KR20180036374A - Upper limb wearable portable local vibratory stimulation device and method thereof - Google Patents

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KR20180036374A
KR20180036374A KR1020160126911A KR20160126911A KR20180036374A KR 20180036374 A KR20180036374 A KR 20180036374A KR 1020160126911 A KR1020160126911 A KR 1020160126911A KR 20160126911 A KR20160126911 A KR 20160126911A KR 20180036374 A KR20180036374 A KR 20180036374A
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김동욱
곽기영
김희균
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전북대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to an upper limb wearable and portable local vibratory stimulation device and a stimulation method which apply local vibratory stimulation for activating muscles in an upper limb by being worn in the upper limb, prevent muscles of the upper limb from contracting and from being degraded, assist functions of muscles of the upper limb, and improve muscle functions. To attain the purpose, the present invention comprises: a vibratory stimulation setting unit (10) which is operated by receiving power, and sets a frequency of the vibration, a stimulation strength, and a stimulation method; a display unit (20) which displays the frequency of the vibration, the stimulation strength, and the stimulation method set by the vibratory stimulation setting unit (10); a sensor unit (30) for sensing motions of upper limb segments in order to receive vibratory stimulation; a control unit (40) which receives signals from the sensor unit (30), processes the same, detects states of upper limb segment motions, and generates vibratory stimulation signals to be applied in local portions of upper limb muscles or tendons; a communication unit (50) which is controlled by the control unit (40) to transmit signals of states of motions of upper limb segments sensed by the sensor unit (30) to the outside, and receives signals for communication settings and firmware updating; and a vibration applying unit (60) which corresponds to vibratory stimulation signals transmitted from the control unit (40) and applies vibratory stimulation to upper limb muscles or tendons.

Description

상지 착용형 휴대용 국소 진동 자극 장치 및 자극 방법{UPPER LIMB WEARABLE PORTABLE LOCAL VIBRATORY STIMULATION DEVICE AND METHOD THEREOF}BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention [0001] The present invention relates to an upper limb-wearing portable local vibration stimulation device and stimulation method,

본 발명은 상지 착용형 휴대용 국소 진동 자극 장치 및 자극 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상지(上肢)에 착용하여 상지 근육을 활성화시키기 위한 국소적인 진동 자극을 가함으로써, 상지 근육의 위축과 퇴화를 방지하고 상지 근육의 기능을 보조하며, 근기능을 향상시키기 위한 상지 착용형 휴대용 국소 진동 자극 장치 및 자극 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a topical wearable portable local vibration stimulating device and a method of stimulating the same, and more particularly, to a method of stimulating the upper extremity muscles by applying a local vibration stimulus for activating the upper extremity muscles, The present invention relates to an upper limb-type portable local vibration stimulation device and stimulation method for preventing the upper limb muscular function and improving the muscular function.

신체 근육에서 상지근(上肢筋), 즉 팔 근육은 어깨와 손목 사이에 위치하여 팔을 구성하는 근육으로 상완(上腕, 위팔 근육)과 전완(前腕, 아래팔 근육)으로 나눌 수 있다.In the body muscles, the upper limb muscles, ie the arm muscles, are located between the shoulders and the wrist, and can be divided into the upper arm (upper arm) and the forearm (lower arm and lower arm muscles).

이와 같이 상지를 구성하는 근육에서 상완은 주로 팔꿉관절에 작용하여 아래팔의 굽힘·폄·엎침·뒤침을 수행하고, 위팔근육의 일부는 위팔의 굽힘과 모음을 돕고 어깨관절의 탈구를 방지하는 역할도 수행하며, 전완은 주로 손목 관절에 작용하여 손의 굽힘과 폄·벌림·모음을 일으키고, 팔꿉관절에 작용하여 아래팔의 엎침과 뒤침·굽힘을 수행하며, 손가락을 굽히고 펴는 작용을 하며 엄지손가락을 벌리는 작용도 하는 등 상지를 구성하는 각각의 근육들이 각기 다른 역할을 수행하게 된다.In this way, the upper arm of the upper limb mainly acts on the articulated joints to perform the bending, extension, sprain, and backward motion of the lower arm, while some of the upper arm muscles help to bend and vowel the upper arm and prevent dislocation of the shoulder joint , And the forearm acts mainly on the wrist joints, causing bending, spreading, opening and vowing of the hands, acting on the wrist joints to perform the lowering, backing and bending of the lower arm, flexing and spreading the fingers, And the muscles that make up the upper limb perform different roles.

이러한 상지 근육의 기능을 향상시키기 위한 훈련 프로그램에 접목하여, 상지 근육 기능의 향상을 더 빠르게 하고 그 효과를 더욱 증대시키며, 고령화 및 질환으로 인해 위축·퇴화·마비된 근육의 재활과 근육 기능을 보조하기 위한 목적으로 여러 자극 방법들이 제시되고 있다.By combining these training programs to improve the function of upper extremity muscles, it is possible to accelerate the improvement of superior upper limb muscles function and to further increase its effect. It also helps the muscular function and restoration of muscular atrophy, degeneration and paralysis due to aging and diseases. Several stimulation methods are presented for the purpose of this.

이를 위해 지금까지는 훈련 및 재활에 제3자가 참여하여 자신의 물리적 힘을 직간접적으로 행사하거나 제3자의 직간접적인 통제 또는 자신이 직접 통제하여 전기를 자극을 가하는 방법이 있다. To this end, there has been a way for third parties to participate in training and rehabilitation, to exercise their own physical power directly or indirectly, or to directly or indirectly control third parties or to stimulate electricity by controlling oneself.

이외에도 진동을 자극으로 가하는 방법이 있는데, 예를 들어 진동 자극 장치와 같이 기계적으로 진동을 발생하는 장치를 이용하여 재활 및 운동 기구에 진동을 가함으로써 재활 및 훈련자에게 간접적으로 진동을 전달하는 방법, 제3자나 사용자가 직접 통제하여 진동을 직접 가하는 방법, 전신에 진동을 직접 전달하는 부피가 큰 전신진동장치를 이용한 방법 등이 있다.In addition, there is a method of applying vibration as a stimulus. For example, there is a method of indirectly transmitting vibration to rehabilitation and trainee by applying vibration to the rehabilitation and exercise apparatus using a mechanical vibration generating apparatus such as a vibration stimulating apparatus, There are three ways to control vibrations directly by the user or directly controlled by the user, and a method using a bulky whole body vibration device that transmits vibrations directly to the whole body.

