KR20200099852A

KR20200099852A - 모터 포인트의 전기 자극으로 발생된 근전도 신호를 감지하여 운동점을 확인할 수 있는 근전도 탐지부를 포함하는 근감소증치료 전기근육자극 장치

Info

Publication number: KR20200099852A
Application number: KR1020190018006A
Authority: KR
Inventors: 이귀선
Original assignee: 이귀선
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2019-02-15
Publication date: 2020-08-25
Also published as: KR102300686B1

Abstract

본 발명은, 전기근육자극 장치에 있어서, 사용자의 근육을 자극하기 위한 EMS(Electrical Muscular Stimulation) 파형을 생성하는 핸드 디바이스; 상기 핸드 디바이스가 결착되어 충전될 수 있도록 충전 배터리가 내장되며, 하기의 자극 펜과 하기의 근전도 탐지부와 하기의 자극 패드가 수용될 수 있는 본체 케이스; 운동점을 찾기 위해 사용자의 근육에 전기적 자극을 가하는 자극 펜; 상기 자극 펜이 가하는 전기적 자극에 반응하여 사용자의 근육으로부터 발생된 근전도(EMG) 신호를 검출하는 근전도 탐지부; 및 사용자의 근육에 부착되어 상기 핸드 디바이스로부터 수신한 EMS 파형을 출력하여 근육을 자극하는 복수개의 자극 패드를 포함하고, 상기 핸드 디바이스는, 상기 근전도 탐지부가 검출한 근전도(EMG) 신호로부터 상기 자극 펜이 운동점(motor point)의 영역에 위치한지 여부를 판단하고, 상기 자극 패드가 판단된 상기 운동점에 부착될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

모터 포인트의 전기 자극으로 발생된 근전도 신호를 감지하여 운동점을 확인할 수 있는 근전도 탐지부를 포함하는 근감소증치료 전기근육자극 장치{AN ELECTRIC MUSCLE STIMUATION DEVICE INCLUDING A PROBE FOR DETECTING AN EMG SIGNAL GENERATED BY ELECTRIC STIMULATION OF A MOTOR POINT}

본 발명은 전기근육자극 장치에 관한 것으로서, 특히 정밀하고 효과적인 근육 자극을 위해서 근육의 운동점을 탐색하고, 탐색된 운동점의 EMS 자극이 가능한 전기근육자극 장치에 관한 것이다.

전기근육자극(EMS, Electrical Muscular Stimulation) 트레이닝은 무중력 환경에서 생활해야 하는 우주인들을 위해 개발된 이후로 각 분야의 스포츠 선수들에게 널리 알려졌다. 같은 시간동안 운동을 하더라도 EMS 트레이닝을 활용하면 운동효과가 증폭되므로, 최근 일부 피트니스센터를 중심으로 일반인에게로의 보급이 확대되고 있다. EMS 트레이닝은 빠른 시간동안 근력을 강화하고자 하는 현대인 뿐만 아니라, 재활훈련이 필요한 환자들에게도 유용한 치료 수단이 될 수 있다. 과거의 연구에서 운동만을 수행한 재활치료보다 EMS를 병행했을 경우 근력 감소와 근위축을 방지함은 물론 근섬유의 크기가 증가됨이 보고된 바 있다. 즉, EMS 트레이닝은 근감소증을 비롯해서 근력강화 및 근육량 유지가 필요한 대상자라면 모두 적용할 수 있다.

EMS 트레이닝에는 사용자의 근육에 전기자극을 가하는 자극 장치가 사용된다. 종래기술로 WO 제2007-017778호에서, 전극 어레이를 가진 전극 시스템을 가진 근육 조직의 전기적 자극 장치를 개시하고 있다. 상기 장치는 하나 이상의 자극 자극 패드들을 선택하기 위한 전극 선택기를 갖는다. 일 예로, 전극 장치가 사용자의 피부에 위치된 후, 각각의 자극 패드들과 피부 사이의 임피던스가 측정되고, 측정 임피던스에 기초하여 하나 이상의 자극 자극 패드들이 선택된다.

또 다른 종래기술로, 한국공개특허 제10-2017-0058584호는 전기근육자극 트레이닝 시스템 및 방법과 이를 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능 기록매체를 개시한다. 상기의 EMS 트레이닝 시스템은 EMS 기술이 적용된 운동복을 착용한 사용자가 자신의 성별, 연력, 신체조건이나 현재 실시하고 있는 운동에 따라 전기적 자극이 가해지는 위치나 세기를 자동으로 조절할 수 있는 EMS 트레이닝 시스템을 제공한다.

