KR20230101549A - 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents
공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 장치 및 그 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230101549A KR20230101549A KR1020210191738A KR20210191738A KR20230101549A KR 20230101549 A KR20230101549 A KR 20230101549A KR 1020210191738 A KR1020210191738 A KR 1020210191738A KR 20210191738 A KR20210191738 A KR 20210191738A KR 20230101549 A KR20230101549 A KR 20230101549A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- signal
- emg
- electrical stimulation
- user
- unit
- Prior art date
Links
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 title claims abstract description 107
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 title abstract description 7
- 238000002567 electromyography Methods 0.000 title 1
- 210000001364 upper extremity Anatomy 0.000 claims description 35
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 33
- 210000001513 elbow Anatomy 0.000 claims description 13
- 210000000707 wrist Anatomy 0.000 claims description 13
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 12
- 210000003813 thumb Anatomy 0.000 claims description 11
- 210000003811 finger Anatomy 0.000 claims description 10
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 claims description 10
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 claims description 10
- 210000000245 forearm Anatomy 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims 1
- 210000005036 nerve Anatomy 0.000 abstract description 5
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 208000006011 Stroke Diseases 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 230000004118 muscle contraction Effects 0.000 description 5
- 206010033799 Paralysis Diseases 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 210000001991 scapula Anatomy 0.000 description 4
- 201000000585 muscular atrophy Diseases 0.000 description 3
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 3
- 206010028289 Muscle atrophy Diseases 0.000 description 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 210000001508 eye Anatomy 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 210000003141 lower extremity Anatomy 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000020763 muscle atrophy Effects 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 208000014825 Abnormal muscle tone Diseases 0.000 description 1
- 208000012661 Dyskinesia Diseases 0.000 description 1
- 208000010428 Muscle Weakness Diseases 0.000 description 1
- 206010028372 Muscular weakness Diseases 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 210000002310 elbow joint Anatomy 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 210000002161 motor neuron Anatomy 0.000 description 1
- 210000000653 nervous system Anatomy 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 210000000323 shoulder joint Anatomy 0.000 description 1
- 230000002747 voluntary effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
- A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
- A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
- A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
- A61N1/36003—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation of motor muscles, e.g. for walking assistance
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
- A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
- A61B5/389—Electromyography [EMG]
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
- A61B5/7225—Details of analog processing, e.g. isolation amplifier, gain or sensitivity adjustment, filtering, baseline or drift compensation
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
- A61B5/7235—Details of waveform analysis
- A61B5/725—Details of waveform analysis using specific filters therefor, e.g. Kalman or adaptive filters
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
- A61N1/02—Details
- A61N1/04—Electrodes
- A61N1/0404—Electrodes for external use
- A61N1/0408—Use-related aspects
- A61N1/0452—Specially adapted for transcutaneous muscle stimulation [TMS]
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
- A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
- A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
- A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
- A61N1/36014—External stimulators, e.g. with patch electrodes
- A61N1/3603—Control systems
- A61N1/36031—Control systems using physiological parameters for adjustment
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2505/00—Evaluating, monitoring or diagnosing in the context of a particular type of medical care
- A61B2505/09—Rehabilitation or training
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Public Health (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Physiology (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Pathology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Psychiatry (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physical Education & Sports Medicine (AREA)
- Electrotherapy Devices (AREA)
Abstract
본 발명은 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 뇌졸중 이후 발생되는 편마비 환자의 공동움직임(Synergistic Movement) 패턴에 대한 근전도 신호를 분석하여, 몸쪽(proximal)의 움직임을 감지 및 판별하고 상기 몸쪽에서 먼 말단(distal) 부위에 부착된 자극부의 자극 신호를 제어함으로써 공동움직임 패턴을 상쇄시키거나 역방향으로 신경근을 자극하도록 하여 기능적이고 효율적인 재활 치료가 가능하도록 하는 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 장치 및 그 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 뇌졸중 이후 발생되는 편마비 환자의 공동움직임(Synergistic Movement) 패턴에 대한 근전도 신호를 분석하여, 몸쪽(proximal)의 움직임을 감지 및 판별하고 상기 몸쪽에서 먼 말단(distal) 부위에 부착된 자극부의 자극 신호를 제어함으로써 공동움직임 패턴을 상쇄시키거나 역방향으로 신경근을 자극하도록 하여 기능적이고 효율적인 재활 치료가 가능하도록 하는 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 기능적 전기자극 치료기(Functional Electrical Stimulation, FES)는 신경계 손상으로 인한 마비나 약화된 근육에 근수축을 유발하여 근 위축을 예방하고, 움직임 회복을 유도하기 위한 재활기기이다. 특히, 능동적이고 기능적인 동작수행과 병행 할 경우, 운동 재학습 효과가 높아 임상에서 널리 사용되고 있다.