그러나 이와 같은 지금까지의 물리적인 힘을 이용하거나 전기 자극을 가하는 방법은 제3자의 개입을 필요로 하므로 가하는 자극의 특성으로 인해 원치 않는 통증·화상·쇼크 등의 부작용이 유발될 수 있다는 단점이 있었다. However, such conventional methods of using the physical force or applying electric stimulation require the intervention of a third party, so that there are disadvantages that the side effects such as unwanted pain, burn, and shock may be caused due to the characteristics of the stimulus applied .

또 진동을 통한 자극 또는 전신진동장치를 이용한 자극은 진동을 발생하는 장치를 설치하기 위한 넓은 공간이 필요하고, 자극이 필요한 국소 부위에 대한 자극이 아닌 신체 전체에 자극을 가하게 되며, 신체가 감당할 수 있는 범위를 초과하는 진동이 전달되어 원치 않는 부작용이 유발될 수 있다는 단점이 있다.In addition, stimulation using vibration or a whole body vibration device requires a large space for installing a device for generating vibration, and stimulation is applied to the entire body rather than a stimulation to a local site requiring stimulation, There is a disadvantage in that undesired side effects may be caused by the transmission of vibration exceeding a certain range.

또한 이러한 종래의 방식은 물리적인 힘을 이용하거나 전기적인 자극을 가하는 것 외에 제3자 또는 사용자가 직접 통제하여야 하므로 효율성 측면에서도 불편함이 있었다.
In addition, such a conventional method has an inconvenience in terms of efficiency because it must be controlled by a third party or a user in addition to using physical force or electrical stimulation.

대한민국 등록특허공보 10-0787040호(2007. 12. 12. 등록)Korean Registered Patent No. 10-0787040 (registered on December 12, 2007)

이에 본 발명은 상기 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 주된 목적은 상지에 착용하여 상지 근육을 활성화시키기 위한 국소적인 진동 자극을 가함으로써, 상지 근육의 위축과 퇴화를 방지하고 근육의 기능을 보조하며, 근기능을 향상시키기 위한 상지 착용형 휴대용 국소 진동 자극 장치를 제공하는 데 있다. The main object of the present invention is to prevent the atrophy and degeneration of the upper extremity muscles by applying a local vibration stimulus for activating the upper extremity muscles by wearing the upper extremity, Wearable type portable local vibration stimulation device for enhancing myocardial function.

본 발명의 또 다른 목적으로는 상지에 착용하여 상지 근육을 활성화시키기 위한 국소적인 진동 자극을 가함으로써, 상지 근육의 위축과 퇴화를 방지하고 상지 근육의 기능을 보조하며, 근기능을 향상시키기 위한 상지 착용형 휴대용 국소 진동 자극 방법을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to prevent the atrophy and degeneration of the upper extremity muscles by providing a local vibration stimulation for activating the upper extremity muscles by being worn on the upper extremities, to assist the function of the upper extremity muscles, Type local oscillation stimulation method.

본 발명 또 다른 목적은 크기가 작은 휴대용으로 형성함으로써, 간단한 조작만으로 타인의 도움 없이 사용자가 스스로 사용할 수 있도록 한 상지 착용형 휴대용 국소 진동 자극 장치 및 자극 방법을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide an upper limb-wearing portable local vibration stimulating apparatus and a stimulation method which can be used by a user himself or herself without any help of a person by simple operation by being formed into a small size portable.

마지막으로 본 발명은 상지 근육의 국소에 착용하여 간단한 스위치 조작을 통해 국소적인 진동자극을 근육이나 힘줄 부위에 가함으로써 넓은 설치 공간이 필요상지 않으며, 통증·화상·쇼크 등의 원치 않는 부작용이 유발될 위험성을 줄일 수 있도록 한 상지 착용형 휴대용 국소 진동 자극 장치 및 자극 방법을 제공하는 데 있다.
Finally, according to the present invention, since a local oscillatory stimulation is applied to muscles or tendons through a simple switch operation by worn in the upper part of the upper extremity muscles, a wide installation space is not required and undesired side effects such as pain, The present invention provides a top-wearable portable local vibration stimulation device and a stimulation method that can reduce the risk.

상기 목적을 해결하기 위해 본 발명의 상지 착용형 휴대용 국소 진동 자극 장치는 To achieve the above object, the upper limb-wearing portable local vibration stimulating apparatus of the present invention includes:

전원을 인가받아 작동되고, 진동의 주파수, 자극 강도와 자극방식의 진동 자극 조건을 설정하는 진동 자극 설정부와;A vibration stimulation setting unit that operates under a power supply and sets a vibration frequency, a stimulation intensity, and a stimulation type vibration stimulation condition;

상기 진동 자극 설정부를 통해 설정된 진동 주파수, 자극 강도와 자극방식을 표시하는 디스플레이부와;A display unit for displaying a vibration frequency, a stimulus intensity, and a stimulation method set through the vibration stimulus setting unit;

진동 자극을 제공받기 위한 상지 분절의 움직임을 감지하기 위한 센서부와;A sensor unit for sensing a motion of the upper limb segment to receive a vibration stimulus;

상기 센서부로부터 신호를 입력받아 처리하며, 상지 분절의 움직임 상태를 검출하고, 근육이나 힘줄 부위와 같은 국소 부위에 인가할 진동자극 신호를 생성하는 제어부와; A control unit for receiving and processing a signal from the sensor unit, detecting a motion state of the upper segment, and generating a vibration stimulation signal to be applied to a local region such as muscle or tendon region;

상기 제어부로부터 제어를 받아 움직임 상태 신호를 송신하고 통신 설정 및 펌웨어 업데이트를 위한 신호를 수신할 수 있는 통신부와; A communication unit which is controlled by the control unit to transmit a motion state signal and receive a signal for communication setting and firmware update;

상기 제어부로부터 전달받은 진동자극 신호에 대응하여 상지 근육이나 힘줄에 진동 자극을 가하는 가진부;로 이루어진다. And an excitation unit for applying a vibration stimulus to upper extremity muscles or tendons in response to the vibration stimulation signal transmitted from the control unit.

