KR20220024310A - Ems 전극 패드를 이용한 전기 근육 자극장치의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 판형으로 구성되는 베이스, 베이스의 저면에 배치되는 복수의 전극, 베이스를 두께방향으로 관통하며, 일측이 복수의 전극 각각과 전기적으로 연결가능하게 구성되는 복수의 제1 연결부 및 베이스의 상면에 배치되며, 복수의 제1 연결부의 타측과 연결되도록 구성되는 제2 연결부;를 포함하여 구성되며, 복수의 전극은 베이스의 저면상에서 복수의 가상 제1 선 및 복수의 가상 제2 선에 의해 분할된 가상의 섹션에 각각 구비되며, 제1 선은 베이스의 저면의 중심부분으로부터 테두리로 향하는 경로를 형성하며, 제2 선은 베이스의 중심부분을 내측으로 한 고리형 경로로 구성되는 EMS 전극 패드에 관한 것이다.
본 발명에 따른 EMS 전극 패드 및 이를 포함하는 전기근육자극 방법은 전기 에너지를 인가하는 전극의 형상에 의해 edge current 효과를 최소화할 수 있다. 또한 전극과 피부 사이에 유도성 결합(capacitive coupling)으로 인하여 에너지 전달효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한 전극의 코팅으로 인하여 환부 접촉율을 높여 부분별로 고르게 전류를 인가할 수 있는 효과가 있다.

Description

EMS 전극 패드 및 이를 이용한 전기근육자극방법{ELECTRICAL MUSCLE STIMULATION PAD AND METHOD OF USING THAT}

본 발명은 복수의 분할전극이 구비된 EMS 전극 패드를 이용하여 전기근육자극을 수행할 수 있는 전극 패드 및 이를 이용한 전기근육자극방법에 관한 것이다.

최근 전기에너지를 이용하여 신경을 자극하여 근육을 수축시켜 강화하는 EMS(Electrical Muscle Stimulation)의 이용이 확산되고 있다. EMS는 운동효과를 극대화하기 위하여 사용될 수 있으며, 근육량의 증가 및 지방의 연소에 도움을 주는 것으로 알려져 있다. 또한 EMS는 외상에 의한 신경손상으로 인하여 마비증상이 있는 근육에 수행되어 근육강화를 통한 치료에 사용되기도 한다.

이러한 EMS 에 사용되는 전극 패드와 관련하여 패치 형태로 구성된 전극 패드로서 대한민국 공개특허 제10-2017-0070232호 가 개시되어 있다. 그러나 이러한 종래의 패드는 부착된 부분에 균일한 전류를 인가하지 못하며, 전류 인가 부분 중 모서리 부분에 edge current 효과가 발생하여 전류가 집중되는 문제점이 있었다. 또한 피부를 통하여 전류를 인가할 때 의도치않게 피부가 가열되는 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허 제10-2017-0070232호(2017.08.07. 공개)

본 발명은 전술한 종래의 EMS 전극에서 발생하는 edge current 및 발열 문제를 해결하기 위한 EMS 전극 패드 및 이를 포함하는 전기근육자극 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

상기 과제의 해결 수단으로서, 판형으로 구성되는 베이스, 베이스의 하면에 배치되는 복수의 전극, 베이스를 두께방향으로 관통하며, 일측이 복수의 전극 각각과 전기적으로 연결가능하게 구성되는 복수의 제1 연결부 및 베이스의 상면에 배치되며, 복수의 제1 연결부의 타측과 연결되도록 구성되는 제2 연결부를 포함하여 구성되며, 복수의 전극은 베이스의 하면상에서 복수의 가상 제1 선 및 복수의 가상 제2 선에 의해 분할된 가상의 섹션에 각각 구비되며, 제1 선은 베이스의 하면의 중심부분으로부터 테두리로 향하는 경로를 형성하며, 제2 선은 베이스의 중심부분을 내측으로 한 고리형 경로로 구성되는 EMS 전극 패드가 제공될 수 있다.

여기서, 복수의 제1 선 중 적어도 일부는 곡선경로를 따라 형성될 수 있다.

또한, 복수의 제1 선 중 적어도 일부는 Sinusoidal wave의 경로를 따라 형성될 수 있다.

나아가, 제1 선은 Sinusoidal wave의 파장보다 작은 길이로 형성될 수 있다.

한편, 제2 선은 섹션이 중심부분에서 테두리 부분으로 갈수록 크기가 커질 수 있도록 인접하는 다른 제2 선과의 간격이 넓어지며, 복수의 전극 중 적어도 일부는 중심부분에서 테두리 부분으로 갈수록 크기가 커지도록 구성될 수 있다.

또한, 제2 선은 스타디움-형태(stadium-shape)의 경로를 따라 형성될 수 있다.

한편, 복수의 전극은, 각각의 전극의 형상이 제1 선 및 제2 선에 의해 분할된 가상의 영역의 형상에 대응하는 형상으로 구성될 수 있다.

또한, 복수의 전극은, 베이스의 하면상에서 서로 절연될 수 있다.

한편, 복수의 전극은, 베이스의 하면상에서 인접하는 전극간 소정거리로 이격될 수 있다.

한편, 전극은 평판형으로 구성될 수 있다.

한편, 제2 연결부를 커버할 수 있도록 구성되며, 절연 재질로 구성되는 차폐 레이어(sheild layer)를 더 포함할 수 있다.

한편, 외부로부터 RF 에너지를 전달받을 수 있도록 구성되며, 제2 연결부의 일측과 전기적으로 연결되어 구비되는 커넥터를 더 포함할 수 있다.

한편, 베이스는 연성 재질로 구성될 수 있다.

또한, 베이스는 강성 재질로 구성될 수 있다.

한편, 복수의 전극을 커버하는 유전체 레이어를 더 포함할 수 있다.