종래 임상에서 사용되는 기능적 전기자극 치료기는 일정한 빈도와 기간의 통전기와 휴지기가 반복되므로, 다양한 시간과 타이밍이 요구되는 기능적 움직임과 병행하기에 정확히 타이밍을 맞추기 어려운 경우가 많다. 이에 따라 대부분 약화 또는 마비된 손상측 상지의 근위축 예방을 위한 용도로 사용되는 경향이 많다.
임상현장에서는 대부분 전기자극 타이밍에 맞춰 근수축이 수동적으로 자극되고 있으므로, 운동재학습에 의한 근회복 보단, 근위축을 예방하기 위한 용도로만 활용중이다.
한국등록특허 [10-1801042]에서는 근전도와 기능적 전기 자극을 이용한 재활로봇 및 그 제어방법이 개시되어 있다.
한국등록특허 [10-1948115]에서는 웨어러블 장치 및 그것을 포함하는 재활 시스템이 개시되어 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 뇌졸중 이후 발생되는 편마비 환자의 공동움직임(Synergistic Movement) 패턴에 대한 근전도 신호를 분석하여, 몸쪽(proximal)의 움직임을 감지 및 판별하고 상기 몸쪽에서 먼 말단(distal) 부위에 부착된 자극부의 자극 신호를 제어함으로써 공동움직임 패턴을 상쇄시키거나 역방향으로 신경근을 자극하도록 하여 기능적이고 효율적인 재활 치료가 가능하도록 하는 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실 시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 장치는, 사용자의 근전도 신호를 감지하기 위해 상기 사용자에게 부착되는 다수의 감지부(301, 302, 303); 상기 사용자에게 부착되어 전기 자극을 전달하는 부위에 착용되어 전기 자극 신호를 출력하는 다수의 자극부(307, 308, 309); 상기 다수의 감지부로부터 전달받은 근전도 신호를 처리하고 분석하기 위한 제어부(304); 상기 다수의 감지부로부터 수집되는 근전도 신호를 상기 제어부의 제어에 따라 처리 후 시계열적으로 저장하는 저장부(305); 및 상기 제어부의 제어에 따라 상기 다수의 자극부를 제어하는 신호를 생성하기 위한 자극제어신호생성부(306)를 포함한다.
상기 다수의 감지부에서 각 감지부는, 두 개의 입력단자를 통해 플러스 입력 및 마이너스 입력을 전달받아 차동증폭하기 위한 입력앰프(401); 레퍼런스전압 입력단자를 통해 레퍼런스 전압을 입력받는 오른다리 구동회로(402); 상기 입력앰프에서 차동증폭된 신호를 전달받아 고주파를 통과시키고 증폭시기기 위한 고주파필터 및 제1증폭기(403); 상기 고주파필터 및 제1증폭기에서 전달받은 신호에서 특정 주파수 대역 성분만을 제거하기 위한 노치필터(404); 상기 노치필터에서 전달받은 신호에서 특정 주파수 대역만 통과시키기 위한 대역필터(405); 및 상기 대역필터에서 전달받은 신호를 증폭하기 위한 제2증폭기(406)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부(304)는, 상기 각 감지부로부터 전달받은 아날로그의 근전도 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D 컨버터(501); 상기 디지털 신호로 변환된 근전도 신호에 대하여 이동평균 필터링을 수행하기 위한 이동평균필터링부(502); 상기 이동평균 필터링된 신호에 대하여 칼만 필터링을 수행하기 위한 칼만필터링부(503); 이전 칼만 필터링이 수행되어 저장된 값과 현재 칼만 필터링이 수행된 값을 비교하기 위한 비교부(504); 및 상기 비교부에서의 비교 결과에 따라 상기 사용자의 움직임을 판별하여, 움직임 판별 신호를 출력하기 위한 움직임 판별부(505)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 자극제어신호생성부(306)는, 상기 움직임 판별 신호에 따라 해당하는 자극부가 동작하거나 해당하지 않는 자극부가 동작하지 않도록 해당 자극부로 상기 동작제어신호를 전달하고, 상기 동작제어신호는, 해당 사용자에게 맞추어 설정된 자극의 세기를 포함하는 것을 특징으로 한다,
상기 다수의 감지부는, 상지의 굽힘 패턴 및 상지의 폄 패턴을 분석하고자 하는 경우에, 견갑골 및 어깨에 착용되는 것을 특징으로 하고, 상기 다수의 자극부는, 상기 상지를 재활하고자 하는 경우에, 팔꿈치(elbow), 전완(forearm), 손목(wrist), 손가락(finger) 및 엄지손가락(thumb)에 착용되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 방법은, 사용자에게 근전도 신호 측정을 위한 다수의 감지부 및 기능적 전기 자극을 위한 다수의 자극부가 착용되는 착용단계(S810); 기설정 시간동안 사용자의 근전도 신호를 측정하여 해당 사용자의 근전도 신호에 대한 최대값 및 최소값을 설정하는 최대최소값설정단계(S820); 상기 사용자의 근전도 신호를 지속적으로 측정하여 수집하는 수집단계(S830); 상기 수집된 근전도 신호로부터 공동움직임 패턴을 분석하는 신호분석단계(S840); 상기 다수의 감지부로부터 전달받은 근전도 신호로부터 움직임을 판별하여 예측되는 공동움직임 패턴을 상쇄하는 동작제어신호를 상기 다수의 자극부로 전달하는 자극제어신호생성단계(S850); 및 상기 다수의 자극부가 상기 동작제어신호에 따라 자극 신호를 출력하는 자극신호출력단계(S860)를 포함한다.
