KR20180018274A - 근육 트레이닝 장치 - Google Patents

Abstract

근육의 활동 상태를 평가하기 위한 별도의 장치를 준비하지 않고, 근육의 활동 상태에 따라 최적의 방법으로 근육을 전기 자극하는 근육 트레이닝 장치를 제공한다.
근육의 체표면에 밀착되는 내면에 복수의 전극이 노출되어 설치되는 절연 시트와, 복수의 전극 중 적어도 어느 것의 전극을 자극 전극으로 하여, 자극 전극에 전기 자극 신호를 출력하는 자극 신호 출력 수단과, 전기 자극 신호의 출력을 정지시키고 있는 동안에, 복수의 전극 중 적어도 어느 것의 전극을 근전 검출 전극으로 하여, 근전 검출 전극에 나타나는 근활동전위를 검출하는 근전 신호 검출 수단과, 근전 검출 전극의 근활동전위로부터 근육의 활동 상태를 판별하는 근육 상태 판별 수단을 구비하고, 근육 상태 판별 수단이 판별한 근육의 활동 상태로부터 전기 자극 신호를 출력하는 자극 전극이나 전기 자극 신호의 출력 방법을 조정한다.

Description

근육 트레이닝 장치{MUSCLE TRAINING APPARATUS}

본 발명은, 근육의 체표면에 전기 자극 신호를 가하여, 근육을 신축시키는 전기적 근육 자극 EMS(Electrical Muscle Stimulation)를 이용한 근육 트레이닝 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 근육의 상태로부터 최적의 전기 자극 신호를 가해, 효과적으로 근육을 트레이닝하는 근육 트레이닝 장치에 관한 것이다.

근력 업이나 다이어트를 목적으로 하여, 근육에 전기 자극 신호를 가해, 근육을 신축시킴으로써 트레이닝하는 근육 트레이닝 장치가 종래부터 알려져 있다(특허 문헌 1). 도 8과 도 9는, 특허 문헌 1에 기재된 근육 트레이닝 장치(100)를 나타내고, 복근을 트레이닝하기 위해, 복부의 체표면에 4개의 자극 전극(101a, 101b, 101c, 101d)을 밀착시키고 있다.

전기 자극 출력부(102)는, 제어부(103)의 지시에 의거하여 4개의 자극 전극(101a, 101b, 101c, 101d)에 출력하는 전기 자극 신호를 생성한다. 예를 들면, 전기 자극 출력부(102)는, 4개의 자극 전극(101a, 101b, 101c, 101d) 중, 대각선에 배치되는 자극 전극(101a)과 자극 전극(101c)간에 1000Hz의 전기 자극 신호를 출력함과 함께, 나머지 대각선에 배치되는 자극 전극(101b)과 자극 전극(101d)간에 900Hz의 전기 자극 신호를 출력하고, 이에 의해 이웃하는 자극 전극(101)간에 10Hz의 간섭파가 발생하여, 그 부위의 복근이 신축되어 단련된다.

제어부(103)에 접속하는 기억부(104)에는, 전기 자극 신호의 주파수와 전류값의 상관 데이터가 기억되고, 제어부(103)는, 이 기억부(104)에 기억된 상관 데이터에 의한 전기 자극 신호를 전기 자극 출력부(102)에서 생성하도록 지시한다. 또한, 표시부(105)는, 자극 전극(101a, 101b, 101c, 101d)에 출력되고 있는 전기 자극 신호에 의한 자극의 크기를 표시하고, 사용자는, 이 표시를 보면서, 전기 자극에 의해 아픔을 느끼는 경우에, 조작부(106)를 조작하여 제어부(103)를 통해 전기 자극 출력부(102)에서 생성되는 전기 자극 신호의 전류값 등의 출력 레벨을 저하시킨다.

또한, 근육에 전기 자극 신호를 가해 트레이닝함과 함께, 그 근육의 조성을 객관적으로 취득하는 근육 트레이닝 장치(110)도 알려져 있다(특허 문헌 2). 이 근육 트레이닝 장치(110)는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 트레이닝하는 근육의 체표면에, 한 쌍의 자극 전극(111a, 111b)과, 그 사이에 광전 센서(112)를 밀착시켜 배치하고 있다. 광전 센서(112)는, 밀착되는 체표면 내의 근육의 산소 농도를 측정하는 것이 가능하며, 근육의 산소 농도는, 한 쌍의 자극 전극(111a, 111b)으로부터 근육에 가해지는 전기 자극에 반응하여 변화되므로, 전기 자극의 강도와 측정되는 산소 농도와의 관계로부터 근육의 조성(지근(遲筋)과 속근(速筋)의 비율 등)에 관한 정보가 얻어진다.

따라서, 이 근육 트레이닝 장치(110)는, 한 쌍의 자극 전극(111a, 111b) 사이에 장치 본체(113)로부터 전기 자극 신호를 출력하고, 체표면 내의 근육에 전기 자극에 의한 부하를 부여하여 트레이닝하는 트레이닝 모드와, 한 쌍의 자극 전극(111a, 111b)으로부터 근육을 전기 자극하는 강도를 변화시키면서, 광전 센서(112)로 근육의 산소 농도를 측정하고, 장치 본체(113)에 있어서 근육의 조성에 관한 정보를 얻는 측정 모드의 2가지의 모드로 동작 가능하게 되어 있으며, 예를 들면, 측정 모드에서 얻은 근육의 속근과 지근의 비율에 따라, 트레이닝 모드에서 그 근육에 부여하는 전기 자극의 강도를 조정한다.

일본공개특허 특개2005-348859호 공보 일본공개특허 특개2016-49241호 공보

전기적 근육 자극 EMS를 이용한 종래의 근육 트레이닝 장치(100)에 있어서는, 트레이닝하는 근육의 체표면에 자극 전극(101)을 밀착시키지만, 체표면에 덮여진 근육의 위치를 정확하게 판별할 수 없으므로, 근육과 전기 자극 위치에 위치 어긋남이 발생하여 효과적으로 근육에 전기 자극을 가할 수 없었다. 특히, 양극과 음극으로 이루어지는 1세트의 자극 전극간에 전기 자극 신호를 출력하여 근육을 효과적으로 신축시키기 위해서는, 근육의 길이 방향을 따른 체표면에 양극과 음극을 밀착시킬 필요가 있고, 그 밀착 위치는 장치를 취급하는 숙련자의 경험에 의존하지 않을 수 없었다.

또한, 트레이닝하는 근육의 피로도 등의 활동 상태를 객관적으로 판별할 수 없으므로, 전기 자극의 강도나 자극 시간을 근육의 활동 상태에 따라 최적으로 조정할 수 없었다.

근육 트레이닝 장치(110)에 의하면, 트레이닝하는 근육의 조성에 따라, 근육을 전기 자극하는 강도를 최적으로 설정할 수 있지만, 근육의 조성을 평가하기 위해, 광전 센서(12)를 별도로 준비하여 체표면에 밀착시킬 필요가 있음과 함께, 광전 센서(12)와 한 쌍의 자극 전극(111a, 111b)의 체표면에 대한 밀착 위치가 상이하기 때문에, 광전 센서(12)로부터 얻은 근육의 조성에 관한 정보는, 실제로 전기 자극하는 근육의 조성의 정보와 상이하여, 최적의 강도로 전기 자극을 가할 수 없을 우려가 있었다.

또한, 광전 센서(12)에서는, 전기 자극 강도와 근육의 산소 농도와의 관계로부터 근육의 조성에 관한 정보를 얻을뿐이므로, 전기 자극에 의한 근육의 피로도나, 자극 전극에 의한 전기 자극 위치와 근육의 위치 어긋남 등을 판별할 수 없어, 이들을 고려한 최적의 방법으로 근육에 전기 자극을 가할 수 없다.

