KR20120127597A - 프로그래밍 가능한 발 근육 전기 자극 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발의 근육에 신경근 전기 자극(NMES)을 제공하는 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 다양한 주파수 파장 패턴, 지속 시간, 세기, 램프 시간(ramp time) 및 작동-중지 주기(on-off cycle)를 제공하는 전기 신호 발생기를 포함한다. 상기 장치는 발 근육 위 또는 발목 주위에 위치하여, 신호 발생기에 부착된 표면 전극을 추가로 포함한다. 신호 발생기는 발 근육과 신경을 자극하도록 프로그래밍된다. 전극의 위치와, 프로그래밍은 종아리의 유일한 정맥에 있어서 혈액의 울혈 현상을 감소시키고, 심부정맥 혈전증(DVT)을 막기 위해 정맥 혈류량을 증가시키며, 혈전 후 증후군 환자를 위해 정맥 혈류량을 증가시키고, 상처 치유를 촉진하며, 발과 발목의 신경병적 통증, 발과 발목의 만성 근골격 통증 및 수술 후 발과 발목의 급성 통증을 감소시키고, 발 근육의 근육 위축증을 예방하도록 조정된다.

Description

프로그래밍 가능한 발 근육 전기 자극{PROGRAMMABLE ELECTRICAL STIMULATION OF THE FOOT MUSCLES}

본 발명은 일반적으로 혈전증 예방 및 통증 관리를 위한 근육의 전기 자극 분야에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 발 근육의 전기 자극에 관한 것이다.

현재, 혈액 순환을 촉진하고 혈전을 감소시키며 통증을 관리하기 위해 뇌에 도달한 통증 신호를 스크램블링(scrambling)시키기 위하여, 피부 위에 전극을 장착하여 근육과 신경을 전기 자극하는 방법이 이용되고 있다.

수술중, 마취중 그리고 침대에 오랜 기간 동안 누워있거나 움직이지 못하는 환자에서는 종종 심부정맥 혈전증, 즉 DVT로 알려진 병태가 발생하기 쉽다. DVT는 하지 또는 골반의 정맥혈의 혈전 증상이다. 이 혈전 증상은 하지, 국소 혈관 상해부 또는 응고항진상태에서 정맥혈을 펌핑시키는데 필요한 근육 운동이 이루어지지 않을 때 발생한다. 만일 혈전이 폐로 이동하여 폐색전(PE)을 유발시키거나, 또는 심혈관 순환을 방해하면, 상기 병태는 생명을 위협할 수 있다. 더욱 일반적으로, 정맥 혈전 색전증(VTED)은 정형 외과 수술후, 신경 질환으로 인하여, 심지어는 장시간의 여행 동안, 그리고 기타 다양한 병태로 움직이지 못하는 개인에 있어서, 상당한 이환 및 사망의 원인이다.

1954년 이래, 비행, 자동차 여행 및 심지어 극장 관람에 의해 강요된 상태인 장시간의 의존성 정지 상태(dependency stasis)가 혈전증을 야기할 수 있음이 알려졌다. 1977년에는, 3시간 내지 4시간 정도의 짧은 여행이 DVT와 PE를 유발할 수 있음이 알려졌다.

DVT 및 관련 병태는 근육 내 혈액 순환(정맥 환류)을 도움으로써 억제 또는 완화될 수 있다.

현재 예방 방법은 공기 압박 장치를 사용하는 기계적 압박 방법, 항 응고 요법 그리고 근육의 전기 자극법을 포함한다. 공기 압박 장치는 종종, 움직일 수 있는 환자나 장시간의 여행 동안에는 매우 귀찮다. 항 응고 요법은 출혈성 합병증의 발생 위험을 가지며, 효과적이기 위해서는 며칠 전 미리 시작되어야 한다. 상기 예방 방법은 요법 실행 수 일 전에 개시되어야 한다. 전기 자극법은 예방이 필요한 시점에 시작될 수 있고 DC 전류 공급원을 사용하여 휴대가 가능하다는 점에서 다른 2가지 방법에 비하여 이점을 가진다.

다수의 미국 특허는, DVT를 예방하기 위해 종아리 근육에 전기 자극을 가하는 다양한 방법을 교시한다. 이와 같은 미국 특허로서는 Powell, III의 미국 특허 제5,358,513호, Tumey의 미국 특허 제5,674,262호, Dennis, III의 미국 특허 제5,782,893호, Katz의 미국 특허 제5,643,331호 및 Katz의 미국 특허 제6,002,965호를 포함한다.