상기 수집단계(S830)는, 상기 측정한 아날로그의 사용자의 근전도 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그디지털변환단계(S910); 상기 디지털 신호로 변환된 신호에 대하여 이동평균 필터링을 수행하는 이동평균필터링단계(S920); 상기 이동평균 필터링된 신호에 대하여 칼만 필터링을 수행하는 칼만필터링단계(S930); 및 기설정된 시간 간격으로 상기 칼만 필터링된 신호를 저장하는 저장단계(S940)를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 신호분석단계(S840)는, 상기 칼만 필터링된 신호에 대하여 상기 해당 사용자의 근전도 신호에 대한 최대값 및 최소값을 비교하여 근육의 움직임을 판별하는 움직임판별단계(S950)를 포함하는 것 특징으로 한다.
상기 자극제어신호생성단계(S850)는, 상기 움직임판별단계의 판별에 따라 해당하는 자극부가 동작하거나 해당하지 않는 자극부가 동작하지 않도록 해당 자극부로 상기 동작제어신호를 전달하고, 상기 동작제어신호는, 해당 사용자에게 맞추어 설정된 자극의 세기(강도)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다수의 감지부는, 상지의 굽힘 패턴 및 상지의 폄 패턴을 분석하고자 하는 경우에, 견갑골 및 어깨에 착용되는 것을 특징으로 하고, 상기 다수의 자극부는, 상지를 재활하고자 하는 경우에, 팔꿈치(elbow), 전완(forearm), 손목(wrist), 손가락(finger) 및 엄지손가락(thumb)에 착용되는 것을 특징으로 한다.
상기 다수의 자극부에서 출력되는 자극 신호의 세기는, 해당 사용자의 근전도 신호에 대한 최대값 및 최소값 내에서 입력받은 수치로 설정되는 것을 특징으로한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 방법을 구현하기 위한 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체가 제공되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 방법을 구현하기 위해, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 프로그램이 제공되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 장치 및 그 방법에 의하면, 뇌졸중 이후 발생되는 편마비 환자의 공동움직임(Synergistic Movement) 패턴에 대한 근전도 신호를 분석하여, 몸쪽(proximal)의 움직임을 감지 및 판별하고 상기 몸쪽에서 먼 말단(distal) 부위에 부착된 자극부의 자극 신호를 제어함으로써 공동움직임 패턴을 상쇄시키거나 역방향으로 신경근을 자극하도록 하여 기능적이고 효율적인 재활 치료가 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 장치 및 그 방법에 의하면, 전기 자극을 통해 재활 치료가 효율적으로 이루어질 수 있어 뇌졸중 환자의 일상생활참여 시 상지기능개선의 효과를 통한 빠른 가정 및 사회로의 복귀를 도모할 수 있는 효과가 있다.
또, 본 발명의 일 실시예에 따른 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 장치 및 그 방법에 의하면, 환자의 능동적인 근수축이 발생되어야 하므로 적극적이고 자발적인 재활참여 독려가 가능하며 환자의 의지가 반영되어 기능적 전기자극 치료기(FES)의 효과가 더욱 높아질 수 있는 효과가 있다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 장치 및 그 방법에 의하면, 자극제어신호생성부는 기존 임상현장에서 사용되고 있는 기능적 전기자극 치료기와 호환이 가능하며 휴대가 간편하고, 환자의 재활목적에 맞는 기능적 움직임 향상에 효과적인 재활치료 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 일반적인 공동움직임 패턴을 설명하기 위한 표.
도 2a 및 2b는 상지의 굽힘 패턴 및 상지의 폄 패턴을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 장치의 구성도.
도 4는 도 3의 감지부의 일실시예 상세 구성도.
도 5는 도 3의 제어부의 일실시예 상세 구성도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 방법을 설명하기 위한 표.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 방법에서 상지의 근전도 신호 수집부위 및 자극부위를 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 방법의 일실시예 흐름도.
도 9는 도 8의 수집단계 및 신호분석단계의 일실시예 상세 흐름도.
도 2a 및 2b는 상지의 굽힘 패턴 및 상지의 폄 패턴을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 장치의 구성도.
도 4는 도 3의 감지부의 일실시예 상세 구성도.
