KR102595944B1 - 근육제어신호 주파수를 이용한 근육 이완장치 및 이를 이용한 근육 이완방법 - Google Patents
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Abstract
본원발명은 구체적으로 근육을 제어하는 신호와 동일한 주파수를 기반으로 한 전기자극을 역으로 근육에 인가하여 근육을 이완하는 장치 및 이를 이용한 근육 이완방법에 관한 것이다. 상기 장치 및 방법을 통해서 본원발명은 i) 전기자극에 의해 사용자의 근육을 이완할 수 있고, ii) 사용자가 느끼는 전기자극의 통증을 낮출 수 있으며, iii) 종래의 저주파 치료기와 달리 실질적으로 근육을 이완하여 근육의 가동 범위를 증가시킬 수 있다.
Description
본원발명은 근육제어신호 주파수를 이용한 근육 이완장치 및 이를 이용한 근육 이완방법에 관한 것이다. 구체적으로 근육을 제어하는 신호와 동일한 주파수의 전기자극을 역으로 근육에 인가하여 근육을 이완하는 장치 및 이를 이용한 근육 이완방법에 관한 것이다.
전기를 이용한 근골격계 치료는 주파수, 전류의 형태, 및 강도에 따라 i) 통증을 조절하는 것과 ii) 마비되거나 약한 근육을 수축시켜 강화하는 것으로 나눌 수 있다.
전기를 이용한 통증 조절인 경피 전기신경자극(transcutaneous electrical nerve stimulation; 이하 'TENS')은 고빈도(50㎐ 내지 100㎐)-저강도(10㎃ 내지 30㎃) TENS와 저빈도(0.5㎐ 내지 10㎐이하)-고강도(30㎃ 내지 80㎃) TENS의 2가지 방법이 통상적으로 사용된다. 고빈도-저강도 TENS의 일차적인 통증-조절 효과는 관문 조절설(Gait control theory)에 의한 것으로 알려져 있다.
저빈도-고강도 TENS는 반복적으로 근육을 수축(contraction) 또는 연축(myospasm)시키기 위해서 운동 신경을 반복적으로 자극할 수 있다. 저빈도-고강도 TENS는 또한 날카로운 통증을 발생시키기 위해 통증 수용기 A-델타 신경들을 반복적으로 자극할 수 있다. 날카로운 통증을 의도적으로 발생시킴으로써 다른 통증을 조절할 수 있기 때문이다. 한편, 저빈도-고강도 TENS는 기작에 관계없이 모두 내인성(endogenous) 아편유사제의 생성과 방출을 자극할 수 있다.
전기를 이용해서 마비되거나 약한 근육을 강화하기 위해서 기능적 전기자극기(Functional Electrical Stimulation; 이하 'FES')나 신경근 전기자극기(Neuromuscular Electrical stimulation; 이하 'NMES')가 사용된다. FES나 NMES는 근육내에서도 개별적으로 분리되면서도 연속적으로 일어나는 근육의 수축인 연축(Myospasm)을 발생시킬 수 있으며, 사용되는 주파수가 증가될수록 연축이 일어나는 부위 사이의(연축끼리의) 거리는 더 가까워질 수 있다. 종래의 FES나 NMES는 일반적으로 25㎐ 내지 50㎐의 주파수를 사용한다. 다만, 주파수가 높을 수록 동원되는 운동 단위의 수가 많아져 근피로가 쉽게 일어난다. 그러므로, 신경근 접합부 (neuromuscular junction, NMJ; myoneural junction) 수준에서의 신경근 피로를 줄이기 위해서는 주파수를 적절하게 제한하여 적용할 필요가 있다.
주파수에 따른 일반적인 기작 또는 효과 또한 고려해야 한다. 도 1은 전기자극의 주파수에 따른 일반적인 효과에 대한 설명 자료이다. 도 1을 참고하면, 전기자극은 주파수에 따라 1㎐ 내지 1,000㎐의 저주파, 1,000㎐ 내지 10,000㎐의 중주파, 100,000㎐ 이상의 고주파로 나눌 수 있다. 더 높은 수의 주파수로 갈수록 근육이 더 강하게 수축하고 운동신경이 더 활성화되나, 근육 피로도는 증가하는 일반적인 경향이 있다. 다만 근수축을 위한 전기 자극의 주파수는 일반적으로 100㎐ 범위 내에서 이루어지며, 100㎐에 가까워질수록 근육이 더 강하게 수축한다. 100,000㎐이상의 고주파 전류는 열효과를 발생시킨다. 저주파수의 경우 근육의 수축도 약하며 피로도도 감소한다. 다만 전기자극에 대한 통증(따가움)은 증가할 수 있다.
근골격계 통증을 가지고 있는 개개인마다 근육의 수축정도와 피로도가 다르며, 그에 따른 근육제어신호 주파수가 다르다. 도 1에서 설명하고 있는 저주파, 중주파, 고주파와 같은 통상적인 분류의 고정된 주파수로 자극했을 때, 일관된 자극을 줄 수는 있지만 개개인마다 효과의 정도가 다를 수 있다. 오히려 개개인에 맞춘 주파수로 자극하는 것이 더 바람직할 수 있다. 다만 종래에는 개개인에 맞춘 주파수에 대한 정의가 명확하지 않았다.
본원발명의 발명자는 개개인에 맞춘 주파수에 따른 자극을 관찰하기 위해서 사용자의 근육의 활동전위를 나타내는 생체정보를 획득한 후, 여기서 근육제어신호 주파수를 도출하였다. 상기 근육제어신호 주파수와 동일한 주파수를 사용자에 인가할 경우, 관절의 가동 범위가 오히려 증가하는 것을 관찰하여, 전기자극을 통해서 오히려 근육을 이완할 수 있음을 발견하고 본원발명을 완성하게 되었다.
종래의 전기를 이용한 근골격계 치료는 근육을 수축 또는 연축시키는 것을 기본 원리로 한다. 이를 통해서 통증의 조절 또는 근육 수축에 의한 혈액 순환을 증가시킨다.
