 예측할 수 있도록 알고리즘 내의 변수들을 조정하는 알고리즘 학습부(553)와, 혈액 값 예측의 정확도 및 정밀도 향상을 위해 하나 이상의 알고리즘을 조합하여 최종 예측 값을 산출하는 앙상블 알고리즘부(555)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 알고리즘 구조부(551)는 상기 신호처리부(530)를 통해 신호 전처리된 성장판정보 신호 데이터 속에 포함된 성장판의 특징을 추출하는 특징추출부(551a)와 상기 특징 추출부(551a)를 이용해 구해진 특징들을 이용하여 혈액 값을 추정하는 혈액값 예측부(551b)를 포함할 수 있다.

상기 알고리즘 구조부(551)는 성장판의 성분, 특성 등을 반영한 이미지에서 분류 혹은 측정하고자 하는 결과 값을 반영하는 특징을 딥러닝 인공신경망 기법을 활용하여 자동으로 추출한다. 상기 자동추출의 방식은 공지된 기술이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 알고리즘 학습부(553)는 추출된 특징을 사용하여 알고리즘 학습과정을 거쳐 결과 값의 오차가 최소가 되는 인공신경망 층간의 가중치(Weight) 및 바이어스(Bias)를 도출한다.

상기 알고리즘 구조부(551)는 인공신경망 알고리즘으로 목적에 맞게 특정 값을 추정하는 회귀모델로 활용이 가능하며 또한, 성장판의 종류를 분류하는 분류기로 활용이 가능하다.

성장판정보 측정장치(410)에는, 작동전극 및 보조전극이 서로 다른 평면상에서 대면하도록 구비되고, 상기 작동전극 위에 물질에 따른 효소 및 전자전달매체를 포함한 시약조성물이 코팅된 대면형 전기화학적 바이오센서가 적용될 수 있다.

또한, 상기 성장판정보 측정장치(410)에는, 작동전극 및 보조전극이 한 평면상에 구비되고, 상기 작동전극 위에 물질에 따른 효소 및 전자전달매체를 포함한 시약조성물이 코팅된 평면형 전기화학적 바이오센서가 적용될 수 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 성장판 분석 시스템은 인공신경망 딥러닝 기술을 적용해 센서로부터 얻은 신호를 변환하여 이미지화한 데이터에서 성장판 영역을 인식하고 그 영역에서 성장판에 필요한 각각의 요소를 추출하는 것이다.

이하, 상기와 같은 구성을 가지는 인공신경망 딥러닝 기법을 활용한 성장판 분석 학습 시스템의 작동에 대한 설명을 간략하게 하기로 한다.

먼저, 생체정보 측정장치(410)를 통해 채혈한 혈액을 한쌍의 전극을 갖는 센서에 주입함으로써 일어나는 전기화학적 반응을 통해 신호를 신호획득부(510)에서 획득한다.

상기 신호획득부(510)에서 획득한 온도, 글루코오스(glucose) 등을 조합하여 반복측정을 통해 얻은 데이터에 대해 신호처리부(130)는 정규화 혹은 표준화를 통하여 데이터를 일정한 크기 혹은 분포로 변환시킨다.

그 다음으로, 상기 성장판정보 측정 알고리즘 생성부(550) 내의 알고리즘 학습부(553)는 알고리즘 내의 변수들을 조정해서, 혈액 측정 알고리즘을 학습하여 최적화하시키는 것이다.

상기 혈액 측정을 위한 알고리즘 구조부(551)는 성장판의 특징을 추출하는 특징 추출부(551a)와 혈액값 예측부(551b)로 나뉜다. 알고리즘의 크기가 클수록 컴퓨팅 파워는 크지만, 그만큼 자원의 소모도 늘어난다. 혈액 측정기와 같은 제한된 하드웨어에서 딥러닝과 같은 연산량이 많은 알고리즘을 구현하기 위해서는 알고리즘 구조를 최소화 기술이 필요하다. 단순히 알고리즘의 크기만 줄이는 것이 목적이 아니라 성능 하락을 최소화하면서 알고리즘 구조를 축소하였다.

이러한 최소, 최적화를 거쳐서, 인공지능기반 딥러닝 서버(500)에 의해서 도출된 최적화된 인공지능 딥러닝 혈액측정 알고리즘에 의해서 측정된 응답전류로부터 혈액 측정값을 짧은 시간에 구할 수 있는 것이다.