도 5는 도 3의 제어부의 일실시예 상세 구성도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 방법을 설명하기 위한 표.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 방법에서 상지의 근전도 신호 수집부위 및 자극부위를 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 방법의 일실시예 흐름도.
도 9는 도 8의 수집단계 및 신호분석단계의 일실시예 상세 흐름도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.
본 발명은, 뇌졸중으로 인해 마비나 약화가 발생된 쪽 상지 및 하지의 굽힘 또는 폄 동작시 관여하는 몸쪽 근육의 근전도 신호를 수집하여 같은 팔 먼쪽 부위에 발생되는 공동움직임 패턴을 상쇄시키거나 역방향으로 신경근을 자극하여 기능적인 재활참여를 위한 것이다.
인체의 움직임은 몸쪽(proximal)의 안정성 확보 이후 먼쪽(distal)의 가동성을 통해 발생된다. 예를 들어 빗으로 머리를 빗기 위해서는 체간에서 몸통이 흔들리는 것을 예방하기 위해 안정성을 위한 수축이 만들어지고, 날개뼈가 벌림되며 가동성이 만들어지며 안정성이 제공됨에 따라 어깨관절이 벌어지고 가동성이 만들어진다. 팔꿈 관절이 굽어지고 손이 머리까지 닿기 위해 각 관절은 몸쪽부위의 안정성하에 가동성이 만들어지며 기능적 동작이 나타나게 된다. 의미있는 움직임을 만들어내기 위해 서로 다른 근육들의 선택적이고 조화로운 움직임, 최소한의 에너지를 활용하여 최대한의 효율을 불러일으키는 것을 시너지(synergy)라고 한다.
한편, 뇌졸중으로 인한 근육의 약화나 마비, 근긴장도의 이상으로 발생되는 공동움직임 패턴은 원시적이고 자율적 성질의 것으로 상위운동신경원 손상시 빈번히 발생된다. 근육의 선택적이고 조화로운 움직임이 아닌, 여러 개의 근육이 그룹으로 동시에 작용하며, 팔과 다리에 출현하는 비정상적인 움직임을 말하며, 특히 팔과 다리의 굽힘과 폄시 우세하게 나타나려는 움직임 패턴은 도 1, 도2a 및 도2b를 들어 설명하기로 한다.
도 1은 일반적인 상지의 공동움직임 패턴을 설명하기 위한 표이고, 도 2a 및 2b는 상지의 굽힘 패턴 및 상지의 폄 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 1, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 상지의 굽힘 동작시(A), 견갑골은 수축(Retraction) 및 상승(Elevation)하고, 어깨는 외전(Abduction) 및 외회전(External rotation)을 하게 되고, 그에 따라 팔꿈치는 굽힘(Flexion) 상태, 전안은 뒤침ㅇ회외(Supination) 상태, 손목은 굽힘(Flexion) 상태, 손가락은 굽힘(Flexion) 상태, 엄지는 굽힘(Flexion) 상태 및 내전(Adduction) 상태가 된다.
한편, 상지의 폄 동작시(B), 견갑골은 외전(Abduction)하고, 어깨는 내전(Adduction) 및 내회전(Internal rotation)을 하게 되고, 그에 따라 팔꿈치는 폄 (Extension) 상태, 전안은 엎침ㅇ회내(Pronation) 상태, 손목은 폄 (Extension) 상태가 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 장치의 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 장치는, 다수의 감지부(301, 302, 303), 제어부(304), 저장부(305), 자극제어신호생성부(306), 및 다수의 자극부(307, 380, 309)를 포함한다.
상기 다수의 감지부(301, 302, 303)는 사용자의 근전도 신호를 감지하기 위해 상기 사용자의 몸쪽에 부착된다.
상기 제어부(304)는 상기 다수의 감지부(301, 302, 303)로부터 전달받은 근전도 신호를 처리하고 분석한다. 상기 제어부(304)는 상기 다수의 감지부(301, 302, 303)를 통해 수집된 근전도 신호로부터 근수축 기시타이밍과 강도를 기초로 움직임을 판단한다. 이를 위해 사전에 상기 제어부(304)는 마비측 근부위 근육의 최소 역치 자극값을 설정받을 수 있으며, 역치 자극의 민감도를 제어할 수 있다.
상기 제어부(304)는 마이크로프로세서의 형태를 가질 수 있으며, 입력을 받을 수 있는 입력수단(미도시) 및 사용자 인터페이스를 출력할 수 있는 출력수단(미도시)을 구비할 수 있다.
여기서, 상기 다수의 감지부(301, 302, 303)로부터 전달되는 각각의 신호는 측정된 감지부가 어딘지 구별되도록 하는 신호를 더 포함할 수 있다.
상기 저장부(305)는 상기 다수의 감지부(301, 302, 303)로부터 수집되는 근전도 신호를 상기 제어부(304)의 제어에 따라 처리 후 시계열적으로 저장한다.