살펴본 바와 같이, 반대 작용인 근육의 이완을 통한 전기자극의 치료적 효과에 대해서는 아직까지 언급되거나 연구된 바가 없다.
본원발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 전기자극에 의한 근육 이완장치 및 이를 이용한 근육 이완방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 사용자가 느끼는 통증을 낮추고, 저주파 치료기와 같은 종래의 전기자극기와는 달리 실질적으로 근육을 이완하여 근육의 가동 범위를 증가시킬 수 있는 근육제어신호 주파수를 이용한 근육 이완장치 및 이를 이용한 근육 이완방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 사용자 근육의 활동전위를 획득하는 전기신호측정부, 상기 사용자의 근육에 전기자극을 인가하는 전기자극인가부, 상기 활동전위에 관한 정보를 상기 전기자극인가부에 전달하는 제어부를 포함하는 근육 이완장치를 제공한다.
또한 본원발명은 사용자 근육의 활동전위를 획득하는 전기신호측정부, 상기 사용자의 근육에 진동자극을 인가하는 진동자극인가부, 상기 활동전위에 관한 정보를 상기 진동자극인가부에 전달하는 제어부를 포함하는 근육 이완장치를 제공한다.
또한 본원발명은 사용자 근육의 활동전위를 획득하는 전기신호측정부, 상기 사용자의 근육에 전기자극을 인가하는 전기자극인가부, 상기 사용자의 근육에 진동자극을 인가하는 진동자극인가부, 상기 활동전위에 관한 정보를 상기 전기자극인가부 및 진동자극인가부에 전달하는 제어부를 포함하는 근육 이완장치를 제공한다.
상기 전기신호측정부는 2개의 전극, 상기 2개의 전극 사이 근육의 활동전위를 측정하는 전압측정부를 포함할 수 있다.
상기 전기신호측정부 또는 상기 제어부에는 상기 전압측정부로부터 측정한 전압의 파형을 분석하는 분석부를 포함할 수 있다.
상기 활동전위에 관한 정보는 상기 사용자가 특정 근육을 휴식 또는 수축할 때 이에 대한 근활성도를 기반한 근육 신호주파수를 측정하고 이로부터 획득한 근육제어신호 주파수 또는 상기 근육제어신호 주파수의 40%초과 200%미만인 주파수일 수 있다.
상기 전기자극인가부는 상기 제어부에서 전달받은 상기 활동전위에 관한 정보를 사용하여 전기자극을 생성하고 이를 상기 사용자의 근육으로 전달할 수 있는 전기파형 생성기를 포함할 수 있다. 이 때의 상기 전기자극은 전기파형 형태이다.
상기 사용자의 근육에 전기자극을 인가하는 전극패드가 부가될 수 있으며, 상기 전극패드는 상기 사용자의 피부와 접하는 부위는 전도성 소재를 포함하는 전극부, 상기 전극부의 반대면에는 상기 전기자극인가부와 연결되는 전극단자를 포함할 수 있다.
상기 사용자의 근육에 진동자극을 인가하기 위한 진동자가 부가될 수 있으며, 상기 진동자극인가부는 상기 활동전위에 관한 정보를 사용하여 진동주파수를 생성하고 이를 상기 진동자로 전달할 수 있는 진동파형신호 생성기를 포함할 수 있다. 상기 진동자는 음파에 의한 진동을 발생할 수 있는 스피커 진동부로 대치되거나 스피커 진동부가 더 부가될 수 있다.
상기 진동자는 상기 사용자의 진동자극을 인가하는 근육 부위의 상면 또는 측면에 배치될 수 있다. 전기자극과 진동자극을 같이 인가할 경우, 상기 진동자는 근육에 전기자극을 인가하는 부위의 상면 또는 측면에 배치될 수 있다.
상기 전기자극과 상기 진동자극은 동일한 주파수이거나, 위상차가 있을 수 있다. 또한 상기 진동자극의 주파수는 상기 전기자극의 주파수의 정수배일 수 있다.
상기 전기자극의 주파수는 상기 근육제어신호 주파수의 40%초과 200%미만일 수 있으며, 상기 진동자극의 주파수는 상기 근육제어신호 주파수와 동일하거나 동일하지 않고, 상기 근육제어신호 주파수의 40%초과 200%미만일 수 있다.
본원발명에 따른 근육 이완장치의 전기자극의 주파수는 1㎐ 내지 200㎐, 상기 전기자극에 대한 출력은 최대 100㎃, 상기 전기자극에 대한 주파수 펄스 지속시간은 50㎲ 내지 300㎲이다.
본원발명은 또한 근육 이완방법에 있어서, 1) 전기신호측정부를 사용하여 상기 사용자가 특정 근육을 휴식 또는 수축할 때 이에 대한 근활성도를 기반한 근육 신호주파수를 측정하는 단계, 2) 상기 단계 1)의 정보로부터 근육제어신호 주파수를 획득하는 단계, 3) 상기 근육제어신호 주파수를 상기 전기자극인가부에 전달하는 단계, 4) 상기 전기자극인가부가 상기 사용자의 근육에 전기자극을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
본원발명은 또한 근육 이완방법에 있어서, 1) 전기신호측정부를 사용하여 상기 사용자가 특정 근육을 휴식 또는 수축할 때 이에 대한 근활성도를 기반한 근육 신호주파수를 측정하는 단계, 2) 상기 단계 1)의 정보로부터 근육제어신호 주파수를 획득하는 단계, 3) 상기 근육제어신호 주파수를 진동자극인가부에 전달하는 단계, 4) 상기 진동자극인가부가 상기 사용자의 근육에 진동자극을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
본원발명은 또한 근육 이완방법에 있어서, 1) 전기신호측정부를 사용하여 상기 사용자가 특정 근육을 휴식 또는 수축할 때 이에 대한 근활성도를 기반한 근육 신호주파수를 측정하는 단계, 2) 상기 단계 1)의 정보로부터 근육제어신호 주파수를 획득하는 단계, 3) 상기 근육제어신호 주파수를 전기자극인가부 및 진동자극인가부에 전달하는 단계, 4) 상기 전기자극인가부 및 상기 진동자극인가부가 상기 사용자의 근육에 전기자극 및 진동자극을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 단계 4)에서 실질적인 전기자극은 사용자에 부착된 전극패드를 통해서 인가될 수 있다. 상기 단계 4)에서 실질적인 진동자극은 진동자를 통해서 인가될 수 있다.
