KR102588532B1 - System and method for multi muscle stimulation - Google Patents

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Abstract

본 발명은 근전도 신호를 측정하며, 측정된 근전도 신호를 증폭 후 저역 필터부를 이용하여 근전도 신호만을 통과 시킨 후, 통과된 근전도 신호를 토대로 자극이 필요한 근육 위치에 자극을 하는 다중 근육 자극기 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
또한, 반복된 동작의 근전도 신호를 측정하여 학습하고, 학습된 데이터를 통해서, 동작을 예측하여 근육을 자극 하는 인공지능 학습 시스템에 관한 것이다.
The present invention is a multi-muscle stimulator system and method that measures EMG signals, amplifies the measured EMG signals, passes only the EMG signals using a low-pass filter, and then stimulates muscle locations requiring stimulation based on the passed EMG signals. It's about.
In addition, it relates to an artificial intelligence learning system that measures and learns electromyography signals of repeated movements, predicts movements through the learned data, and stimulates muscles.

Description

다중 근육 자극기 시스템 및 그 방법{SYSTEM AND METHOD FOR MULTI MUSCLE STIMULATION}Multiple muscle stimulator system and method {SYSTEM AND METHOD FOR MULTI MUSCLE STIMULATION}

본 발명은 다중 근육 자극기 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 근전도 신호를 측정하며, 측정된 근전도 신호를 증폭 후 저역 필터부를 이용하여 근전도 신호만을 통과 시킨 후, 통과된 근전도 신호를 토대로 자극이 필요한 근육 위치에 자극을 하는 다중 근육 자극기 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-muscle stimulator system and method, which measures an electromyogram signal, amplifies the measured electromyogram signal, passes only the electromyogram signal using a low-pass filter, and then determines the muscle location requiring stimulation based on the passed electromyogram signal. It relates to a multi-muscle stimulator system and method for stimulating the muscle.

또한, 반복된 동작의 근전도 신호를 측정하여 학습하고, 학습된 데이터를 통해서, 동작을 예측하여 근육을 자극 하는 인공지능 학습 시스템에 관한 것이다.In addition, it relates to an artificial intelligence learning system that measures and learns electromyography signals of repeated movements, predicts movements through the learned data, and stimulates muscles.

뇌졸중은 뇌혈관이 박혀서 발생하는 뇌경색, 뇌혈관이 터져서 발생하는 뇌출혈 또는 출혈성 뇌혈관질환으로 나뉘며, 뇌졸중을 갖는 환자의 경우 전신이나 반신 또는 사지 등의 몸의 일부가 마비가되는 증상을 갖는다.Stroke is divided into cerebral infarction caused by a punctured cerebral blood vessel, cerebral hemorrhage caused by a ruptured cerebral blood vessel, or hemorrhagic cerebrovascular disease. Patients who have a stroke experience paralysis of the entire body, half of the body, or parts of the body, such as limbs.

종래에는, 마비 증상을 갖는 신체부위의 전극 패드를 붙여 근육에 전기 자극을 주는 기술을 사용하여 회복에 도움을 주었으나, 특정 동작의 반복을 통한 데이터를 학습하며, 동작을 예측하지 못하여 전극 패드가 붙은 특정 근육만 자극을 주는 문제점이 있었다.Previously, technology was used to apply electrical stimulation to muscles by attaching electrode pads to paralyzed body parts to help with recovery. However, data was learned through repetition of specific movements, and movements were not predictable, so electrode pads were used. There was a problem that only specific muscles attached were stimulated.

또한, 뇌졸중 환자의 마비 증세의 회복은 보통 짧게는 2개월에서 길게는 6개월이 걸린다.In addition, recovery from paralysis in stroke patients usually takes between 2 months and 6 months.

뇌졸중 환자의 마비 증세가 회복하는 동안 해당 근육의 근전도의 신호는 변화하게 된다. 따라서, 변화하는 근전도 신호를 통해 동작 의도를 파악하며, 동작 의도에 맞는 근육 자극을 주는 인공지능 학습 시스템 및 예측 시스템이 필요한 실정이다.While a stroke patient recovers from paralysis, the electromyographic signal of the corresponding muscle changes. Therefore, there is a need for an artificial intelligence learning system and prediction system that identifies movement intention through changing electromyography signals and provides muscle stimulation that matches the movement intention.

본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로써, 근전도 신호를 측정하며, 측정된 근전도 신호를 증폭 후 저역 필터부를 이용하여 근전도 신호만을 통과 시킨 후, 통과된 근전도 신호를 토대로 자극이 필요한 근육 위치에 자극을 하는 다중 근육 자극기 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention was developed to solve the above-mentioned problems, and measures the electromyogram signal, amplifies the measured electromyogram signal, passes only the electromyogram signal using a low-pass filter, and then stimulates the muscle that needs stimulation based on the passed electromyogram signal. It relates to a multi-muscle stimulator system and method for stimulating locations.

또한, 반복된 동작의 근전도 신호를 측정하여 학습하고, 학습된 데이터를 통해서, 동작을 예측하여 근육을 자극 하는 인공지능 학습 시스템에 관한 것이다.In addition, it relates to an artificial intelligence learning system that measures and learns electromyography signals of repeated movements, predicts movements through the learned data, and stimulates muscles.

