KR20110116543A

KR20110116543A - 평형기능 보완용 두피 접촉식 진동 자극장치

Info

Publication number: KR20110116543A
Application number: KR1020100036011A
Authority: KR
Inventors: 박병림
Original assignee: 원광대학교산학협력단
Priority date: 2010-04-19
Filing date: 2010-04-19
Publication date: 2011-10-26
Also published as: KR101092670B1

Abstract

본 발명은 인체의 평형기능에 관여하는 내이(內耳) 전정기관(前庭器官)의 손상이나 노인성으로 인한 평형기능의 손상환자에서 두정부(頭頂部)에 위치한 센서가 머리 움직임의 방향과 속도를 감지하여 머리의 전, 후, 좌, 우측과 중앙에 위치한 진동자극기로 신호를 전달하여 피검사자가 자세변동 방향을 인지하여 의도적으로 자세를 보완하는 동작을 취하도록 유도하고, 이에 선행하여 전기자극으로 자세변동측 하지근을 수축시키도록 한 평형기능 보완용 두피 접촉식 진동자극장치에 관한 것으로서, 피검사자(M)가 착용할 수 있는 모자(C)의 정중앙 상부에 장착되어 있는 1개의 3축 가속도센서(1)와; 모자(C)의 정중앙 상부와 그 사방에 장착되어 있는 5개의 진동자극기(3a, 3b, 3c, 3d, 3e)와; 피검자의 주머니에 넣을 수 있는 중앙처리장치(2)와; 상기 중앙처리장치(2)에 연결된 전기자극기(4)와; 하지근을 자극하기 위하여 상기 전기자극기(4)에 연결되어 인체 다리의 허벅지와 종아리에 각각 장착된 4개의 하지근 자극용 전극(5a, 5b, 5c, 5d)으로 구성된 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명은 평형기능 손상으로 인한 자세부조화를 예방하고자 모자에 자세변동 감지센서와 진동자극기를 부착하여 자세변동의 방향과 속도를 인지할 수 있는 장치와 자세변동 직후 하지근을 수축시킬 수 있는 전기자극기로 자세변동의 감지도에 대한 정확성과 자세보완능을 높이고, 경제적 및 간편함을 도모하도록 한 평형기능 보완용 두피 접촉식 진동자극장치를 제공하는데 있다.

Description

평형기능 보완용 두피 접촉식 진동 자극장치{TACTILE SCALP VIBRATOR FOR SUPPLEMENT OF EQUILIBRIUM SENSE}

본 발명은 인체의 평형기능에 관여하는 내이(內耳) 전정기관(前庭器官)의 손상이나 노인성으로 인한 평형기능의 손상환자에서 두정부(頭頂部)에 위치한 센서가 머리 움직임의 방향과 속도를 감지하여 머리의 전, 후, 좌, 우측과 중앙에 위치한 진동자극기로 신호를 전달하여 피검사자가 자세변동 방향을 인지하여 의도적으로 자세를 보완하는 동작을 취하도록 유도하고, 이에 선행하여 전기자극으로 자세변동측 하지근을 수축시키도록 한 평형기능 보완용 두피 접촉식 진동자극장치에 관한 것이다.

내이(內耳)에 위치한 전정기관(前庭器官; 평형기관)은 인체의 반사적 자세 조절에 관여하는 가장 중요한 감각기관이다. 전정기관은 머리의 각가속 운동을 감지하는 세반 규관과 선가속 운동 및 중력을 감지하는 이석기관으로 구성되어 있으며, 전후, 좌우, 상하의 3개축을 중심으로 회전운동을 하는 머리의 움직임을 감지하여 구심성 신호를 뇌간에 위치한 자세조절중추인 전정신경핵으로 전달하여 반사적 자세조절에 관여한다. 그러나 이독성 약물, 바이러스 감염, 노인성 등으로 인한 평형기능의 손상은 자세부조화로 인한 낙상과 방향감 상실로 인한 어지러움을 동반한다. 최근 우리나라 보건복지가족부의 노인실태조사에 관한 보고서(2008년)에 의하면 노인 낙상 원인의 1/4이 어지러움에 의한 것으로 알려져 있으며, 노약자에서 외상에 의한 사망원인의 1위가 낙상임을 고려할 때 노약자에서 평형기능의 보완은 매우 중요한 사항이다.