미국 특허 제6,615,080호(Unsworth et al.)는 DVT, PE, 발목 부종 및 정맥 울혈을 예방하는 방법과, 단일 채널 연속 신경근 전기 자극(NMES) 유닛을 포함하는 장치를 제공한다. 상기 NMES 유닛은 배터리에 의해 전력이 공급되는 것으로서, 특정 자극 프로필을 전달하도록 프로그래밍될 수 있다. NMES 장치를 올바르게 사용하는 환자의 능력을 단순화하기 위해서, 자극 장치는 정맥 혈류를 최적으로 만드는 것으로 입증된 자극 매개 변수를 가지는 2상 대칭 구형파(biphasic symmetrical square wave pulse)를 발생시킨다. 자극 프로필은, 초당 50펄스로 맞춘 자극 주파수, 자극 지속 시간 300마이크로초, 램프 업 시간(ramp up time) 2초, 램프 다운 시간(ramp down time) 2초, 그리고 12초 실행 및 48초 정지로 설정된 자극 주기를 포함하였다. 일단 의사, 제조자 또는 사용자에 의해 미리 설정되면, 환자는 근육 수축을 최소한 눈으로 확인할 수 있거나 감지할 수 있도록 자극 세기 다이얼을 사용하여 자극의 세기를 필요한 점으로 맞춘다. 자극 장치의 출력 리드(output lead)는 컨덕터를 통하여 다양한 형태의 전극, 예를 들어 자기 부착성 표면 전극에 부착된다. 이러한 전극들은 극성이 반대로서, 전극들과 이 전극들을 격리시키는 조직 간에 전위차를 형성한다. 환자에게 가하여진 전기 임펄스의 주파수와 전기적 특징은 전기 자극 경로로서 언급된다.

공개는 되었지만 포기된 미국 특허 출원 공보 제2006/0085047호A(Unsworth et al.의 변형 특허 출원)는, 발이나 다리의 움직임을 감지함에 따라서 족저근의 단일 채널 NMES의 전달을 자동으로 제어하는 방법을 제공하였다. 상기 공개된 출원에 있어서, 미끄러지거나 넘어지는 것을 방지하고, 자극을 제공하는 유닛의 전력 소모를 줄이기 위해서 걷거나 뛸 때 자극은 차단된다.

도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d 및 도 1e는 발의 바닥 근육을 보인다.

상기 도면들에는 발의 바닥에 존재하는 근육 층 4개가 도시되어 있다. 발바닥 부위 피부와 지방 조직이 제거되면, 족저 근막이라고 알려진 섬유상 조직이 팽창되는 것을 눈으로 확인할 수 있다. 만일 족저 근막도 제거하면, 무지 내전근(14), 단지굴근(18) 및 소지외전근(16)으로 이루어진 근육의 첫번째 층이 노출된다(도 1a). 상기 첫번째 층 아래에 위치하는 두번째 층은, 장지굴근(11), 엄지 발가락 및 무지근(12)의 힘줄로 이루어져 있다. 발의 바깥쪽에 있는 장비골근(5)의 힘줄은 발바닥사각근(20) 아래를 통과한다. 층을 완성하기 위해서, 발바닥사각근(20)과 충양근(19)을 명명해야 한다(도 1b). 세번째 족저층은 심부경골근(10), 단무지굴근(15), 무지내전근(21), 단소지굴근(17)의 힘줄과, 발을 가로질러 존재하는 발 가로근(22)의 힘줄로 이루어져 있다. 장비골근(5)의 시스(sheath)와 족저 인대도 또한 이 층에서 발견된다(도 1c). 네번째 층(도 1f)은 3개의 골간근(23)으로 이루어져 있는데, 이 골간근 중 하나는 두번째 발가락의 안쪽에 존재하고, 나머지 두개는 각각 세번째 및 네번째 발가락의 안쪽에 존재한다.

이들은 중앙선 XY("중앙 근육 운동선" 또는 "근육 운동선"이라고도 칭함)에 모인다. 발등 표면의 첫번째 층(도 1e)은 전경골근(1), 엄지 발가락 무지신근(2), 장지신근(3) 및 제3 비골근(4)의 힘줄로 이루어져 있다. 장지신근(3) 아래를 지나는 단지신근(13)의 근육은, 4개의 힘줄에 의해 구분되며 발가락 펴는 동작을 돕는다. 두번째 층(도 1d)은, 두번째, 세번째 및 네번째 발가락의 바깥쪽에 연결되고 "중앙 근육 운동선" XY에서 갈라지는 것과, 두번째 발가락의 안쪽면에 연결되며 XY선으로 모이는, 4개의 골간근(23a)으로 이루어져 있다.

발의 근육은 또한 족저근(내부, 외부, 중앙) 군 2개, 즉 발의 바닥에 속하는 군과, 족저근의 반대쪽에 존재하는 발등 근육을 의미하는 등 군으로 나뉜다.

상기 등 군은 다음과 같은 근육들을 포함한다:

단지신근(13), 첫번째 층.

골간발등근육(23a)(4개), 두번째 층.

족저근 군은 다음과 같은 근육들을 포함한다:

무지내전근(14),내부 첫번째층.

단무지굴근(15), 내부 세번째층.

소지외전근(16), 외부 첫번째층.

단소지굴근(17), 외부 세번째층.

단지굴근(18), 중앙 첫번째층.

충양근(19), 중앙 두번째층.

발바닥사각근(20), 중앙 두번째층.

무지내전근(21), 중앙 세번째층.

발가로근(22), 중앙 세번째층.

족저골간근(23)(3개), 네번째 층.

각 근육의 위치와 기능은 이하에 좀 더 상세히 기술되어 있다.

13. 단지신근은 종골의 상부 바깥쪽에 있는 것으로서, 첫번째 지골 기저부에서 진행되고 여기에 삽입되어 있는 4개의 힘줄로 구분될 때, 장지신근 아래를 지나면서 확장된다. 이 단지신근의 기능은 발가락을 펴는 것을 돕고 장지신근의 경사 성향에 대응하는 것이다.