EMS 자극 기기는 근신경의 경로를 고려하여 근육의 수축 이완이 발생되는 운동점(motor)을 자극하는 것이 트레이닝 효과를 좌우한다. 종래에는 해부학적으로 밝혀진 운동점의 위치를 사용 매뉴얼 상에 제시하여 대략적인 위치에 자극 전극이 배치되도록 사용하거나, 피부 사이의 임피던스 정보로 자극 전극을 선택하거나, 사용자의 성별, 연령, 신체조건 등에 따라 최적화되어 기 저장된 설정에 따라 사용자가 선택한 정보로 최적의 운동점을 찾는 방식으로 자극기가 제공되었다.

그러나, 메뉴얼상 위치된 해부학적 위치는 사용자의 신체조건에 따라 적절한 운동점에 해당되지 않는 경우가 있으며, 사용자의 성별이나 연령 등에 따라 최적화된 기 설정 정보는 실제적인 사용자 신체조건의 정확한 운동점을 반영하는 것을 보장하지 못하는 문제점이 있다.

한편, 한국공개특허 제10-2017-005854호에서는 EMS 착용구에 근전도(EMG) 신호를 측정하는 전극 구성을 포함하여 운동 중인 근육 상태의 정보를 획득한다. 다만, 제10-2017-005854호에서 구성된 근전도 신호 측정 전극은 사용자의 운동 자세를 분석하여 자세교정신호를 생성하기 위한 것이며, EMS 자극의 정확한 위치를 계산하기 위한 실시예는 개시하고 있지 않다.

현재 상용화된 제품으로서도 정확한 운동점(motor point)을 찾을 수 있도록 개량된 형태의 EMS 기기는 제공되지 않고 있다. 이에, 본 출원인은 EMS 기기의 자극 효과를 향상시킴으로써 헬스케어 소비자 뿐만 아니라, 근감소증을 앓고 있는 환자들의 치료에도 적합하도록 운동점의 탐색 및 자극이 가능한 전기근육자극 장치를 고안하게 되었다.

한국공개특허 제10-2017-005854호 국제출원공개공보 WO제2007-017778호

따라서 본 발명은 근육의 수축 및 이완이 발생되는 맥점으로서의 운동점(motor poing)을 정밀하게 탐색하여 자극할 수 있는 전기근육자극 장치를 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전기근육자극 장치에 있어서, 사용자의 근육을 자극하기 위한 EMS(Electrical Muscular Stimulation) 파형을 생성하는 핸드 디바이스; 상기 핸드 디바이스가 결착되어 충전될 수 있도록 충전 배터리가 내장되며, 하기의 자극 펜과 하기의 근전도 탐지부와 하기의 자극 패드가 수용될 수 있는 본체 케이스; 운동점을 찾기 위해 사용자의 근육에 전기적 자극을 가하는 자극 펜; 상기 자극 펜이 가하는 전기적 자극에 반응하여 사용자의 근육으로부터 발생된 근전도(EMG) 신호를 검출하는 근전도 탐지부; 및 사용자의 근육에 부착되어 상기 핸드 디바이스로부터 수신한 EMS 파형을 출력하여 근육을 자극하는 복수개의 자극 패드를 포함하고, 상기 핸드 디바이스는, 상기 근전도 탐지부가 검출한 근전도(EMG) 신호로부터 상기 자극 펜이 운동점(motor point)의 영역에 위치한지 여부를 판단하고, 상기 자극 패드가 판단된 상기 운동점에 부착될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 핸드 디바이스는 110㎲ 내지 760㎲ 파장의 펄스를 상기 EMS 파형으로 생성하는 파형 발생부를 포함하고, 상기 파형 발생부는, 110㎲ 내지 760㎲의 파장 범위 중 파장 대역이 서로 다르게 설정된 복수개의 펄스를 랜덤으로 조합하여 상기 EMS 파형을 생성할 수 있다.