이때 상기 전원으로는 휴대가 간편하도록 건전지 또는 충전식 배터리를 사용할 수도 있으며, 때에 따라 전기 사용도 가능하며, 진동 자극 설정부는 소형의 스위치로 구성된다.At this time, a battery or a rechargeable battery may be used as the power source for convenience of carrying, and sometimes the electricity can be used, and the vibration stimulation setting unit is composed of a small-sized switch.

또 상기 디스플레이부는 LED 또는 LCD로 구성할 수 있다.The display unit may include an LED or an LCD.

상기 센서부는 상지 분절의 움직임을 감지하기 위해 고니어미터(Goniometer)·자이로스코프(Gyroscope)·가속도계(Accelerometer)·지자기계·관성 측정 유닛(Inertial Measurement Unit)를 포함한다.The sensor unit includes a goniometer, a gyroscope, an accelerometer, a geomagnetic instrument, and an inertial measurement unit to detect movement of the upper limb segment.

상기 통신부는 센서부로부터 감지된 상지 분절의 움직임 상태 신호 송신 및 펌웨어 업데이트와 통신 설정을 위해 ISP(International Standardized Profile)와 블루투스(Bluetooth) 또는 근거리 무선통신의 지그비(ZigBee)·NFC·비콘·WPAN으로 구성할 수 있다.The communication unit includes an International Standardized Profile (ISP) and a ZigBee, NFC, Beacon, and WPAN for Bluetooth or short-range wireless communication for transmitting a movement state signal of the upper segment sensed by the sensor unit, Can be configured.

상기 제어부는 검출 및 특정된 상지 분절의 움직임 상태와 사용자가 조작하여 설정한 조건에 따라 상지 근육의 위축·퇴화·마비 방지 및 기능을 보조하기 위한 진동 주파수, 자극 강도와 자극방식 신호와 같은 진동 자극 신호를 생성하게 된다. The control unit controls the vibration frequency, the stimulation intensity, and the stimulus type signal to assist the atrophy, degeneration, paralysis prevention and function of the upper limb muscles according to the detected and specified upper limb motion state and the condition set by the user Signal.

상기 제어부는 Micro Controller Unit(MCU)을 포함하며, 센서부로부터 전달된 상지 분절의 움직임에 따른 신호를 처리하기 위해 밴드패스 필터(band-pass filter)를 포함할 수 있다.The controller may include a microcontroller unit (MCU), and may include a band-pass filter for processing a signal according to movement of the upper segment transmitted from the sensor unit.

또 상지 분절의 움직임에 따른 신호로부터 상지 분절의 움직임 상태를 검출하고 추정하기 위해 상보 필터·칼만 필터(Kalman Filter)·확장 칼만 필터를 포함하며 상기 필터들을 통과한 신호를 이용하여 상지 분절의 움직임 상태를 검출 및 특정하는 알고리즘을 포함할 수 있다.In order to detect and estimate the motion state of the upper segment from the signal according to the motion of the upper segment, a complementary filter, a Kalman filter, and an extended Kalman filter are used. And an algorithm for detecting and specifying the < / RTI >

또 상기 제어부는 사용자가 설정한 진동 조건을 디스플레이부에 표시할 수 있으며, 통신부를 제어하여 상지 분절의 움직임 상태 신호를 외부로 송신할 수 있다.In addition, the controller can display the vibration condition set by the user on the display unit, and can control the communication unit to transmit the motion state signal of the upper limb segment to the outside.

상기 가진부는 리니어 액추에이터 또는 피에조 액추에이터로 이루어져 전선을 통해 진동 자극 장치에 연결되며, 상지 근육 부위나 힘줄 부위와 같은 국소 부위에 장착되어 제어부에서 생성된 진동 자극 신호에 의해 진동을 발생하여 상지 분절에 진동 자극을 가할 수 있다.
The vibrating part is composed of a linear actuator or a piezo actuator and is connected to a vibration stimulating device through a wire. The vibrating part is mounted on a local area such as upper muscle part or tendon part to generate vibration by a vibration stimulating signal generated by the control part, It can stimulate.

또 상지 착용형 휴대용 국소 진동 자극 장치의 자극 방법은, In addition, in the stimulation method of the upper limb-wearing portable local vibration stimulating apparatus,

전원을 인가하여 전원이 공급되면 진동 자극 설정부를 이용하여 사용자가 원하는 진동 주파수, 자극 강도와 자극방식을 설정하는 진동 자극 조건 설정 단계; A vibration stimulation condition setting step of setting a vibration frequency, a stimulus intensity, and a stimulation mode desired by a user using a vibration stimulus setting unit when power is supplied by applying power;

상기 진동 자극 설정부를 통해 진동 자극 조건이 설정되면, 센서부를 통해 상지 분절의 움직임을 감지하는 상지 분절 움직임 감지 단계; A upper segment motion sensing step of sensing a motion of the upper segment through the sensor unit when the vibration stimulation condition is set through the vibration stimulation setting unit;

상기 센서부를 통해 상지 분절의 움직임을 감지하면, 제어부를 통해 센서부에서의 움직임에 따른 신호를 입력받아 상지 분절의 움직임 상태를 검출하는 상지 분절 움직임 검출 단계; An upper limb segment motion detecting step of detecting a motion state of a limb segment by receiving a signal corresponding to a motion in a sensor unit through a control unit when the upper limb segment is sensed through the sensor unit;

상기 분절 움직임 검출 단계를 통해 상지 분절의 움직임 상태가 검출되면, 진동 자극 설정부를 통해 사용자가 설정한 자극 조건에 대응하는 자극 신호를 생성하는 진동 자극 신호 생성 단계;A vibration stimulus signal generation step of generating a stimulus signal corresponding to a stimulation condition set by a user through the vibration stimulus setting unit when the motion state of the upper limb segment is detected through the segment motion detection step;

상기 진동 자극 신호 생성 단계를 통해 자극 신호가 생성되면, 제어부로부터 신호를 전달받아 가진부를 통해 상지 분절이나 힘줄의 국소 부위에 진동 자극을 가하는 진동 자극 단계;를 포함한다.
And a vibration stimulation step of, when the stimulation signal is generated through the vibration stimulus signal generation step, receiving a signal from the control part and applying a vibration stimulus to a local part of the upper limb segment or the tendon through the stimulation part.