14. 무지내전근은 종골의 안쪽 후방부에 있는 것으로서, 엄지 발가락의 첫번째 절골에 삽입되어 있다. 이것의 기능은 발의 중앙선으로부터 떨어져, 몸의 중심을 이루는 가상의 선으로 엄지 발가락이 치우치도록 만든다. 이와 같은 기능에 의해서, 엄지 발가락들은 서로 가까이 모아질 수 있을 것이다.

15. 단무지굴근은 족근의 두번째 가로선으로부터 유래하는 것으로서, 첫번째 절골 기저부에 삽입되어 있다.

16. 소지외전근은 종골 외부에 존재하는 것으로서, 새끼 발가락의 첫번째 절골 바깥쪽으로 진행된다. 이것의 기능은 발의 중간선으로부터 새끼 발가락을 바깥쪽으로 끌어당기는 것이다.

17. 단소지굴근은 그 기원을 장비골근의 시스와, 다섯번째 중족골의 기저부에 두고 있는 것으로서, 새끼 발가락의 첫번째 절골에 삽입되어 있다. 이것의 기능은 새끼 발가락을 펴는 것이다.

18. 단지굴근은 종골과 족저 근막으로부터 유래하는 것으로서, 발가락을 아래 방향으로 끌어당기고, 4개의 발가락 중 두번째 발가락의 지골 내에 삽입되어 있다.

19. 4개의 충양근은 4개의 발가락의 안쪽에 부착되어 있다. 이것의 기능은 발가락을 발의 안쪽으로 끌어당기는 것이다.

20. 발바닥사각근은 종골로부터 두번째, 세번째 및 네번째 발가락으로 확장된다. 상기 발바닥사각근은 그 명칭으로 판단하건대, 수축시 장지굴근의 경사 성향에 대응한다.

21. 무지내전근은 장비골근과 세번째 및 네번째 중족골 시스에 존재하는 것으로서, 엄지 발가락 바깥쪽 첫번째 절골 내에 삽입되어 있다. 이것의 기능은 엄지 발가락을 발의 중앙선으로 내전 또는 끌어당기는 것이다.

22. 발 가로근은 발을 가로질러 존재하며, 엄지 발가락의 절골 내에 삽입되어 있다. 이것의 기능은 엄지 발가락을 발의 선("근육 운동선"칭함)으로 엄지 발가락은 내전 또는 끌어당기는 것이다.

23. 3개의 족저 골간근은 발가락 안쪽 뼈 사이에 위치하며, 바깥쪽 발가락 3개를 중앙선쪽으로 끌어당긴다.

23a. 발등 표면에 존재하는 4개의 골간근은, 발가락 뼈의 바깥쪽에 위치하여 세번째 및 네번째 발가락을 근육 운동 중앙선 바깥쪽으로 끌어당긴다. 두번째 발가락 양쪽 면에 있는 2개의 골간근은, 근육을 발가락의 축으로부터 각각 발의 바깥쪽 또는 안쪽으로 끌어당긴다.

발에는 2가지 종류의 신경, 즉 피부에 감각 분지(sensory branch)를 제공하는 신경과, 근육에 운동 효과(motor impression)을 제공하는 다른 종류의 신경이 제공되어 있다. 후방 경골 신경과 전방 경골 신경은 좌골 신경으로부터 유래하는 것으로서, 상기 후방 경골 신경은 발목의 안쪽을 향하여 아래로 지나는 근육에 분지를 제공한다. 이후, 상기 후방 경골 신경은 발가락과 발의 바닥을 지지하는 외부 족저 신경과 내부 족저 신경으로 구분된다. 전방 경골 신경은 발등과 다리 바깥쪽을 지지한다.

피부 아래 특히, 발뒷꿈치와 발가락 피부 아래에는 지방대가 발견된다.

발 근육은 추가로 내인성(intrinsic) 근육과 외인성(extrinsic) 근육으로 구분된다. 내인성 근육은 발의 내부에 위치하여 발가락을 움직이게 하는 근육이다. 이 근육으로서는 발가락의 굴근(족저굴근), 신근(배굴근), 외전근 및 내전근이 있다. 몇몇 내인성 근육은 또한 발의 아치부(arch)를 지지하는 것을 돕는다. 외인성 근육은 하지에서 발의 바깥쪽에 위치한다. 이와 같은 외인성 근육들 중 종아리 근육의 근력이 가장 세다. 이와 같은 근육들 대부분은 발목을 가로질러 발의 뼈에 부착됨으로써 운동을 돕는, 긴 힘줄을 가진다.

도 2는 단지굴근을 나타낸다.

이 근육은 엄지 발가락을 제외한 4개의 발가락의 굽힘(flexing)에 관여한다. 상기 단지굴근은 발의 바닥 중간이자, 이 근육과 단단히 결합되어 있는 족저 건막 중심부 바로 위에 위치한다. 상기 근육의 심부 표면은 근막의 박층에 의해 족저 측부 혈관 및 신경과 격리되어 있다. 상기 근육은, 종골 융기의 안쪽 돌기, 족저 건막 중심부, 그리고 상기 근육과 인접 근육 사이의 근육간 격막으로부터 유래하는 가는 힘줄에 의해 지탱된다. 상기 단지굴근은 앞쪽으로 진행되며, 엄지 발가락을 제외한 4개의 발가락 각각과 연결된 4개의 힘줄로 구분된다.