상기 단계 4)에서 인가되는 전기자극의 주파수는 상기 근육제어신호 주파수의 40%초과 200%미만일 수 있으며, 상기 단계 4)에서 인가되는 진동자극의 주파수는 상기 근육제어신호 주파수의 40%초과 200%미만일 수 있다.
본원발명에 근육 이완장치를 사용할 때, 목적으로 하는 타겟 근육은 같은 동작을 수행하는 근육의 집합이 될 수 있다. 예시로서 속목 자체의 폄을 관장하는 근육인 손목폄근이다. 세부적으로 손목폄근은 네가지 근육으로 구성되나, 이들은 모두 손목 자체의 폄에 대한 동작을 수행하는바 하나의 타켓 근육으로 간주한다. 이완을 위해서는 세부적인 해당 근육 자체에 적용하는 것이 가장 바람직하다. 예를 들어 손목을 펴는 근육 각각에 대해서 적용을 할 수 있다. 다만, 타켓 근육에 대해서 적용하는 것도 가능하다.
본원발명에 따른 이완장치를 사용하여 근육을 이완할 경우, 피로회복, 관절 운동 범위, 주름, 피로 회복(온탕 효과)등이 나타날 수 있다. 또한, 근육 경련의 감소, 근육의 과다긴장으로 인한 통증 감소, 근육 주변 관절구조물들의 긴장 완화, 뼈대근 방어 감소, 유연성을 증가시키고 관절 운동 범위를 증진시킬 수 있다.
본원발명은 상기 과제의 해결수단을 가능한 임의의 방법으로 조합하여 제공할 수 있다.
본원발명은 전기자극에 의한 근육 이완장치 및 이를 이용한 근육 이완방법을 제공할 수 있다.
구체적으로, 근육제어신호 주파수를 이용한 근육 이완장치 및 이를 이용한 근육 이완방법을 제공할 수 있다.
상기 장치 및 방법을 통해서 본원발명은 i) 전기자극에 의해 사용자의 근육을 이완할 수 있고, ii) 사용자가 느끼는 전기자극의 통증을 낮출 수 있으며, iii) 종래의 저주파 치료기와 달리 실질적으로 근육을 이완하여 근육의 가동 범위를 증가시킬 수 있다.
도 1은 전기자극의 주파수에 따른 일반적인 효과에 대한 설명 자료이다.
도 2는 본원발명의 일 실시예에 따른 근육 이완장치의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 3은 개인화 주파수 전기자극 적용 후 목 돌림 각도 변화에 대한 실험 결과이다.
도 4는 개인화 주파수 전기자극 적용 후 목 가쪽굽힘 각도 변화에 대한 실험 결과이다.
도 5는 개인화 주파수 전기자극 적용 후 위등세모근 압통 역치 변화에 대한 실험 결과이다.
도 6은 개인화 주파수 전기자극 적용 후 중앙 주파수 변화에 대한 실험 결과이다.
도 7은 개인화 주파수 전기자극 적용 후 만족도 조사 결과이다.
도 8은 자극 유형에 따른 압통 역치, 관절 가동 범위, 중앙 주파수 차이와 만족도 조사 방법이다.
도 9 내지 도 12는 각각 압통 역치(PPT), 목 돌림 각도(Rotation), 목 가쪽굽힙(Side-bending), 휴식 상태의 중앙 주파수(Rest)의 실험결과이다.
도 13은 아령을 들고 있는 동작에 대한 실험결과이며, 도 14는 아령을 들지 않았을 때의 실험결과이다.
도 15는 전기자극의 주파수 차이에 따른 압통 역치(PPT), 목 가쪽굽힙(Side-bending), 근긴장도(Muscle tone), 근경직도(Muscle stiffness) 변화에 대한 실험 방법이다.
도 16은 압통 역치(PPT), 목 가쪽굽힙(Side-bending), 근긴장도(Muscle tone), 근경직도(Muscle stiffness)의 실험결과이다.
도 2는 본원발명의 일 실시예에 따른 근육 이완장치의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 3은 개인화 주파수 전기자극 적용 후 목 돌림 각도 변화에 대한 실험 결과이다.
도 4는 개인화 주파수 전기자극 적용 후 목 가쪽굽힘 각도 변화에 대한 실험 결과이다.
도 5는 개인화 주파수 전기자극 적용 후 위등세모근 압통 역치 변화에 대한 실험 결과이다.
도 6은 개인화 주파수 전기자극 적용 후 중앙 주파수 변화에 대한 실험 결과이다.
도 7은 개인화 주파수 전기자극 적용 후 만족도 조사 결과이다.
도 8은 자극 유형에 따른 압통 역치, 관절 가동 범위, 중앙 주파수 차이와 만족도 조사 방법이다.
도 9 내지 도 12는 각각 압통 역치(PPT), 목 돌림 각도(Rotation), 목 가쪽굽힙(Side-bending), 휴식 상태의 중앙 주파수(Rest)의 실험결과이다.
도 13은 아령을 들고 있는 동작에 대한 실험결과이며, 도 14는 아령을 들지 않았을 때의 실험결과이다.
도 15는 전기자극의 주파수 차이에 따른 압통 역치(PPT), 목 가쪽굽힙(Side-bending), 근긴장도(Muscle tone), 근경직도(Muscle stiffness) 변화에 대한 실험 방법이다.