본 발명은, 이러한 종래의 문제점을 고려하여 이루어진 것으로서, 광전 센서를 별도로 근육의 체표면에 밀착시키지 않고, 근육의 활동 상태에 따라 최적의 방법으로 근육을 전기 자극하는 근육 트레이닝 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 근육에 대하여 효과적으로 전기 자극을 가하는 체표면의 위치에 정확하게 자극 전극을 밀착시킬 수 있는 근육 트레이닝 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 근육의 피로도에 따라, 최적의 강도와 시간으로 근육을 전기 자극하는 근육 트레이닝 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 서술의 목적을 달성하기 위해, 청구항 1에 기재된 근육 트레이닝 장치는, 근육의 체표면에 트레이닝용의 제 1 전기 자극 신호를 가해, 제 1 전기 자극 신호에 의해 근육을 신축시키는 근육 트레이닝 장치로서, 근육의 체표면에 밀착되는 내면에 복수의 전극이 노출되어 설치되는 절연 시트와, 복수의 전극 중 적어도 어느 것의 전극을 자극 전극으로 하여, 자극 전극에 제 1 전기 자극 신호를 출력하는 제 1 자극 신호 출력 수단과, 제 1 전기 자극 신호의 출력을 정지시키고 있는 동안에, 복수의 전극 중 적어도 어느 것의 전극을 근전(筋電) 검출 전극으로 하여, 근전 검출 전극에 나타나는 근활동전위를 검출하는 근전 신호 검출 수단과, 근전 검출 전극의 근활동전위로부터 근육의 활동 상태를 판별하는 근육 상태 판별 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

절연 시트에 설치되는 복수의 전극을, 트레이닝용의 자극 전극과 근육 활동 상태를 판별하는 근전 검출 전극에 병용 가능하게 한다.

청구항 2에 기재된 근육 트레이닝 장치는, 근육 상태 판별 수단이 판별한 근육의 활동 상태로부터 제 1 전기 자극 신호를 출력하는 자극 전극 및/또는 제 1 전기 자극 신호의 출력 방법을 조정하는 것을 특징으로 한다.

트레이닝용의 자극 전극 외에 별도로 근전 검출 전극을 설치하지 않고, 근육의 활동 상태로부터 제 1 전기 자극 신호를 출력하는 자극 전극 및/또는 제 1 전기 자극 신호의 출력 방법을 조정한다.

청구항 3에 기재된 근육 트레이닝 장치는, 절연 시트의 내면을 따른 이차원 평면에 분산되어 노출되는 복수의 전극을 근전 검출 전극으로 하여, 복수의 근전 검출 전극 중, 상대적으로 높은 근활동전위를 검출한 근전 검출 전극으로부터 제 1 전기 자극 신호를 출력하는 자극 전극을 선택하는 것을 특징으로 한다.

근전 검출 전극은, 절연 시트의 내면을 따른 이차원 평면에 분산되어 노출되므로, 어느 것의 근전 검출 전극은, 근육의 근방의 체표면에 밀착된다. 근육은, 그 신축 동작에 따라 근활동전위를 발생시키므로, 근육의 근방의 체표면에 밀착되는 근전 검출 전극으로부터 상대적으로 높은 근활동전위가 검출되고, 그 근전 검출 전극을 자극 전극으로 함으로써, 절연 시트의 체표면에 대한 부착 위치에 관계없이, 근육의 근방의 체표면에 제 1 전기 자극 신호가 출력된다.

근활동전위는, 복수의 근섬유에 발생하는 활동 전위를 중첩한 전위이며, 복수의 근섬유로 이루어지는 근육의 길이 방향을 따라 3 내지 5m/sec로 전파되고, 그 전파 속도는 근육이 피로할수록 느려진다. 상대적으로 높은 근활동전위가 검출된 복수의 근전 검출 전극은, 모두 근육을 따른 체표면에 밀착되고, 각 근전 검출 전극이 근활동전위를 검출한 시간차와 기지(旣知)인 그 근전 검출 전극간의 거리로부터 근활동전위의 전파 속도가 얻어지며, 근육 상태 판별 수단은, 근육의 피로도를 정량적으로 판별한다.

청구항 4에 기재된 근육 트레이닝 장치는, 절연 시트의 내면의 격자 형상으로 분산되는 각 위치에 각각 노출되는 복수의 전극을 근전 검출 전극으로 한 것을 특징으로 한다.

복수의 근전 검출 전극이 격자 형상으로 분산되는 각 위치에 임하므로, 어느 것의 근전 검출 전극이 확실하게 근육의 길이 방향을 따른 체표면에 밀착되어, 상대적으로 높은 근활동전위를 검출하는 근전 검출 전극이 된다.

청구항 5에 기재된 근육 트레이닝 장치는, 절연 시트의 내면의 동심원 형상으로 분산되는 각 위치에 각각 노출되는 복수의 전극을 근전 검출 전극으로 한 것을 특징으로 한다.

트레이닝하는 근육의 근방의 체표면이 만곡되어 있어도, 바닥면의 이차원 평면에 복수의 전극이 분산되어 노출되어 있으므로, 근육의 근방의 체표면에 적어도 어느 것의 전극이 밀착된다.

청구항 6에 기재된 근육 트레이닝 장치는, 절연 시트가 밀착되는 체표면의 근방의 근육을 따른 체표면에, 적어도 하나의 전극으로 이루어지는 서브 자극 전극을 밀착하고, 제 1 전기 자극 신호 출력 수단은, 절연 시트의 자극 전극과 서브 자극 전극의 일방을 양전극으로 하고 타방을 음전극으로 하여, 양전극과 음전극간에 제 1 전기 자극 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

절연 시트의 자극 전극과 서브 자극 전극을, 근육을 따른 체표면의 서로 떨어진 위치에 밀착시킬 수 있어, 자극 전극과 서브 자극 전극의 사이에서 근육의 근섬유의 방향을 따라 제 1 전기 자극 신호가 흐른다.

청구항 7에 기재된 근육 트레이닝 장치는, 1세트의 절연 시트를 근육을 따른 2개소의 체표면의 부위에 밀착하고, 1세트의 일방의 절연 시트의 내면에 노출되는 복수의 전극 중 어느 것의 전극을 서브 자극 전극으로 하는 것을 특징으로 한다.

1세트의 각 절연 시트의 내면에 노출되는 전극을, 근전 검출 전극으로 하여, 절연 시트를 밀착시킨 체표면의 각 위치에서의 근육의 활동 상태를 판별할 수 있다.

1세트의 일방의 절연 시트의 내면에 노출되는 복수의 전극 중 어느 것의 전극을 서브 자극 전극으로 함으로써, 근육을 따른 체표면의 서로 떨어진 자극 전극과 서브 전극의 사이에서 근육의 근섬유의 방향을 따라 제 1 전기 자극 신호가 흐른다.

청구항 8에 기재된 근육 트레이닝 장치는, 제 1 전기 자극 신호의 출력을 정지시키고 있는 동안에, 절연 시트가 밀착되는 체표면의 근방의 근육을 따른 체표면에, 근육에 유발근활동전위를 발생시키는 제 2 전기 자극 신호를 가하는 제 2 자극 신호 출력 수단을 구비하고, 근전 신호 검출 수단은, 제 2 전기 자극 신호를 가함으로써, 근전 검출 전극에 나타나는 유발근활동전위를 검출하는 것을 특징으로 한다.