첫번째 층의 다른 근육 중, 소지외전근(소지외전근(abductor minimi digiti), 소지외전근(abductor digiti quinti))은 발의 측면 경계선을 따라서 존재하는 근육으로서, 측면 족저 혈관과 신경을 가지는 내연과 관련되어 있다. 이것의 기능은 다섯번째(새끼) 발가락을 굽히는 것과 외전하는 것이다. 첫번째 층의 마지막 근육, 즉 무지외전근은, 발의 내부 측면 경계선을 따라서 존재하고 엄지 발가락을 연결시킨다는 점을 제외하고는 소지외전근과 유사하다.

도 3a 및 도 3b는 Unsworth et al.에 의한 미국 특허 제6,615,080호에 개시된 바와 같은 전극의 장착 상태를 나타낸다.

도 3a는 발 바닥(31)을 도시한다. 발가락(32), 볼(33), 아치부(34) 및 발 뒷꿈치(35)를 본 도면에 나타낸다. 전극(36a 및 36b)은 발의 족저 표면에 존재하는 내인성 근육 위 구역에 장착되거나, 또는 이 내인성 근육에 가까이에 장착되는데, 예를 들어 발의 볼(33) 위 또는 그 주변, 발 뒷꿈치(35) 전체 또는 이에 인접한 부위에 장착된다. 도 3a에 있어서, NMES 장치(30)에 의해 발생되는 전기 임펄스를 전달하는 전극(36a 및 36b)이 위치한다. 도 3b는 전기 임펄스가 전달될 수 있는 대안적인 구역(36a')을 나타낸다. Unsworth의 발명에 관한 몇몇 구체예에서, 전극(36a)은 발의 볼 구역만 점유하며, 다른 구체예는 발 세로축(31)에 수직인 자체의 주축을 가지는 타원형 전극을 포함한다.

도 3a 및 도 3b에 보인 바와 같이, Unsworth의 특허는 하나의 전극을 발뒷꿈치 전체 또는 이와 인접한 부위에, 그리고 다른 하나의 전극을 발의 족저면 상 내인성 근육 전체, 예를 들어 발의 볼 상 또는 그 주위에 적용하였다. Unsworth에 의하면, 필요 전기 자극의 세기는 오로지 발 근육에 눈으로 확인할 수 있는 근육 경련을 약간 일으키거나, 최소한 눈으로 확인할 수 있거나 감지할 수 있는 정도로 근육을 수축시키는데 필요한 정도라고 한다. 이와 같은 방식으로 자극함으로써 종아리 정맥의 혈액이 울혈되는 것을 막을 수 있었다.

전기 자극은 또한 통증 관리에도 이용된다. 통증 관리에 이용되는 전기 자극의 가장 일반적인 형태는 경피 전기 신경 자극(TENS) 요법으로서, 이 방법은 단기간에 통증을 완화할 수 있다. 전기 신경 자극 및 전열 요법은 요통을 비롯하여 다양한 병태와 관련된 통증을 완화하는데 사용된다. 예를 들어 디스크 내 전열 요법(IDET)은 척추간 디스크에 문제가 발생하여 하부 요통을 느끼는 사람들이 선택하는 치료 방법이다. 통증 관리를 위한 TENS 요법에 있어서, 크기가 작은 배터리에 의해 작동되는 장치는 통증의 근원 부위에 인접한 부위에 장착한 전극에 의하여 낮은 전압의 전류를 피부를 통해 전달한다. 전극으로부터 유래하는 전기는 발병 구역의 신경을 자극하여 신호를 뇌로 보내며, 그 결과 뇌는 보통의 통증 감지 기작을 "스크램블링"하게 된다. TENS는 아프지 않고 통증을 차폐하는데 효과적인 요법인 것으로 입증된 바 있다.

본 발명의 양태는 발 근육에 신경근 전기 자극(NMES)을 제공하는 시스템, 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 하나의 양태는 다양한 주파수의 파장 패턴, 지속 시간, 세기, 램프 시간(ramp time) 및 작동-중지 주기(on-off cycle)를 제공하는 전기 신호 발생기를 포함하는 단일 채널 자극 장치를 제공한다. 상기 자극 장치는 발 근육 위에 장착되며, 신호 발생기에 부착될 표면 전극을 추가로 포함한다. 신호 발생기는 발 근육을 자극하도록 프로그래밍된다. 프로그래밍은 종아리의 유일한 정맥에 있어서 혈액의 울혈 현상을 감소시키고, DVT를 막기 위해 정맥 혈류량을 증가시키며, 혈전 후 증후군 환자를 위해 정맥 혈류량을 증가시키고, 상처 치유를 촉진하며, 발과 발목의 신경병적 통증, 발과 발목의 만성 근골격 통증 및 수술 후 발과 발목의 급성 통증을 감소시키고, 또한 발 근육의 근육 위축증을 예방하도록 조정된다.