앙상블 알고리즘부(555)가 혈액 값 예측의 정확도 및 정밀도 향상을 위해 하나 이상의 알고리즘을 조합하여 최종 예측 값을 산출하여 결과도출부(570)로 전송한다.

도 11에 도시된 바와 같이, 입력 신호가 3가지로, 원신호, 미분 및 적분신호일 때 각각 혈액 값이 예측되는데, 이러한 3가지의 알고리즘으로 구해진 혈액값의 가중평균을 통하여 최종 혈액 값을 산출하였다. 최종 값 산출 방법은 각 알고리즘의 중요도에 따라 가중치를 달리 부여할 수 있으며, 3개 알고리즘의 출력 값을 이용하여 소규모 네트워크 알고리즘을 추가적으로 구성할 수도 있다

따라서, 이러한 딥러닝 기법을 활용한 성장판 분석 시스템에서는 딥러닝 서버(500)에서 성장판의 정보 검사를 혈액검사를 하는 방식을 취하여, 혈액 검사를 통해 성장판의 치료 여부를 결정하며, 혈액에 대한 반응에 따라 치료 지속 여부와 중단 시기를 결정할 수 있는 것이다.

이상에서와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 상기 기술한 실시 예는 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 첨부된 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구 범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1 : 제1영역 2 : 제2영역
3 : 제3영역
1s : 제1영역 성장판 2s : 제2영역 성장판
10 : 본체 11 : 측면 하우징
13 : 후면 하우징 20 : 중저주파 발생부
31 : 전도성 패드 32 : 은사 패드
33 : 실리콘 40 : 센서부
50 ; 제어부 70 : 배터리
100 : 성장판 자극장치 C : 커버
200 : 스마트 단말기 210 : 플랫폼 서버 연결부
220 : 연결부 230 : 자극정보 수신부
240 : 자극정보 전달부 250 : 피드백 입력부
260 : 사용정보 수집부 300 : 플랫폼 서버
310 : 통신부 320 : 저장부
330 : 피드백 수신부 410 : 성장판 정보 측정장치
420 : 네트워크 430 : 사용자 단말기
500: 인공지능 기반 딥러닝 서버 510 : 신호획득부
530 : 신호처리부 550 : 성장판정보 측정 알고리즘 생성부

Claims (5)

1. 성장판 자극장치에 있어서,
   신체에 부착시키는 소정 형상의 본체;
   상기 본체는
   외측에 커버가 각각 형성되며, 사용자의 무릅의 양측에 각각 장착되도록 하기 위한 측면 하우징;
   상기 측면 하우징과 양측으로 각각 연통하도록 결합 형성되는 후면 하우징;
   상기 후면 하우징의 내측에 형성되어 전기를 전달하는 일면에는 은사, 타면에는 실리콘이 구비되는 전도성 패드;
   상기 측면 하우징과 후면 하우징의 각각에 성장판이 분포되어 있는 대퇴골 골단 제1영역 및 경골 골단 제2영역을 비롯하여 무릅의 뒷부분에 해당하는 제3영역에 중저주파 자극을 인가하는 중저주파 발생부;
   상기 중저주파 발생부에서 발생하는 중저주파와 인체 저항을 센싱하는 센서부를 포함하고,
   상기 본체는 사용자의 무릅 부분에 부착되어 상기 중저주파 신호를 발생시켜 상기 제1영역, 상기 제2영역 및 상기 제3영역을 통해 무릅 연골 세포에 전기적 신호를 인가할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 성장판 자극장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 중저주파 발생부의 신호발생의 방식은 중저주파 EMS(Electronic Muscle Stimulation) 신호 발생 형태로 이루어져, 상기 성장판 자극장치가 접촉하는 신체 부위로 전류를 인가하도록 하는 것을 특징으로 하는 성장판 자극장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 은사는
   나일론; 및
   전도성을 갖도록 상기 나일론에 코팅되는 전도성 은을 포함하는 것을 특징으로 하는 성장판 자극장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 센서부에서 센싱한 중저주파와 인체 저항을 근거로 하여 상기 중저주파 발생부에서 발생하는 중저주파의 세기를 조절하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성장판 자극장치.
   
5. 삭제

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