제 2 전기 자극 신호에 의해 유발되는 유발근활동전위의 M파는, 제 2 전기 자극 신호를 가한 체표면으로부터 근육의 근섬유의 방향을 따라 전파되고, 근육을 따른 체표면의 상이한 위치에 밀착되는 복수의 근전 검출 전극에서 각각 검출된다.

각 근전 검출 전극에 도달하는 M파의 도달 시각으로부터, 근육의 피로도를 정량 평가 가능한 유발근활동전위의 전파 속도가 얻어진다.

청구항 1의 발명에 의하면, 광전 센서 등의 별도의 장치를 체표면에 부착하지 않고, 트레이닝하는 근육의 활동 상태를 판별할 수 있다.

청구항 2의 발명에 의하면, 근육 상태 판별 수단이 판별한 근육의 활동 상태에 따라, 최적의 방법으로 근육을 트레이닝하도록, 제 1 전기 자극 신호에 의한 자극 강도나 자극 시간을 조정할 수 있다.

청구항 3의 발명에 의하면, 자극 전극을 근육을 따른 체표면에 밀착시키는 번거러움 없이, 근육의 체표면에 제 1 전기 자극 신호를 가할 수 있다.

또한, 상대적으로 높은 근활동전위를 검출한 근전 검출 전극은, 근육의 근방에 밀착되어 있으므로, 근전 검출 전극이 근활동전위를 검출한 시간차로부터 근육의 피로도를 나타내는 근활동전위의 상대적인 전파 속도가 얻어지고, 근육 상태 판별 수단이 판별한 근육의 피로도에 따라 제 1 전기 자극 신호의 강도나 출력 시간을 조정할 수 있다.

청구항 4의 발명에 의하면, 체표면에 부착되는 절연 시트의 방향에 관계 없이, 확실하게 근육의 근방의 체표면에 밀착되는 자극 전극에 제 1 전기 자극 신호를 출력할 수 있다.

청구항 5의 발명에 의하면, 트레이닝하는 근육의 근방의 체표면이 만곡되어 있어도, 근육의 근방의 체표면에 적어도 어느 것의 전극이 밀착되므로, 밀착되는 전극으로부터 상대적으로 높은 근활동전위를 검출할 수 있고, 또한, 효과적으로 근육으로 트레이닝 자극 신호를 가할 수 있다.

청구항 6의 발명에 의하면, 절연 시트로 덮여지지 않는 크기의 근육이여도, 근육의 근섬유 방향으로 제 1 전기 자극 신호를 흘려 신축시킬 수 있다.

청구항 7의 발명에 의하면, 1세트의 절연 시트를 밀착시킨 각 위치에서의 근육의 활동 상태를 판별할 수 있음과 함께, 1매의 절연 시트로 덮여지지 않는 크기의 근육에 대하여, 근육의 근섬유 방향으로 제 1 전기 자극 신호를 흘려 신축시킬 수 있다.

청구항 8의 발명에 의하면, 제 2 전기 자극 신호에 의해 근육에 유발근활동전위를 발생시키므로, 뇌로부터의 지령에 의한 전기 신호나 운동 부하 시의 근육이 발생시키는 전기 신호의 노이즈와 식별하여, 근전 검출 전극에서 정확하게 근활동전위를 검출할 수 있다.

또한, 제 2 전기 자극에 의해 유발되는 유발근활동전위의 전파 속도는, 말소성(抹消性)의 상태 변화만을 반영하고, 근육의 피로에 의해 지연되므로, 정확하게 정량 평가 가능한 근육의 피로에 따라, 최적의 방법으로 제 1 전기 자극 신호를 출력하여, 근육을 트레이닝할 수 있다.

도 1은, 본원 발명의 제 1 실시 형태와 관련된 근육 트레이닝 장치(1)의 사용 상태 참고도이다.
도 2는, 근육 트레이닝 장치(1)의 블록도이다.
도 3은, 제 2 실시 형태와 관련된 근육 트레이닝 장치(20)의 사용 상태 참고도이다.
도 4는, 제 3 실시 형태와 관련된 근육 트레이닝 장치(30)의 사용 상태 참고도이다.
도 5는, 제 4 실시 형태와 관련된 근육 트레이닝 장치(40)의 블록도이다.
도 6은, 근육 트레이닝 장치(40)의 사용 상태 참고도이다.
도 7은, 절연 시트(5)의 저면도이다.
도 8은, 종래의 근육 트레이닝 장치(100)의 블록도이다.
도 9는, 근육 트레이닝 장치(100)의 사용 상태도이다.
도 10은, 종래의 근육 트레이닝 장치(110)의 구성도이다.

이하, 본 발명의 제 1 실시 형태와 관련된 근육 트레이닝 장치(1)를 도 1과 도 2를 이용하여 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 근육 트레이닝 장치(1)는, 근육(50)에 전기 자극 신호를 가해 근육(50)을 신축시켜, 근육(50)을 트레이닝하는 장치이다. 본 명세서에 있어서, 근육(50)의 트레이닝이란, 그 목적을 막론하고, 근육(50)의 체표면에 전기 자극 신호인 후술하는 트레이닝 자극 신호를 가하여 근육(50)을 신축시키는 전기적 근육 자극 EMS(Electrical Muscle Stimulation)를 말하고, 따라서, 근육 트레이닝 장치(1)는, 근육(50)을 신축시켜 부근의 지방을 연소시키는 다이어트 목적의 근육 트레이닝 장치, 근력 업을 목적으로 하는 근육 트레이닝 장치, 손상된 근육(50)을 재생시키는 의료용의 근육 트레이닝 장치 등 각종 목적으로 근육(50)을 신축시키는 어느 근육 트레이닝 장치여도 된다.

근육 트레이닝 장치(1)는, 체표면 아래의 근육(50)에 전기 자극을 가하기 위한 4개의 전극(2a, 2b, 2c, 2d)이 서로 절연하여 장착된 절연 시트(4)와, 4개의 전극(2a, 2b, 2c, 2d) 중 어느 것에, 접속 케이블(7)을 개재하여 트레이닝용의 전기 자극 신호인 트레이닝 자극 신호를 출력하는 트레이닝 장치 본체(10)로 구성되어 있다.

절연 시트(4)는, 트레이닝하는 근육(50)의 근섬유 방향을 따른 체표면에 위치 결정되도록, 외형이 얇고 긴 띠 형상의 플렉시블 인쇄 배선판(FPC)으로 형성되고, PET 등으로 이루어지는 가요성의 절연 시트(4)에, 4개의 전극(2a, 2b, 2c, 2d)이 서로 절연하여 일체로 형성되어 있다. 4개의 전극(2a, 2b, 2c, 2d)은, 절연 시트(4)의 체표면에 대향하는 내면이 되는 바닥면에 일정한 간격으로 노출되고, 각각 FPC의 인출 패턴과 접속 케이블(7)을 개재하여 후술하는 전환기(13)가 대응하는 커먼 단자에 접속되어 있다. 4개의 전극(2a, 2b, 2c, 2d)이 노출되는 부분을 제외한 절연 시트(4)의 바닥면의 대략 전체 면에는 도시하지 않은 양면 테이프가 부착되고, 양면 테이프의 박리지를 박리하여 나타나는 점착층을, 트레이닝하는 근육(50) 상의 체표면에 점착하여, 절연 시트(4)를 위치 결정하고 있다. 이로써 4개의 전극(2a, 2b, 2c, 2d)이 대향하는 체표면에 밀착된다.