본 발명의 몇몇 양태에 있어서, 전극은 발뒷꿈치와 발의 중간부(mid-section) 또는 아치부 상에 배열된다. 이와 같은 배열은 (1) DVT를 예방하도록 정맥 혈류량을 증가시키고, (2) 혈전 후 증후군 환자를 위해 정맥 혈류량을 증가시키며, (3) 발 근육의 근육 위축증을 예방하는데 기여하는 본 발명의 시스템, 장치 및 방법에 적당하다.

도 3a 및 도 3b에 나타낸 바와 같이, Unsworth의 발명에 있어서 하나의 전극은 발뒷꿈치에 장착되는 반면에, 두번째 전극은 발의 볼에 장착된다.

본 발명의 양태는 발의 아치부에 두번째 전극을 장착한다. 이 위치는 단지굴근을 표적화한다. 이 근육은 가장 큰 근육으로서, 피부와 가까이 있으며, 근막의 얇은 층에 의해 측면 족저 혈관 및 신경과 분리되어 있을 뿐만 아니라, 엄지 발가락을 제외한 4개의 발가락을 굽힐 때 관여한다. 이 근육은 크기가 크기 때문에, 자극을 받을 때 혈류량을 더욱 증가시키고, 피부와 더 가까이 존재하므로 전극이 더 용이하게 접근할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 근육의 한쪽 말단은 발뒷꿈치에 위치하고, 전기 펄스는 근육 및 근육을 제어하는 신경의 길이 방향을 따라서 전달될 수 있다.

발의 볼 및 이의 인접한 부위는, 두꺼운 지방층을 가지는 피부에 의해 분리되어 있으며, 상기 구역의 피부는 일반적으로 더욱 굳어있다. 정상적인 발의 아치부는 거의 굳어있지 않으며 피부도 비교적 얇다. 뿐만 아니라, 볼의 아래에 존재하는 충양근은 발 근육의 두번째 층에 있는데, 상기 두번째 층은 피부로부터 더욱 깊은 곳에 존재한다. 충양근은 단지굴근에 비해서 크기가 훨씬 작으며, 엄지 발가락을 제외한 4개의 동일한 발가락들을 제어한다. 그밖에, 충양근에 의해 행해지는 동작은 내전 동작으로서, 굽히는 동작보다는 광범위하지 않으며, 일반적으로 다량의 혈류에 의해서는 진행되지 않는다.

전극은 발의 중간 부위 또는 아치부의 아래와 발뒷꿈치에 장착된다. 활성 전극은 발의 중간 부위에 장착되고, 접지전극은 발뒷꿈치에 장착된다.

본 발명의 양태는 또한, (1) 상처 치유를 촉진하고, (2) 발과 발목의 신경병적 통증을 감소시키며, (4) 발과 발목의 만성 근골격 통증을 감소시키고, (5) 수술 후 발과 발목의 급성 통증을 감소시키는데 기여하는 시스템, 장치 및 방법을 추가로 제공한다. 이와 같은 본 발명의 양태는 간헐적 전기 자극으로 근육을 가볍게 두드리는 느낌을 줌으로써 통증을 완화를 제공한다. 신경병적 통증, 만성 근골격 통증, 수술 후 급성 통증을 감소시키고 상처를 치유하기 위해서, 전극을, 안쪽 복사와 가쪽 복사라고 불리는 주요 발목 뼈의 평탄부에 장착한다. 양 전극에 있어서, 연결 위치는 복사 바로 아래가 될 것이다. 달리 말하면, 전극은 발의 바닥에 위치한다.

본 발명의 양태는 환자의 발 근육에 전기 자극을 전달하는 장치를 제공한다. 이 장치는 하나 이상의 전력 공급원, 전류를 발생시키는 신호 발생기, 그리고 전류를 발에 전달하기 위해 신호 발생기와 소통하는 전극을 포함한다. 전류는 근육을 수축시키고, 전극은 발의 뒷꿈치와 발의 아치부에 위치하도록 이루어진다.

본 발명의 양태는 환자의 발 근육에 전기 자극을 전달하기 위한 장치를 제공한다. 이 장치는 하나 이상의 전력 공급원, 전류를 발생시키는 신호 발생기, 그리고 발에 전류를 전달하는 신호 발생기와 소통하는 전극을 포함한다. 전류는 근육에 의해 뇌에 전달된 통증 신호를 교란시키며, 상기 전극은 발의 비골 신경을 자극하기 위해 발목의 전방부에 연결된다. 상기 전극은 후방 경골 신경 위치의 안쪽 발목, 비복 신경 위치의 가쪽 발목, 그리고 전방 경골 신경 위치의 전방 발목 중 두 군데 이상에 위치하도록 이루어질 수 있다.

본 발명의 양태는 심정맥 혈전증을 예방하기 위해 정맥 혈류량을 증가시키고, 혈전 후 증후군 환자를 위해 정맥 혈류량을 증가시키며, 발 근육의 근육 위축증을 예방하기 위한 방법을 제공한다. 이 방법은 환자의 발에 전극을 연결시키는 단계와, 프로그래밍 가능한 파형, 세기, 주파수 및 지속 시간을 가지는 전류를 전극을 통하여 발 근육에 적용시키는 단계를 포함한다. 접지전극은 발의 뒷꿈치에 연결되며, 양의 전극은 발의 아치부에 연결된다.