이상과 같은 본 발명을 적용하면 다음과 같은 효과를 갖는다.The present invention has the following effects.

첫째, 상지에 착용하여 근육을 활성화시키기 위한 국소적인 진동 자극을 가함으로써, 상지 근육의 위축과 퇴화를 방지하고 상지 근육의 기능을 보조하며, 근기능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. First, by applying a local vibration stimulus to activate the muscles in the upper limb, it is possible to prevent atrophy and degeneration of the upper extremity muscles, to assist the function of the upper extremity muscles, and to improve the muscular function.

둘째, 휴대가 가능하도록 작은 크기로 형성함에 따라 간단한 조작만으로 타인의 도움 없이 사용자가 스스로 사용할 수 있는 장점이 있다. Second, since it is formed in a small size so as to be portable, there is an advantage that the user can use the device by himself / herself without the help of a person by simple operation.

셋째, 상지 분절의 국소에 착용하여 간단한 스위치 조작을 통해 국소적인 진동자극을 근육이나 힘줄 부위에 가함으로써 넓은 설치 공간이 필요상지 않으며, 통증·화상·쇼크 등의 원치 않는 부작용이 유발될 위험성을 줄일 수 있는 장점이 있다. Third, by applying a local oscillatory stimulation to muscles or tendons by simple switch operation by worn on the upper part of the upper limb segment, a wide installation space is not needed and the risk of causing undesired side effects such as pain, burn, shock is reduced There are advantages to be able to.

넷째, 상지 근육의 위축과 퇴화를 방지하고 수행하는 움직임을 검출하여 근육의 기능을 보조하고 근기능을 향상시킬 수 있는 효과와 더불어 사전·사후에 수행하는 운동 및 재활 훈련의 시간과 자극 강도, 이에 따른 비용을 경감시킬 수 있는 장점이 있다. Fourth, prevention of atrophy and degeneration of upper limb muscles and detection of movement to support muscular function and improvement of muscular function, as well as time and stimulation intensity of exercise and rehabilitation training performed before and after There is an advantage that the cost can be reduced.

다섯째, 상지 분절의 당기기·밀기·잡기·굴곡·신전·회전 등과 같은 상지 분절 움직임의 속도와 힘 발현에 큰 도움을 줄 수 있는 장점이 있다.
Fifth, there is an advantage that it can greatly help the speed and force expression of the upper limb segment movement such as pulling, pushing, catching, bending, stretching, and rotation of the upper limb segment.

도 1은 본 발명에 따른 상지 착용형 휴대용 국소 진동 자극 장치 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 상지 착용형 휴대용 국소 진동 자극 방법을 보인 흐름도.
도 3은 본 발명에 따른 상지 착용형 휴대용 국소 진동 자극 장치의 작동을 보인 순서도.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of an upper limb-wearing portable local vibration stimulation apparatus according to the present invention. FIG.
2 is a flow chart illustrating a top-wear type portable local vibration stimulation method in accordance with the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing the operation of a top-wear type portable local vibration stimulating apparatus according to the present invention.

본 발명의 바람직한 실시례를 첨부한 도면에 따라 자세히 설명하면 다음과 같다.Preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 상지 착용형 휴대용 국소 진동 자극 장치는 도 1과 도 3에 도시된 바와 같이, 진동 자극 설정부(10)·디스플레이부(20)·센서부(30)·제어부(40)·통신부(50) 및 가진부(60)로 이루어져 상지 분절의 국소 부위에 장착된다.1 and 3, the upper limb-type portable local vibration stimulating apparatus according to the present invention includes a vibration stimulus setting unit 10, a display unit 20, a sensor unit 30, a control unit 40, (50) and a cheek section (60) and is mounted on the local area of the upper segment.

상기와 같은 구성으로 되는 진동 자극 장치(1)에서 먼저 진동 자극 설정부(10)는 진동 주파수, 진동 강도 및 자극방식와 같은 진동 자극 조건을 설정하며, 전원을 인가받아 작동된다. In the vibration stimulating apparatus 1 having the above-described configuration, first, the vibration stimulation setting unit 10 sets a vibration stimulation condition such as a vibration frequency, a vibration intensity, and a stimulation method, and is operated by receiving power.

상기 진동 자극 설정부(10)를 통해 설정된 진동 주파수, 진동 강도 및 자극방식은 디스플레이부(20)를 통해 표시되며, 디스플레이부(20)는 LED 또는 LCD로 이루어진다. The vibration frequency, the vibration intensity, and the stimulation method set through the vibration stimulus setting unit 10 are displayed through the display unit 20, and the display unit 20 includes an LED or an LCD.

상기 센서부(30)는 진동 자극을 제공받기 위하여 상지 분절의 움직임을 감지하기 위한 것으로, 고니어미터(Goniometer)·자이로스코프(Gyroscope)·가속도계(Accelerometer)·지자기계·관성 측정 유닛(Inertial Measurement Unit)를 포함하거나 이것을 통합한 센서로 구성될 수 있으며, 상지 분절의 움직임에 따른 신호를 제어부(40)로 전달한다.The sensor unit 30 is for sensing movement of the upper limb segment to receive a vibration stimulus and includes a goniometer, a gyroscope, an accelerometer, an inertial measurement unit And transmits a signal corresponding to the motion of the upper segment to the control unit 40. [

상기 제어부(40)는 센서부(30)에서 감지된 상지 분절의 움직임 신호를 입력받아 상지 분절의 움직임 상태를 검출 및 특정된 상지 분절의 움직임 상태와 진동 자극 설정부(10)를 통해 사용자가 조작하여 설정한 조건에 따라 상지 근육의 위축·퇴화·마비 방지 및 기능을 보조할 수 있도록 상지의 근육이나 힘줄 부위와 같은 국소 부위에 인가할 진동 주파수, 진동 강도 및 자극방식 신호와 같은 진동 자극 신호를 생성하기 위한 것으로 MCU(Micro Controller Unit)로 구성되며, 제어부(40)는 센서부(30)로부터 전달받은 상지 분절의 움직임에 따른 신호에서의 잡음을 제거하기 위해 밴드패스 필터(band-pass filter)를 포함한다. The control unit 40 receives a motion signal of the upper limb segment sensed by the sensor unit 30 and detects a motion state of the upper limb segment and outputs the motion state of the upper limb segment and the vibration stimulus setting unit 10, And vibration stimulation signals such as vibration frequency, vibration intensity, and stimulus signal to be applied to local parts such as muscles and tendons of the upper limbs so as to assist atrophy, degeneration, paralysis prevention and function of the upper extremity muscles according to the set conditions The controller 40 includes a band-pass filter (not shown) to remove noise in the signal due to the motion of the upper segment received from the sensor unit 30, .