또한, 유전체 레이어는 하면이 피부와 접촉되는 경우, 상면에 접촉된 복수의 전극과 접촉된 피부 사이에서 용량성 결합(capacitive coupling)이 이루어지도록 구성될 수 있다.

한편, bipolar RF 에너지를 전달받을 수 있도록 한 쌍으로 구성될 수 있다.

한편, 유전체 레이어는, 세라믹 또는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE, Polytetrafluoroethylene)을 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 복수의 전극 중 피부와의 접촉면상에 구비되는 전도성 레이어를 더 포함할 수 있다.

여기서, 전도성 레이어는 그래핀으로 구성될 수 있다.

또한, 전도성 레이어는 복수의 전극 각각에 구비될 수 있다.

또한, 전도성 레이어는 복수의 전극을 커버할 수 있도록 구성될 수 있다.

추가적으로, 전기근육자극방법으로서, 조직의 복수의 지점에 전기근육자극장치의 EMS 전극 패드를 부착하는 단계, EMS 전극 패드가 부착된 상태에서 전기근육자극장치와 조직의 임피던스 매칭을 수행하는 단계, 기 설정된 시퀀스에 따라 근육을 자극할 수 있도록 RF 에너지를 인가는 단계 및 EMS 전극 패드를 조직으로부터 제거하는 단계를 포함하며, RF에너지를 전달하는 단계는 EMS 전극 각각이 부착된 부분에서 sinusoidal wave 형태의 가상의 제1 선 및 스타디움-형상의 가상의 제2 선으로 구획된 섹션 각각에 RF 에너지를 인가하여 수행되는 EMS 전극 패드를 이용한 전기근육자극방법이 제공될 수 있다.

한편, RF에너지를 전달하는 단계는, EMS 전극이 부착된 부분 중 외곽측에 인접할수록 더 큰 면적을 통하여 RF 에너지를 인가할 수 있다.

한편, RF에너지를 전달하는 단계는 mono-polar RF 에너지를 인가하여 수행될 수 있다.

또한, RF에너지를 전달하는 단계는 bi-polar RF 에너지를 인가하여 수행될 수 있다.

한편, EMS 전극을 부착하는 단계는 적어도 한 쌍으로 구성된 EMS 전극을 부착하며, RF에너지를 전달하는 단계는 적어도 한 쌍으로 구성된 EMS 전극에 RF 에너지를 인가하여 수행될 수 있다.

한편, 임피던스 매칭을 수행하는 단계는 EMS 전극 패드와 조직 사이에서 용량성 결합(capacitive coupling)된 상태에서 수행될 수 있다.

한편, RF에너지를 전달하는 단계는, 복수의 전극과 조직 사이에 배치된 그래핀 레이어를 통하여 RF 에너지를 인가하여 수행될 수 있다.

*또한, RF에너지를 전달하는 단계는, 사용자의 입력에 따라 RF 에너지의 파라미터를 조절하는 파라미터 조절 단계를 포함할 수 있다.

한편, 파라미터 조절 단계는 RF 에너지의 파워, 펄스지속시간, 펄스 주기 중 적어도 하나를 조절될 수 있다.

본 발명에 따른 EMS 전극 패드 및 이를 포함하는 전기근육자극 방법은 전기 에너지를 인가하는 전극의 형상에 의해 edge current 효과를 최소화할 수 있다. 또한 전극과 피부 사이에 유도성 결합(capacitive coupling)으로 인하여 에너지 전달효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한 전극의 코팅으로 인하여 환부 접촉율을 높여 부분별로 고르게 전류를 인가할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 제1 실시예인 전극패드를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 제1 실시예인 전극패드의 분해사시도이다.
도 3은 도 1의 전극패드의 저면도를 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 I-I’를 따라 절한 단면확대도이다.
도 5는 본 발명에 따른 제1 실시예인 전극패드를 이용될 때 조직 내 온도분포를 나타낸 개념도이다.
도 6은 본 발명에 따른 제2 실시예인 전극 패드의 일부 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 제2 실시예인 전극패드의 사용상태를 나타낸 개념도이다.
도 8은 본 발명에 따른 제2 실시예인 전극패드를 사용할 때 전기적 관점으로 재구성한 개념도이다.
도 9는 본 발명에 따른 제3 실시예인 전극패드의 확대 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 제3 실시예인 전극패드의 사용상태를 나타낸 개념도이다.
도 11은 본 발명에 따른 제4 실시예인 전기근육자극 방법의 순서도이다.
도 12는 본 발명에 따른 제5 실시예인 전기근육자극 방법의 다른 순서도이다.

이하, 본 발명의 실시 예에 EMS 전극 패드 및 이를 이용한 전기근육자극방법에 대하여, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 이하의 실시예의 설명에서 각각의 구성요소의 명칭은 당업계에서 다른 명칭으로 호칭될 수 있다. 그러나 이들의 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 변형된 실시예를 채용하더라도 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 각각의 구성요소에 부가된 부호는 설명의 편의를 위하여 기재된다. 그러나 이들 부호가 기재된 도면상의 도시 내용이 각각의 구성요소를 도면내의 범위로 한정하지 않는다. 마찬가지로 도면상의 구성을 일부 변형한 실시예가 채용되더라도 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 당해 기술 분야의 일반적인 기술자 수준에 비추어 보아, 당연히 포함되어야 할 구성요소로 인정되는 경우, 이에 대하여는 설명을 생략한다.

이하에서는 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 제1 실시예인 전기근육자극(EMS) 패드의 구성에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 제1 실시예인 전극 패드를 도시한 사시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 제1 실시예인 전극 패드의 분해사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 제1 실시예인 전극 패드(10)는, 피부 표면에 부착될 수 있도록 구성되며, 피부에 부착된 상태에서 외부로부터 RF 에너지를 받아 피부로 전달할 수 있도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 제1 실시예인 전극 패드(10)는, 베이스(100), 전극(200), 제1 연결부(300), 제2 연결부(400), 차폐 레이어(600) 및 커넥터(500)를 포함하여 구성될 수 있다.