본 발명의 양태는 상처 치유를 촉진하고, 발과 발목의 신경병적 통증을 감소시키며, 발목과 발의 만성 근골격 통증을 감소시키고, 수술 후 발 및 발목의 급성 통증을 감소시키기 위한 방법을 제공한다. 본 발명의 방법은 환자의 발에 전극을 연결시키는 단계와, 프로그래밍 가능한 파형, 세기, 주파수 및 지속 시간을 가지는 전류를 전극을 통하여 발 근육에 적용시키는 단계를 포함한다. 상기 전극은 발의 비골 신경을 자극하도록 발목의 전방에 연결된다. 상기 전극은 후방 경골 신경의 안쪽 복사, 비복 신경의 가쪽 복사, 그리고 전방 경골 신경의 전방 발목 중 두 군데 이상에 연결될 수 있다.

도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d, 도 1e 및 도 1f는 발 바닥의 근육들을 나타낸다.
도 2는 단지굴근을 나타낸다.
도 3a 및 도 3b는 Unsworth et al.에 의한 미국 특허 제6,615,080호에 개시된 전극의 장착 상태를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 양태에 의한, 발에 전기 자극을 제공하는 장치를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 양태에 의한, 발에 전극을 장착한 상태를 나타낸다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 발명의 추가 양태에 의한, 통증을 관리하기 위해 발에 전극을 장착한 상태를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 양태에 의한, 혈류량을 증가시키는 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 양태에 의한, 통증 관리 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 양태에 의한, 발에 전기 자극을 제공하는 장치를 나타낸다.

본 발명의 양태는 발 근육에 전기 자극을 가하는 개선된 시스템, 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 양태는 발 근육에 중간 및 용인 가능한 세기의 전류를 전달하여 근육을 약간 수축시키기 위한, 프로그래밍 가능한 전기 펄스 발생기를 제공한다. 본 발명의 다양한 양태에서, 상기 수축은 표면 전극을 발 바닥이나 발목에 장착함으로써 일어날 수 있다. 활성 표면 전극을 발 바닥에 장착하였을 때, 상기 전극은 피부 표면에 더욱 가까이 존재하는 제1층의 대근육과, 피부 및 지방층이 최소한으로 굳어있는 구역, 예를 들어 발의 중간부와 아치부 구역에 장착된다. 접지전극은 발뒷꿈치 전체 또는 이와 가까운 부분에 장착될 수 있다. 이와 같은 방식으로 발 근육을 자극함으로써 종아리 정맥 내 혈액 울혈 현상이 예방된다. 발목의 측부 또는 상부에 표면 전극이 장착될 때, 상기 전극은 후경골 신경, 전경골 신경 또는 비복 신경을 자극한다. 발목 주위에 전극을 장착하여 말초 신경을 자극함으로써, 통증이 관리될 수 있으며 상처 치유도 개선될 수 있다.

도 4 및 도 9는 본 발명의 양태에 의하여 발에 전기 자극을 제공하는 장치를 나타낸다.

장치(400)는 발생기(410), 연결 와이어(410) 및 전극(430 및 435)을 포함한다. 전극은 연결 와이어를 통해 발생기에 연결된다. 발생기(410)는 프로그래밍 가능한 전기 자극 신호 발생 장치이다. 전극(430 및 435)은 호환 가능하며, 이 전극의 극성은 발생기(410)와 전극의 연결 상태에 따라서 결정된다. 전극은 자기 부착성이거나 또는 피부에 부착될 수 있다.

본 발명의 다양한 양태는 신발류와 신발류에 부수적인 것들, 예를 들어 신발, 양말 및 스타킹에서 구현될 수 있다. 본 발명의 양태는 피부 상에 장착된 전극에 상기 장치의 자극 발생부를 연결시키는 컨덕터를 사용하여 신발류 물품 포켓이나 파우치 내에서 수행될 수 있다. 전극은 모양과 크기가 다양할 수 있으며, TENS 장치에 사용되는 자기 부착형일 수 있다. 뿐만 아니라, 만일 전극들 중 하나 이상이 전력 공급원을 포함하면, 전극은 신호 발생기와 무선으로 소통할 수 있다. 이와 같은 조건에서, 하나의 발생기는 사용자의 손과 머리에 가까운 부위에 위치하며, 사용자가 자극의 세기와 기타 매개 변수를 더욱 용이하게 조정할 수 있게 된다. 무선 제어의 경우, 전극은 몸 밖에서 서로 연결되어 있어서, 근육을 통한 통로를 가지는 폐쇄 회로를 형성해야 한다. 뿐만 아니라, 신호 발생기는 전문의가 환자를 모니터링하면서 원격으로 프로그래밍될 수 있다.

도 5는 본 발명의 양태에 의하여, 발에 전극을 장착한 상태를 나타낸다.