또한 상기 제어부(40)는 잡음이 제거된 신호로부터 상지 분절의 움직임 상태를 검출하고 추정하기 위하여 상보 필터·칼만 필터·확장 칼만필터 등을 포함하며, 상기 필터들을 통과한 신호를 이용하여 상지 분절의 움직임 상태를 검출 및 특정하기 위한 알고리즘을 포함한다.The control unit 40 includes a complementary filter, a Kalman filter, an extended Kalman filter, and the like for detecting and estimating a motion state of the upper segment from the noise-removed signal, and using the signal passed through the filters, And an algorithm for detecting and specifying a motion state.

또 상기 제어부(40)는 진동 자극 설정부(10)를 통해 사용자가 설정한 진동 자극 조건을 디스플레이부(20)에 표시하며, 설정된 진동 자극 조건에 맞는 신호를 생성하여 가진부(60)에 전달한다. The control unit 40 displays the vibration stimulation condition set by the user through the vibration stimulation setting unit 10 on the display unit 20 and generates a signal corresponding to the set vibration stimulation condition to be transmitted to the stimulation unit 60 do.

또한 통신부(50)를 제어하여 통신부(50)가 상지 분절의 움직임 상태 신호를 외부로 송신할 수 있도록 한다.And controls the communication unit 50 so that the communication unit 50 can transmit the motion state signal of the upper segment to the outside.

상기 통신부(50)는 제어부(40)의 제어를 받아 센서부(30)로부터 감지된 상지 분절의 움직임 상태 신호를 외부로 송신하고, ISP(International Standardized Profile)와 블루투스(Bluetooth) 또는 근거리 무선통신의 지그비(ZigBee)·NFC·비콘·WPAN의 통신 설정을 위한 신호 및 MCU의 펌웨어 업데이트를 위한 신호를 수신한다. Under the control of the control unit 40, the communication unit 50 transmits the motion status signal of the upper segment sensed by the sensor unit 30 to the outside and transmits the motion status signal of the upper segment to the external standardized profile, Receives signals for ZigBee, NFC, Beacon and WPAN communication setup and signals for firmware update of MCU.

상기 가진부(60)는 제어부(40)로부터 전달받은 진동 자극 신호에 따라 상지 분절이나 힘줄에 진동 자극을 가하기 위한 것으로 소형의 리니어 액추에이터 또는 피에조 액추에이터로 이루어지며, 상지 근육 또는 힘줄의 국소 부위에 장착되어 제어부에서 생성된 진동 자극 신호에 따라 진동을 발생하여 근육 또는 힘줄의 국소 부위에 진동 자극을 인가한다.The excitation unit 60 is a small linear actuator or piezo actuator for applying a vibration stimulus to upper segments or tendons in accordance with a vibration stimulus signal transmitted from the control unit 40. The excitation unit 60 is mounted on a local region of the upper muscle or tendon And generates a vibration according to the vibration stimulation signal generated by the control unit to apply a vibration stimulus to a local region of the muscle or tendon.

또 본 발명에 따른 상지 착용형 휴대용 국소 진동 자극 방법은 도 2에 도시된 바와 같이, In addition, as shown in FIG. 2, in the upper limb-type portable local vibration stimulation method according to the present invention,

전원을 인가하여 전원이 공급되면 진동 자극 설정부(10)를 이용하여 사용자가 원하는 진동 주파수, 진동 강도 및 자극방식을 설정하는 진동 자극 조건 설정 단계(S1); A vibration stimulation condition setting step (S1) of setting a vibration frequency, a vibration intensity, and a stimulation mode desired by the user using the vibration stimulus setting unit (10) when power is applied and power is supplied;

상기 작동으로 진동 자극 설정부(10)를 통한 진동 자극 조건이 설정되면, 센서부(30)를 통해 상지 분절의 움직임을 감지하는 상지 분절 움직임 감지 단계(S2); An upper limb segment motion sensing step (S2) for sensing the motion of the upper limb segment through the sensor unit (30) when the vibration stimulation condition through the vibration stimulus setting unit (10) is set by the operation;

상기 작동으로 센서부(30)를 통해 상지 분절의 움직임이 감지되면, 제어부(40)를 통해 센서부(30)에서의 상지 분절의 움직임에 따른 신호를 입력받아 상지 분절의 움직임 상태를 검출하는 상지 분절 움직임 검출 단계(S3); When the motion of the upper segment is sensed by the operation, the control unit 40 receives a signal corresponding to the motion of the upper segment in the sensor unit 30, A segmented motion detection step (S3);

상기 작동으로 상지 분절의 움직임 상태가 검출되면, 진동 자극 설정부(10)를 통해 사용자가 설정한 자극 조건에 대응하는 자극 신호를 생성하는 진동 자극 신호 생성 단계(S4);A vibration stimulus signal generation step (S4) of generating a stimulus signal corresponding to a stimulation condition set by a user through the vibration stimulus setting unit (10) when a motion state of an upper limb segment is detected by the above operation;

상기 작동으로 진동 자극 신호가 생성되면, 제어부(40)로부터 신호를 전달받아 가진부(60)를 통해 상지 근육이나 힘줄의 국소 부위에 진동 자극을 가하는 진동 자극 단계(S5);로 이루어진다.
And a vibration stimulation step S5 of receiving a signal from the control unit 40 and applying a vibration stimulus to a local region of the upper extremity muscle or tendon through the stimulation unit 60 when the vibration stimulation signal is generated by the operation.