평형기능은 전정기관에 위치한 세반규관과 이석기관이 가속도센서로 작용하여 머리의 움직임을 감지한 후 구심성 신호를 전정신경핵으로 전달하여 골격근의 수축을 유도하는 신경로에 의하여 이루어진다. 인체에서 대부분의 조절기능은 피드백제어(feedback control)에 의하여 이루어지지만, 평형기능은 피드백제어를 할 경우 이미 무게중심이 벗어나서 넘어지기 때문에 자세조절이 불가능하므로 피드포워드제어(feedforward control)에 의하여 이루어진다. 그러나 현대의 기술력은 평형기능의 회복을 위하여 전정기관처럼 피드포워드제어가 가능한 시스템을 개발할 수 없기 때문에 전정기능을 보완할 수 있는 방법이 요구된다.

평형기능 손상은 전정기관에 위치한 센서가 손상되거나 평형기능에 관여하는 신경로의 손상에 기인하기 때문에 중추신경계에서는 머리의 움직임에 대한 정보를 받을 수 없다. 따라서 미국의 Bach-y-Rita 연구진과 네덜란드의 Kingma 연구진은 자세의 변동을 감지하여 2차적으로 조절하는 피드백제어 방법을 이용하고 있는데 전자는 혀(tongue)로 전기신호를 보내어 자세변동을 인지하고, 후자는 몸통에 진동자극을 가하여 자세변동을 인지하기 때문에 장치의 휴대성 문제뿐만 아니라 자세변동을 감지한 후 의도적인 자세조절이 이루어지기 까지는 많은 시간이 소요되어 효율적인 자세조절의 효과를 얻기가 곤란하다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 평형기능 손상으로 인한 자세부조화를 예방하고자 모자에 자세변동 감지센서와 진동자극기를 부착하여 자세변동의 방향과 속도를 인지할 수 있는 장치와 자세변동 직후 하지근을 수축시킬 수 있는 전기자극기로 자세변동의 감지도에 대한 정확성과 자세보완능을 높이고, 경제적 및 간편함을 도모하도록 한 평형기능 보완용 두피 접촉식 진동자극장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 제1 실시예에 의한 평형기능 보완용 두피 접촉식 진동자극장치는, 피검사자(M)가 착용할 수 있는 모자(C)의 정중앙 상부에 장착되어 있는 1개의 3축 가속도센서(1)와; 모자(C)의 정중앙 상부와 그 사방에 장착되어 있는 5개의 진동자극기(3a, 3b, 3c, 3d, 3e)와; 피검자의 주머니에 넣을 수 있는 중앙처리장치(2)와; 상기 중앙처리장치(2)에 연결된 전기자극기(4)와; 하지근을 자극하기 위하여 상기 전기자극기(4)에 연결되어 인체 다리의 허벅지와 종아리에 각각 장착된 4개의 하지근 자극용 전극(5a, 5b, 5c, 5d)으로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 평형기능 보완용 두피 접촉식 진동자극장치에 의하면, 종래의 혀(tongue) 자극장치나 몸통 자극장치와 비교할 때 중앙 진동자극기가 노약자들의 주저앉음과 같은 머리의 하방 움직임을 감지하여 낙상 위험율을 현저히 감소시킬 수 있고, 머리 움직임의 방향과 속도의 감지율이 높으며, 전기자극을 사용하여 자세변동 감지 후 의도적 자세 수정 동작을 취할 때까지의 소요시간에 하지근을 수축시켜 평형기능 보완 효과가 한층 높고, 사용이 간편하고 미관상 문제점이 없기 때문에 경제적이고 효율적인 매우 유익한 발명인 것이다.

도 1은 본 발명에 있어서 두피 접촉식 진동장치를 착용한 상태도이고,
도 2는 본 발명에 있어서 두피 접촉식 진동장치의 개략적 구성도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

[실시예]

본 발명은 피검자가 모자(C)를 쓰고 중앙처리장치(2)와 전기자극기(4)를 주머니에 넣은 상태로 일상생활을 하면서 순간적인 자세변동이 초래되면 3축 가속도센서(1)가 감지하여 중앙처리장치(2)로 신호를 보내고, 중앙처리장치(2)는 입력신호를 분석하여 진동자극기와 전기자극기(4)로 출력신호를 보내 머리의 움직이는 방향과 일치한 부위에 위치한 진동자극기가 작동하여 진동자극을 두피에 전달함과 동시에 하지근의 수축을 유도하여 순간적인 자세 수정을 병용하는 것을 특징으로 하는 두피 접촉식 진동자극장치를 제공한다.