전극(430 및 435)은 발(31)에 장착되는데, 하나의 전극은 발뒷꿈치에 부착되고, 다른 전극은 발의 중간부 또는 주 아치부에 부착된다. 아치부 구역에 있어서, 피부는 굳은 상태가 아니며 이 피부의 아래에 존재하는 지방층은 최소로 존재한다. 하나의 양태에서, 발뒷꿈치 전극(430)은 접지전극이며, 아치부의 전극은 활성 또는 양의 전극이다.

도 6a, 6b 및 6c는 본 발명의 양태에 의하여, 발목에 전극을 장착한 상태를 나타낸다.

발목 전극의 장착 상태는 다리(50)의 후방 경골, 전방 경골 그리고 비복 신경을 최적으로 자극하도록 선택된다. 이후, 상기 발목 전극을 장착하면 통증 관리, 상처 치유 촉진 그리고 근육 위축증을 예방하는 최대의 치료 효과가 제공될 것이다. 이와 같은 전극은 전방 경골 신경이라고도 칭하여지는 비골 운동 신경 구역에 장착될 수 있다. 하나의 양태에서, 상기 전극은 복사뼈 전방 및 매우 인접한 부위에 존재하는 경골의 힘줄 바로 옆에 장착될 것이다. 도 6b는 전방 전극의 장착 위치(435)와 측면 전극의 장착 위치(430)를 나타내는 발목을 제공한다. 도 6c는 전방 전극 장착 위치(435)와 안쪽 전극 장착 위치(430)를 나타내는 발목의 라인드로잉을 제공한다.

도 7은 본 발명의 양태에 의하여, 혈류량을 증가시키는 방법의 흐름도를 보인다.

상기 방법은 단계(701)에서 시작한다. 단계(702)에서, 하나의 전극, 예를 들어 접지전극은 발의 뒷꿈치와 연결된다. 단계(703)에서, 또 다른 전극, 예를 들어 활성 전극은 발 아치부 또는 중간부와 연결된다. 단계(704)에서, 전기 자극은 부착된 전극들을 통하여 발의 근육에 가하여진다. 단계(705)에서, 본 방법이 종료된다.

본 방법의 변형예에 있어서, 전기 자극은 환자로부터 얻어진 매개 변수의 분석 결과 또는 전문의나 환자 자신의 결정에 따라서, 주기적으로 또는 연속적으로 조정될 수 있다.

도 8은 본 발명의 양태에 의한 통증 관리 방법의 흐름도를 보인다.

본 발명의 방법은 단계(801)에서 시작한다. 단계(802)에서, 하나의 전극, 예를 들어 접지전극은 발의 발목 위에 연결된다. 단계(803)에서, 또 다른 전극, 예를 들어 활성 전극은 발의 발목 아래에 연결된다. 단계(804)에서, 전기 자극은 부착된 전극을 통하여 발의 근육에 가하여진다. 단계(805)에서, 전기 자극은 조정된다. 단계(806)에서, 본 방법이 종결된다.

본 발명은 본 발명을 제한하는 것이라기보다는 예시하고자 하는 것인 특정 실시예와 관련하여 기술되었으며, 본 발명의 범주와 사상은 이하 특허청구범위와 이의 균등 범위에 의해서 특정된다.

Claims (20)