도 16은 압통 역치(PPT), 목 가쪽굽힙(Side-bending), 근긴장도(Muscle tone), 근경직도(Muscle stiffness)의 실험결과이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우 뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 구성요소를 한정하거나 부가하여 구체화하는 설명은, 특별한 제한이 없는 한 모든 발명에 적용될 수 있으며, 특정한 발명으로 한정하지 않는다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 단수로 표시된 것은 별도로 언급되지 않는 한 복수인 경우도 포함한다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 "또는"은 별도로 언급되지 않는 한 "및"을 포함하는 것이다. 그러므로 "A 또는 B를 포함하는"은 A를 포함하거나, B를 포함하거나, A 및 B를 포함하는 상기 3가지 경우를 모두 의미한다.
또한, 모든 수치 범위는 명확하게 제외한다는 기재가 없는 한, 양 끝의 값과 그 사이의 모든 중간값을 포함한다.
도 2는 본원발명의 일 실시예에 따른 근육 이완장치의 구성을 나타내는 모식도이다. 도 2를 참조하면, 사용자 근육의 활동전위를 획득하는 전기신호측정부, 상기 사용자의 근육에 전기자극을 인가하는 전기자극인가부, 상기 활동전위에 관한 정보를 상기 전기자극인가부에 전달하는 제어부를 포함하는 근육 이완장치를 제공한다.
또한 본원발명은 상기 사용자의 근육에 진동자극을 인가하는 진동자극인가부가 부가되며, 상기 제어부는 상기 활동전위에 관한 정보를 상기 진동자극인가부에도 전달하는 근육 이완장치를 제공한다.
도 2에는 전기자극 및 진동자극을 동시에 인가할 수 있는 장치가 개시되어 있지만, 이는 하나의 예시로서 전기자극만을 인가하거나 진동자극만을 인가할 수 있는 장치로도 변형이 가능하다.
상기 전기신호측정부는 2개의 전극, 상기 2개의 전극 사이 근육의 활동전위를 측정하는 전압측정부, 상기 전압측정부로부터 측정한 전압의 파형을 분석하는 분석부를 포함할 수 있다.
상기 생체정보로부터 주파수를 획득하는 것은 상기 사용자가 특정 근육을 휴식 또는 수축할 때 이에 대한 근활성도를 기반한 근육 신호주파수를 측정하고 이로부터 주파수를 획득하는 것일 수 있다. 여기서 획득한 주파수가 근육제어신호 주파수다.
도 2에서 상기 전기자극인가부는 상기 제어부에서 전달받은 상기 주파수와 동일한 전기주파수를 생성하고 이를 상기 전극패드로 전달할 수 있는 전기주파수 생성기를 포함할 수 있다.
상기 전극패드는 상기 사용자의 피부와 접하는 부위는 전도성 소재를 포함하는 전극부, 상기 전극부의 반대면에는 상기 주파수 생성기의 전극과 연결되는 전극단자를 포함할 수 있다.
상기 진동자극인가부는 상기 제어부에서 전달받은 상기 주파수와 동일한 진동주파수를 생성하고 이를 상기 진동자로 전달할 수 있는 진동주파수 생성기를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 전기자극인가부 및 상기 진동자극인가부에 각각 동일하거나 다른 주파수를 제공할 수 있다. 상기 제어부는 근육제어신호 주파수 또는 근육제어신호 주파수의 40%초과 200%미만인 주파수를 제공할 수 있다.
상기 진동자는 상기 전극패드의 상면 또는 측면에 배치될 수 있다.
1) 근육제어신호 주파수 획득 방법
상기 전기신호측정부는 2개의 전극, 상기 2개의 전극 사이 근육의 활동전위를 측정하는 전압측정부, 상기 전압측정부로부터 측정한 전압의 파형을 분석하는 분석부를 포함한다.
이완을 위한 근육(이하 '타켓 근육')에 대해서 근육제어신호 주파수를 획득해야 한다. 타켓 근육은 같은 동작을 수행하는 근육의 집합이 바람직하다. 타겟 근육의 예시로서 손목폄근을 들 수 있다. 손목 자체의 폄을 관장하는 근육은 손목폄근이며, 세부적으로 손목폄근은 네가지 근육으로 구성되나, 이들은 모두 손목 자체의 폄에 대한 동작을 수행하는바 이를 하나의 동작을 수행하는 근육의 집합인 타켓 근육으로 본다.
근육제어신호 주파수는 구체적으로 다음과 같은 단계를 통해서 획득한다.
a) 타켓 근육에 2개의 전극 또는 전극패드를 부착한다.
b) 사용자에게 타켓 근육을 10초간 수축하도록 또는 휴식하도록 요구한다. 사용자가 타겟 근육을 10초간 수축 유지하는 동안 또는 휴식하는 동안의 신경과 근육에서 발생하는 전기적 신호인 근전도를 측정 및 저장한다. 상기 10초는 하나의 예시로서, 1초 내지 10분 중 선택이 가능하다. 1초 이하로 측정할 경우 샘플링하는 데이터의 양이 부족할 경우가 있고, 10분 이상 지속할 경우 근육을 계속 수축하는데 근피로도가 누적되어 근전도 측정 초기와 측정 말기에 근육제어신호 주파수 자체가 변동될 우려가 있다. 한편 사용자가 근육을 수축하는 정도를 강, 중, 약의 3단계로 나눌 경우, 중으로 진행하는 것이 바람직하다. 근전도를 측정할 때 모든 신호를 측정하지 않고, 근육의 주요한 신호 주파수 대역만 통과하도록 측정 단계에서 필터를 적용하거나 측정 후 하기 단계 d)에 적용할 수 있다. 구체적으로 상기 근전도를 측정하는 것은 표면근전도(Surface EMG)를 측정하는 것이다.
c) 상기 저장된 근전도 신호를 정해진 시간 단위(epoch)로 나눈다. 이때 정해진 시간은 분석에 따라 달라질 수 있으나, 0.1초 내지 10초가 바람직하다.