바람직하게, 상기 핸드 디바이스는 상기 근전도 탐지부가 검출한 근전도 신호의 활동전위 진폭의 감소정도를 평가하여 근육의 신경 라인에 관한 정보를 획득하고, 상기 신경 라인에 관한 정보를 기반으로 근육의 운동 신경을 검색하여 상기 자극 펜이 자극한 근육의 위치가 운동점(motor point)에 해당하는지 판단하는 운동점 검출부를 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 복수개의 자극 패드는 한 쌍의 자극 패드가 근육의 원위부 양 단에 동시적인 EMS 자극을 가할 수 있도록 커플링되며, 상기 핸드 디바이스는, 상기 한 쌍의 자극 패드마다 독립적인 채널로 상기 EMS 파형을 송신하여 제어할 수 있다.

바람직하게, 상기 근전도 탐지부는 상기 자극 펜이 전기적 자극을 인가하는 근육에 부착되어 근전도(EMG) 신호를 검출하는 근전도 센서; 및 상기 근전도 센서가 검출한 근전도 신호를 정류하여 증폭하는 근전도 신호처리부를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 근전도 탐지부가 자극 펜으로 자극된 근육의 근전도 신호를 획득하고, 핸드 디바이스는 획득된 근전도 신호로부터 자극 펜이 자극한 근육의 운동점을 검출할 수 있다. 사용자는 자극 펜으로 근육의 운동점을 확인한 후 복수개의 자극 패드를 확인된 운동점에 부착한다. 이에 따라, 본 발명에 따르면 사용자들의 다양한 신체조건에도 불구하고 정밀한 운동점에 EMS 자극이 가능하여 운동 또는 재활치료시 EMS 트레이닝의 최적화된 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기근육자극 장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 본체 케이스와 핸드 디바이스를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자극 펜을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 근전도 탐지부를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전기근육자극 장치의 사용 모습을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 핸드 디바이스의 구성도와 EMS 파형을 나타낸다.

이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.

본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기근육자극 장치(1)를 나타낸다. 전기근육자극 장치(1)는 EMS(Electrical Muscular Stimulator) 기기를 의미한다. EMS는 전기적 신호를 통해 인위적으로 근육의 수축을 유도하는 기기를 의미한다. 본 실시예에 따른 전기근육자극 장치(1)는 핸드 디바이스(10), 본체 케이스(20), 자극 패드(30), 근전도 탐지부(303) 및 자극 펜(40)을 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 본체 케이스(20)와 핸드 디바이스(10)를 나타낸다.

도 1 및 2를 참조하면, 전기근육자극 장치(1)는 본체 케이스(20) 내부에 자극 패드(30), 근전도 탐지부(303) 및 자극 펜(40)이 수용될 수 있고, 본체 케이스(20)의 전면부에 핸드 디바이스(10)가 결착되어 충전될 수 있도록 구성될 수 있다.

핸드 디바이스(10)는 사용자의 근육을 자극하기 위한 EMS(Electrical Muscular Stimulation) 파형을 생성할 수 있다. 핸드 디바이스(10)는 사용자가 EMS 자극의 온오프, 자극의 세기 등을 조작하게 되는 제어 본체로 이해될 수 있다. 핸드 디바이스(10)는 무선 통신 모듈과 EMS 파형, 근전도 탐지 등의 논리 연산을 위한 마이크로프로세서의 탑재가 가능한 디바이스로서, 특별히 그 형태를 제한하지 않으며 스마트폰과 같은 이동통신 단말로 구현되어도 무방하다.

본체 케이스(20)는 개폐가 가능한 케이스로 제공될 수 있고, 핸드 디바이스가(10) 결착되어 충전될 수 있도록 충전 배터리가 내장되며, 자극 펜(40)과 근전도 탐지부(303)와 자극 패드(30)가 내부에 수용될 수 있도록 공간이 형성될 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자극 펜(40)을 나타낸다.

도 3을 참조하면, 자극 펜(40)은 자극 프로브(401)와 신호발생 모듈(403)을 포함할 수 있다. 자극 프로브(401)는 펜 형상으로 근육의 모터 포인트를 찾기 위해 자극 패드(30)가 부착되는 근육 영역에 핀 접촉되며, 신호발생 모듈(403)로부터 전기적 자극 신호를 인가받아 접촉된 근육으로 방출한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 근전도 탐지부(303)를 나타낸다.

도 4를 참조하면, 근전도 탐지부(303)는 근전도 센서(3031)와 근전도 신호처리부(3033)로 구성될 수 있다.