베이스(100)는 전극(200), 제1 연결부(300) 및 제2 연결부(400)가 배치될 수 있는 기반이 된다. 베이스(100)는 전체적으로 평판상으로 구성될 수 있다. 베이스(100)는 도 1 상에서 상면 또는 하면이 넓은 형태의 평판형으로 구성되며, 상면 또는 하면에 복수의 전극(200)이 평면상의 배열로 구비될 수 있다. 베이스(100)는 후술할 전극(200)이 분할되어 배치된 경우 외부로부터 RF에너지가 인가되었을 때 전극(200) 사이에 베이스(100)를 통하여 전류가 흐르지 않도록 절연재질로 구성될 수 있다.

이하에서는 복수의 전극(200)이 베이스의 하면(101)에 구비됨을 전제로 설명하도록 한다.

전극(200)은 외부로부터 인가받은 RF에너지를 피부로 전달할 때 접촉이 기밀하게 유지될 수 있도록 구성된다. 평판형으로 구성된 각각의 전극(200)은 상면이 상기 베이스(100)와 접촉되며, 하면은 피부에 접촉할 수 있도록 구성된다. 따라서 베이스(100)를 피부에 밀착시킨 경우 복수의 전극(200)은 피부와 복수의 지점에서 접촉되어 RF에너지를 전달할 수 있게 된다.

전극(200)은 복수로 구성되며 베이스의 하면(101) 상에서 평면적으로 배열될 수 있다. 각각의 전극(200)은 베이스의 하면(101) 상에서 서로 소정거리로 이격되어 배치될 수 있다.한편 평면상의 배열 및 각각의 전극(200)의 형상에 대하여는 차후 도 3을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

제1 연결부(300)는 베이스의 하면(101)에 구비된 복수의 전극(200)과 전기적으로 연결될 수 있도록 구성된다. 제1 연결부(300)는 베이스(100)를 두께방향, 즉 상면으로부터 하면까지 관통하며 설치될 수 있도록 구성될 수 있다. 제1 연결부(300)는 핀의 형태로 구성되며, 복수의 전극(200)의 개수에 대응하는 개수로 구비되어 복수의 전극(200) 각각에 일측이 전기적으로 연결될 수 있다. 일 예로서, 제1 연결부(300)는 복수의 전극(200) 각각의 상면으로부터 소정길이로 연장된 단일부재로 구성될 수 있으며, 각 제1 연결부(300)의 소정길이는 베이스(100)의 두께보다 긴 길이로 구성될 수 있다. 이 경우 복수의 전극(200)이 베이스(100)상에 설치되었을 때 제1 연결부(300)의 상측 단부가 베이스의 상면(102)상에 노출될 수 있다. 다만 본 실시예에서는 제1 연결부(300)가 핀으로 구성된 예를 설명하였으나, 제1 연결부(300)의 형상은 각각의 전극(200)과 전기적으로 연결될 수 있는 다양한 구성으로 변형되어 적용될 수 있다.

제2 연결부(400)는 외부로부터 인가받은 RF에너지를 복수의 제1 연결부(300)에 전달 수 있도록 구성된다. 제2 연결부(400)는 베이스의 상면(102)에 구비되며, 전술한 복수의 제1 연결부(300)의 상측 단부와 복수의 지점에서 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 제2 연결부(400)는 일측이 후술할 커넥터(500)와 전기적으로 연결되어 외부로부터 RF에너지를 인가받을 수 있도록 구성될 수 있다. 일 예로, 제2 연결부(400)는 평판상으로 구성된 메탈 패드로 구성될 수 있다. 이 경우 메탈 패드의 하면은 베이스의 상면(102)과 밀착되며, 복수의 지점에서 복수의 제1 연결부(300)와 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 앞서 제2 연결부(400)가 메탈패드로 구성된 예를 설명하였으나, 복수의 제1 연결부(300)의 단부와 전기적으로 연결되어 외부로부터 RF 에너지를 인가받을 수 있는 전기적요소, 예를 들어 메탈 메쉬, 메탈 와이어 등 다양한 구성으로 적용될 수 있다.

차폐 레이어(600)는 베이스의 상면(102)에 노출되어 있는 제2 연결부(400)를 커버할 수 있도록 구성된다. 차폐 레이어(600)는 제2 연결부(400)를 커버할 수 있도록 막의 형태로 구성되며, 제2 연결부(400)를 외부와 절연시킬 수 있도록 구성될 수 있다.

커넥터(500)는 외부로부터 RF에너지를 전달받을 수 있도록 구성된다. 커넥터(500)는 베이스의 상면(102)에 구비될 수 있으며, 차폐 레이어(600)의 상측으로 노출된 영역에 구비되어 일측이 제2 연결부(400)와 전기적으로 연결될 수 있다. 일 예로 커넥터(500)는 차폐 레이어(600)의 상측 중 중심부 측에 구비될 수 있으며, 일측이 차폐 레이어(600)를 통과하여 제2 연결부(400)와 연결될 수 있다. 다만, 전술한 커넥터(500)의 구성 및 설치위치는 일 예일 뿐 외부와 제2 연결부(400)를 전기적으로 연결할 수 있는 다양한 구성으로 변형되어 적용될 수 있다.

한편, 도시되지는 않았으나, EMS 전극 패드(10)는 RF 제너레이터, RF 모듈레이터, 임피던스 매칭 회로 등 RF 에너지를 발생시킬 수 있는 RF 에너지 발생장치와 연결되어 사용될 수 있다.

이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 본 실시예의 전극(200)에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 3은 도 1의 전극 패드(10)의 저면도를 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이 본 실시예에서 복수의 전극(200)은 베이스(100)의 저면에서 분할된 섹션(3000)에 각각 구비될 수 있다.