d) 단계 c)에서 각각 나누어진 근전도 신호 자료에 대해서 노이즈를 제거한다. 노이즈 제거는 통상적인 노이즈 필터를 적용할 수 있으나, 전기적 신호인 만큼 고주파 노이즈를 제거하는 것이 바람직하다. 노이즈는 음의 근전도 신호 진폭을 양의 진폭으로 변환하는 정류, 근전도의 임의적 속성에 따른 재현 불가 근전도 신호를 제거하는 평활화 등도 적용이 가능하다. 노이즈 제거는 상기 단계 c) 이전에 진행되어도 무방하다.
e) 노이즈를 제거한 각각의 나누어진 근전도 신호 자료에 대해서 중앙 주파수 값을 취득한다. 상기 중앙 주파수 값을 취득하는 것은 신호의 전력 스펙트럼 밀도를 계산하여 중간값(Median frequency: MDF)을 취득하는 것이다.
f) 단계 e)에서 획득한 중간값에 대해서 산술평균 값을 구한다. 여기서 구한 산술평균 값을 근육제어신호 주파수로 정한다.
2) 개인화 주파수 전기자극 적용 후 목 돌림 각도 변화
일반적으로 사용되는 주파수의 전기자극과 근육제어신호 주파수 획득 방법에 의해서 획득한 근육제어신호 주파수의 전기자극에 따른 목 돌림 각도의 영향을 알아보았다.
실험 방법: 전기자극을 받기 전 대상자들의 어깨 올림 동작을 통해 측정된 근육제어신호 주파수와 목 돌림 각도를 3축 센서 기반의 장비로 측정하였다. 대상자들은 25㎐의 주파수의 전기자극, 어깨 올림 동작을 통해 측정된 근육제어신호 주파수와 동일한 주파수의 전기자극(펄스 지속시간은 300초, 강도는 37.5㎃로 고정)을 각각 15분 동안 받았다. 전기자극의 순서는 무작위로 진행되었으며 각각의 전기자극은 하루의 시간 차이를 두고 수행되었다. 전기자극 후 대상자들의 목 돌림 각도를 재측정하였다.
실험 결과: 도 3을 참조하면, 대상자들은 어깨 올림 동작을 통해 측정된 근육제어신호 주파수의 전기자극을 받은 경우(Indi Hz) 자극을 받기 전보다 목 돌림 각도가 평균 11.85도 증가한 것으로 나타났다. 상기 근육제어신호 주파수(Indi Hz)는 각 개인마다 상이한바, 이를 Indi Hz로 표시하였다.
고정된 주파수의 전기자극을 받은 경우(25 Hz)의 경우 오히려 목 돌림 각도가 평균 3.35도 감소하였다. 이를 통해서 본원발명에 따른 근육제어신호 주파수를 적용할 경우 근육이 오히려 이완되는 것을 알 수 있다.
3) 개인화 주파수 전기자극 적용 후 목 가쪽굽힘 각도 변화
일반적으로 사용되는 주파수의 전기자극과 근육제어신호 주파수 획득 방법에 의해서 획득한 근육제어신호 주파수의 전기자극이 목 가쪽굽힘 각도에 미치는 영향을 알아보았다.
실험 방법: 전기자극을 받기 전 대상자들의 어깨 올림 동작을 통해 측정된 근육제어신호 주파수와 목 돌림 각도를 3축 센서 기반의 장비로 측정하였다. 대상자들은 25㎐의 주파수의 전기자극, 어깨 올림 동작을 통해 측정된 근육제어신호 주파수와 동일한 주파수의 전기자극(펄스 지속시간은 300초, 강도는 37.5㎃로 고정)을 각각 15분 동안 받았다. 전기자극의 순서는 무작위로 진행되었으며 각각의 전기자극은 하루의 시간 차이를 두고 수행되었다. 전기자극 후 대상자들의 목 가쪽굽힘 각도를 재측정하였다.
실험 결과: 도 4를 참조하면, 대상자들은 어깨 올림 동작을 통해 측정된 근육제어신호 주파수의 전기자극을 받은 경우(Indi Hz) 자극을 받기 전보다 목 가쪽굽힘 각도가 평균 5.51도 증가한 것으로 나타났다. 상기 근육제어신호 주파수(Indi Hz)는 각 개인마다 상이한바, 이를 Indi Hz로 표시하였다.
고정된 주파수의 전기자극을 받은 경우(25 Hz)의 경우 오히려 목 가쪽굽힘 각도가 평균 2.17도 감소하였다. 이를 통해서 본원발명에 따른 근육제어신호 주파수를 적용할 경우 근육이 오히려 이완되는 것을 알 수 있다.
4) 개인화 주파수 전기자극 적용 후 위등세모근 압통 역치 변화
일반적으로 사용되는 주파수의 전기자극과 근육제어신호 주파수 획득 방법에 의해서 획득한 근육제어신호 주파수의 전기자극이 위등세모근 압통 역치에 미치는 영향을 알아보았다.
실험 방법: 전기자극을 받기 전 대상자들의 어깨 올림 동작을 통해 측정된 근육제어신호 주파수와 위등세모근의 압통 역치를 측정하였다. 압통 역치는 수치가 높을수록 더 강한 자극이 가해져야만 통증을 느낀다. 대상자들은 25㎐의 주파수의 전기자극, 어깨 올림 동작을 통해 측정된 근육제어신호 주파수와 동일한 주파수의 전기자극(펄스 지속시간은 300초, 강도는 37.5㎃로 고정)을 각각 15분 동안 받았다. 전기자극의 순서는 무작위로 진행되었으며 각각의 전기자극은 하루의 시간 차이를 두고 수행되었다. 전기자극 후 대상자들의 위등세모근 압통 역치를 재측정하였다.
실험 결과: 도 5를 참조하면, 대상자들은 어깨 올림 동작을 통해 측정된 근육제어신호 주파수의 전기자극을 받은 경우(Indi Hz) 자극을 받기 전보다 압통 역치가 0.6kgf 증가한 것으로 나타났다. 상기 근육제어신호 주파수(Indi Hz)는 각 개인마다 상이한바, 이를 Indi Hz로 표시하였다.