본 발명의 일 측면에 따르면, 근전도 신호를 측정하여 측정된 상기 근전도 신호를 토대로 근육을 자극하는 다중 근육 자극기 시스템에 있어서, 근전도 신호 측정 및 근육 자극 신호를 수신 받는 전극 슈트부, 상기 측정된 근전도 신호를 증폭하기 위한 앰프부, 상기 근육 자극 신호를 전달하는 자극부, 상기 근전도 신호 데이터 처리를 위한 신호 처리부, 낮은 주파수의 신호를 통과시키는 저역필터부 및 상기 전극 슈트부와 연결되는 복수의 스위치를 제어하는 프로세서부;를 포함하며, 상기 저역필터부는 상기 근전도 신호의 노이즈를 제거하며, 상기 근전도 신호만 통과하도록하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to one aspect of the present invention, in a multi-muscle stimulator system for measuring electromyographic signals and stimulating muscles based on the measured electromyographic signals, the electrode suit unit receives the electromyographic signal measurement and muscle stimulation signals, and the measured electromyographic signals. Controls an amplifier unit for amplifying, a stimulation unit for transmitting the muscle stimulation signal, a signal processing unit for processing the EMG signal data, a low-pass filter unit for passing low frequency signals, and a plurality of switches connected to the electrode suit unit. and a processor unit, wherein the low-pass filter unit removes noise from the EMG signal and allows only the EMG signal to pass.

일 실시예에서, 상기 전극 슈트부는 상기 근전도 신호를 상기 앰프부로 전달하기 위한 채널 전극, 상기 근육 자극 신호 및 근전도 신호 중 적어도 어느 하나의 기준 전위 역할을 하는 접지 전극 및 상기 근전도 신호를 측정할 때, 비교 전위 역할을 하는 참조 전극을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, the electrode suit unit measures a channel electrode for transmitting the EMG signal to the amplifier unit, a ground electrode that serves as a reference potential for at least one of the muscle stimulation signal and the EMG signal, and the EMG signal, It may be characterized by including a reference electrode that serves as a comparison potential.

일 실시예에서, 상기 전극 슈트부는 매트릭스 구조를 가지며, 상기 자극부로부터 특정 전극에 상기 근육 자극 신호를 수신하여 동작하기 위해 각 전극의 전극 스위치를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, the electrode suit unit may have a matrix structure and may include an electrode switch for each electrode to operate by receiving the muscle stimulation signal from the stimulation unit to a specific electrode.

일 실시예에서, 상기 자극부는 제1 근육 자극 신호를 전달하기 위해, 제1 전극의 채널 스위치를 온(ON)하며, 제1 전극을 제외한 나머지 전극의 접지 스위치를 온(ON)하는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, the stimulation unit turns on the channel switch of the first electrode and turns on the ground switch of the remaining electrodes except the first electrode to transmit the first muscle stimulation signal. can do.

일 실시예에서, 상기 전극 슈트부는 상기 근육 자극 신호를 측정 및 상기 근전도 측정을 동시에 하기 위하여 제1 전극의 채널 스위치 및 제2 전극의 참조 스위치를 온(ON)하는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, the electrode suit unit may be configured to turn on a channel switch of the first electrode and a reference switch of the second electrode in order to simultaneously measure the muscle stimulation signal and measure the electromyogram.

일 실시예에서, 상기 자극부는 상기 근전도 신호의 주파수 보다 높은 주파수의 상기 근육 자극 신호를 상기 전극 슈트부에 전달하는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, the stimulation unit may transmit the muscle stimulation signal of a higher frequency than the frequency of the EMG signal to the electrode suit unit.

본 발명의 다른 일측면에 따르면, 근전도 신호를 측정하여 측정된 상기 근전도 신호를 토대로 근육을 자극하는 다중 근육 자극기 시스템, 데이터를 처리하는 센서데이터 처리모듈부 및 센서데이터를 전송하는 센서데이터 전송모듈부를 포함하는 엣지 시스템, 상기 엣지 시스템의 처리 모듈부로부터 데이터를 전송 및 수신하는 서버 데이터 처리모듈부; 및 상기 엣지 시스템의 센서데이터 전송모듈부로부터 수신받은 데이터를 저장하는 센서데이터 데이터베이스(DB, Database)를 포함하는 인공지능 시스템 서버, 상기 엣지 시스템의 이동성 향상을 위한 이동통신 브릿지 및 무선 통신 서버와 연결하기 위한 상기 이동통신 중계기를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect of the present invention, a multi-muscle stimulator system that measures EMG signals and stimulates muscles based on the measured EMG signals, a sensor data processing module unit that processes data, and a sensor data transmission module unit that transmits sensor data. An edge system comprising: a server data processing module unit that transmits and receives data from a processing module unit of the edge system; And an artificial intelligence system server including a sensor data database (DB) that stores data received from the sensor data transmission module unit of the edge system, connected to a mobile communication bridge and wireless communication server to improve the mobility of the edge system. It may be characterized by including the mobile communication repeater.

일 실시예에서, 상기 다중 근육 자극기 시스템은, 매트릭스 구조를 가지는 전극 슈트를 포함하며, 상기 전극 슈트를 통해 동일 동작에서의 상기 근전도 신호를 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, the multi-muscle stimulator system may include an electrode suit having a matrix structure, and may be characterized in that it measures the EMG signal in the same operation through the electrode suit.