트레이닝 장치 본체(10)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 4개의 전극(2a, 2b, 2c, 2d)에 접속되는 각 커먼 단자를, 제어부(3)로부터 출력되는 모드 전환 신호에 의해 각각 전기 자극 출력부(14)의 출력에 접속되는 제 1 선택 단자(13a)와 멀티플렉서(15)의 입력에 접속되는 제 2 선택 단자(13b)의 사이에서 전환되는 전환기(13)를 구비하고 있다. 전환기(13)는, 특정의 전극(2)을 지정하여 트레이닝 모드로 하는 모드 전환 신호를 받으면, 그 전극(2)에 접속되는 커먼 단자를 제 1 선택 단자(13a)로 전환하여 접속하고, 지정된 전극(2)을 전기 자극 출력부(14)로부터 트레이닝 자극 신호가 출력되는 자극 전극으로 한다. 예를 들면, 트레이닝 모드로 하는 모드 전환 신호에 의해 전극(2a, 2b)이 지정되었다고 하면, 전극(2a, 2b)에 각각 접속하는 커먼 단자가 제 1 선택 단자(13a)측으로 전환되어, 전극(2a, 2b)에 트레이닝 자극 신호가 출력된다. 또한, 제어부(3)로부터 특정의 전극(2)을 지정하여 근육 상태 판별 모드로 하는 모드 전환 신호가 전환기(13)에 출력되면, 지정된 전극(2)에 접속되는 커먼 단자가 제 2 선택 단자(13b)측으로 전환되며, 그 전극(2)을, 근활동전위를 검출하는 근전 검출 전극으로 한다.

멀티플렉서(15)는, 제어부(3)로부터 입력되는 제어 신호를 받아, 4종류의 제 2 선택 단자(13b)로부터 근육 상태 판별 모드로 하는 모드 전환 신호에 의해 지정된 전극(근전 검출 전극)(2)에 접속되는 제 2 선택 단자(13b)를 번갈아 그 후단에 접속하는 증폭부(11)에 접속되고, 근전 검출 전극(2)에 있어서 검출한 근전 신호의 근활동전위를 증폭부(11)와 A/D 변환부(16)를 통하여 근육 상태 판별부(12)에 출력한다. 즉, 체표면에 밀착되는 근전 검출 전극(2)으로부터 검출되는 근전 신호의 근활동전위는 미소값이기 때문에, 증폭부(11)에서 증폭된 후, A/D 변환부(16)에서 디지털 값으로 변환되고, 근육 상태 판별부(12)에서 판별 가능한 값으로 한다.

근육 상태 판별부(12)는, 각 근전 검출 전극(2)이 검출한 근전 신호의 레벨(근활동전위)이나 진폭으로부터, 트레이닝하는 근육(50)의 체표면 내의 위치나 트레이닝하는 것에 의한 근육(50)의 피로 상태를 판별한다.

트레이닝하는 근육(50)의 위치는, 상대적으로 높은 근활동전위를 검출한 근전 검출 전극(2)이 밀착되는 체표면의 위치로부터 추정한다. 즉, 근육 중, 뇌수신경의 지배를 받아 임의적으로 활동할 수 있는 골격근은, 운동 신경으로부터의 자극을 받아 근육을 구성하는 복수의 근섬유에 근활동전위를 발생시켜, 수축되어 장력을 발생시킨다. 따라서, 트레이닝하는 근육(50)이 골격근인 경우에는, 근육(50)의 근방의 체표면에 밀착되는 근전 검출 전극(2)으로부터 높은 근활동전위가 검출되고, 근육 상태 판별부(12)는 다수의 근전 검출 전극(2)으로부터 상대적으로 높은 근활동전위를 검출한 근전 검출 전극(2)의 근방에 근육(50)이 존재하고 있다고 추정한다.

또한, 근육(50)을 트레이닝하여 그 피로가 항진(亢進)되면, 근육(50)의 수축성을 보완하기 위한 운동 단위의 동원수 및 발화 빈도가 증가하여, 근전 신호의 진폭이 커지므로, 상기 서술의 방법으로 근육(50)의 근방에 밀착되어 있다고 추정하는 근전 검출 전극(2)으로부터 검출되는 근전 신호의 진폭의 변화를 감시하고, 그 진폭이 확대되는 점에서 근육(50)의 피로도를 판별한다.

근육(50)의 길이 방향(근섬유의 방향)을 따라 전파하는 근활동전위의 전파 속도는, 근육(50)이 피로할수록 느려지므로, 근육(50)의 근방에 밀착되는 복수의 근전 검출 전극(2)이 동일 파형의 근전 신호를 검출하는 시간차로부터 근육(50)을 따른 전파 속도를 검출하여, 근육(50)의 피로도의 판별해도 된다.

근육 상태 판별부(12)는, 제어부(3)에 접속하고, 근육 상태 판별부(12)에 의한 근육(50)의 판별 결과를 제어부(3)에 출력함과 함께, 근육 상태 판별부(12)가 근육(50)의 피로도를 판별하기 위한 근육(50)의 근방에 밀착되는 근전 검출 전극(2)의 위치 정보가 제어부(3)로부터 입력된다.

제어부(3)는, 트레이닝 모드와 근육 상태 판별 모드 중 어느 것으로 동작하고, 근육 상태 판별부(16)의 판별 결과나 제어부(3)의 일련의 동작 프로그램이 기억되는 기억부(17)와, 사용자가 근육 트레이닝 장치(1)의 기동이나 동작 정지를 입력 조작하는 조작부(18)와, 트레이닝의 진행 상황이나 근육 상태 판별부(16)가 판별한 근육 피로도 등을 표시하는 표시부(19)와, 전기 자극 출력부(14)가 접속되어 있다. 제어부(3)는, 조작부(18)로부터 기동 명령을 받으면, 근육 상태 판별 모드로부터 트레이닝 모드의 일련의 동작을 근육 트레이닝 장치(1)가 실행하도록, 근육 트레이닝 장치(1)의 각부(各部)를 시퀀스 제어한다.

전기 자극 출력부(14)는, 트레이닝 모드에서의 제어부(3)로부터의 제어를 받아, 트레이닝 자극 신호를 생성하고, 전환기(13)의 각 제 1 선택 단자(13a)로 생성한 트레이닝 자극 신호를 출력한다. 트레이닝 자극 신호는, 예를 들면, 사용자가 전기 자극을 느끼지 않는 10 내지 80mA 정도의 전류값이며, 10 내지 30Hz의 주파수의 교류 신호 파형이다. 트레이닝 자극 신호의 파형이나 주파수는, 최적의 트레이닝 효과가 얻어지도록, 트레이닝 모드의 진행 상황에 따라 다양하게 변화시켜도 된다.

이하, 이 근육 트레이닝 장치(1)를 이용하여 골격근(50)을 트레이닝하는 방법을 근육 트레이닝 장치(1)의 작용과 함께 설명한다. 사용자가 골격근(50)을 트레이닝하는 경우에는, 절연 시트(4)의 바닥면의 박리지를 박리하여 나타나는 점착층을, 트레이닝하려고 하는 근육(50) 부근의 체표면에 점착하고, 4개의 전극(2a, 2b, 2c, 2d)을 체표면에 밀착시키고, 그 후, 조작부(18)로 근육 트레이닝 장치(1)를 기동시키는 입력 조작을 행한다.

근육 트레이닝 장치(1)가 기동하면, 처음에 제어부(3)는 근육 상태 판별 모드에서 동작하고, 전환기(13)에, 4개의 모든 전극(2a, 2b, 2c, 2d)을 지정하여 근육 상태 판별 모드로 하는 모드 전환 신호를 출력한다. 전환기(13)는, 이 모드 전환 신호가 입력되면, 지정된 4개의 전극(2a, 2b, 2c, 2d)에 각각 접속되는 커먼 단자를, 제 2 선택 단자(13b)측으로 전환하여 접속하고, 각 전극(2a, 2b, 2c, 2d)을, 근활동전위를 검출하는 근전 검출 전극으로 한다.