베이스의 하면(101)은 가상의 제1 선(1000) 및 가상의 제2 선(2000)에 의해 분할된 섹션(3000)으로 구분될 수 있다. 가상의 제1 선(1000)은 베이스(100)의 중심부분에서 외측 모서리 부분을 향하여 방사형으로 형성될 수 있다. 가상의 제1 선(1000)은 복수로 구성되어 베이스(100)의 중심부분을 중심으로하여 회전방향을 따라 각각 소정각도로 이격되어 배치될 수 있다. 각각의 제1 선(1000)은 적어도 일부가 곡선으로 구성될 수 있다. 일 예로서, 제1 선(1000)은 Sinusoidal Wave형태의 곡선을 갖도록 구성될 수 있다. 이 때 각각의 제1 선(1000)은 Sinusoidal Wave의 1파장보다 짧은 길이로 형성될 수 있다. 즉 도 3에 나타난 바와 같이, 하나의 제1 선(1000)은 베이스(100)의 중심부분으로부터 베이스(100)의 외곽 테두리까지 Sinusoidal Wave의 파형이 완성되지 않는 길이, 즉 파장보다 짧은 길이로 구성될 수 있다.

가상의 제2 선(2000)은 베이스의 하면(101)에서 중심부분을 둘러싸는 고리형 경로를 따라 형성될 수 있다. 일 예로서, 가상의 제2 선(2000)은 전체적으로 스타디움 형상(Stadium-Shape)으로 구성되며, 폐쇄된 경로를 형성하도록 구성될 수 있다. 가상의 제2 선(2000)은 복수개가 정의되며, 서로 동심을 이루며 형성되며, 복수의 가상의 제2 선(2000)은 베이스(100)의 외측 모서리에 인접할수록 제2 선(2000) 간의 간격이 커지게 된다.

베이스의 하면에서 중심에 인접할수록 전극의 크기가 점차 작아지는 경향을 갖는다. 이때 전극의 최소크기를 제한할 수 있다. 따라서 베이스의 하면에서 중심 부분의 적어도 일부는 전극이 배치되지 않을 수 있다. 다만, 이는 일 예일 뿐, 베이스의 하면에서 중심 부분의 적어도 일부는 균일한 크기의 전극으로 배치되는 구성으로 변형되어 적용될 수 있다.

베이스의 하면(101)은 복수의 제1 선(1000) 및 제2 선(2000)에 의해 가상의 복수의 섹션(3000)으로 분할 될 수 있다. 베이스의 하면(101) 중 가상의 제1 선(1000) 및 가상의 제2 선(2000)을 제외한 분할된 섹션(3000)에 복수의 전극(200)이 배치될 수 있다. 이때, 제1 선(1000)이 Sinusoidal Wave의 형상으로 구성되므로, 복수의 영역 각각의 경계 모서리 중 적어도 일부가 곡선으로 구성될 수 있다.

도 3의 부분 확대된 영역을 살펴보면, 복수의 전극(200)이 각각의 섹션(3000)에 배열될 수 있다. 복수의 전극(200)은 제1 선(1000) 및 제2 선(2000)에 의해 결정되는 섹션(3000)의 형상에 대응하여 평면상의 형상이 결정될 수 있다. 여기서 제1 선(1000)이 전체적으로 방사형으로 배치되므로 중심부분에서 멀어질 수 록 각각의 제1 선(1000) 간의 간격이 멀어지게 된다. 따라서 복수의 전극(200)은 배치되는 위치에 따라 크기가 달라지게 된다. 일 예로서, 도 3에 도시된 바와 같이 베이스의 하면(101)상에서 외곽 모서리에 인접할 수 록 전극(200)의 크기는 점차 커지게 된다.

도 4는 도 3의 I-I’를 따라 절한 단면확대도이다. 도시된 바와 같이 베이스(100)를 기준으로 하면에 서로 다른 복수개의 전극(200)이 구비될 수 있다. 제1 연결부(300)는 일측이 각각의 전극(200)과 연결되며, 베이스(100)를 관통하고, 타측은 제2 연결부(400)와 연결될 수 있다. 제2 연결부(400)의 상측에는 차폐 레이어(600)가 구비될 수 있다.

한편, 전술한 본 발명에 따른 EMS 전극 패드(10)는 전체적으로 경성(Rigid) 재질로 구성될 수 있다. EMS 전극 패드(10)가 경성 재질로 구성된 경우 피부 중 편평도가 높은 부분, 일 예로서 대흉근, 대퇴부 근육 등을 자극하기 위해 피부에 부착될 때 쉽게 밀착시킬 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따른 EMS 전극 패드(10)는 전체적으로 연성(Flexible) 재질로 구성될 수 있다. EMS 전극 패드(10)가 연성으로 구성된 경우, 피부 중 편평도가 낮는 부분, 예를 들어 팔, 종아리에 있는 근육 등을 자극하기 위해 피부에 부착될 때 밀착도를 높일 수 있게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 제1 실시예인 전극 패드(10)를 이용될 때 조직(1) 내 온도분포를 나타낸 개념도이다.

도 5a를 살펴보면, EMS 전극 패드(10)를 이용하여 RF에너지를 인가하는 경우 모서리 부분에 전류가 집중되는 Edge Effect가 발생하게 된다. 근육 자극시 전류를 인가하여 근육을 자극할 때, 전류의 이동 경로에 있는 조직(1) 자체의 저항 성분에 의하여 불필요하게 발열 부분(H)이 집중되는 현상이 발생된다. 이러한 Edge Effect에 의해 전류가 집중되어 조직(1)내에서 흐르는 경우가 온도가 일부분에서 집중적으로 상승하게 되어 조직(1)의 손상 및 고통이 증가되는 문제가 발생한다.