한편, 상기 저장부(305)는 상기 제어부(304)와 별도로 구비되는 것으로 도시되었으나, 상기 제어부(304) 내에 구비될 수도 있다.
상기 자극제어신호생성부(306)는 상기 제어부(304)의 제어에 따라 각 자극부(307, 380, 309)를 제어하는 신호를 생성한다. 상기 자극부를 제어하는 신호(동작제어신호)는 상기 각 자극부를 온(on) 또는 오프(off) 하는 신호이다.
상기 자극제어신호생성부(306)는 다수의 자극부(307, 308, 309) 각각을 구별하며, 해당 자극부로 해당되는 제어 신호를 전달한다.
상기 다수의 자극부(307, 380, 309)는 상기 사용자에게 부착되어 전기 자극을 전달하는 부위에 착용되어 전기 자극 신호를 출력한다.
도 4는 도 3의 감지부의 일실시예 상세 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 도 3에 도시된 다수의 감지부(301, 302, 302) 각각은, 입력앰프(401), 오른다리 구동회로(402), 고주파필터 및 제1증폭기(403), 노치필터(404), 대역필터(405), 및 제2증폭기(406)를 포함한다.
상기 입력앰프(401)는 두 개의 입력단자를 통해 플러스 입력(IN+) 및 마이너스 입력(IN-)을 전달받아 차동증폭한다.
상기 오른다리 구동회로(402)는 레퍼런스전압 입력단자(UN_REF)를 통해 레퍼런스 전압을 입력받는다.
상기 고주파필터 및 제1증폭기(403)는 상기 입력앰프(401)에서 차동증폭된 신호를 전달받아 고주파를 통과시키고 증폭시킨다.
상기 노치필터(404)는 상기 고주파필터 및 제1증폭기(403)에서 전달받은 신호에서 특정 주파수 대역 성분만을 제거한다.
상기 대역필터(405)는 상기 노치필터(404)에서 전달받은 신호에서 특정 주파수 대역만 통과시킨다.
상기 제2증폭기(406)는 상기 대역필터(405)에서 전달받은 신호를 증폭하여 최종적으로 출력한다.
도 5는 도 3의 제어부의 일실시예 상세 구성도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제어부(304)는 A/D 컨버터(501), 이동평균필터링부(502), 칼만필터링부(503), 비교부(504), 및 움직임 판별부(505)를 포함한다.
상기 A/D 컨버터(501)는 각 감지부(301, 302, 303)로부터 전달받은 아날로그의 근전도 신호를 디지털 신호로 변환한다.
상기 이동평균필터링부(502)는 상기 디지털 신호로 변환된 근전도 신호에 대하여 이동평균 필터링을 수행한다. 이동평균필터링은 기설정된 개수의 근전도 신호의 평균(이동평균)을 계산하는 것이다.
상기 칼만필터링부(503)는 상기 이동평균 필터링된 신호에 대하여 칼만 필터링을 수행한다.
상기 비교부(504)는 이전 칼만 필터링이 수행되어 저장된 값과 현재 칼만 필터링이 수행된 값을 비교하여 근전도 신호에 변화가 있는지를 감지한다.
상기 움직임 판별부(505)는 상기 비교부에서의 비교 결과에 따라 상기 사용자의 움직임을 판별하여, 움직임 판별 신호를 출력한다.
이에 따라, 상기 자극제어신호생성부(306)는 상기 움직임 판별 신호에 따라 해당하는 자극부가 동작하거나 해당하지 않는 자극부가 동작하지 않도록 해당 자극부로 상기 동작제어신호를 전달한다.
상기 동작제어신호는, 해당 사용자에게 맞추어 설정된 자극의 세기(강도)를 포함한다.
한편, 상기 제어부(304)의 제어에 따라, 미리 해당 사용자의 근전도 신호의 최소값 및 최대값을 측정하여 상기 저장부(305)에 저장하고 있을 수 있다. 따라서, 자극의 강도를 직접 입력받을 수도 있으며, 상기 측정한 근전도 신호의 최소값 및 최대값의 범위 내에서 조정할 수도 있다.
상지의 굽힘 패턴 및 상지의 폄 패턴을 분석하고자 하는 경우에, 상기 다수의 감지부(301, 302, 303)는, 견갑골 및 어깨에 착용되고, 상기 다수의 자극부(307, 308, 309)는, 상기 상지를 재활하고자 하는 경우에, 해당 팔의 팔꿈치(elbow), 전완(forearm), 손목(wrist), 손가락(finger) 및 엄지손가락(thumb)에 착용된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 방법을 설명하기 위한 표이고, 도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 방법에서 상지의 근전도 신호 수집부위 및 자극부위를 설명하기 위한 도면이다.