일 실시예에서, 상기 인공지능 시스템 서버는 상기 근전도 신호의 복수 측정을 통해 상기 복수 측정동안 전달되는 근육자극 신호를 기반으로 인공지능 학습을 수행하며, 복수 회의 인공지능 학습을 수행하여 뉴럴 네트워크 가중치를 계산하는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, the artificial intelligence system server performs artificial intelligence learning based on muscle stimulation signals transmitted during the multiple measurements through multiple measurements of the electromyogram signal, and performs multiple artificial intelligence learning to determine neural network weights. It can be characterized as calculating.

일 실시예에서, 상기 인공지능 학습 시스템은 상기 인공지능 학습 시스템을 통해 학습된 학습 데이터 및 상기 다층 뉴럴 네트워크 가중치를 통해 예측 데이터를 생성하는 인공지능 예측 시스템을 더 포함하고, 상기 인공지능 예측 시스템은 측정된 실시간 근전도 신호 및 상기 예측 데이터를 수신 받고, 상기 다층 뉴럴 네트워크 가중치를 통해 상기 근육 자극 신호를 복수의 전극 중 적어도 하나 이상의 전극으로 전달하도록 제어 신호를 상기 다중 근육 자극기 시스템에 전달 하는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, the artificial intelligence learning system further includes an artificial intelligence prediction system that generates prediction data through training data learned through the artificial intelligence learning system and the multi-layer neural network weights, and the artificial intelligence prediction system Receiving the measured real-time EMG signal and the prediction data, and transmitting a control signal to the multi-muscle stimulator system to transmit the muscle stimulation signal to at least one electrode among a plurality of electrodes through the multi-layer neural network weight. can do.

본 발명의 또 다른 일측면에 있어서, 다중 근육 자극기 시스템에서 수행되는 다중 근육 자극 방법에 있어서, 전극 슈트부에서 수행되며, 근전도 신호 측정 및 근육 자극 신호를 수신 하는 근전도 신호 측정 및 근육 자극 단계, 앰프부에서 수행되며, 상기 측정된 근전도 신호를 증폭하기 위한 증폭단계, 자극부에서 수행되며 상기 근육 자극 신호를 전달하는 자극 신호 전달 단계, 신호 처리부에서 수행되며, 상기 근전도 신호 데이터 처리를 위한 데이터 처리 단계, 저역필터부에서 수행되며, 낮은 주파수의 신호를 통과시키는 저역필터 단계 및 프로세서부에서 수행되며, 상기 전극 슈트부와 연결되는 복수의 스위치를 제어하는 제어단계를 포함하며, 상기 저역필터 단계는 상기 근전도 신호의 노이즈를 제거하며, 상기 근전도 신호만 통과하도록하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In another aspect of the present invention, in the multiple muscle stimulation method performed in a multiple muscle stimulator system, the electromyographic signal measurement and muscle stimulation step is performed in the electrode suit unit and receives the electromyographic signal measurement and muscle stimulation signals, and an amplifier. An amplification step for amplifying the measured EMG signal, performed in a stimulation unit, a stimulation signal transmission step for transmitting the muscle stimulation signal, performed in a stimulation unit, a data processing step for processing the EMG signal data, performed in a signal processing unit , is performed in a low-pass filter unit, and includes a low-pass filter step that passes a low-frequency signal, and a control step that is performed in a processor unit and controls a plurality of switches connected to the electrode suit unit, wherein the low-pass filter step includes the It may be characterized by including the step of removing noise from the EMG signal and allowing only the EMG signal to pass.

본 발명에 따르면 뇌졸중으로 인해 마비된 환자의 근육 부위를 자극하여 동작을 유도하며, 반복된 동작에 대한 근전도 신호를 학습한 후, 예측 하여 근육에 자극 신호를 통해 근전도 신호에 맞는 동작을 할 수 있는 이점을 가진다.According to the present invention, the device induces movement by stimulating the muscle area of a patient paralyzed by a stroke, learns the electromyographic signal for repeated movements, predicts it, and performs an action appropriate for the electromyographic signal through a stimulation signal to the muscle. It has an advantage.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다중 근육 자극기 시스템(100)을 설명하기 위한 참고도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자극을 위한 프로토콜을 도시한 참고도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이두박근과 삼두박근을 수축하여 팔굼치를 오무렸다 폈다하는 동작을 제어하기 위한 프레임의 구조를 설명하기 위한 참고도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 근육을 동시에 자극할 수 있는 슈퍼 프레임의 구조를 설명하기 위한 참고도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 디바이스, 엣지 시스템, 서버, 이동통신 브릿지, 이동통신 중계기를 설명하기 위한 참고도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 인공지능 학습 시스템의 구조를 설명하기 위한 참고도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 인공지능 예측 시스템의 구조를 설명하기 위한 참고도이다.
도 9는 다중 근육 자극 방법의 순서를 설명하기 위한 순서도이다.
Figures 1 and 2 are reference diagrams for explaining the multi-muscle stimulator system 100 according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a reference diagram showing a protocol for stimulation according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a reference diagram for explaining the structure of a frame for controlling the movement of closing and extending the elbows by contracting the biceps and triceps muscles according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a reference diagram for explaining the structure of a super frame capable of stimulating multiple muscles simultaneously according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a reference diagram for explaining a device, edge system, server, mobile communication bridge, and mobile communication repeater according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a reference diagram for explaining the structure of an artificial intelligence learning system according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is a reference diagram for explaining the structure of an artificial intelligence prediction system according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 is a flowchart explaining the sequence of the multi-muscle stimulation method.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Since the present invention can be modified in various ways and can have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

명세서에 기재된 제1, 제2 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.Terms such as first and second described in the specification may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

또한, 명세서에 기재된 "...부"의 용어는 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Additionally, the term "... unit" used in the specification refers to a unit that processes one or more functions or operations, and may be implemented as hardware, software, or a combination of hardware and software.