즉, 본 발명에 따른 평형기능 보완용 두피 접촉식 진동자극장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 피검사자(M)가 착용할 수 있는 모자(C)의 정중앙 상부에 장착되어 있는 1개의 3축 가속도센서(1)와, 모자(C)의 정중앙 상부와 그 사방에 장착되어 있는 5개의 진동자극기(3a, 3b, 3c, 3d, 3e)와, 피검자의 주머니에 넣을 수 있는 중앙처리장치(2)와, 상기 중앙처리장치(2)에 연결된 전기자극기(4)와, 하지근을 자극하기 위하여 상기 전기자극기(4)에 연결되어 인체 다리의 허벅지와 종아리에 각각 장착된 4개의 하지근 자극용 전극(5a, 5b, 5c, 5d)으로 구성된다.

도 2는 도 1의 평면도이다.

상기 모자(C)는 일반 운동모자로 피검자의 머리에 잘 맞는 것으로 전, 후, 좌, 우, 중앙부위에 진동자극기(3a, 3b, 3c, 3d, 3e)가 위치하여 두피에 잘 접촉되어 진동자극이 효과적으로 전달될 수 있도록 탄력성 밴드로 구성된다.

상기 3축 가속도센서(1)는 모자(C)의 정중앙에 위치하여 머리가 전후축, 좌우축, 상하축을 중심으로 움직일 때 감지하여 신호를 중앙처리장치(2)로 보낼 수 있는 미세 3축 가속도센서로 구성된다.

상기 진동자극기(3a, 3b, 3c, 3d, 3e)는 두피에 미세진동을 부가하고 모자(C)에 부착할 수 있는 미세 진동자극기로서, 중앙처리장치(2)로부터의 출력신호에 의하여 진동의 강도를 제어할 수 있도록 구성된다.

상기 중앙처리장치(2)는 상기 3축 가속도센서(1)로부터 입력신호를 받아 머리 움직임의 방향과 속도를 산출하고 이를 출력신호로 전환하여 진동자극기(3)와 전기자극기(4)를 제어할 수 있으며, 충전용 전원을 내장하여 3축 가속도센서(1), 진동자극기(3a, 3b, 3c, 3d, 3e), 그리고 전기자극기(4)에 전원을 공급하고 이들과는 유선 연결하여 구성된다.

또한 중앙처리장치(2)에 연결된 케이블은 모자(C)의 내부에 고정하여 외부에 노출되지 않으며 모자(C)로부터 중앙처리장치(2)까지는 미관과 편리성이 공존하도록 구성한다.

상기 전기자극기(4)는 중앙처리장치(2)로부터 제어신호를 받아서 하지근 자극용 전극(5a, 5b, 5c, 5d)을 통해 근 수축을 유도하며, 전기자극기를 사용하지 않을 경우 중앙처리장치로부터 분리할 수 있도록 구성한다.

상기 자극용 전극(5a, 5b, 5c, 5d, 5e)은 습식 표면전극으로 대퇴부근의 자극용 전극(5a, 5c)과 비골신경 부근의 자극용 전극(5b, 5d)에 연결되어 대퇴근과 전경골근을 각각 수축하도록 구성한다.

본 발명에서는 상기 3축 가속도센서(1)를 이용하여 머리의 움직임을 감지한 후 움직이는 방향과 속도를 산출하고, 머리의 전, 후, 좌, 우, 중앙에 위치한 진동자극기(3a, 3b, 3c, 3d, 3e) 중에서 머리의 움직임 방향에 일치한 진동자극기로 신호를 전달하여 움직임의 속도와 비례하여 진동의 강도를 조절하여 두피를 진동 자극하게 되므로 자세변동의 방향과 속도를 대뇌에서 인지하여 의도적으로 자세를 조절하는 피드백제어 방법을 이용한다. 그러나 자세변동 감지 후 의도적 자세조절 동작을 수행하기까지의 소요시간 동안 순간적인 체위유지를 위하여 자세변동측 하지근의 수축을 유도할 목적으로 전기자극 방법을 병용한다.