이와 같은 구성의 본 발명에 따른 상지 착용형 휴대용 국소 진동 자극 장치 및 자극 방법에 의하면, 사용자가 원하는 진동 주파수, 진동 강도 및 자극 방식에 따라 진동 자극 설정부(10)를 이용하여 진동 자극 조건을 설정토록 한다. According to the upper limb-wearing portable local vibrum stimulating apparatus and stimulation method of the present invention, a vibration stimulation condition is set using a vibration stimulus setting unit 10 according to a user's desired vibration frequency, vibration intensity, I will.

이어 상기 작동으로 진동 자극 설정부(10)를 통한 진동 자극 조건이 설정되면, 3고니어미터(Goniometer)·자이로스코프(Gyroscope)·가속도계(Accelerometer)·지자기계·관성 측정 유닛(Inertial Measurement Unit)을 포함하거나 이것을 통합한 센서로 구성되는 센서부(30)를 통해 상지 분절의 움직임을 감지토록 하며, 이때 감지된 상지 분절의 움직임에 따른 신호를 통신부(50)를 통해 제어부(40)로 전달토록 한다.Then, when the vibration stimulation condition through the vibration stimulus setting unit 10 is set by the above operation, three Goniometer, Gyroscope, Accelerometer, Inertial Measurement Unit, And a sensor unit 30 including a sensor for detecting the movement of the upper limb segment and transmitting a signal corresponding to the motion of the upper limb segment to the control unit 40 through the communication unit 50 do.

상기 작동으로 센서부(30)에서 감지된 상지 분절 움직임에 따른 신호가 제어부(40)로 전달되면, 제어부(40)에서는 상지 분절의 움직임 상태를 검출한다.When the signal corresponding to the upper segment movement sensed by the sensor unit 30 is transmitted to the controller 40, the controller 40 detects the upper segment movement state.

이때 제어부(40)를 구성하는 밴드패스 필터(band-pass filter)가 센서부(30)로부터 전달받은 상지 분절의 움직임에 따른 신호에서의 잡음을 제거하고, 상보 필터, 칼만 필터, 확장 칼만필터가 잡음이 제거된 신호로부터 상지 분절의 움직임 상태를 검출하고 추정한다.At this time, a band-pass filter constituting the control unit 40 removes noise in the signal due to the motion of the upper segment received from the sensor unit 30, and outputs a complementary filter, a Kalman filter, The motion state of the upper segment is detected and estimated from the noise canceled signal.

상기 작동으로 제어부(40)에서 상지 분절의 움직임 상태가 검출되면, 진동 자극 설정부(10)를 통해 사용자가 설정한 진동 자극 조건을 디스플레이부(20)에 표시하고, 그 디스플레이부(20)에 표시된 진동 자극 조건에 따라 근육이나 힘줄 부위와 같은 국소 부위에 인가할 진동 주파수, 진동 강도 및 자극 방식 신호와 같은 진동 자극 신호를 생성토록 한다. When the motion of the upper segment is detected by the control unit 40, the vibration stimulation condition set by the user is displayed on the display unit 20 through the vibration stimulus setting unit 10, Depending on the displayed vibra- tion stimulus conditions, a vibration stimulus signal such as a vibration frequency, a vibration intensity, and a stimulus signal to be applied to a local region such as a muscle or a tendon region is generated.

상기 작동으로 진동 자극 신호가 생성되면, 생성된 지동 자극 신호는 제어부(40)를 통해 전완·상완·손 등 상지에 형성되는 근육 또는 힘줄의 국소 부위에 장착되는 가진부(60)로 전달되고, 가진부(60)는 제어부(40)로부터 전달받은 신호에 따라 근육 또는 힘줄의 국소 부위에 진동 자극을 인가하며, 사용자가 진동 자극을 종료하는지 여부를 결정하여 작동을 계속하는 경우 센서부(30)를 통한 상지 분절의 움직임을 감지하는 상지 분절 움직임 감지 단계부터 절차를 반복한다.
When the vibratory stimulation signal is generated by the above operation, the generated stimulation stimulus signal is transmitted to the excitation unit 60 mounted on the muscle or tendon of the upper arm such as the forearm, upper arm, and hand through the control unit 40, The excitation unit 60 applies a vibration stimulus to a local region of a muscle or tendon according to a signal received from the control unit 40. When the user determines whether or not the vibration stimulation is terminated, The procedure is repeated from the upper segment motion detection step to detect the motion of the upper limb segment through the upper limb motion detection step.

한편 상지에서 진동에 반응하는 체성감각 수용체(體性感覺 受容體)는 40Hz이상의 진동을 느끼며, 100Hz~300Hz 범위의 진동에 예민하게 반응하는 것으로 알려져 있다. 100Hz~300Hz 범위에서 가장 민감하게 반응하는 진동 주파수를 찾기 위해 100Hz~300Hz 범위에서의 진동지각역치를 측정하였다.On the other hand, the somatosensory receptor responding to vibration in the upper limb is known to experience vibrations of 40 Hz or more and to respond sensitively to vibrations in the range of 100 Hz to 300 Hz. The vibration threshold values in the range of 100Hz ~ 300Hz were measured to find the most sensitive vibration frequency in the range of 100Hz ~ 300Hz.

그 결과 160Hz~250Hz 범위의 진동 주파수에서 민감하였으며, 가장 민감한 진동주파수는 190Hz였다. 그 외의 진동 주파수는 진동을 느끼기 시작하는 강도가 더 높았으며, 표준편차가 큰 것으로 나타났다. As a result, it was sensitive at vibration frequencies in the range of 160Hz to 250Hz, and the most sensitive vibration frequency was 190Hz. Other vibration frequencies showed higher intensity at which they began to feel vibration, and the standard deviation was larger.

참고로 역치(threshold value)는 생물이 외부환경의 변화, 즉 자극에 대해 어떤 반응을 일으키는 데 필요한 최소한의 자극의 세기를 뜻한다.The threshold value is the minimum stimulus intensity needed for a creature to respond to changes in the external environment, ie stimulation.