도 6, 도 7a, 및 7b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어를 위해서,
상지에 대하여 감지부가 부착되는 근전도 신호 수집부위(701)는 견갑골 및 어깨이고, 자극부가 부착되는 자극부위(702)는 팔꿈치, 전안, 손목, 손가락, 및 엄지가 될 수 있다.
본 발명에 따른 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 장치는, 견갑골 및 어깨에서 수집된 근전도 신호를 바탕으로, 팔꿈치, 전안, 손목, 손가락, 및 엄지에서 공동움직임이 발생되지 않도록 하기 위한 동작제어신호를 해당 자극부로 출력한다.
즉, 상지의 굽힘 동작시(A)(601), 견갑골은 수축(Retraction) 및 상승(Elevation)하고, 어깨는 외전(Abduction) 및 외회전(External rotation)을 하게 되고, 그에 따라 팔꿈치는 굽힘(Flexion) 상태, 전안은 뒤침ㅇ회외(Supination) 상태, 손목은 굽힘(Flexion) 상태, 손가락은 굽힘(Flexion) 상태, 엄지는 굽힘(Flexion) 상태 및 내전(Adduction) 상태가 되는데, 팔꿈치, 손목, 손가락 및 엄지로 폄(Extension) 상태가 되도록 하는 제어 신호(603)를 전달하고, 전안으로 엎침ㅇ회내(Pronation) 상태가 되도록 하는 제어 신호(603)를 전달한다.
한편, 상지의 폄 동작시(B)(602), 견갑골은 외전(Abduction)하고, 어깨는 내전(Adduction) 및 내회전(Internal rotation)을 하게 되고, 그에 따라 팔꿈치는 폄 (Extension) 상태, 전안은 엎침ㅇ회내(Pronation) 상태, 손목은 폄(Extension) 상태가 되는데, 팔꿈치 및 손목으로 굽힘(Flexion) 상태가 되도록 하는 제어 신호(604)를 전달하고, 전안으로 뒤침ㅇ회외(Supination) 상태가 되도록 하는 신호(604)를 전달한다.
도 8은 본 발명에 따른 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 방법의 일실시예 흐름도이다.
먼저, 사용자에게 근전도 신호 측정을 위한 다수의 감지부(301, 302, 303) 및 기능적 전기 자극을 위한 다수의 자극부(307, 308, 309)가 착용된다(S810).
상기 다수의 감지부(301, 302, 303)는, 상지의 굽힘 패턴 및 상지의 폄 패턴을 분석하고자 하는 경우에, 견갑골 및 어깨에 착용되고, 상기 다수의 자극부(307, 308, 309)는, 상지를 재활하고자 하는 경우에, 팔꿈치(elbow), 전완(forearm), 손목(wrist), 손가락(finger) 및 엄지손가락(thumb)에 착용된다.
이후, 기설정 시간동안 사용자의 근전도 신호를 측정하여 해당 사용자의 근전도 신호에 대한 최대값 및 최소값을 설정한다.(S820).
상기 최소값은 안정시의 근전도값이고, 상기 최대값은 최대 수축시의 근전도 값이며, 그 사이 범위를 100%로 하여, 10% 마다 나뉘는 값들 중 최소 역치로 설정할 값을 입력받아, 사용자의 근수축 값이 최소값 내지 설정값 사이인 경우에 자극부를 동작시키도록 할 수 있다.
이후, 상기 사용자의 근전도 신호를 지속적으로 측정하여 수집한다(S830).
이후, 상기 수집된 근전도 신호로부터 공동움직임 패턴을 분석한다(S840).
이후, 상기 다수의 감지부로부터 전달받은 근전도 신호로부터 움직임을 판별하여 예측되는 공동움직임 패턴을 상쇄하는 동작제어신호를 상기 다수의 자극부(307, 308, 309)로 전달한다(S850).
상기 자극제어신호생성단계(S850)는, 움직임 판별에 따라 해당하는 자극부가 동작하거나 해당하지 않는 자극부가 동작하지 않도록 해당 자극부로 상기 동작제어신호를 전달한다.
상기 동작제어신호는, 해당 사용자에게 맞추어 설정된 자극의 세기(강도)를 포함한다.
이후, 상기 다수의 자극부(307, 308, 309)가 상기 동작제어신호에 따라 자극 신호를 출력한다(S860).
상기 다수의 자극부(307, 308, 309)에서 출력되는 자극 신호의 세기는, 해당 사용자의 근전도 신호에 대한 최대값 및 최소값 내에서 입력받은 수치로 설정될 수도 있다.
도 9는 도 8의 수집단계 및 신호분석단계의 일실시예 상세 흐름도이다.
상기 수집단계(S830)는, 먼저, 상기 측정한 아날로그의 사용자의 근전도 신호를 디지털 신호로 변환한다(S910).
이후, 상기 디지털 신호로 변환된 신호에 대하여 이동평균 필터링을 수행한다(S920).
이후, 상기 이동평균 필터링된 신호에 대하여 칼만 필터링을 수행한다(S930).