따라서, 이러한 전류의 집중현상을 최소화 하고, 전극 패드(10)를 피부에 부착한 상태에서 부분별로 균일하게 전류를 인가하는 것이 바람직하다. 도 5(B)를 살펴보면, 본 발명에 따라 EMS 전극(200)에는 복수의 전극(200)이 중심부로부터 외측 모서리로 갈수록 점차 전극(200)의 크기가 커지게 된다. 또한 각각의 전극(200)이 제1 선(1000)의 형상인 Sinusoidal Wave를 따라 형성되므로, 전체적으로 균일하게 전류를 인가할 수 있게 된다. 결국 본 발명에 따른 EMS전극 패드(10)는 각각의 전극(200)의 크기의 차이 및 각각의 전극(200)의 형상의 차이가 있어 함께 복수의 전극(200)이 배치된 상태에서 동시에 사용되었을 때 전체적으로 균일한 전류를 인가할 수 있게 된다. 따라서 조직(1)내에 RF 에너지에 의한 발열 부분(H)을 고르게 분산시킬수 있게 된다.

한편 본 발명에 따른 EMS 전극 패드(10)는 외부로부터 RF 에너지를 전달받아 근육을 자극하게 되며, 이때. Mono-Pola 또는 Bipolar 로 RF 에너지를 전달할 수 있다. Mono-Polar 로 RF에너지를 전달하는 경우 별도의 Ground 전극(200)과 함께 사용될 수 있다. 한편, Bipolar로 RF에너지를 전달하도록 구성되는 경우 전극 패드(10)는 한 쌍으로 구성되어 동시에 피부에 부착되어 사용될 수 있다.

이하에서는 도 6 및 도 8 을 참조하여 본 발명에 따른 제2 실시예에 따른 EMS 전극 패드(10)에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

본 실시예에서도 전술한 실시예와 동일한 구성을 포함하여 구성될 수 있으며, 전술한 실시예와 동일한 구성에 대하여는 중복기재를 피하기 위하여 그 설명을 생략하며, 차이가 있는 구성에 대하여 설명하도록 한다.

도 6은 본 발명에 따른 제2 실시예인 전극 패드(10)의 일부 단면도이다. 본 발명에 따른 제2 실시예는 베이스의 하면(101)상에 구비되어 있는 복수의 전극(200)을 커버할 수 있는 유전체 레이어(700)를 포함하여 구성될 수 있다.

유전체 레이어(700)는 평판상으로 구성되며, 복수의 전극(200)을 동시에 덮을 수 있돌록 구성될 수 있다. 유전체 레이어(700)는 소정범위의 유전율을 갖는 재질로 구성될 수 있다. 유전체 레이어(700)는 상면이 전극(200)을 커버하면서 각각의 전극(200)에 부착되며, 하면이 피부에 부착될 수 있도록 구성될 수 있다. 유전체 레이어(700)는 경성 또는 연성 재질로 구성될 수 있다. 일 예로서, 세라믹 또는 PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌)으로 구성될 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 제2 실시예인 전극 패드(10)의 사용상태를 나타낸 개념도이다. 본 실시예에서는 Bipolar 로 RF에너지를 전달하는 개념이 개시되어 있으며, 이 때 한 쌍의 EMS전극 패드(10)를 피부에 부착시킨 상태에서 RF에너지를 전달하여 근육을 자극하게 된다. 한 쌍의 EMS 전극(200) 사이의 조직(1)에 RF에너지가 전달되면서 근육이 수축된다. 이때 RF에너지는 2 내지 10NHrz 의 주파수를 갖는 에너지를 사용하게 되며, 조직(1) 내에서의 발열지점을 분산시키면서 근육의 전기 자극을 극대화할 수 있게 된다.

이때, EMS 전극 패드(10)의 하면이 유전체 레이어(700)로 코팅된 경우 각각의 전극(200)과 피부 사이에서 유도성 결합(Capacitive Coupling)이 이루어질 수 있게 된다. 유전체 레이어(700)는 EMS전극 패드(10)를 이용하여 피부에 RF에너지를 인가할 때 전극(200)과 피부 사이에서 캐패시턴스(Capacitance)로서 기능하게 된다. 결국 각각의 전극(200)의 말단에 조직(1)과 유도성 결합이 이루어지므로 기생 캐패시터(Parasitic capacitance)의 영향을 최소화할 수 있다. 또한 복수의 전극(200)의 배열 중 모서리 부분에 배치되어 있는 전극(200)에서 의도치 않은 과전류가 발생하는 Edge Current를 최소화할 수 있게 된다.

도 8은 본 발명에 따른 제2 실시예인 전극 패드(10)를 사용할 때 전기적 관점으로 재구성한 개념도이다.

도 8을 참조하면, 외부의 RF 에너지 발생장치로부터 EMS 전극 패드(10)에 RF 에너지가 전달될 수 있도록 전기적으로 연결된다. EMS 전극 패드(10)는 복수의 전극(200)을 통하여 RF 에너지를 전달하게 되며, 이때 저항으로 표현되는 조직(1) 사이에서 각각의 유전체 레이어(700)가 캐패시터로서 기능하게 된다. RF에너지의 인가시에는 RF 에너지 발생장치에 구비된 가변 캐패시터 등을 이용하여 임피던스 매칭을 수행하게 되며, 이때 유전체 레이어(700)의 캐패시턴스 성분에 의해 임피던스 매칭의 정확도가 향상될 수 있다. 임피던스 매칭이 완료된 이후 RF에너지 전달장치는 EMS 전극 패드(10)에 RF 에너지를 전달하고, 최종적으로 조직(1)에 RF 에너지가 전달되어 근육이 자극될 수 있다.