계속해서 사용자가 골격근(50)을 임의적으로 신축시키면, 근육(50)을 구성하는 복수의 근섬유에 근활동전위가 발생하고, 그 근방에 밀착되는 근전 검출 전극(2)으로부터 상대적으로 높은 근활동전위가 검출된다. 제어부(3)는, 전환기(13)로 상기 서술의 근육 상태 판별 모드로 하는 모드 전환 신호를 출력함과 함께 그 모드 전환 신호로 지정한 각 전극(2a, 2b, 2c, 2d)에 접속되는 제 2 선택 단자(13b)를 순차 증폭부(11)에 접속한다. 따라서, 각 전극(2a, 2b, 2c, 2d)으로부터 검출되는 근활동전위는, 각각 증폭부(11)에 있어서 증폭된 후, A/D 변환부(16)에서 디지털 값으로 변환되고, 근육 상태 판별부(12)에 출력되어, 상대 비교된다. 여기서는, 근전 검출 전극(2a, 2b, 2c)이 근육(50)의 근방에 밀착되고, 근전 검출 전극(2d)이 근육(50)으로부터 어긋난 체표면에 밀착되어 있는 것으로 하면, 각 근전 검출 전극(2a, 2b, 2c)으로부터 검출되는 근활동전위가, 근전 검출 전극(2d)보다 상대적으로 높은 근활동전위가 되므로, 근육 상태 판별부(12)는, 그 비교 결과로부터 근육(50)이 전극(2a, 2b, 2c)을 따라 체표면 내에 있다고 추정하고, 각 근전 검출 전극(2a, 2b, 2c)으로부터 검출되는 근전 신호의 진폭을 포함하는 판별 결과를 제어부(3)에 출력한다. 각 근전 검출 전극(2)으로부터 검출되는 근활동전위의 비교는, 복수회 검출한 근활동전위로부터 이상값을 제외한 값을 비교해도 되고, 또한, 소정의 전위 이상의 근활동전위가 검출된 근전 검출 전극(2)을, 상대적으로 높은 근활동전위가 검출된 근전 검출 전극(2)으로 해도 된다.

제어부(3)는, 전환기(13)에 근육 상태 판별 모드로 하는 모드 전환 신호를 출력한 후, 근육 상태 판별부(12)로부터 상기 근육(50)의 위치에 관한 판별 결과가 입력되면, 그 판별 결과를 기억부(17)에 1차 기억함과 함께, 판별 결과로부터 근육(50)의 근방에 밀착되어 있다고 추정된 전극(2a, 2b, 2c)을 자극 전극으로서 선택하고, 선택한 자극 전극(2a, 2b, 2c)을 지정하여 트레이닝 모드로 하는 모드 전환 신호를 전환기(13)에 출력한다. 또한, 이에 전후하여 전기 자극 출력부(14)에 대하여 트레이닝 자극 신호를 생성하고, 출력하도록 제어한다.

상기 모드 전환 신호를 받은 전환기(13)는, 지정된 전극(2a, 2b, 2c)에 접속되는 커먼 단자를 제 1 선택 단자(13a)측으로 전환하여 접속하고, 전극(2a, 2b, 2c)을 전기 자극 출력부(14)로부터 트레이닝 자극 신호를 출력하는 자극 전극(2a, 2b, 2c)으로 한다. 따라서, 각 전극(2)이 트레이닝하는 근육(50)의 근방에 밀착되도록 절연 시트(4)의 점착 위치나 방향을 고려하지 않고, 근육(50)의 근방에 밀착되는 전극(2)에 트레이닝 자극 신호를 출력하여, 효과적으로 근육(50)에 전기 자극을 가할 수 있다.

또한, 근육 상태 판별 모드에서 상대적으로 높은 근활동전위가 검출된 근전 검출 전극(2)의 모두를, 트레이닝 자극 신호를 출력하는 자극 전극(2)으로 할 필요는 없고, 예를 들면, 높은 근활동전위가 검출된 근전 검출 전극(2a, 2b, 2c) 중 서로 떨어진 위치에 밀착되는 1세트의 근전 검출 전극(2a, 2c)의 일방을 양극, 타방을 음극으로 하여 그 동안에 트레이닝 자극 신호를 출력해도 된다.

제어부(3)는, 소정의 트레이닝 시간이 경과한 후, 트레이닝 모드를 종료시켜도 되지만, 본 실시 형태에서는, 트레이닝 모드의 진행 중에, 일시적으로 트레이닝 모드로부터 근육 상태 판별 모드로 전환하여, 트레이닝에 의한 근육(50)의 피로 상태를 확인한다. 이 모드 전환은, 표시부(19)에 근육 상태 판별 모드로 이행하는 것을 표시함과 함께, 기억부(17)에 기억된 판별 결과로부터 근육(50)의 근방에 밀착되어 있다고 추정된 전극(2a, 2b, 2c)의 정보를 독출하고, 그 전극(2a, 2b, 2c)을 지정하여 근육 상태 판별 모드로 하는 모드 전환 신호를 전환기(13)에 출력하여 행한다.

표시부(19)의 표시를 확인한 사용자가, 근육(50)을 임의적으로 신축시키면, 그 근방의 각 근전 검출 전극(2a, 2b, 2c)으로부터 근활동전위가 검출되고, 그 값은, 각각 증폭부(11)에 있어서 증폭된 후, A/D 변환부(16)에서 디지털 값으로 변환되어, 근육 상태 판별부(12)에 입력된다. 근육 상태 판별부(12)는, 어느 것의 혹은 복수의 근전 검출 전극(2a, 2b, 2c)으로부터 검출되는 근활동전위가 연속하는 근전 신호의 진폭을, 트레이닝 모드 전에 검출한 근전 신호의 진폭과 비교하고, 그 진폭의 확대 상황으로부터 근육(50)의 피로도를 판별하고, 그 판별 결과를 제어부(3)에 출력한다. 또한, 근육(50)의 근방에 밀착되는 근전 검출 전극(2a, 2b, 2c)의 상대 위치는 기지이므로, 이들 상대 위치와 각 근전 검출 전극(2a, 2b, 2c)에 나타나는 근전 신호의 진폭의 변화로부터 근육(50)의 각부의 피로도를 보다 정확하게 판별할 수 있다.

제어부(3)는, 근육(50)의 피로도를 나타내는 판별 결과를 표시부(19)에 표시하여 사용자에게 전달함과 함께, 판별 결과로부터 근육(50)이 트레이닝의 목표에 도달할 때까지 피로하지 않을 경우에는, 또한, 근육 상태 판별 모드로부터 트레이닝 모드로 전환하여, 상기 서술의 근육(50)으로의 전기 자극을 반복하고, 근육(50)의 피로도가 트레이닝의 목표에 도달한 경우에는, 표시부(19)에 그 취지를 표시하고, 근육 트레이닝 장치(1)의 동작을 종료시킨다.

본 발명의 제 2 실시 형태와 관련된 근육 트레이닝 장치(20)는, 복수의 전극(21)을 절연 시트(22)의 바닥면의 이차원 평면 상에 분산시켜 노출한 것으로, 이하, 이 근육 트레이닝 장치(20)를 도 3을 이용하여 설명한다. 근육 트레이닝 장치(20)의 각부에 대해, 상기 서술의 근육 트레이닝 장치(1)와 동일 혹은 마찬가지로 작용하는 구성에는, 동일한 번호를 이용하여 그 상세한 설명을 생략한다.