근전도 센서(3031)는 자극 펜(40)이 전기적 자극을 인가하는 근육에 부착되어 EMG 신호를 검출할 수 있다. 근전도 신호처리부(3033)는 근전도 센서(3031)에서 획득된 EMG 신호를 정류 및 증폭하여 신호처리를 수행하는 회로 보드를 포함할 수 있다. 근전도 센서(3031)는 근전도 신호처리부(3033)와 케이블 연결될 수 있으며, 근전도 신호처리부(3033)는 하단에 흡착 패드가 더 포함되어 근전도 센서(3031)가 센싱하는 영역 부근의 신체에 부착이 가능하도록 구현될 수 있다. 근전도 센서(3031)는 자극 펜(40)이 펜 접촉하는 주변의 근육에 위치되어 자극 펜(40)의 자극으로 반응하는 근육의 신호를 획득할 수 있도록 한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전기근육자극 장치(1)의 사용 모습을 나타낸다. 도 5a는 근전도 탐침부(303)와 자극 펜(40)을 이용해서 근육의 운동점을 검출하는 모습을 나타내고, 도 5b는 검출된 운동점에 자극 패드(30)를 위치하여 효과적인 EMS 자극이 수행되는 모습을 나타낸다.

도 5a를 참조하면, 먼저 EMS 트레이닝을 수행하게 될 사용자의 운동점을 검출하기 위하여 자극 펜(40)과 근전도 탐침부(303)가 사용될 수 있다. 사용자는 자극 펜(40)을 핀 접촉 시키며 운동 근육 영역을 스캔할 수 있다. 근전도 탐침부(303)의 근전도 센서(3031)는 자극 펜(40)의 주변에 부착되어 자극 펜(40)의 자극에 따른 근육의 반응을 EMG로 검출한다. 근전도 타침부(303)는 획득된 EMG 신호를 신호처리하여 핸드 디바이스(10)로 전송할 수 있다. 핸드 디바이스(10)는 운동점 검출부(103)가 EMG 신호를 수신하여 활동전위를 분석한다. 운동점 검출부(103)는 활동전위의 진폭의 감소정도를 평가하여 근육의 신경 라인 및 근육의 운동 신경을 분별할 수 있으며, 최종적으로 자극 펜(40)이 자극한 근육의 위치가 운동점(5)에 해당하는지 판단할 수 있다.

이후, 도 5b를 참조하면 근전도 신호로 검출한 운동점(5)의 영역에 자극 패드(30)를 부착하여 EMS 자극을 가하게 된다. 자극 패드(30)는 근전도 탐지부(303), 자극 펜(40)과 함께 자극 모듈로 구성된다. 자극 패드(30)는 사용자의 근육에 부착되기 위한 흡착 패드(301)에 마련될 수 있으며, 핸드 디바이스(10)로부터 수신한 EMS 파형을 출력하여 근육을 자극할 수 있다.

자극 패드(30)는 복수개로 구성될 수 있다. 본 실시예로, 복수개의 자극 패드(30)는 한 쌍의 전극 패드(3011)가 근육의 원위부 양 단에 동시적인 EMS 자극을 가할 수 있도록 커플링될 수 있다. 도 5b의 예시에선 상하로 커플링된 한 쌍의 자극 패드(3011)를 확인할 수 있다. 이 경우, 핸드 디바이스(10)는 한 쌍의 전극 패드(3011)마다 독립적인 채널로 EMS 파형을 송신하여 제어할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 핸드 디바이스(10)의 구성도와 EMS 파형(13)을 나타낸다.

도 6을 참조하면, 핸드 디바이스(10)는 파형 발생부(101), 운동점 검출부(103), 통신 모듈(105) 및 디스플레이부(107)를 포함할 수 있다.

파형 발생부(101)는 110㎲ 내지 760㎲ 파장의 펄스를 상기 EMS 파형으로 생성할 수 있다. 파형 발생부(101)는 110㎲ 내지 760㎲의 파장 범위 중 파장 대역이 서로 다르게 설정된 복수개의 펄스가 무작위 조합으로 출력되어 EMS 파형(13)을 생성할 수 있다.

운동점 검출부(103)는 근전도 탐지부(303)가 검출한 근전도 신호의 활동전위 진폭의 감소정도를 평가하여 근육의 신경 라인에 관한 정보를 획득하고, 상기 신경 라인에 관한 정보를 기반으로 근육의 운동 신경을 검색하여 자극 펜(40)이 자극한 근육의 위치가 운동점(motor point)에 해당하는지 판단할 수 있다.