이하에서는 도 9 및 도 10을 참조하여 본 발명에 따른 제3 실시예인 전극 패드(10)에 대하여 상세히 설명하도록 한다. 본 실시예에서도 전술한 실시예와 같이 동일한 구성요소를 포함하여 구성될 수 있으며, 이러한 구성에 대하여는 중복기재를 피하기 위하여 그 설명을 생략하고 차이가 있는 구성에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 9는 본 발명에 따른 제3 실시예인 전극 패드(10)의 확대 단면도이다. 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 제3 실시예인 EMS 전극 패드(10)는 복수의 전극(200)을 커버하는 전도성 레이어(800)가 구비될 수 있다. 전도성 레이어(800)는 전극(200)의 하면을 덮을 수 있도록 구성될 수 있다. 일 예로서, 전도성 레이어(800)는 그래핀 레이어일 수 있다. 그래핀은 전기 전도도가 높고 탄성이 높아 피부의 굴곡에 따라 적절하게 형상이 변형될 수 있으므로, EMS 전극 패드(10)가 피부에 밀착시 피부의 굴곡에 따라 그래핀 레이어가 변형되면서 밀착된 상태에서 RF 전류를 인가할 수 있게 된다.

그래핀은 증착공정, spray 공정 또는 이에 상응하는 그래핀 레이어를 생성하는 공정을 통하여 전극(200)의 표면상에 구비될 수 있다.

도 9(a)를 참조하면, 그래핀 레이어는 각각의 전극(200)의 표면상, 다시말해 복수의 전극(200) 각각의 하면상에 구비될 수 있다. 이 경우 그래핀은 EMS 전극 패드(10)의 하면 중 일부의 영역, 다시말해 복수의 전극(200)의 표면에 증착될 수 있다.

도 9(b)를 참조하면, 그래핀 레이어는 복수의 전극(200)을 커버할 수 있는 레이어로 구성될 수 있다. 그래핀 레이어는 복수의 전극(200)과 베이스의 하면(101)사이에 단차를 두어 형성될 수 있다. 물론 도면상에 그래핀 레이어가 모서리를 가지면서 형성된 것으로 나타나 있으나, 전극(200)의 경계면상에서 매끈한(Smooth) 곡면을 이루도록 형성될 수 있다.

도 9(c)를 참조하면, EMS 전극 패드(10)에는 복수의 전극(200) 사이에 절연부재(801)가 구비되어 있으며, 그레핀 레이어가 추가된 실시예가 나타나 있다. 절연부재(801)는 복수의 전극(200)의 하면과 단차를 최소화하여 전극(200) 사이의 공간에 채워질 수 있다. 이후 그래핀 레이어가 복수의 절연부재와 복수의 전극(200)을 커버하면서 구비되어 EMS 전극 패드(10)의 하면을 전체적으로 커버하게 된다.

도 10은 본 발명에 따른 제3 실시예인 전극 패드(10)의 사용상태를 나타낸 개념도이다.

도 10을 참조하면, 그래핀 레이어는 단일 레이어 구조로 형성될 수 있으며, 이 때 하나의 그래핀 레이어는 EMS 전극 패드(10)의 평면 방향으로 배열되어 구비될 수 있다. 또한 그래핀 레이어는 복수 레이어 구조로 형성될 수 있다. 이때 각각의 그레핀 레이어 간의 전기 전도도를 높게 유지할 수 있는 구조로 각각의 레이어의 배열 구조가 결정될 수 있다.

이와같이 그레핀 레이어가 복수로 구비되었을 때 EMS 전극 패드(10)가 피부표면과 기밀하게 접촉이 유지될 수 있다. 구체적으로, 복수의 그래핀 레이어가 접촉되면 피부의 볼록한 부분은 두께 방향으로 압축되고, 오목한 부분에는 그래핀 레이어간의 간격을 유지하게 된다. 따라서 EMS 전극 패드(10)를 피부에 부착하였을 때 피부의 부분적인 굴곡에 의해 접촉이 기밀하게 이루어지지 않아 접촉부위 중 일부에 전류가 집중되는 현상을 방지할 수 있다. 다시말해, EMS 전극 패드(10)의 복수의 전극(200)과 피부 사이의 접촉 저항을 줄일 수 있어 Edge current를 감소시키고 전체적으로 균일하게 전류를 인가할 수 있다.

이하에서는 도 11 및 도 12를 참조하여 본 발명에 따른 다른 실시예인 전기근육자극 방법에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 11은 본 발명에 따른 제4 실시예인 전기근육자극 방법의 순서도이다.

도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 제4 실시예인 전기근육자극 방법은 전극 패드(10)를 피부에 부착하는 단계(S100), 임피던스 매칭을 수행하는 단계(S200), 근육이 자극될 수 있도록 RF에너지를 전달하는 단계(S300) 및 패드를 제거하는 단계(S400)를 포함하여 구성될 수 있다.

전극 패드(10)를 피부에 부착하는 단계(S100)는 자극의 대상이 되는 근육에 인접한 피부상에 전극 패드(10)를 부착하는 단계에 해당한다. 전극 패드(10)를 피부에 부착하는 단계(S100)는 monopolar RF 에너지를 이용하는 경우 하나의 전극 패드(10)와 다른 하나의 접지 전극을 피부에 부착할 수 있다. 한편, bipolar RF 에너지를 이용하는 경우 한 쌍의 전극 패드(10)를 피부에 부착할 수 있다. 이때 전극 패드(10)는 도 1 내지 도 10에서 설명한 전극 패드(10)가 사용될 수 있다.

임피던스 매칭을 수행하는 단계(S200)는 전극(200)을 부착한 상태에서 RF 에너지의 전달효율을 향상시킬 수 있도록 RF 에너지 발생장치, 전극 패드(10) 및 피부 간의 임피던스 매칭을 수행하는 단계에 해당한다.