고정된 주파수의 전기자극을 받은 경우(25 Hz)의 경우 오히려 압통 역치가 평균 0.15 kgf 감소하였다. 근육이 이완될 경우 압통 역치가 높아지는바, 이를 통해서 본원발명에 따른 근육제어신호 주파수를 적용할 경우 근육이 오히려 이완되는 것을 알 수 있다.
5) 개인화 주파수 전기자극 적용 후 중앙 주파수 변화
일반적으로 사용되는 주파수의 전기자극과 근육제어신호 주파수 획득 방법에 의해서 획득한 근육제어신호 주파수의 전기자극 적용이 중앙 주파수에 미치는 영향을 알아보았다.
실험 방법: 전기자극을 받기 전 대상자들의 어깨 올림 동작을 통해 측정된 근육제어신호 주파수를 측정하였다. 전기자극을 받기 전 대상자들이 아령을 들고 있을 때 상기 1)의 방법에 따른 중앙 주파수를 측정하였다. 대상자들은 25㎐의 주파수의 전기자극, 어깨 올림 동작을 통해 측정된 근육제어신호 주파수와 동일한 주파수의 전기자극(펄스 지속시간은 300초, 강도는 37.5㎃로 고정)을 각각 15분 동안 받았다. 전기자극의 순서는 무작위로 진행되었으며 각각의 전기자극은 하루의 시간 차이를 두고 수행되었다. 전기자극 후 대상자들이 아령을 들고 있을 때 상기 1)의 방법에 따른 중앙 주파수를 재측정하였다.
실험 결과: 상기 근육제어신호 주파수(Indi Hz)는 각 개인마다 상이한바, 이를 Indi Hz로 표시하였다. 도 6 및 표 1을 참조하면, 대상자들은 25㎐ 전기자극을 받은 경우 중앙 주파수가 1.90㎐ 감소한 수치를 나타냈고, 어깨 올림 동작을 통해 측정된 근육제어신호 주파수의 전기자극을 받은 경우(Indi Hz) 자극을 받기 전과 비교하여 중앙 주파수는 0.93㎐ 정도로 크게 변하지 않았다. 아령을 들고 있을 때는 근육을 수축하는 정도를 강으로 보고 있다. 본원발명에 따른 근육제어신호 주파수의 전기자극을 인가할 경우, 짧은 시간(15분) 정도에서는 강한 근육 수축에도 불구하고 근육제어신호주파수가 크게 변동이 되지 않는 다는 것을 알 수 있다.
6) 개인화 주파수 전기자극 적용 후 만족도 조사
일반적으로 사용되는 주파수의 전기자극과 근육제어신호 주파수 획득 방법에 의해서 획득한 근육제어신호 주파수의 전기자극 적용에 따른 만족도를 조사하였다.
실험 방법: 전기자극을 받기 전 대상자들의 어깨 올림 동작을 통해 측정된 근육제어신호 주파수를 측정하였다. 대상자들은 25㎐의 주파수의 전기자극, 어깨 올림 동작을 통해 측정된 근육제어신호 주파수와 동일한 주파수의 전기자극(펄스 지속시간은 300초, 강도는 37.5㎃로 고정)을 각각 15분 동안 받았다. 전기자극의 순서는 무작위로 진행되었으며 각각의 전기자극은 하루의 시간 차이를 두고 수행되었다. 전기자극 후 대상자들에게 전기감각, 마사지강도, 통증정도, 뻐근함, 전반적인 만족도를 조사하였다.
실험 결과: 상기 근육제어신호 주파수(Indi Hz)는 각 개인마다 상이한바, 이를 Indi Hz로 표시하였다. 도 7 및 표 2를 참조하면, 대상자들은 일반적인 25㎐ 전기자극 보다 어깨 올림 동작을 통해 측정된 근육제어신호 주파수의 전기자극을 받은 경우(Indi Hz) 전기감각, 마사지 강도를 더 크게 느꼈다. 이로 인해 더 높은 통증 정도가 느껴졌지만 자극 후에는 뻐근함이 더 감소하고 근육이 더 이완되었다고 느꼈다. 전반적인 만족도는 개인에게 맞춘 주파수의 전기자극이 더 높은 것으로 나타났다.
7) 자극 유형에 따른 압통 역치, 관절 가동 범위, 중앙 주파수 차이와 만족도 조사
도 8은 자극 유형에 따른 압통 역치, 관절 가동 범위, 중앙 주파수 차이와 만족도 조사 방법이다. 도 8을 참조하면, 진동자극(진동), 전극 자극의 기성제품(클럭), 어깨 올림 동작을 통해 측정된 근육제어신호 주파수와 진동을 적용하였을 때(전기 + 진동) 압통 역치, 목 돌림과 가쪽굽힘, 중앙 주파수의 변화와 만족도의 차이를 알아보았다.
실험 방법: 전기자극을 받기 전 대상자들의 어깨 올림 동작을 통해 측정된 근육제어신호 주파수와 압통 역치(PPT), 목 돌림(Rotation)과 가쪽굽힘 관절 가동 범위(Side-bending)를 측정하였다. 대상자들은 진동기, 클럭, 그리고 어깨 올림 동작을 통해 측정된 근육제어신호 주파수의 전기자극(펄스 지속시간은 300초, 강도는 37.5㎃로 고정)과 결합된 진동기 자극을 각각 15분 동안 받았다. 자극의 순서는 무작위로 진행되었으며 각각의 자극은 하루의 시간 차이를 두고 수행되었다. 각각의 자극 직후 만족도를 조사하였으며 자극 후 대상자들의 중앙 주파수, 압통 역치, 관절 가동 범위를 재측정하였다.
실험 결과: 표 3 내지 표 6과 도 9 내지 도 12는 각각 압통 역치(PPT), 목 돌림 각도(Rotation), 목 가쪽굽힙(Side-bending), 휴식 상태의 중앙 주파수(Rest)의 실험결과이다.