주파수frequency 100100 120120 140140 160160 180180 190190 200200 210210 220220 240240 250250 260260 280280 300300 진동vibration
지각tardy
역치Threshold

1.066

1.066

1.114

1.114

1.062

1.062

1.018

1.018

1.007

1.007

1.006

1.006

1.014

1.014

1.015

1.015

1.016

1.016

1.030

1.030

1.059

1.059

1.073

1.073

1.112

1.112

1.134

1.134
표준Standard
편차Deviation
0.0230.023 0.0810.081 0.0380.038 0.0110.011 0.0020.002 0.0020.002 0.0070.007 0.0050.005 0.0050.005 0.0170.017 0.0580.058 0.0410.041 0.0700.070 0.0800.080

따라서 160Hz~250Hz의 진동 주파수가 적은 전력으로 근육 기능 향상을 위한 체성감각 수용체의 반응을 유도하는 데 용이하다고 할 수 있다. Therefore, the vibration frequency of 160Hz ~ 250Hz is easy to induce the response of the somatosensory receptor to improve muscle function with less power.

또한 표준편차가 작기 때문에 체성감각 수용체의 반응 유도 실패의 위험이 낮으며, 진동 지각 역치 이하 강도의 진동을 확실하게 유입시킬 수 있는 이점이 있다.In addition, since the standard deviation is small, the risk of failure to induce somatic sensory receptors is low, and there is an advantage that the vibration with a strength lower than the vibration perception threshold can be reliably introduced.

그리고 고주파수인 250Hz에서 진동 지각 역치가 급격히 높아졌으며, 주파수가 높아질수록 진동지각역치 또한 높아졌다. 따라서 고주파수의 진동을 고려해야할 필요가 있으며, 고주파수 중 가장 민감하고 진동지각역치가 급격히 높아진 250Hz를 고려함이 바람직하다.At the high frequency of 250Hz, the vibrational perception threshold was drastically increased. As the frequency increased, the vibration perception threshold also increased. Therefore, it is necessary to consider the high frequency vibration, and it is desirable to consider 250 Hz which is the most sensitive of the high frequencies and the vibration threshold is rapidly increased.

이러한 결과를 토대로 근육 기능 향상을 위한 국소 진동 자극의 진동 주파수를 160Hz~250Hz로 설정하였다.Based on these results, we set the frequency of local oscillation stimulation for improving muscle function from 160Hz to 250Hz.

1 : 진동 자극 장치 10 : 진동 자극 설정부
20 : 디스플레이부 30 : 센서부
40 : 제어부 50 : 통신부
60 : 가진부
1: Vibrating stimulation device 10: Vibration stimulation setting device
20: display unit 30: sensor unit
40: control unit 50:
60:

Claims (10)