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. 이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.The terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다중 근육 자극기 시스템(100)을 설명하기 위한 참고도이다.Figures 1 and 2 are reference diagrams for explaining the multi-muscle stimulator system 100 according to an embodiment of the present invention.

먼저, 뇌졸중 환자의 마비 부위에 근육 자극을 위해, 사람의 신체 근육 약 600개 중 특정 근육 부위를 자극하기 위해서는 대상이 되는 근육 부위 내에 자극 신호를 위한 전극과 접지를 위한 전극이 함께 있어야 한다. 또한, 설치된 전극을 기반으로 다양한 동작을 구현하기 위해서는 다양한 근육을 자극해야 하는데, 매트릭스 구조의 전극 슈트와 특정 근육을 자극하기 위한 전극을 선택하기 위한 전극 스위치가 필요하다.First, in order to stimulate muscles in the paralyzed area of a stroke patient, an electrode for a stimulation signal and an electrode for grounding must be present within the target muscle area in order to stimulate a specific muscle area among the approximately 600 muscles in the human body. In addition, in order to implement various movements based on installed electrodes, various muscles must be stimulated, which requires an electrode suit with a matrix structure and an electrode switch to select electrodes for stimulating specific muscles.

도 1을 살펴보면, 다중 근육 자극기 시스템(100)은 전극 슈트부(110), 앰프부(120), 신호 처리부(130), 저역필터부(140), 프로세서부(150), 자극부(160)을 포함한다.Looking at Figure 1, the multi-muscle stimulator system 100 includes an electrode suit unit 110, an amplifier unit 120, a signal processing unit 130, a low-pass filter unit 140, a processor unit 150, and a stimulation unit 160. Includes.

여기에서, 전극 슈트부(110)는 전극 패드를 포함하며, 전극 패드를 통해 특정 부위의 근전도 신호를 측정할 수 있으며, 근육 자극 신호를 수신 받을 수 있다. 전극 슈브부(110)를 통해 근전도 신호 및 근육 자극 신호를 수신 받은 후, 앰프부(120)는 근전도 신호 및 근육 자극 신호 중 적어도 어느 하나의 신호를 증폭 시킨다. 앰프부(120)를 통해 증폭된 근전도 신호 및 근육 자극 신호 중 적어도 어느 하나의 신호는 신호 처리부(130)를 통해 근전도 신호의 데이터 처리를 하며, 여기에서 데이터 처리란, 디지털화된 신호를 원하는 방향으로 정보 신호를 수정하거나 개선할 목적으로 알고리즘에 의해 수치적으로 처리하는 것을 의미며, 보통 아날로그 신호를 디지털화하는 과정에서 이산 신호가 되고 수치화 되는 것을 의미한다. 신호 처리부(130)로부터 데이터 처리된 근전도 신호를 낮은 주파수 신호만을 통과시키는 저역필터부에 통과시켜, 노이즈를 제거하여 근전도 신호만을 통과한다. 또한, 프로세서부(150)는 근육 자극 제어 및 전극 슈트부(110)와 연결되는 복수의 스위치를 제어하며, 자극부(160)는 각 패드의 자극을 줄 수 있는 근육 자극 신호를 전달한다.Here, the electrode suit unit 110 includes an electrode pad, and can measure an electromyogram signal of a specific area through the electrode pad and receive a muscle stimulation signal. After receiving the EMG signal and the muscle stimulation signal through the electrode sub unit 110, the amplifier unit 120 amplifies at least one of the EMG signal and the muscle stimulation signal. At least one of the EMG signal and the muscle stimulation signal amplified through the amplifier unit 120 is subjected to data processing of the EMG signal through the signal processing unit 130. Here, data processing refers to converting the digitized signal into a desired direction. It refers to numerical processing by an algorithm for the purpose of modifying or improving an information signal. It usually means that an analog signal becomes a discrete signal and becomes a numerical value in the process of digitizing it. The EMG signal processed as data from the signal processing unit 130 is passed through a low-pass filter that passes only low-frequency signals, removes noise, and passes only the EMG signal. In addition, the processor unit 150 controls muscle stimulation control and a plurality of switches connected to the electrode suit unit 110, and the stimulation unit 160 transmits muscle stimulation signals that can stimulate each pad.