1. 하나 이상의 전력 공급원;
   전류를 발생시키는 신호 발생기; 및
   전류를 발에 전달하기 위해 신호 발생기와 소통하는 전극;
   을 포함하며,
   여기서, 상기 전류는 근육을 수축시키고, 상기 전극은 발의 뒷꿈치와 발의 아치부에 위치하도록 이루어지는, 환자의 발 근육에 전기 자극을 전달하는 장치.
2. 제1항에 있어서,
   이 장치를 프로그래밍하기 위하여 입력 매개 변수를 수신하고, 전류 매개 변수를 사용자에게 반향시키는 입력/출력 인터페이스;
   입력 매개 변수에 따라서 신호 발생기에 의해 발생한 전류를 제어하는 프로세서; 및
   상기 프로세서, 그리고 입력/출력 인터페이스와 소통하여 입력 매개 변수를 저장하는 저장 매체;를 추가로 포함하는, 환자의 발 근육에 전기 자극을 전달하는 장치.
3. 제2항에 있어서, 입력 매개 변수는 사용자로부터 수신되거나, 환자를 모니터링하는 모니터링 장치로부터 수신되거나, 환자로부터 수신되거나 또는 이의 임의의 조합으로부터 수신되는, 환자의 발 근육에 전기 자극을 전달하는 장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 입력 매개 변수는 심부정맥 혈전증을 예방하기 위해 정맥 혈류량을 증가시키고, 혈전 후 증후군 환자를 위해 정맥 혈류량을 증가시키며, 발 근육의 근육 위축증을 예방하도록 조정되는, 환자의 발 근육에 전기 자극을 전달하는 장치.
5. 제1항에 있어서, 하나 이상의 전력 공급원은 신호 발생기에 인접하여 존재하며,
   상기 장치는 전극들과 신호 발생기 사이에 결합되어 있으면서 신호 발생기로부터 전극으로 전류를 전달하는 컨덕터를 추가로 포함하는, 환자의 발 근육에 전기 자극을 전달하는 장치.
6. 제1항에 있어서, 신호 발생기는 단일 채널 연속 신경근 전기 자극(NMES) 장치인, 환자의 발 근육에 전기 자극을 전달하는 장치.
7. 제1항에 있어서,
   전달된 전류는 2상 대칭 구형파(biphasic symmetrical square wave)의 형태이고,
   상기 구형파는 주파수가 실질적으로 초당 50펄스이며,
   상기 전달된 전류의 세기는 20밀리암페어 이하인, 환자의 발 근육에 전기 자극을 전달하는 장치.
8. 제1항에 있어서, 전류는 램프 업 시간이 실질적으로 2초이고 램프 다운 시간이 실질적으로 2초인 펄스의 형태인, 환자의 발 근육에 전기 자극을 전달하는 장치.
9. 제1항에 있어서,
   장치는 신호 발생기와 소통하는 가속도계를 추가로 포함하며,
   여기서 상기 신호 발생기는, 만일 환자가 움직이지 않는 기간으로서 미리 프로그래밍한 기간이 가속도계에 의해 전달된 후에, 상기 가속도계가 환자의 움직임을 전달하여 전류를 다시 발생시키기 시작하면 전류를 발생시키는 것을 중지하는, 환자의 발 근육에 전기 자극을 전달하는 장치.
10. 하나 이상의 전력 공급원;
    전류를 발생시키는 신호 발생기; 및
    발에 전류를 전달하기 위해 신호 발생기와 소통하는 전극을 포함하고,
    여기서, 상기 전류는 근육에 의해 뇌에 전달된 통증 신호를 교란시키며, 상기 전극은 발의 비골 신경을 자극하기 위해 발목의 전방부에 연결되는, 환자의 발 근육에 전기 자극을 전달하기 위한 장치.
11. 제10항에 있어서, 전극은 후방 경골 신경 위치의 안쪽 발목, 비복 신경 위치의 가쪽 발목, 및 전방 경골 신경 위치의 전방 발목 중 두 군데 이상에 위치하도록 이루어지는, 환자의 발 근육에 전기 자극을 전달하기 위한 장치.
12. 제10항에 있어서,
    이 장치를 프로그래밍하기 위하여 입력 매개 변수를 수신하고, 상기 입력 매개 변수를 사용자에게 반향시키는 입력/출력 인터페이스;
    입력 매개 변수에 따라서 신호 발생기에 의해 발생한 전류를 제어하는 프로세서; 및
    상기 프로세서 및 입력/출력 인터페이스와 소통하는, 입력 매개 변수를 저장하는 저장 매체를 추가로 포함하는, 환자의 발 근육에 전기 자극을 전달하기 위한 장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 입력 매개 변수는 사용자로부터 수신되거나, 환자를 모니터링하는 모니터링 장치로부터 수신되거나, 환자로부터 수신되거나 또는 이의 임의의 조합으로부터 수신되는, 환자의 발 근육에 전기 자극을 전달하기 위한 장치.
14. 제13항에 있어서, 입력 매개 변수는 상처 치유를 촉진하고, 발과 발목의 신경병적 통증을 감소시키며, 발과 발목의 만성 근골격 통증을 감소시키고, 수술 후 발과 발목의 급성 통증을 감소시키도록 조정되는, 환자의 발 근육에 전기 자극을 전달하기 위한 장치.
15. 제10항에 있어서, 하나 이상의 전력 공급원은 신호 발생기에 인접하여 존재하며, 상기 장치는 전극들과 신호 발생기 사이에 결합되어 있으면서 신호 발생기로부터 전극으로 전류를 전달하는 컨덕터를 추가로 포함하는, 환자의 발 근육에 전기 자극을 전달하기 위한 장치.
16. 심부정맥 혈전증을 예방하기 위해 정맥 혈류량을 증가시키고, 혈전 후 증후군 환자를 위해 정맥 혈류량을 증가시키며, 발 근육의 근육 위축증을 예방하는 방법으로서,
    환자의 발에 전극을 연결시키는 단계; 및
    프로그래밍 가능한 파형, 세기, 주파수 및 지속 시간을 가지는 전류를 전극을 통하여 발 근육에 적용시키는 단계를 포함하며,
    여기서 접지전극은 발의 뒷꿈치에 연결되고,
    상기 양의 전극은 발의 아치부에 연결되는, 방법.
17. 제16항에 있어서, 전류는 환자의 병태에 대응하여 조정되는, 방법.
18. 상처 치유를 촉진하고, 발과 발목의 신경병적 통증을 감소시키며, 발목과 발의 만성 근골격 통증을 감소시키고, 수술 후 발 및 발목의 급성 통증을 감소시키는 방법으로서,
    환자의 발에 전극을 연결시키는 단계; 및
    프로그래밍 가능한 파형, 세기, 주파수 및 지속 시간을 가지는 전류를 전극을 통하여 발 근육에 인가하는 단계를 포함하며,
    여기서 상기 전극은 발의 비골 신경을 자극하도록 발목의 전방에 연결되는, 방법.
19. 제18항에 있어서, 전류는 환자의 병태에 대응하여 조정되는, 방법.
20. 제18항에 있어서, 전극은 후방 경골 신경의 안쪽 복사, 비복 신경의 가쪽 복사, 및 전방 경골 신경의 전방 발목 바로 아래 부분 중 두 군데 이상에 연결되는, 방법.

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