통신 모듈(105)은 블루투스 등 주지의 근거리 네트워크 통신 모듈로 구성되며, 자극부(30)와 별도의 케이블로 연결되지 않고 무선 통신으로 신호의 송수신이 가능하도록 할 수 있다.

디스플레이부(107)는 복수개의 자극 패드(30) 및 근전도 탐지부(303)의 위치를 표시하고, 표시된 자극 패드(30)가 검출된 운동점(5)에 위치되었는지를 표시할 수 있다.

디스플레이부(107)는 매뉴얼로 제공되는 전극의 바람직한 위치가 기 설정되어 신체의 이미지와 함께 배치된 자극 패드(30)의 위치를 제시할 수 있다. 즉, 일 예시로, 사용자는 디스플레이부(107)에 표시된 하지의 모습과 하지 중 허벅지 전면에 위아래로 배치되는 자극 패드(30)를 참조하여 운동점을 탐색할 수 있다. 착용 이후, 디스플레이부(107)에 표시된 자극 패드(30)를 기준으로, 운동점(5)이 표시됨으로써 사용자는 운동점(5)의 위치에 대응되도록 자극 패드(30)를 부착할 수 있다.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.

1: 전기근육자극 장치
5: 운동점(motor point)이 검출된 영역
13: EMS 파형
10: 핸드 디바이스
101: 파형 발생부
103: 신호 처리부
105: 통신 모듈
107: 디스플레이부
20: 본체 케이스
30: 자극 패드
301: 흡착 패드
3011: 한 쌍의 전극
303: 근전도 탐지부
3031: 근전도 센서
3033: 근전도 신호처리부
40: 자극 펜
401: 자극 프로브
403: 신호발생 모듈

Claims

사용자의 근육을 자극하기 위한 EMS(Electrical Muscular Stimulation) 파형을 생성하는 핸드 디바이스;
상기 핸드 디바이스가 결착되어 충전될 수 있도록 충전 배터리가 내장되며, 하기의 자극 펜과 하기의 근전도 탐지부와 하기의 자극 패드가 수용될 수 있는 본체 케이스;
운동점을 찾기 위해 사용자의 근육에 전기적 자극을 가하는 자극 펜;
상기 자극 펜이 가하는 전기적 자극에 반응하여 사용자의 근육으로부터 발생된 근전도(EMG) 신호를 검출하는 근전도 탐지부; 및
사용자의 근육에 부착되어 상기 핸드 디바이스로부터 수신한 EMS 파형을 출력하여 근육을 자극하는 복수개의 자극 패드를 포함하고,
상기 핸드 디바이스는,
상기 근전도 탐지부가 검출한 근전도(EMG) 신호로부터 상기 자극 펜이 운동점(motor point)의 영역에 위치한지 여부를 판단하고, 상기 자극 패드가 판단된 상기 운동점에 부착될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 전기근육자극 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 핸드 디바이스는,
110㎲ 내지 760㎲ 파장의 펄스를 상기 EMS 파형으로 생성하는 파형 발생부를 포함하고,
상기 파형 발생부는,
110㎲ 내지 760㎲의 파장 범위 중 파장 대역이 서로 다르게 설정된 복수개의 펄스를 랜덤으로 조합하여 상기 EMS 파형을 생성하는 것을 특징으로 하는 전기근육자극 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 핸드 디바이스는,
상기 근전도 탐지부가 검출한 근전도 신호의 활동전위 진폭의 감소정도를 평가하여 근육의 신경 라인에 관한 정보를 획득하고, 상기 신경 라인에 관한 정보를 기반으로 근육의 운동 신경을 검색하여 상기 자극 펜이 자극한 근육의 위치가 운동점(motor point)에 해당하는지 판단하는 운동점 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기근육자극 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수개의 자극 패드는,
한 쌍의 자극 패드가 근육의 원위부 양 단에 동시적인 EMS 자극을 가할 수 있도록 커플링되며,
상기 핸드 디바이스는,
상기 한 쌍의 자극 패드마다 독립적인 채널로 상기 EMS 파형을 송신하여 제어하는 것을 특징으로 하는 전기근육자극 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 근전도 탐지부는,
상기 자극 펜이 전기적 자극을 인가하는 근육에 부착되어 근전도(EMG) 신호를 검출하는 근전도 센서; 및
상기 근전도 센서가 검출한 근전도 신호를 정류하여 증폭하는 근전도 신호처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기근육자극 장치.