이후, 기설정된 시간 간격으로 상기 칼만 필터링된 신호를 저장한다(S940).
이후, 상기 신호분석단계(S840)는, 상기 칼만 필터링된 신호에 대하여 상기 해당 사용자의 근전도 신호에 대한 최대값 및 최소값을 비교하여 근육의 움직임을 판별한다(S950).
본 발명의 일실시예에서는 상지의 굽힘 패턴 및 상지의 폄 패턴을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 하지 및 다른 부분의 공동움직임 패턴을 적용하는 것 역시 가능하다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 따른 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 방법에 대하여 설명하였지만, 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 방법을 구현하기 위한 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체 및 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 방법을 구현하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 프로그램 역시 구현 가능함은 물론이다.
즉, 상술한 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 방법은 이를 구현하기 위한 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현됨으로써, 컴퓨터를 통해 판독될 수 있는 기록매체에 포함되어 제공될 수도 있음을 당업자들이 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 다시 말해, 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리, USB 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
301: 제1 감지부
302: 제2 감지부
303: 제3 감지부 304: 제어부
305: 저장부 306: 자극제어신호 생성부
307: 제1 자극부 308: 제2 자극부
309: 제3 자극부
401: 입력앰프 402: 오른다리 구동회로
403: 고주파필터 및 제1증폭기 404: 노치필터
405: 대역필터 406: 제2증폭기
501: A/D 컨버터 502: 이동평균필터링부
503: 칼만필터링부 504: 비교부
505: 움직임 판별부
S810: 착용단계
S820: 최대최소값설정단계
S830: 수집단계
S840: 신호분석단계
S850: 자극제어신호생성단계
S860: 자극신호출력단계
303: 제3 감지부 304: 제어부
305: 저장부 306: 자극제어신호 생성부
307: 제1 자극부 308: 제2 자극부
309: 제3 자극부
401: 입력앰프 402: 오른다리 구동회로
403: 고주파필터 및 제1증폭기 404: 노치필터
405: 대역필터 406: 제2증폭기
501: A/D 컨버터 502: 이동평균필터링부
503: 칼만필터링부 504: 비교부
505: 움직임 판별부
S810: 착용단계
S820: 최대최소값설정단계
S830: 수집단계
S840: 신호분석단계
S850: 자극제어신호생성단계
S860: 자극신호출력단계
Claims (10)
- 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 장치에 있어서,
사용자의 근전도 신호를 감지하기 위해 상기 사용자에게 부착되는 다수의 감지부(301, 302, 303);
상기 사용자에게 부착되어 전기 자극을 전달하는 부위에 착용되어 전기 자극 신호를 출력하는 다수의 자극부(307, 308, 309);
상기 다수의 감지부로부터 전달받은 근전도 신호를 처리하고 분석하기 위한 제어부(304);
상기 다수의 감지부로부터 수집되는 근전도 신호를 상기 제어부의 제어에 따라 처리 후 시계열적으로 저장하는 저장부(305); 및
상기 제어부의 제어에 따라 상기 다수의 자극부를 제어하는 신호를 생성하기 위한 자극제어신호생성부(306)
를 포함하는 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 다수의 감지부에서 각 감지부는,
두 개의 입력단자를 통해 플러스 입력 및 마이너스 입력을 전달받아 차동증폭하기 위한 입력앰프(401);
레퍼런스전압 입력단자를 통해 레퍼런스 전압을 입력받는 오른다리 구동회로(402);
상기 입력앰프에서 차동증폭된 신호를 전달받아 고주파를 통과시키고 증폭시기기 위한 고주파필터 및 제1증폭기(403);
상기 고주파필터 및 제1증폭기에서 전달받은 신호에서 특정 주파수 대역 성분만을 제거하기 위한 노치필터(404);
상기 노치필터에서 전달받은 신호에서 특정 주파수 대역만 통과시키기 위한 대역필터(405); 및
상기 대역필터에서 전달받은 신호를 증폭하기 위한 제2증폭기(406)
를 포함하는 것을 특징으로 하는 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제어부(304)는,
상기 각 감지부로부터 전달받은 아날로그의 근전도 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D 컨버터(501);
상기 디지털 신호로 변환된 근전도 신호에 대하여 이동평균 필터링을 수행하기 위한 이동평균필터링부(502);
상기 이동평균 필터링된 신호에 대하여 칼만 필터링을 수행하기 위한 칼만필터링부(503);
이전 칼만 필터링이 수행되어 저장된 값과 현재 칼만 필터링이 수행된 값을 비교하기 위한 비교부(504); 및
상기 비교부에서의 비교 결과에 따라 상기 사용자의 움직임을 판별하여, 움직임 판별 신호를 출력하기 위한 움직임 판별부(505)
를 포함하는 것을 특징으로 하는 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 장치.