압통 역치는 진동만 자극 시(Vib) 0.06kgf 증가되었고, 클럭 기성제품 자극 시(Klug) 0.15kgf 감소되었으며, 전기자극과 진동자극 시(ESV) 0.34kgf 증가한 것으로 나타났다. 목 돌림 각도는 진동만 자극 시(Vid) 0.20도 증가하였고, 클럭 기성제품 자극 시(Klug) 2.98도 감소하였으며, 전기자극과 진동자극 시(ESV) 11.91도 증가한 것으로 나타났다. 목 가쪽굽힘 각도는 진동만 자극 시(Vib) 1.44도 증가하였고, 클럭 기성제품 자극 시(Klug) 0.67도 감소하였으며, 전기자극과 진동자극 시(ESV) 7.47도 증가한 것으로 나타났다. 휴식 상태의 중앙 주파수는 진동만 자극 시(Vib) 12.68㎐ 증가하였고, 클럭 기성제품 자극 시(Klug) 3.03㎐ 감소하였으며, 전기자극과 진동자극 시(ESV) 6.09㎐ 감소한 것으로 나타났다. 이를 통해서 본원발명에 따른 근육제어신호 주파수의 전기자극과 진동을 동시에 인가할 경우 압통 역치, 목 돌림 각도, 목 가쪽굽힘에서 모두 상승 작용이 있음을 알 수 있다.
상기 7)의 방법을 아령을 들고 있는 동작에서의 상기 1)의 방법에 따른 따른 중앙 주파수를 측정하였다.
표 7 및 도 13은 아령을 들고 있는 동작에 대한 실험결과이며, 도 14는 아령을 들지 않았을 때의 실험결과이다.
아령을 들고 있는 동작에서의 중앙 주파수는 진동만 자극 시(Vib) 2.01㎐ 증가하였고, 클럭 기성제품 자극 시(Klug) 4.24㎐ 증가하였으며, 전기자극과 진동자극 시(ESV) 3.41㎐ 증가한 것으로 나타났다.
아령을 들지 않았을 때, 어깨 올림 동작에서의 중앙 주파수는 진동만 자극 시(Vib) 1.50㎐ 증가하였고, 클럭 기성제품 자극 시(Klug) 3.40㎐ 증가하였으며, 전기자극과 진동자극 시(ESV) 3.12㎐ 감소한 것으로 나타났다.
어깨 올림 동작에서 더 높은 Hz를 나타냈다는 것의 의미는 해당 동작 시 근육의 섬유 Type 1, Type 2중 Type 2의 사용 비율이 증가했음을 의미한다. Type 2의 경우 수축은 빠르고 강하나 피로에 취약한 근섬유이다.
8) 전기자극의 주파수 차이에 따른 압통 역치(PPT), 목 가쪽굽힙(Side-bending), 근긴장도(Muscle tone), 근경직도(Muscle stiffness) 변화
근육제어신호 주파수와 일치하는 전기자극과 이 주파수의 0.4, 0.6, 1, 1.4, 1.6배에 해당하는 전기자극 시 압통 역치, 가쪽굽힘, 근긴장도, 근경직도의 변화를 알아보았다.
실험 방법: 전기자극을 받기 전 대상자들의 어깨 올림 동작을 통해 측정된 근육제어신호 주파수를 측정하였다. 대상자들은 어깨 올림 동작을 통해 측정된 근육제어신호 주파수 수치의 0.4, 0.6, 1, 1.4, 1.6배에 해당하는 주파수 (펄스 지속시간은 300초, 강도는 37.5㎃로 고정)의 전기자극을 각각 15분 동안 받았다. 자극의 순서는 무작위로 진행되었으며 각각의 자극은 하루의 시간 차이를 두고 수행되었다. 각각의 자극 전과 후 압통 역치, 목 가쪽굽힙, 근긴장도, 근경직도을 측정하였다. 도 15는 이에 대한 실험 방법이다.
실험 결과: 도 16은 이에 대한 실험 결과이다. 도 16은 주파수 인가 전과 인가 후의 압통 역치, 목 가쪽굽힙, 근긴장도, 근경직도 결과이다.
도 16을 참고하면, 통증 역치는 근육제어신호 주파수의 1.6배에 해당하는 주파수의 전기자극을 받은 후 9.7%로 가장 높게 향상됐다. 목 가쪽굽힘은 근육제어신호 주파수와 일치하는 전기자극을 받은 후 7.0%로 가장 높게 향상됐다. 근긴장도와 근경직도는 근육제어신호 주파수의 0.6배에 해당하는 주파수 전기자극을 받은 후 각각 -2.0%와 -3.8%로 가장 감소했다.
이를 통해서 근육의 이완을 위해서는 근육제어신호 주파수의 0.4배 이상이며, 1.6배를 넘지 않는 범위의 주파수를 인가해야 함을 알 수 있다.