근육이 자극될 수 있도록 RF에너지를 전달하는 단계(S300)는 RF 에너지를 발생시키고 전극 패드(10)를 통하여 근육에 RF에너지를 전달하는 단계에 해당한다. 이때 RF 에너지 전달장치는 2~10 MHrz의 주파수를 갖는 RF에너지를 발생시켜 전달할 수 있다. 한편, 전술한 바와 같이 전극 패드(10)에는 적어도 일부가 sinusoidal wave를 따라 형성되는 제1 선(1000)에 의해 형태가 결정되는 복수의 전극(200)이 구비되므로, 이를 이용하여 RF에너지를 전달할 때 edge current를 최소화 할 수 있게 된다. 또한 전극 패드(10)에 그래핀 레이어가 구비된 경우, 피부와 그래핀 레이어가 밀착된 상태에서 전극(200) 및 그래핀 레이어를 통하여 RF 에너지가 피부로 전달될 수 있다.

패드를 제거하는 단계(S400)는 소정 전기 자극 시간이 종료된 이후 패드를 피부로부터 제거(remove)하여 전기근육자극을 종료하는 단계에 해당한다.

도 12는 본 발명에 따른 제5 실시예인 전기근육자극 방법의 다른 순서도이다.

본 실시예에서도 전술한 실시예와 동일한 단계를 포함하여 구성될 수 있으며, 동일한 단계에 대하여는 중복기재를 피하기 위하여 그 설명을 생략하고 차이가 있는 단계에 대하여 설명하도록 한다.

본 실시예에서는 유전체 레이어(700)가 구비된 전극 패드(10)를 이용할 때의 전기근육자극에 대하여 설명하도록 한다.

본 실시예에서 임피던스 매칭을 수행하는 단계(S210)는 전극 패드(10)의 하면에 구비되어 있는 유전체 레이어(700)가 캐패시터의 기능을 하게 되므로 이를 반영하여 임피던스 매칭을 수행하게 된다. 본 실시예에서는 복수의 전극(200)과 피부 사이에서 용량성 결합(capacitive coupling)이 이루어지므로 임피던스 매칭의 정확도를 향상시킬 수 있게 된다.

RF 에너지를 인가하여 근육을 자극하는 단계(S300)는 파라미터 조절 단계(S310)를 포함하여 구성될 수 있다.

파라미터 조절 단계(S310)는 사용자의 입력에 따라 전기근육자극과 관련된 파라미터를 조절할 수 있게 된다. 파라미터 조절 단계(S310)는 RF 에너 지의 파워, 펄스 지속시간, 펄스 주기를 조절할 수 있는 파라미터로 선택될 수 있다. RF 에너지 발생장치는 조절된 파라미터 값에 따라 근육을 자극시킬 수 있는 RF 에너지를 발생시키게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 EMS 전극 패드 및 이를 이용한 전기근육자극 방법은 RF에너지를 이용하여 근육을 자극할 때 임피던스 매칭의 정확도를 향상시킬 수 있으므로 RF 에너지 전달의 제어 정확도를 향상시킬 수 있다. 또한 Edge current의 발생을 최소화하여 부분별로 균등하게 RF에너지의 전달이 가능하게 된다. 결국 RF 에너지가 피부 조직에 전달될 때 불필요하게 발생하는 핫 스팟(hot-spot)의 발생을 방지할 수 있다.

1: 조직
10: : 전극 패드
100: 베이스
101: 하면 102: 상면
200: 전극
1000: 제1 선 2000: 제2 선
3000: 섹션
300: 제1 연결부 400: 제2 연결부
500: 커넥터
600: 차폐 레이어 700: 유전체 레이어
800: 전도성 레이어
801: 절연체
S100: 전극 패드를 피부에 부착하는 단계
S200: 임피던스 매칭을 수행하는 단계
S210: 임피던스를 고려하여,
S300: 근육이 자극될 수 있도록 RF에너지를 전달하는 단계
S310: 파라미터 조절단계
S400: 패치를 제거하는 단계

Claims (31)