즉, 머리의 정중앙인 두정부(頭頂部)에 위치한 3축 가속도센서(1)가 머리의 움직임을 감지하여 그 신호를 중앙처리장치(2)로 보내고, 중앙처리장치에서 머리 움직임의 방향과 속도를 산출한다. 그 후 머리가 전방으로 움직였다면 중앙처리장치의 출력신호는 전두골(前頭骨)의 정중앙에 위치한 전방 진동자극기(3a)로 전달하고, 머리가 후방으로 움직였다면 출력신호는 후두골(後頭骨)의 정중앙에 위치한 후방 진동자극기(3c)로 전달하며, 머리가 우측으로 움직였다면 출력신호는 우측 측두골(側頭骨)에 위치한 우측 진동자극기(3b)로 전달하고, 머리가 좌측으로 움직였다면 출력신호는 좌측 측두골(側頭骨)에 위치한 좌측 진동자극기(3d)로 전달하며, 머리가 하방으로 움직였다면 출력신호는 두정부(頭頂部)에 위치한 중앙 진동자극기(3e)로 전달한다. 만약 머리가 전우측으로 움직였다면 출력신호는 전방 진동자극기(3a)와 우측 진동자극기(3b)로 전달한다. 이처럼 중앙처리장치의 출력신호는 머리의 움직이는 방향과 일치한 부위에 위치한 진동자극기로 전달하며, 속도는 진동의 강도에 비례하여 출력한다. 또한 중앙처리장치의 출력신호는 진동자극기로 전달됨과 동시에 전기자극기(4)로 전달되어 머리가 우측으로 움직였다면 우측 하지근 자극용 전극(5a, 5b)을 통해 우측 하지근을 수축시키고, 머리가 좌측으로 움직였다면 좌측 하지근의 자극용 전극(5c, 5d)을 통해 좌측 하지근을 수축시키며, 머리가 하방으로 움직였다면 양측 하지근의 자극용 전극(5a, 5b, 5c, 5d)을 통해 양측 하지근을 모두 수축시켜 자세를 바로 잡는다.

이상에서와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다할 것이다.

1 : 3축 가속도센서 2 : 중앙처리장치
3a : 전방 진동자극기 3b : 우측 진동자극기
3c : 후방 진동자극기 3d : 좌측 진동자극기
3e : 중앙 진동자극기 4 : 전기자극기
5a : 우측 대퇴부 자극용 전극 5b : 우측 비골신경 자극용 전극
5c : 좌측 대퇴부 자극용 전극 5d : 좌측 비골신경 자극용 전극
M : 피검사자 C : 모자

Claims

피검사자(M)가 착용할 수 있는 모자(C)의 정중앙 상부에 장착되어 있는 1개의 3축 가속도센서(1)와;
모자(C)의 정중앙 상부와 그 사방에 장착되어 있는 5개의 진동자극기(3a, 3b, 3c, 3d, 3e)와;
피검자의 주머니에 넣을 수 있는 중앙처리장치(2)와;
상기 중앙처리장치(2)에 연결된 전기자극기(4)와;
하지근을 자극하기 위하여 상기 전기자극기(4)에 연결되어 인체 다리의 허벅지와 종아리에 각각 장착된 4개의 하지근 자극용 전극(5a, 5b, 5c, 5d)으로 구성된 것을 특징으로 하는 평형기능 보완용 두피 접촉식 진동자극장치.
제 1 항에 있어서,
상기 3축 가속도센서(1)는 모자(C)의 정중앙에 위치하여 머리가 전후축, 좌우축, 상하축을 중심으로 움직일 때 감지하여 신호를 중앙처리장치(2)로 보낼 수 있는 미세 3축 가속도센서로 구성된 것을 특징으로 하는 평형기능 보완용 두피 접촉식 진동자극장치.
제 1 항에 있어서,
상기 진동자극기(3a, 3b, 3c, 3d, 3e)는 두피에 미세진동을 부가하고 모자(C)에 부착할 수 있는 미세 진동자극기로서, 중앙처리장치(2)로부터의 출력신호에 의하여 진동의 강도를 제어할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 평형기능 보완용 두피 접촉식 진동자극장치.
제 1 항에 있어서,
상기 중앙처리장치(2)는 상기 3축 가속도센서(1)로부터 입력신호를 받아 머리 움직임의 방향과 속도를 산출하고 이를 출력신호로 전환하여 진동자극기(3)와 전기자극기(4)를 제어할 수 있으며, 충전용 전원을 내장하여 3축 가속도센서(1), 진동자극기(3a, 3b, 3c, 3d, 3e), 및 전기자극기(4)에 전원을 공급하고 이들과는 유선 연결하여 구성된 것을 특징으로 하는 평형기능 보완용 두피 접촉식 진동자극장치.
제 1 항에 있어서,
상기 전기자극기(4)는 중앙처리장치(2)로부터 제어신호를 받아서 하지근 자극용 전극(5a, 5b, 5c, 5d)을 통해 근 수축을 유도하며, 전기자극기를 사용하지 않을 경우 중앙처리장치(2)로부터 분리할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 평형기능 보완용 두피 접촉식 진동자극장치.