근육 트레이닝 장치(20)에 이용하는 절연 시트(22)는, 도면 중 가로로 긴 장방형의 윤곽이며, 복수의 전극(21)(m, n)이 그 바닥면의 4행 6열의 행렬로 분산되는 각 위치에 노출되도록 절연 시트(22)에 장착되어 있다. 트레이닝 장치 본체(10)측의 전환기(13)에는, 절연 시트(22)에 장착된 전극(21)(m, n)과 동수(同數)의 24세트의 커먼 단자와 커먼 단자에 전환 접속하는 제 1 선택 단자(13a) 및 제 2 선택 단자(13b)가 배치되며, 각 세트의 커먼 단자는, 접속 케이블(7)을 개재하여 대응하는 전극(21)(m, n)에 접속되어 있다.

근육 트레이닝 장치(20)에 의해 근육(50)을 트레이닝하는 경우에는, 처음에 근육(50)의 근방의 체표면에 절연 시트(22)를 점착한 후, 사용자는, 조작부(18)를 조작하여 장치(20)를 기동시킴과 함께, 트레이닝하는 근육(50)을 임의적으로 신축시킨다. 근육 트레이닝 장치(20)의 기동 직후, 제어부(3)는 근육 상태 판별 모드에서 동작하고, 전환기(13)에 모든 전극(21)(m, n)을 지정하여 근육 상태 판별 모드로 하는 모드 전환 신호를 출력한다. 그 결과, 모든 전극(21)(m, n)이 근전 검출 전극(21)이 되고, 근육 상태 판별부(12)에 모든 전극(21)(m, n)으로부터 검출되는 근활동전위가 순차 입력된다.

도 3에 있어서 ×로 표시하는 전극(21)(m, n)으로부터 검출되는 근활동전위가 다른 전극(21)(m, n)에 비해 상대적으로 높은 근활동전위였다고 하면, 근육 상태 판별부(12)는, ×로 표시하는 전극(21)(m, n)이 근육(50)의 근방의 체표면에 밀착되어 있다고 추정하고, 도시하는 근육 방향(50C)의 방향으로 근육(50)이 존재하고 있다고 판별하고, 그 판별 결과를 제어부(3)에 출력한다.

근육 상태 판별부(12)로부터 근육(50)의 위치에 관한 판별 결과를 받은 제어부(3)는, 트레이닝 모드로 이행하고, 판별 결과에 나타나는 근육 방향(50C)을 따라 트레이닝 자극 신호가 흐르도록, 도면 중 21A의 파선으로 둘러싸이는 각 전극(21)(m, n)(m=1~2, n=4~6)을 양극의 자극 전극과, 도면 중 21B의 파선으로 둘러싸이는 각 전극(21)(m, n)(m=3~4, n=1~3)을 음극의 자극 전극으로 지정하여 트레이닝 모드로 하는 모드 전환 신호를 전환기(13)에 출력한다. 이에 따라, 전기 자극 출력부(14)로부터 도면 중 21A의 파선으로 둘러싸이는 6개의 양극의 자극 전극(21)(m, n)과 21B의 파선으로 둘러싸이는 6개의 음극의 자극 전극(21)(m, n)간에 근육(50)을 신축시키는 트레이닝 자극 신호가 흐른다.

제 1 실시 형태와 마찬가지로, 트레이닝 모드의 진행 중에 트레이닝에 의한 근육(50)의 피로 상태를 확인하는 경우에는, 제어부(3)를 일시적으로 근육 상태 판별 모드로 전환하여, 근전 검출 전극으로 한 전극(21)(m, n)의 근활동전위를 검출하고, 근육 상태 판별부(12)에서, 근활동전위가 연속하는 근전 신호의 진폭을 기동 직후의 진폭과 비교하여 근육(50)의 피로 상태를 판별한다. 여기서, 전환기(13)의 접속을 제 2 선택 단자(13b)측으로 전환하여 접속하고, 근전 검출 전극으로 하는 전극(21)(m, n)은, 도면 중 21A와 21B의 파선으로 둘러싸이는 전극(21)(m, n)이나 ×로 표시하는 전극(21)(m, n) 등, 24개의 모든 전극(21)(m, n)으로부터 임의로 선택할 수 있다.

이와 같이, 근전 검출 전극과 자극 전극은 공통의 전극(21)(m, n)일 필요는 없고, 각각 그 용도나 목적에 따라 모든 전극(21)(m, n)으로부터 임의로 선택할 수 있다.

1매의 절연 시트(22)로 트레이닝하는 근육(50)의 전체를 덮을 수 없는 경우에는, 복수 매의 절연 시트를 근육(50)의 체표면의 다른 위치에 점착하고, 광범위하게 트레이닝 자극 신호를 흘려 근육(50)을 트레이닝할 수도 있으며, 이하, 2매의 절연 시트(32A, 32B)를 이용한 제 3 실시 형태와 관련되는 근육 트레이닝 장치(30)를 도 4를 이용하여 설명한다. 또한, 근육 트레이닝 장치(30)의 각부에 대해, 상기 서술의 근육 트레이닝 장치(1, 20)와 동일 혹은 마찬가지로 작용하는 구성에는, 동일한 번호를 이용하여 그 상세한 설명을 생략한다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 근육 트레이닝 장치(30)는, 9개의 전극(31A)(m, n)이 바닥면의 3행 3열의 행렬의 각 위치에 분산되어 노출되는 절연 시트(32A)와, 마찬가지로 9개의 전극(31B)(m, n)이 바닥면의 3행 3열의 행렬의 각 위치에 분산되어 노출되는 절연 시트(32B)의 2매의 절연 시트(32A, 32B)를 구비하고 있다. 모든 각 전극(31A)(m, n), (31B)(m, n)은, 각각 접속 케이블(7)을 개재하여 전환기(13)의 커먼 단자에 접속되고, 제 1 선택 단자(13a)와 제 2 선택 단자(13b) 중 어디에도 선택적으로 접속 가능하며, 제어부(3)로부터 전환기(13)에 출력되는 모드 전환 신호에 의해 근전 검출 전극과 자극 전극 중 어느 것으로 할 수도 있다.

여기서는, 근육 트레이닝 장치(30)를 기동 후, 바로 제어부(3)를, 트레이닝 모드로 동작시켜, 근육(50)에 광범위하게 트레이닝 자극 신호가 흐르도록, 절연 시트(32A)에 노출되는 모든 전극(31A)(m, n)을 양극의 자극 전극과, 절연 시트(32B)에 노출되는 모든 전극(31B)(m, n)을 음극의 자극 전극으로 지정하여 트레이닝 모드로 하는 모드 전환 신호를 전환기(13)에 출력한다. 이에 따라, 전기 자극 출력부(14)로부터 절연 시트(32A)에 노출되는 9개의 양극의 자극 전극(31A)(m, n)과 절연 시트(32B)에 노출되는 9개의 음극의 자극 전극(31B)(m, n)의 사이에 근육(50)을 신축시키는 트레이닝 자극 신호가 흐르고, 1매의 절연 시트(32)로 덮여지지 않는 광범위한 근육(50)에 전기 자극을 가해 트레이닝할 수 있다.

트레이닝 모드의 진행 중에, 제어부(3)를 근육 상태 판별 모드로 하고, 자여전극(31A)(m, n), (31B)(m, n)의 전극(31)을 근전 검출 전극으로 하여, 그 근전 검출 전극으로부터 검출되는 근전 신호의 진폭을 감시하고, 근전 신호의 진폭의 변화로부터 근육(50)의 피로 상태를 판별해도 된다.