1. 판형으로 구성되는 베이스;
   상기 베이스의 저면에 배치되는 복수의 전극;
   상기 베이스를 두께방향으로 관통하며, 일측이 상기 복수의 전극 각각과 전기적으로 연결가능하게 구성되는 복수의 제1 연결부; 및
   상기 베이스의 상면에 배치되며, 상기 복수의 제1 연결부의 타측과 연결되도록 구성되는 제2 연결부;를 포함하여 구성되며,
   상기 복수의 전극은 상기 베이스의 하면상에서 복수의 가상 제1 선 및 복수의 가상 제2 선에 의해 분할된 가상의 섹션에 각각 구비되며,
   상기 제1 선은 상기 베이스의 하면의 중심부분으로부터 테두리로 향하는 경로를 형성하며,
   상기 제2 선은 상기 베이스의 중심부분을 내측으로 한 고리형 경로로 구성되는 EMS 전극 패드.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 복수의 제1 선 중 적어도 일부는 곡선경로를 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 EMS 전극 패드.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 복수의 제1 선 중 적어도 일부는 Sinusoidal wave의 경로를 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 EMS 전극 패드.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 제1 선은 Sinusoidal wave의 파장보다 작은 길이로 형성되는 것을 특징으로 하는 EMS 전극 패드.
5. 제2 항에 있어서,
   상기 제2 선은 상기 섹션이 상기 중심부분에서 상기 테두리 부분으로 갈수록 크기가 커질 수 있도록 인접하는 다른 제2 선과의 간격이 넓어지며,
   상기 복수의 전극 중 적어도 일부는 상기 중심부분에서 상기 테두리 부분으로 갈수록 크기가 커지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 EMS 전극 패드.
6. 제2 항에 있어서,
   상기 제2 선은 스타디움-형태(stadium-shape)의 경로를 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 EMS 전극 패드.
7. 제2 항에 있어서,
   상기 복수의 전극은,
   각각의 전극의 형상이 상기 제1 선 및 상기 제2 선에 의해 분할된 가상의 영역의 형상에 대응하는 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 EMS 전극 패드.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 복수의 전극은,
   상기 베이스의 하면상에서 서로 절연되는 것을 특징으로 하는 EMS 전극 패드.
9. 제7 항에 있어서,
   상기 복수의 전극은,
   상기 베이스의 하면상에서 인접하는 전극간 소정거리로 이격되는 것을 특징으로 하는 EMS 전극 패드.
10. 제7 항에 있어서,
    상기 전극은 평판형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 EMS 전극 패드.
11. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 연결부를 커버할 수 있도록 구성되며, 절연 재질로 구성되는 차폐 레이어(sheild layer)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 EMS 전극 패드.
12. 제11 항에 있어서,
    외부로부터 RF 에너지를 전달받을 수 있도록 구성되며, 상기 제2 연결부의 일측과 전기적으로 연결되어 구비되는 커넥터를 더 포함하는 EMS 전극 패드.
13. 제2 항에 있어서,
    상기 베이스는 연성 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 EMS 전극 패드.
14. 제2 항에 있어서,
    상기 베이스는 강성 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 EMS 전극 패드.
15. 제2 항에 있어서,
    상기 복수의 전극을 커버하는 유전체 레이어를 더 포함하는 EMS 전극 패드.
16. 제15 항에 있어서,
    상기 유전체 레이어는 하면이 피부와 접촉되는 경우, 상면에 접촉된 복수의 전극과 상기 접촉된 피부 사이에서 용량성 결합(capacitive coupling)이 이루어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 EMS 전극 패드.
17. 제16 항에 있어서,
    bipolar RF 에너지를 전달받을 수 있도록 한 쌍으로 구성되는 것을 특징으로 하는 EMS 전극 패드.
18. 제16 항에 있어서,
    상기 유전체 레이어는, 세라믹 또는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE, Polytetrafluoroethylene)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 EMS 전극 패드.
19. 제2 항에 있어서,
    상기 복수의 전극 중 피부와의 접촉면상에 구비되는 전도성 레이어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 EMS 전극 패드.
20. 제19 항에 있어서,
    상기 전도성 레이어는 그래핀으로 구성되는 것을 특징으로 하는 EMS 전극 패드.
21. 제19 항에 있어서,
    상기 전도성 레이어는 상기 복수의 전극 각각에 구비되는 것을 특징으로 하는 EMS 전극 패드.
22. 제19 항에 있어서,
    상기 전도성 레이어는 상기 복수의 전극을 커버할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 EMS 전극 패드.
23. 전기근육자극방법으로서,
    조직의 복수의 지점에 전기근육자극장치의 EMS 전극 패드를 부착하는 단계;
    상기 EMS 전극 패드가 부착된 상태에서 상기 전기근육자극장치와 상기 조직의 임피던스 매칭을 수행하는 단계;
    기 설정된 시퀀스에 따라 근육을 자극할 수 있도록 RF 에너지를 인가는 단계; 및
    상기 EMS 전극 패드를 상기 조직으로부터 제거하는 단계를 포함하며,
    상기 RF 에너지를 전달하는 단계는 상기 EMS 전극 각각이 부착된 부분에서 sinusoidal wave 형태의 가상의 제1 선 및 스타디움-형상의 가상의 제2 선으로 구획된 섹션 각각에 RF 에너지를 인가하여 수행되는 EMS 전극 패드를 이용한 전기근육자극방법.
24. 제23 항에 있어서,
    상기 RF 에너지를 전달하는 단계는,
    상기 EMS 전극이 부착된 부분 중 외곽측에 인접할수록 더 큰 면적을 통하여 상기 RF 에너지를 인가하는 것을 특징으로 하는 EMS 전극 패드를 이용한 전기근육자극방법.
25. 제24 항에 있어서,
    상기 RF 에너지를 전달하는 단계는 mono-polar RF 에너지를 인가하여 수행되는 것을 특징으로 하는 EMS 전극 패드를 이용한 전기근육자극방법.
26. 제24 항에 있어서,
    상기 RF 에너지를 전달하는 단계는 bi-polar RF 에너지를 인가하여 수행되는 것을 특징으로 하는 EMS 전극 패드를 이용한 전기근육자극방법.
27. 제26 항에 있어서,
    상기 EMS 전극을 부착하는 단계는 적어도 한 쌍으로 구성된 EMS 전극을 부착하며,
    상기 RF에너지를 전달하는 단계는 적어도 한 쌍으로 구성된 EMS 전극에 RF 에너지를 인가하여 수행되는 것을 특징으로 하는 EMS 전극 패드를 이용한 전기근육자극방법.
28. 제26 항에 있어서,
    상기 임피던스 매칭을 수행하는 단계는 상기 EMS 전극 패드와 상기 조직 사이에서 용량성 결합(capacitive coupling)된 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 EMS 전극 패드를 이용한 전기근육자극방법.
29. 제24 항에 있어서,
    상기 RF 에너지를 전달하는 단계는,
    상기 복수의 전극과 상기 조직 사이에 배치된 그래핀 레이어를 통하여 상기 RF 에너지를 인가하여 수행되는 것을 특징으로 하는 EMS 전극 패드를 이용한 전기근육자극방법.
30. 제24 항에 있어서,
    상기 RF 에너지를 전달하는 단계는,
    사용자의 입력에 따라 RF 에너지의 파라미터를 조절하는 파라미터 조절 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 EMS 전극 패드를 이용한 전기근육자극방법.
31. 제30 항에 있어서,
    상기 파라미터 조절 단계는 상기 RF 에너지의 파워, 펄스지속시간, 펄스 주기 중 적어도 하나가 조절되는 것을 특징으로 하는 EMS 전극 패드를 이용한 전기근육자극방법.
    

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