전원을 인가받아 작동되고, 진동의 주파수와 자극 강도를 설정하는 진동 자극 설정부(10)와;
상기 진동 자극 설정부(10)를 통해 설정된 진동 주파수, 자극 강도와 자극 방식를 표시하는 디스플레이부(20)와;
진동 자극을 제공받기 위한 상지 분절의 움직임을 감지하기 위한 센서부(30)와;
상기 센서부(30)로부터 신호를 입력받아 처리하며, 상지 분절의 움직임 상태를 검출하고, 근육 또는 힘줄의 국소 부위에 인가할 진동자극 신호를 생성하는 제어부(40)와;
상기 제어부(40)의 제어를 받아 센서부(30)로부터 감지된 상지 분절의 움직임 상태 신호를 외부로 송신하고, 통신 설정 및 펌웨어 업데이트를 위한 신호를 수신할 수 있는 통신부(50)와;
상기 제어부(40)로부터 전달받은 진동자극 신호에 대응하여 상지 근육이나 힘줄에 진동 자극을 가하는 가진부(60);로 이루어진 것을 특징으로 하는 상지 착용형 휴대용 국소 진동 자극 장치.
A vibration stimulation setting unit (10) which is activated by power supply and sets a frequency and a stimulation intensity of the vibration;
A display unit 20 for displaying a vibration frequency, a stimulation intensity and a stimulation method set through the vibration stimulation setting unit 10;
A sensor unit (30) for sensing the motion of the upper limb segment in order to receive a vibration stimulus;
A controller 40 for receiving and processing a signal from the sensor unit 30, detecting a motion state of the upper segment, and generating a vibration stimulation signal to be applied to a local region of muscle or tendon;
A communication unit 50 that receives the motion status signal of the upper limb segment sensed by the sensor unit 30 under the control of the control unit 40 and can receive a signal for communication setting and firmware update;
And an excitation unit (60) for applying a vibration stimulus to the upper muscle or tendon in response to the vibration stimulus signal transmitted from the control unit (40).
제1항에 있어서,
상기 전원은 휴대가 간편하도록 건전지 또는 충전식 배터리를 이용한 것을 특징으로 하는 상지 착용형 휴대용 국소 진동 자극 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the power source uses a battery or a rechargeable battery so that the power source is easily portable.
제1항에 있어서,
상기 진동 자극 설정부(10)를 통해 설정되는 진동 주파수는 160Hz~250Hz인 것을 특징으로 하는 상지 착용형 휴대용 국소 진동 자극 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the vibration frequency set through the vibration stimulus setting unit (10) is 160 Hz to 250 Hz.
제1항에 있어서,
상기 진동 자극 설정부(10)를 통해 설정되는 진동의 강도는 진동지각역치의 75%~110%인 것을 특징으로 하는 상지 착용형 휴대용 국소 진동 자극 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the intensity of the vibration to be set through the vibration stimulus setting unit (10) is 75% to 110% of the vibration perception threshold value.
제1항에 있어서,
상기 센서부(30)는 상지 분절의 움직임을 감지하기 위해 고니어미터(Goniometer)·자이로스코프(Gyroscope)·가속도계(Accelerometer)·지자기계·관성 측정 유닛(Inertial Measurement Unit)을 포함하는 것을 특징으로 하는 상지 착용형 휴대용 국소 진동 자극 장치.
The method according to claim 1,
The sensor unit 30 includes a goniometer, a gyroscope, an accelerometer, a geomagnetic instrument, and an inertial measurement unit to detect movement of the upper segment. A top-mounted portable local vibration stimulation device.
제1항에 있어서,
상기 제어부(40)는 검출 및 특정된 상지 분절의 움직임 상태와 사용자가 조작하여 설정한 조건에 따라 상지 근육의 위축·퇴화·마비 방지 및 기능을 보조하기 위한 진동 주파수, 진동 강도 및 자극 방식 신호와 같은 진동 자극 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 상지 착용형 휴대용 국소 진동 자극 장치.
The method according to claim 1,
The control unit 40 controls the vibration frequency, the vibration intensity, and the stimulus type signal for assisting the atrophy, degeneration, paralysis prevention and function of the upper limb muscles according to the detected and specified upper limb motion state and the condition set by the user Wherein the vibration stimulation signal generating unit generates the same vibration stimulation signal.
제1항 또는 제6항에 있어서,
상기 제어부(40)는 사용자가 설정한 진동 조건을 디스플레이부(20)에 표시하고, ISP(International Standardized Profile)와 블루투스 모듈(Bluetooth Module) 또는 근거리 무선통신의 지그비(ZigBee)·NFC·비콘·WPAN으로 이루어지는 통신부(50)를 제어하여 상지 분절의 움직임 상태 신호를 외부로 송신하는 것을 특징으로 하는 상지 착용형 휴대용 국소 진동 자극 장치.
7. The method according to claim 1 or 6,
The control unit 40 displays the vibration condition set by the user on the display unit 20 and displays the vibration conditions set by the user on the display unit 20 and displays the ZigBee, NFC, beacon, WPAN And a control unit that controls the communication unit (50) to transmit a motion state signal of the upper limb segment to the outside.
제1항 또는 제6항에 있어서,
상기 제어부(40)는 Micro Controller Unit(MCU)와, 센서부(30)로부터 전달된 상지 분절의 움직임에 따른 신호에서 잡음을 제거하기 위한 밴드패스 필터(band-pass filter)를 포함하고, 상지 분절의 움직임에 따른 신호로부터 상지 분절의 움직임 상태를 검출하고 추정하기 위해 상보 필터·칼만 필터(Kalman Filter)·확장 칼만 필터를 포함하며 상기 필터들을 통과한 신호를 이용하여 상지 분절의 움직임 상태를 검출 및 특정하는 알고리즘을 포함한 것을 특징으로 하는 상지 착용형 휴대용 국소 진동 자극 장치.
7. The method according to claim 1 or 6,
The control unit 40 includes a microcontroller unit (MCU) and a band-pass filter for removing noise from a signal due to movement of the upper limb segment transmitted from the sensor unit 30, A Kalman filter, and an extended Kalman filter for detecting and estimating the motion state of the upper limb segment from a signal corresponding to the motion of the upper limb segment, and using the signal passed through the filters, Wherein the algorithm includes an algorithm for identifying a subject.
제1항에 있어서,
상기 가진부(60)는 리니어 액추에이터 또는 피에조 액추에이터로 이루어지며, 근육 또는 힘줄의 국소 부위에 장착되어 제어부(40)에서 생성된 진동 자극 신호에 의해 진동을 발생하여 상지 근육이나 힘줄에 진동 자극을 가하는 것을 특징으로 하는 상지 착용형 휴대용 국소 진동 자극 장치.
The method according to claim 1,
The excitation unit 60 includes a linear actuator or a piezo actuator. The excitation unit 60 is mounted on a local region of muscle or tendon, generates vibration by a vibration stimulus signal generated by the control unit 40, and applies a vibration stimulus to the upper muscle or tendon Wherein the upper limb is attached to the lower limb.
전원을 인가하여 전원이 공급되면 진동 자극 설정부(10)를 이용하여 사용자가 원하는 진동 주파수, 진동 강도 및 자극방식을 설정하는 진동 자극 조건 설정 단계(S1);
상기 진동 자극 설정부(10)를 통해 진동 자극 조건이 설정되면, 센서부(30)를 통해 상지 분절의 움직임을 감지하는 상지 분절 움직임 감지 단계(S2);
상기 센서부(30)를 통해 상지 분절의 움직임을 감지하면, 제어부(40)를 통해 센서부에서의 움직임에 따른 신호를 입력받아 상지 분절의 움직임 상태를 검출하는 상지 분절 움직임 검출 단계(S3);
상기 상지 분절 움직임 검출 단계를 통해 상지 분절의 움직임 상태가 검출되면, 진동 자극 설정부(10)를 통해 사용자가 설정한 자극 조건에 대응하는 자극 신호를 생성하는 진동 자극 신호 생성 단계(S4);
상기 진동 자극 신호 생성 단계를 통해 자극 신호가 생성되면, 제어부(40)로부터 신호를 전달받아 가진부(60)를 통해 상지 근육이나 힘줄의 국소 부위에 진동 자극을 가하는 진동 자극 단계(S5);로 이루어진 것을 특징으로 하는 상지 착용형 휴대용 국소 진동 자극 방법.
A vibration stimulation condition setting step (S1) of setting a vibration frequency, a vibration intensity, and a stimulation mode desired by the user using the vibration stimulus setting unit (10) when power is applied and power is supplied;
An upper limb segment motion sensing step (S2) of sensing upper limb segment movement through the sensor unit (30) when a vibration stimulation condition is set through the vibration stimulus setting unit (10);
An upper limb segment motion detecting step (S3) of detecting a motion state of the upper limb segment by receiving a signal corresponding to the motion of the sensor unit through the controller (40) when the upper limb segment is sensed through the sensor unit (30);
A vibration stimulus signal generation step (S4) of generating a stimulus signal corresponding to a stimulation condition set by a user through the vibration stimulus setting unit (10) when a motion state of the upper segment is detected through the upper segment motion detection step;
A vibration stimulation step (S5) of receiving a signal from the control unit (40) and applying a vibration stimulus to a local region of a superior muscle or tendon through an excitation unit (60) when the stimulation signal is generated through the vibration stimulus signal generation step And the upper limb-type portable local vibration stimulation method.
KR1020160126911A 2016-09-30 2016-09-30 Upper limb wearable portable local vibratory stimulation device and method thereof KR20180036374A (en)

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