전극 슈트부(110)는 매트릭스 구조의 형상을 가지며, 전극 슈트부(110)가 포함하는 각 전극에는, 자극의 신호를 근육에 전달하거나 근육의 근전도 신호를 앰프부로 전달하기 위한 채널 전극, 근육 자극 신호 및 근전도 신호 중 적어도 어느 하나의 기준이 되는 접지 전극 및 근육의 근전도 신호를 증폭할 때 기준 신호를 측정하기 위한 참조 전극을 포함하며, 이를 선택하기 위한 스위치를 포함한다.The electrode suit unit 110 has a matrix structure, and each electrode included in the electrode suit unit 110 includes a channel electrode for transmitting a stimulation signal to the muscle or an electromyography signal from the muscle to the amplifier unit, and a muscle stimulation device. It includes a ground electrode that serves as a reference for at least one of the signal and the EMG signal, and a reference electrode for measuring the reference signal when amplifying the EMG signal of the muscle, and includes a switch for selecting it.

하나의 전극은 채널 전극, 접지 전극 및 참조 전극 중 하나의 역할을 할 수 있다.One electrode can serve as one of a channel electrode, a ground electrode, and a reference electrode.

채널 전극은 근전도를 측정하거나 자극을 전달하는 역할을 하고, 접지 전극은 근전도를 측정하거나 자극을 줄 때 기준 전위 역할을 하며, 참조 전극은 근전도를 측정할 때, 비교 전위로 활용 될 수 있다.The channel electrode serves to measure the electromyogram or transmit stimulation, the ground electrode serves as a reference potential when measuring the electromyogram or providing stimulation, and the reference electrode can be used as a comparison potential when measuring the electromyogram.

근육을 자극할 때는 채널 전극과 접지 전극이 자극하고자 하는 위치에 동시에 존재해야 하기 때문에 매트릭스 구조의 전극 슈트부(110)의 슈트 전극에서 자극하고자 하는 위치가 변경될 때마다 동시에 자극을 주는 채널 전극과 접지 전극이 변경되어야 한다.When stimulating a muscle, the channel electrode and the ground electrode must be present at the same time at the location to be stimulated, so whenever the location to be stimulated changes in the chute electrode of the electrode suit part 110 of the matrix structure, the channel electrode and the ground electrode that stimulate simultaneously The ground electrode must be changed.

또한, 근전도를 측정하기 위해서는 전극 슈트부(110)의 접지 전극 또는 참조 전극을 이용하여 측정할 수 있다.Additionally, in order to measure electromyography, it can be measured using the ground electrode or reference electrode of the electrode suit unit 110.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자극을 위한 프로토콜을 도시한 참고도이다.Figure 3 is a reference diagram showing a protocol for stimulation according to an embodiment of the present invention.

근전도 신호는 100Hz에서 500hz사이의 주파수를 가지며, 자극할 때는 근전도 신호와 구별하기 위해서 그전도 신호보다 높은 주파수로 자극을 하여야 한다. 또한, 여러 근육을 자극하기 위해 자극을 위한 프로토콜이 필요하다.The EMG signal has a frequency between 100Hz and 500Hz, and when stimulating, the stimulation must be performed at a higher frequency than the EMG signal in order to distinguish it from the EMG signal. Additionally, a stimulation protocol is needed to stimulate multiple muscles.

하나의 슈퍼프레임은 여러 개의 프레임으로 구성되며, 하나의 프레임은 여러 개의 슬롯으로 구성된다.One superframe consists of several frames, and one frame consists of several slots.

하나의 슬롯의 길이는 자극 펄스 하나의 파장 길이로 정하며, 프레임의 길이는 자극 펄스의 간격에 따라 정한다. 또한, 자극 펄스의 파장과 자극 간격은 근육에 따라 달라진다.The length of one slot is determined by the wavelength of one stimulation pulse, and the length of the frame is determined by the interval between stimulation pulses. Additionally, the wavelength of the stimulation pulse and stimulation interval vary depending on the muscle.

상기 자극부(160)가 근육을 자극하기 위해 근육 자극 신호를 전달할 때, 하나의 슬롯에는 하나의 자극기 신호를 할당할 수 있으며, 따라서 복수의 전극 중 하나의 채널 스위치만 온(ON)될 수 있고, 다른 전극의 접지 스위치도 온(ON) 되어야 한다.When the stimulation unit 160 transmits a muscle stimulation signal to stimulate a muscle, one stimulator signal can be assigned to one slot, and therefore only one channel switch among the plurality of electrodes can be turned on. , the ground switch of the other electrode must also be turned on.

보다 자세하게는 제1 내지 제10 근육 중 제1 근육 위치에 근육 자극 신호를 전달하기 위해 제1 채널 스위치는 온(ON) 상태여야 하며, 나머지 제2 내지 제10 근육 위치의 전극에는 접지 스위치를 온(ON) 상태로 하여야 한다.More specifically, in order to deliver a muscle stimulation signal to the first muscle location among the first to tenth muscles, the first channel switch must be turned on, and the ground switch must be turned on for the electrodes at the remaining second to tenth muscle locations. It must be set to (ON).

또한, 자극 신호를 전달하여 자극을 함과 동시에, 근전도 측정을 하기 위해서는 측정하고자 하는 스위치의 채널 스위치와 참조 스위치 모두 온(ON) 상태로 하여야 한다.In addition, in order to perform stimulation by transmitting a stimulation signal and at the same time measure electromyography, both the channel switch and the reference switch of the switch to be measured must be turned on.