상기 서술의 각 실시 형태는, 근육 상태 판별 모드에 있어서, 사용자가 골격근(50)을 임의적으로 신축시키고, 그 근육(50)에 발생하는 근활동전위의 레벨이나 근활동전위가 연속하는 근전 신호의 진폭으로부터, 근육(50)의 위치나 근육(50)의 피로도를 판별하고 있으므로, 트레이닝하는 근육(50)은, 골격근에 한정되고, 또한, 사용자는 근육(50)의 활동 상태를 평가할 때마다 그 근육(50)을 임의적으로 신축시킬 필요가 있다. 따라서, 근전 검출 전극이 밀착되는 체표면의 근방에, 트레이닝 자극 신호와는 상이한 유발 근육 자극 신호를 출력하고, 유발 근육 자극 신호의 전기 자극에 의해 근육(50)에 발생하는 유발근활동전위를 근전 검출 전극으로 검출하며, 유발근활동전위의 파형(M파)으로부터 근육(50)의 활동 상태를 평가해도 된다.

이하, 이 근육 상태 판별 모드에서 유발 근육 자극 신호를 출력하는 본 발명의 제 4 실시 형태와 관련되는 근육 트레이닝 장치(40)를, 도 5와 도 6을 이용하여 설명한다. 근육 트레이닝 장치(40)의 각부에 대해, 상기 서술의 근육 트레이닝 장치(1, 20, 30)와 동일 혹은 마찬가지로 작용하는 구성에는, 동일한 번호를 이용하여 그 상세한 설명을 생략한다.

근육 트레이닝 장치(40)의 전기 자극 출력부(41)는, 트레이닝 자극 신호와 유발 근육 자극 신호의 2종류의 전기 자극 신호를 생성하고, 제어부(3)가 트레이닝 모드에서 동작할 때에는 트레이닝 자극 신호를, 근육 상태 판별 모드에서 동작할 때에는 유발 근육 자극 신호를 전환기(13)의 제 1 선택 단자(13a)에 출력한다. 전기 자극 출력부(41)에서 생성되는 트레이닝 자극 신호는, 전기 자극 출력부(14)로부터 출력되는 트레이닝 자극 신호와 동일한 10 내지 80mA 정도의 전류값이며, 10 내지 30Hz의 주파수의 교류 신호 파형의 전기 자극 신호이다. 또한, 유발근활동전위를 발생시키기 위해 전기 자극 출력부(41)에서 생성되는 유발 근육 자극 신호는, 예를 들면, 전류값이 5mA 이상이며 전압이 100V의 펄스폭이 0.5msec의 구형파의 전기 자극 신호 전기 자극 신호이다.

근육 트레이닝 장치(40)는, 기동 후, 처음에 제어부(3)가 트레이닝 모드에서 동작하고, 전기 자극 출력부(41)로부터 트레이닝 자극 신호를 출력 제어함과 함께, 근육(50)을 따라 그 트레이닝 자극 신호가 흐르도록, 절연 시트(32A)에 노출되는 모든 전극(31A)(m, n)을 양극의 자극 전극과, 절연 시트(32B)에 노출되는 모든 전극(31B)(m, n)을 음극의 자극 전극으로 지정하여 트레이닝 모드로 하는 모드 전환 신호를 전환기(13)에 출력한다. 이에 따라, 전기 자극 출력부(14)로부터 절연 시트(32A)에 노출되는 양극의 자극 전극(31A)(m, n)과 절연 시트(32B)에 노출되는 음극의 자극 전극(31B)(m, n)의 사이에 근육(50)을 신축시켜 트레이닝하는 트레이닝 자극 신호가 흐른다.

계속해서, 트레이닝 모드가 진행되는 일정 주기마다, 제어부(3)를 근육 상태 판별 모드로 하고, 전기 자극 출력부(41)에 대해 트레이닝 자극 신호의 출력을 정지시키고, 유발 근육 자극 신호를 생성하여 출력하도록 제어한다. 또한, 제어부(3)로부터, 절연 시트(32A)의 3열의 위치에 노출되는 도 6의 42A의 파선으로 둘러싸이는 3개의 전극(31A)(m, 3)을 양극의 서브 자극 전극(42a)과, 절연 시트(32A)의 1열의 위치에 노출되는 도면 중 42B의 파선으로 둘러싸이는 3개의 전극(31A)(m, 1)을 음극의 서브 자극 전극(42b)과, 절연 시트(32B)에 노출되는 9개의 모든 전극(31B)(m, n)을 근전 검출 전극으로 지정하여 근육 상태 판별 모드로 하는 모드 전환 신호가 전환기(13)에 출력된다. 이에 따라, 42A의 파선으로 둘러싸이는 전극(31A)(m, 3)에 접속되는 커먼 단자는, 트레이닝 자극 신호 (+)가 출력되는 제 1 선택 단자(13a)로, 42B의 파선으로 둘러싸이는 전극(31A)(m, 1)에 접속되는 커먼 단자는, 트레이닝 자극 신호 (-)가 출력되는 제 1 선택 단자(13a)로, 절연 시트(32B)에 노출되는 모든 전극(31B)(m, n)은, 멀티플렉서(15)의 입력에 접속되는 제 2 선택 단자(13b)로 각각 전환하여 접속된다.

1세트의 서브 자극 전극의 양극(42a)과 음극(42b)은, 얇고 긴 띠 형상의 절연 시트(32A)의 좌우로 나누어져 노출되고, 절연 시트(32B)에 노출되는 근전 검출 전극(31B)(m, n)에 대하여 양극(42a)이 외측에, 음극(42b)이 그 내측의 체표면에 밀착되어 있다. 근육(50)의 체표면에 밀착되는 양극(42a)과 음극(42b)간에 유발 근육 자극 신호를 흘리면, 유발 근육 자극 신호의 통전중은, 양극(42a)을 내측 방향으로, 신경 섬유를 길이 방향으로, 음극(42b)을 외측 방향으로 유발 근육 자극 신호가 흐르고, 외측 방향의 전류가 흥분을 일으키기 때문에 일반적으로 통전 개시 시에는 음극(42b) 부근에서 유발근활동전위가 발생한다고 생각된다. 그 후의 양극(42a) 부근에서도 유발근활동전위가 발생하지만, 유발 근육 자극 신호는, 상기한 바와 같이 0.5msec의 짧은 자극이므로, 통전 개시 시의 음극(42b)만이 자극 효과를 가지고, 그 후, 유발근활동전위는, 음극(42b)의 밀착 위치로부터 근육(50)의 근섬유의 방향을 따라 절연 시트(32B)에 노출되는 근전 검출 전극(31B)(m, n)으로 전파된다고 생각된다.

이 유발근활동전위의 파형은, M파라고 불리고, 평가하는 근육(50)의 다수의 근섬유의 전기적인 활동의 집합파의 파형이다. 근육 상태 판별부(12)는, 근전 검출 전극(31B)(m, n)에서 검출되는 M파를 감시하고, 1세트의 서브 자극 전극(42a, 42b)에 유발 근육 자극 신호를 가한 후 근전 검출 전극(31B)(m, n)에 있어서 M파의 상승을 검출할 때까지의 시간(잠시(潛時))을 트레이닝 모드의 진행중에 제어부(3)가 근육 상태 판별 모드로 이행할 때마다 구한다. 잠시는, 어느 것의 근전 검출 전극(31B)(m, n)에 대해 구해도 되고, 복수의 근전 검출 전극(31B)(m, n)에 관한 평균으로부터 구해도 된다.