Claims (16)
- 사용자 근육의 활동전위를 획득하는 전기신호측정부;
상기 사용자의 근육에 전기자극을 인가하는 전기자극인가부;
상기 활동전위에 관한 정보를 상기 전기자극인가부에 전달하는 제어부;
를 포함하는 근육 이완장치에 있어서,
상기 활동전위에 관한 정보는,
상기 사용자가 특정 근육을 휴식 또는 수축할 때 이에 대한 근활성도를 기반한 근육 신호주파수를 측정하고 이로부터 획득한 근육제어신호 주파수 또는 상기 근육제어신호 주파수의 40%초과 160%미만인 주파수인 근육 이완장치. - 사용자 근육의 활동전위를 획득하는 전기신호측정부;
상기 사용자의 근육에 진동자극을 인가하는 진동자극인가부;
상기 활동전위에 관한 정보를 상기 진동자극인가부에 전달하는 제어부;
를 포함하는 근육 이완장치에 있어서,
상기 활동전위에 관한 정보는,
상기 사용자가 특정 근육을 휴식 또는 수축할 때 이에 대한 근활성도를 기반한 근육 신호주파수를 측정하고 이로부터 획득한 근육제어신호 주파수 또는 상기 근육제어신호 주파수의 40%초과 160%미만인 주파수인 근육 이완장치. - 사용자 근육의 활동전위를 획득하는 전기신호측정부;
상기 사용자의 근육에 전기자극을 인가하는 전기자극인가부;
상기 사용자의 근육에 진동자극을 인가하는 진동자극인가부;
상기 활동전위에 관한 정보를 상기 전기자극인가부 및 진동자극인가부에 전달하는 제어부;
를 포함하는 근육 이완장치에 있어서,
상기 활동전위에 관한 정보는,
상기 사용자가 특정 근육을 휴식 또는 수축할 때 이에 대한 근활성도를 기반한 근육 신호주파수를 측정하고 이로부터 획득한 근육제어신호 주파수 또는 상기 근육제어신호 주파수의 40%초과 160%미만인 주파수인 근육 이완장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기신호측정부는,
2개의 전극;
상기 2개의 전극 사이 근육의 활동전위를 측정하는 전압측정부;
를 포함하는 근육 이완장치. - 제4항에 있어서,
상기 전기신호측정부 또는 상기 제어부에는 상기 전압측정부로부터 측정한 전압의 파형을 분석하는 분석부;
를 포함하는 근육 이완장치. - 삭제
- 제1항 또는 제3항 있어서,
상기 전기자극인가부는,
상기 제어부에서 전달받은 상기 활동전위에 관한 정보를 사용하여 전기자극을 생성하고 이를 상기 사용자의 근육으로 전달할 수 있는 전기파형 생성기;
를 포함하는 근육 이완장치. - 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 사용자의 근육에 전기자극을 인가하기 위한 전극패드가 부가되며,
상기 전극패드는,
상기 사용자의 피부와 접하는 부위는 전도성 소재를 포함하는 전극부;
상기 전극부의 반대면에는 상기 전기자극인가부와 연결되는 전극단자;
를 포함하는 근육 이완장치. - 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 사용자의 근육에 진동자극을 인가하기 위한 진동자가 부가되며,
상기 진동자극인가부는,
상기 활동전위에 관한 정보를 사용하여 진동주파수를 생성하고 이를 상기 진동자로 전달할 수 있는 진동파형신호 생성기;
를 포함하는 근육 이완장치. - 제9항에 있어서,
전기자극과 진동자극을 같이 인가할 경우, 상기 진동자는 근육에 전기자극을 인가하는 부위의 상면 또는 측면에 배치되는 근육 이완장치. - 제3항에 있어서,
상기 전기자극과 상기 진동자극은 동일한 주파수를 갖는 근육 이완장치. - 1) 전기신호측정부를 사용하여 사용자가 특정 근육을 휴식 또는 수축할 때 이에 대한 근활성도를 기반한 근육 신호주파수를 측정하는 단계;
2) 상기 단계 1)의 정보로부터 근육제어신호 주파수를 획득하는 단계;
3) 상기 근육제어신호 주파수를 전기자극인가부에 전달하는 단계;
4) 상기 전기자극인가부가 상기 사용자의 근육에 전기자극을 인가하는 단계;
를 포함하는 근육 이완장치의 제어 방법에 있어서,
상기 단계 4)에서 인가되는 전기자극의 주파수는 상기 근육제어신호 주파수의 40%초과 160%미만인 근육 이완장치의 제어 방법. - 1) 전기신호측정부를 사용하여 사용자가 특정 근육을 휴식 또는 수축할 때 이에 대한 근활성도를 기반한 근육 신호주파수를 측정하는 단계;
2) 상기 단계 1)의 정보로부터 근육제어신호 주파수를 획득하는 단계;
3) 상기 근육제어신호 주파수를 진동자극인가부에 전달하는 단계;
4) 상기 진동자극인가부가 상기 사용자의 근육에 진동자극을 인가하는 단계;
를 포함하는 근육 이완장치의 제어 방법에 있어서,
상기 단계 4)에서 인가되는 진동자극의 주파수는 상기 근육제어신호 주파수의 40%초과 160%미만인 근육 이완장치의 제어 방법. - 1) 전기신호측정부를 사용하여 사용자가 특정 근육을 휴식 또는 수축할 때 이에 대한 근활성도를 기반한 근육 신호주파수를 측정하는 단계;
2) 상기 단계 1)의 정보로부터 근육제어신호 주파수를 획득하는 단계;
3) 상기 근육제어신호 주파수를 전기자극인가부 및 진동자극인가부에 전달하는 단계;
4) 상기 전기자극인가부 및 상기 진동자극인가부가 상기 사용자의 근육에 전기자극 및 진동자극을 인가하는 단계;
를 포함하는 근육 이완장치의 제어 방법에 있어서,
상기 단계 4)에서 인가되는 전기자극의 주파수 및 진동자극의 주파수는 상기 근육제어신호 주파수의 40%초과 160%미만인 근육 이완장치의 제어 방법. - 삭제
- 삭제
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101302268B1 (ko) * | 2012-04-18 | 2013-09-02 | 경성대학교 산학협력단 | 근육의 수축 또는 이완시 발생하는 근활성도의 변화를 이용하여 신체에 진동 자극을 제공하는 방법 |
| KR20210004496A (ko) * | 2019-07-05 | 2021-01-13 | 주식회사 에이션랩 | 근육 자극 장치, 근육 자극 패드 및 근육 자극 시스템과 이를 이용한 근육 자극 방법 |
| KR20220053746A (ko) * | 2020-10-22 | 2022-05-02 | 고려대학교 산학협력단 | 사용자 피로도 기반의 기능적 전기자극과 진동자극 제어시스템 및 제어방법 |
| KR102482763B1 (ko) * | 2022-04-18 | 2022-12-29 | 고등기술연구원연구조합 | 전기활성반응 슈트 및 전기활성반응 슈트를 이용하여 근력 지원하는 기능성 전기자극반응 방법 |
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