여기에서, 슬롯의 개수만큼 동시에 여러 개의 근육 자극 신호를 전달하여 근육을 자극할 수 있다. 또한, 근육의 활성 정도는 동일 자극기의 슬롯이 포함된 프레임의 반복 정도에 따라 달라진다.Here, muscles can be stimulated by simultaneously transmitting multiple muscle stimulation signals equal to the number of slots. Additionally, the degree of muscle activation varies depending on the degree of repetition of frames containing slots of the same stimulator.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이두박근과 삼두박근을 수축하여 팔굼치를 오무렸다 폈다하는 동작을 제어하기 위한 프레임의 구조를 설명하기 위한 참고도이다. Figure 4 is a reference diagram for explaining the structure of a frame for controlling the movement of closing and extending the elbows by contracting the biceps and triceps muscles according to an embodiment of the present invention.

도 4a) 및 4b)를 참조하면, 전극 1 내지 전극 3은 이두박근에 설치하며, 전극 4 내지 전극 5는 삼두박근에 설치하며, 전극 1은 이두박근을 수축하기 위해서 채널 1 스위치를 슬롯 1에서 온(ON)하고 전극 2는 자극기 1의 펄스 신호에 따라 슬롯 1에서만 접지 2 스위치를 온(ON)하며 전극 3은 근전도 측정을 위해서 참조 3 스위치를 온(ON)할 수 있다.Referring to FIGS. 4a) and 4b), electrodes 1 to 3 are installed on the biceps brachii, electrodes 4 to 5 are installed on the triceps brachii, and electrode 1 turns on the channel 1 switch in slot 1 to contract the biceps brachii. ON), electrode 2 turns on the ground 2 switch only in slot 1 according to the pulse signal from stimulator 1, and electrode 3 turns on the reference 3 switch for electromyography measurement.

또한, 전극 4는 삼두박근을 수축하기 위해 채널 4 스위치를 슬롯 2에서 온(ON)하고 전극 5는 자극기 4의 펄스 신호에 따라 슬롯 2에서만 접지 5 스위치를 온(ON)할 수 있다.Additionally, electrode 4 turns on the channel 4 switch in slot 2 to contract the triceps muscle, and electrode 5 turns on the ground 5 switch only in slot 2 according to the pulse signal from stimulator 4.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 근육을 동시에 자극할 수 있는 슈퍼 프레임의 구조를 설명하기 위한 참고도이다. Figure 5 is a reference diagram for explaining the structure of a super frame capable of stimulating multiple muscles simultaneously according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 하나의 자극 펄스의 길이가 400us이고, 자극 펄스와의 간격이 20ms이면 총 50개의 근육을 동시에 자극할 수 있다.Referring to Figure 5, if the length of one stimulation pulse is 400us and the interval between stimulation pulses is 20ms, a total of 50 muscles can be stimulated simultaneously.

또한, 각 근육을 동시에 자극하는 근육 자극 신호를 전달함과 동시에 각 근육의 근전도 신호를 측정할 수 있다.In addition, it is possible to transmit muscle stimulation signals that stimulate each muscle simultaneously and measure the electromyogram signal of each muscle at the same time.

뇌졸중 환자의 마비 증세의 회복은 보통 짧게는 2개월에서 길게는 6개월이상 걸리는게 보통이다.Recovery from paralysis in stroke patients usually takes from as short as 2 months to as long as 6 months or more.

또한, 회복 기간 동안 근전도의 신호는 변화하게 되며, 따라서, 뇌졸중 환자의 근전도 신호를 통해 동작 의도를 파악하기 위한 인공지능 학습 시스템을 도 6내지 도 8을 참조하여 설명하고자 한다.In addition, the EMG signal changes during the recovery period, and therefore, an artificial intelligence learning system for identifying the movement intention through the EMG signal of a stroke patient will be described with reference to FIGS. 6 to 8.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 디바이스, 엣지 시스템, 서버, 이동통신 브릿지, 이동통신 중계기를 설명하기 위한 참고도이다. Figure 6 is a reference diagram for explaining a device, edge system, server, mobile communication bridge, and mobile communication repeater according to an embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 인공지능 학습 시스템의 구조를 설명하기 위한 참고도이다. Figure 7 is a reference diagram for explaining the structure of an artificial intelligence learning system according to an embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 인공지능 예측 시스템의 구조를 설명하기 위한 참고도이다. Figure 8 is a reference diagram for explaining the structure of an artificial intelligence prediction system according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 인공지능 학습 시스템은 다증 근육 자극기 시스템, 엣지 시스템, 인공지능 시스템 서버, 이동통신 브릿지 및 중계기를 포함한다.Referring to Figure 6, the artificial intelligence learning system includes a multiple muscle stimulator system, an edge system, an artificial intelligence system server, a mobile communication bridge, and a repeater.

다중 근육 자극기 시스템(100)은 근전도 신호를 측정하여 근전도 신호를 토대로 근육을 자극하며, 엣지 시스템(610)은 데이터를 처리하는 센서데이터 처리모듈부 및 센서데이터를 전송하는 센서데이터 전송 모듈부를 포함한다.The multi-muscle stimulator system 100 measures EMG signals and stimulates muscles based on the EMG signals, and the edge system 610 includes a sensor data processing module unit that processes data and a sensor data transmission module unit that transmits sensor data. .