전기 자극에 의해 유발되는 근활동전위의 M파의 전파 속도는, 트레이닝에 의해 근육(50)이 피로함에 따라 저하되고, 한편, M파의 전파 속도는, 전기 자극 위치(서브 자극 전극(42b))로부터 근전 검출 전극(31B)(m, n)까지의 거리가 일정하므로 상기 잠시에 반비례하고, 근육 상태 판별부(12)는, 제어부(3)가 근육 상태 판별 모드로 이행할 때마다 구하는 잠시를 비교해 근육(50)의 피로도를 평가할 수 있다.

제어부(3)는, 근육 상태 판별 모드로 이행할 때마다 근육 상태 판별부(12)로부터 입력되는 근육(50)의 피로도의 평가 결과를 표시부(19)에 표시함과 함께, 근육(50)의 피로도가 일정값에 도달하면, 그 후의 트레이닝 모드에서의 동작을 정지하고, 근육 트레이닝 장치(40)에 의한 트레이닝을 종료시킨다.

이 근육 트레이닝 장치(40)에 의하면, 1세트의 서브 자극 전극(42a, 42b)으로부터 트레이닝중의 근육(50)으로 일정 주기로 전기 자극을 가함으로써, 트레이닝 중이어도, 뇌로부터의 신경 자극에 의해 발생되는 불안정한 근활동전위와 식별하여, 전기 자극으로 유발되는 유발근활동전위를 검출할 수 있다. 또한, 근육(50)의 활동 상태를 판별할 때마다 의식적으로 근육(50)을 신축시킬 필요가 없고, 또한 근육(50)이 골격근 이외의 근육이어도, 근전 검출 전극(31B)(m, n)에 나타나는 유발근활동전위로부터 근육(50)의 활동 상태를 판별할 수 있다.

상기 서술의 각 실시 형태에서는, 절연 시트의 바닥면의 직선 상의 각 위치나 행렬 상의 각 위치에 복수의 전극을 분산하여 노출시키고 있지만, 절연 시트의 윤곽이나 복수의 전극의 노출 위치는 임의로 설정할 수 있다. 예를 들면, 복수의 전극을, 절연 시트의 바닥면의 이차원 평면에 분산하여 노출시키는 경우에는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 절연 시트(5)를 원판 형상으로 하여, 복수의 전극(6, 6 ‥)을 절연 시트(5)의 바닥면에서, 원판 형상의 중심에 대하여 동심원이 되는 복수의 원 상의 각 위치에 동심원 형상으로 분산되어 임해도 된다.

상기 서술의 절연 시트(5)에 의하면, 트레이닝하는 근육(50)의 근방의 체표면이 만곡되어 있어도, 바닥면의 이차원 평면에 복수의 전극(6)이 분산되어 노출되어 있으므로, 근육(50)의 근방에 어느 것의 전극(6)이 밀착되고, 그 전극(6)으로부터 상대적으로 높은 근활동전위가 검출되어, 효과적으로 근육(50)으로 트레이닝 자극 신호를 가할 수 있다.

상기 서술의 실시 형태에서는, 절연 시트에 장착되는 전극과 트레이닝 장치 본체(10)를 접속 케이블(7)에 접속하고 있지만, 절연 시트측과 트레이닝 장치 본체(10)측에 각각 쌍방향에서 무선 통신 가능한 통신 인터페이스를 설치하여, 복수의 전극과 전환기(13)의 커먼 단자를 와이어리스 접속해도 된다.

또한, 점착층에 의해 절연 시트의 바닥면을 근육(50)의 체표면에 점착시키고 있지만, 체표면의 소정 위치에 위치 결정할 수 있으면, 밴드 등으로 체표면에 감아 위치 결정해도 된다.

또한, 트레이닝 장치 본체(10)의 일부 혹은 모든 구성도, 밴드 등으로 신체에 부착하는 장치 내에 배치하여, 몸에 지니는 것이어도 된다.

본 발명은, 전기 자극을 가해 근육을 트레이닝하는 근육 트레이닝 장치에 적합하다.

1, 20, 30, 40 근육 트레이닝 장치
2 전극
4, 6, 22, 32A, 32B 절연 시트
10 트레이닝 장치 본체
14 전기 자극 출력부(제 1 자극 신호 출력 수단, 제 2 자극 신호 출력 수단)
21 전극(m, n)
31A, 31B 전극(m, n)
50 근육
50C 근육의 근섬유 방향

Claims (8)

1. 근육의 체표면에 트레이닝용의 제 1 전기 자극 신호를 가해, 제 1 전기 자극 신호에 의해 상기 근육을 신축시키는 근육 트레이닝 장치로서,
   상기 근육의 체표면에 밀착되는 내면에 복수의 전극이 노출되어 설치되는 절연 시트와,
   상기 복수의 전극 중 적어도 어느 것의 전극을 자극 전극으로 하여, 자극 전극에 제 1 전기 자극 신호를 출력하는 제 1 자극 신호 출력 수단과,
   제 1 전기 자극 신호의 출력을 정지시키고 있는 동안에, 상기 복수의 전극 중 적어도 어느 것의 전극을 근전 검출 전극으로 하여, 근전 검출 전극에 나타나는 근활동전위를 검출하는 근전 신호 검출 수단과,
   근전 검출 전극의 근활동전위로부터 근육의 활동 상태를 판별하는 근육 상태 판별 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 근육 트레이닝 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 근육 상태 판별 수단이 판별한 근육의 활동 상태로부터 제 1 전기 자극 신호를 출력하는 자극 전극 및 제 1 전기 자극 신호의 출력 방법 중 하나 이상을 조정하는 것을 특징으로 하는 근육 트레이닝 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 절연 시트의 내면을 따른 이차원 평면에 분산되어 노출되는 복수의 전극을 근전 검출 전극으로 하여,
   상기 복수의 근전 검출 전극 중, 상대적으로 높은 근활동전위를 검출한 근전 검출 전극으로부터 제 1 전기 자극 신호를 출력하는 자극 전극을 선택하는 것을 특징으로 하는 근육 트레이닝 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 절연 시트의 내면의 격자 형상으로 분산되는 각 위치에 각각 노출되는 복수의 전극을 근전 검출 전극으로 한 것을 특징으로 하는 근육 트레이닝 장치.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 절연 시트의 내면의 동심원 형상으로 분산되는 각 위치에 각각 노출되는 복수의 전극을 근전 검출 전극으로 한 것을 특징으로 하는 근육 트레이닝 장치.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 절연 시트가 밀착되는 체표면의 근방의 상기 근육을 따른 체표면에, 적어도 하나의 전극으로 이루어지는 서브 자극 전극을 밀착하고,
   제 1 전기 자극 신호 출력 수단은, 절연 시트의 자극 전극과 상기 서브 자극 전극의 일방을 양전극으로 하고 타방을 음전극으로 하여, 양전극과 음전극간에 제 1 전기 자극 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 근육 트레이닝 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   1세트의 절연 시트를 근육을 따른 2개소의 체표면의 부위에 밀착하고,
   1세트의 일방의 절연 시트의 내면에 노출되는 복수의 전극 중 어느 것의 전극을 서브 자극 전극으로 하는 것을 특징으로 하는 근육 트레이닝 장치.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   제 1 전기 자극 신호의 출력을 정지시키고 있는 동안에, 상기 절연 시트가 밀착되는 체표면의 근방의 상기 근육을 따른 체표면에, 상기 근육에 유발근활동전위를 발생시키는 제 2 전기 자극 신호를 가하는 제 2 자극 신호 출력 수단을 구비하고,
   근전 신호 검출 수단은, 제 2 전기 자극 신호를 가함으로써, 근전 검출 전극에 나타나는 유발근활동전위를 검출하는 것을 특징으로 하는 근육 트레이닝 장치.

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