인공지능 시스템 서버는, 엣지 시스템(610)의 센서데이터 처리모듈부로부터 데이터를 전송 및 수신하는 서버 데이터 처리모듈부 및 엣지 시스템(610)의 센서데이터 전송모듈부로부터 수신받은 데이터를 저장하는 센서데이터 데이터베이스(DB, Database)를 포함한다. 또한, 근전도 신호의 복수 측정을 통해 복수 측정동안 전달되는 근육 자극 신호를 기반으로 인공지능 학습을 수행하며, 복수 회의 인공지능 학습을 수행하여 뉴럴 네트워크 가중치를 계산할 수 있다.The artificial intelligence system server is a server data processing module unit that transmits and receives data from the sensor data processing module unit of the edge system 610 and a sensor data unit that stores data received from the sensor data transmission module unit of the edge system 610. Includes database (DB). In addition, through multiple measurements of electromyography signals, artificial intelligence learning is performed based on muscle stimulation signals transmitted during multiple measurements, and neural network weights can be calculated by performing multiple artificial intelligence learning.

이동통신 중계기(630) 및 이동통신 브릿지(640)은 엣지 시스템의 데이터이동성을 향상하기 위해 무선 인터넷을 통해 서버와 연결할 수 있다.The mobile communication repeater 630 and the mobile communication bridge 640 can be connected to a server via wireless Internet to improve data mobility of the edge system.

도 7을 참조하면, 매트릭스 전극 슈트를 통해서 뇌졸중으로 인해 마비된 환자의 반복된 특정 동작의 근전도 신호를 측정하고, 근전도 신호를 입력받아, 특정 동작의 신호를 정답으로 인공지능 학습 시스템(700)을 통해 반복 학습하며, 반복 학습을 통해 다층 뉴럴 네트워크의 가중치를 계산하며, 학습 데이터의 정답으로 특정된 신호를 가중치와 합하여 비용함수를 계산한다.Referring to FIG. 7, an artificial intelligence learning system 700 measures the EMG signal of a specific repeated movement of a patient paralyzed by a stroke through a matrix electrode suit, receives the EMG signal, and uses the signal of the specific movement as the correct answer. Through repeated learning, the weights of the multi-layer neural network are calculated, and the cost function is calculated by combining the signals specified as the correct answer in the learning data with the weights.

다중 근육 자극기 시스템은 매틀기스 구조를 가지는 전극 슈트를 포함하며, 전극 슈트를 통해 동일 동작에서의 근전도 신호를 측정할 수 있다.The multi-muscle stimulator system includes an electrode suit with a mesh structure, and can measure electromyography signals in the same movement through the electrode suit.

도 8을 참조하면, 도 7의 인공지능 학습 시스템(700)을 통해 계산된 다층 뉴럴 네트워크의 가중치를 인공지능 예측 시스템에 대비하고, 매트릭스 전극 슈트로부터 측정한 실시간 근전도 신호 데이터를 입력으로 인공지능 예측 시스템을 통해 의도하는 동작을 예측할 수 있다.Referring to Figure 8, the weights of the multi-layer neural network calculated through the artificial intelligence learning system 700 of Figure 7 are compared to the artificial intelligence prediction system, and real-time electromyography signal data measured from the matrix electrode suit is input to make artificial intelligence prediction. The intended operation can be predicted through the system.

실시간 근전도 데이터와 예측된 값을 입력으로 다층 뉴럴 네트워크의 가중치를 업데이트하며, 예측된 동작의도에 따라 정해진 근육에 부착된 전극에 근육 자극 신호를 전달하는 동작을 제어한다.The weights of the multi-layer neural network are updated by inputting real-time electromyography data and predicted values, and the operation of delivering muscle stimulation signals to electrodes attached to designated muscles is controlled according to the predicted movement intention.

즉, 인공지능 학습 시스템(700)은 인공지능 학습 시스템을 통해 학습된 학습 데이터 및 상기 다층 뉴럴 네트워크 가중치를 통해 예측 데이터를 생성하는 예측 시스템을 더 포함하고, 인공지능 예측 시스템은 측정된 실시간 근전도 신호 및 상기 예측 데이터를 수신 받고, 다층 뉴럴 네트워크 가중치를 통해 근육 자극 신호를 복수의 전극 중 적어도 하나 이상의 전극으로 전달하도록 제어 신호를 다중 근육 자극기 시스템에 전달할 수 있다.That is, the artificial intelligence learning system 700 further includes a prediction system that generates prediction data through learning data learned through the artificial intelligence learning system and the multi-layer neural network weights, and the artificial intelligence prediction system is a measured real-time electromyogram signal. And a control signal may be transmitted to the multi-muscle stimulator system to receive the prediction data and transmit a muscle stimulation signal to at least one of the plurality of electrodes through multi-layer neural network weights.

도 9는 다중 근육 자극 방법의 순서를 설명하기 위한 순서도이다.Figure 9 is a flowchart explaining the sequence of the multi-muscle stimulation method.

도 9를 참조하면, 전극 슈트부에서 수행되며, 근전도 신호 측정 및 근육 자극 신호를 수신 할 수 있다(S901). 앰프부에서 수행되며, 상기 측정된 근전도 신호를 증폭할 수 있다(S902). 신호 처리부에서 수행되며, 상기 근전도 신호 데이터 처리를 할 수 있다(S903). 그 후, 자극부에서 수행되며 상기 근육 자극 신호를 전달하며, 저역필터부에서 수행되고, 낮은 주파수의 신호를 통과시킨다(S904). 프로세서부에서 수행되며, 상기 전극 슈트부와 연결되는 복수의 스위치를 제어한다(S905). 상기의 순서를 통해 다중 근육 자극 방법을 구현할 수 있다.Referring to Figure 9, this is performed in the electrode suit unit, and electromyography signal measurement and muscle stimulation signals can be received (S901). It is performed in the amplifier unit and can amplify the measured EMG signal (S902). It is performed in the signal processing unit, and the EMG signal data can be processed (S903). Afterwards, it is performed in the stimulation unit and transmits the muscle stimulation signal, and it is performed in the low-pass filter unit and passes a low-frequency signal (S904). It is performed in the processor unit and controls a plurality of switches connected to the electrode suit unit (S905). A multi-muscle stimulation method can be implemented through the above sequence.

Claims (11)

근전도 신호를 측정하여 측정된 상기 근전도 신호를 토대로 근육을 자극하는 다중 근육 자극기 시스템에 있어서,
근전도 신호 측정 및 근육 자극 신호를 수신 받는 전극 슈트부;
상기 측정된 근전도 신호를 증폭하기 위한 앰프부;
상기 근전도 신호 데이터 처리를 위한 신호 처리부;
낮은 주파수의 신호를 통과시키는 저역필터부;
상기 전극 슈트부와 연결되는 복수의 스위치를 제어하는 프로세서부; 및
상기 근육 자극 신호를 전달하는 자극부를 포함하고,
상기 전극 슈트부는 상기 근전도 신호를 상기 앰프부로 전달하기 위한 채널 전극과, 상기 근육 자극 신호 및 근전도 신호 중 적어도 어느 하나의 기준 전위 역할을 하는 접지 전극 및 상기 근전도 신호를 측정할 때 비교 전위 역할을 하는 참조 전극을 포함하고,
상기 자극부는 근전도 신호 데이터를 이용한 인공지능 예측을 통해 동작 의도를 파악하여 동작 의도에 맞는 근육 자극 신호를 전달하고, 자극하고자 하는 위치가 변경될 때마다 상기 채널 전극과 상기 접지 전극이 변경되는 것
을 특징으로 하는 다중 근육 자극기 시스템.
In a multi-muscle stimulator system that measures electromyographic signals and stimulates muscles based on the measured electromyographic signals,
An electrode suit unit that measures electromyography signals and receives muscle stimulation signals;
An amplifier unit for amplifying the measured EMG signal;
A signal processor for processing the EMG signal data;
A low-pass filter unit that passes low frequency signals;
a processor unit that controls a plurality of switches connected to the electrode suit unit; and
It includes a stimulation unit that transmits the muscle stimulation signal,
The electrode suit unit includes a channel electrode for transmitting the EMG signal to the amplifier unit, a ground electrode that serves as a reference potential for at least one of the muscle stimulation signal and the EMG signal, and a comparison potential when measuring the EMG signal. Includes a reference electrode,
The stimulation unit determines the movement intention through artificial intelligence prediction using electromyography signal data and delivers a muscle stimulation signal that matches the movement intention, and the channel electrode and the ground electrode are changed whenever the location to be stimulated is changed.
A multiple muscle stimulator system featuring:
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 전극 슈트부는,
매트릭스 구조를 가지며, 상기 자극부로부터 특정 전극에 상기 근육 자극 신호를 수신하여 동작하기 위해 각 전극의 전극 스위치를 포함하는 것
을 특징으로 하는 다중 근육 자극기 시스템.
According to paragraph 1,
The electrode suit part,
It has a matrix structure and includes an electrode switch on each electrode to operate by receiving the muscle stimulation signal from the stimulation unit to a specific electrode.
A multiple muscle stimulator system featuring:
제1항에 있어서,
상기 자극부는,
제1 근육 자극 신호를 전달하기 위해, 제1 전극의 채널 스위치를 온(ON)하며, 제1 전극을 제외한 나머지 전극의 접지 스위치를 온(ON)하는 것
을 특징으로 하는 다중 근육 자극기 시스템.
According to paragraph 1,
The stimulation unit,
To transmit the first muscle stimulation signal, turn on the channel switch of the first electrode and turn on the ground switch of the remaining electrodes except the first electrode.
A multiple muscle stimulator system featuring:
제1항에 있어서,
상기 전극 슈트부는,
제1 전극의 채널 스위치 및 제2 전극의 참조 스위치를 온(ON)하는 것
을 특징으로 하는 다중 근육 자극기 시스템.
According to paragraph 1,
The electrode suit part,
Turning on the channel switch of the first electrode and the reference switch of the second electrode
A multiple muscle stimulator system featuring:
제1항에 있어서,
상기 자극부는,
상기 근전도 신호의 주파수 보다 높은 주파수의 상기 근육 자극 신호를 상기 전극 슈트부에 전달하는 것
을 특징으로 하는 다중 근육 자극기 시스템.
According to paragraph 1,
The stimulation unit,
Transmitting the muscle stimulation signal of a higher frequency than the frequency of the electromyography signal to the electrode suit unit.
A multiple muscle stimulator system featuring:
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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