- 제3항에 있어서,
상기 자극제어신호생성부(306)는,
상기 움직임 판별 신호에 따라 해당하는 자극부가 동작하거나 해당하지 않는 자극부가 동작하지 않도록 해당 자극부로 상기 동작제어신호를 전달하고,
상기 동작제어신호는,
해당 사용자에게 맞추어 설정된 자극의 세기를 포함하는 것을 특징으로 하는 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 다수의 감지부는,
상지의 굽힘 패턴 및 상지의 폄 패턴을 분석하고자 하는 경우에, 견갑골 및 어깨에 착용되는 것을 특징으로 하고,
상기 다수의 자극부는,
상기 상지를 재활하고자 하는 경우에, 팔꿈치(elbow), 전완(forearm), 손목(wrist), 손가락(finger) 및 엄지손가락(thumb)에 착용되는 것을 특징으로 하는 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 장치.
- 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 방법에 있어서,
사용자에게 근전도 신호 측정을 위한 다수의 감지부 및 기능적 전기 자극을 위한 다수의 자극부가 착용되는 착용단계(S810);
기설정 시간동안 사용자의 근전도 신호를 측정하여 해당 사용자의 근전도 신호에 대한 최대값 및 최소값을 설정하는 최대최소값설정단계(S820);
상기 사용자의 근전도 신호를 지속적으로 측정하여 수집하는 수집단계(S830);
상기 수집된 근전도 신호로부터 공동움직임 패턴을 분석하는 신호분석단계(S840);
상기 다수의 감지부로부터 전달받은 근전도 신호로부터 움직임을 판별하여 예측되는 공동움직임 패턴을 상쇄하는 동작제어신호를 상기 다수의 자극부로 전달하는 자극제어신호생성단계(S850); 및
상기 다수의 자극부가 상기 동작제어신호에 따라 자극 신호를 출력하는 자극신호출력단계(S860)
를 포함하는 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 방법.
- 제6항에 있어서,
상기 수집단계(S830)는,
상기 측정한 아날로그의 사용자의 근전도 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그디지털변환단계(S910);
상기 디지털 신호로 변환된 신호에 대하여 이동평균 필터링을 수행하는 이동평균필터링단계(S920);
상기 이동평균 필터링된 신호에 대하여 칼만 필터링을 수행하는 칼만필터링단계(S930); 및
기설정된 시간 간격으로 상기 칼만 필터링된 신호를 저장하는 저장단계(S940);
를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 신호분석단계(S840)는,
상기 칼만 필터링된 신호에 대하여 상기 해당 사용자의 근전도 신호에 대한 최대값 및 최소값을 비교하여 근육의 움직임을 판별하는 움직임판별단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 자극제어신호생성단계(S850)는,
상기 움직임판별단계의 판별에 따라 해당하는 자극부가 동작하거나 해당하지 않는 자극부가 동작하지 않도록 해당 자극부로 상기 동작제어신호를 전달하는 것을 특징으로 하고,
상기 동작제어신호는,
해당 사용자에게 맞추어 설정된 자극의 세기(강도)를 포함하는 것을 특징으로 하는 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 방법.
- 제6항에 있어서,
상기 다수의 감지부는,
상지의 굽힘 패턴 및 상지의 폄 패턴을 분석하고자 하는 경우에, 견갑골 및 어깨에 착용되는 것을 특징으로 하고,
상기 다수의 자극부는,
상지를 재활하고자 하는 경우에, 팔꿈치(elbow), 전완(forearm), 손목(wrist), 손가락(finger) 및 엄지손가락(thumb)에 착용되는 것을 특징으로 하는 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 방법.
- 제 6항에 있어서,
상기 다수의 자극부에서 출력되는 자극 신호의 세기는,
해당 사용자의 근전도 신호에 대한 최대값 및 최소값 내에서 입력받은 수치로 설정되는 것을 특징으로 하는 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210191738A KR20230101549A (ko) | 2021-12-29 | 2021-12-29 | 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 장치 및 그 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210191738A KR20230101549A (ko) | 2021-12-29 | 2021-12-29 | 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 장치 및 그 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230101549A true KR20230101549A (ko) | 2023-07-06 |
Family
ID=87185421
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210191738A KR20230101549A (ko) | 2021-12-29 | 2021-12-29 | 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 장치 및 그 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230101549A (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101801042B1 (ko) | 2016-06-02 | 2017-11-27 | 한국과학기술연구원 | 근전도와 기능적 전기 자극을 이용한 재활로봇 및 그 제어방법 |
| KR101948115B1 (ko) | 2017-03-28 | 2019-02-14 | 주식회사 엑소시스템즈 | 웨어러블 장치 및 그것을 포함하는 재활 시스템 |
-
2021
- 2021-12-29 KR KR1020210191738A patent/KR20230101549A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101801042B1 (ko) | 2016-06-02 | 2017-11-27 | 한국과학기술연구원 | 근전도와 기능적 전기 자극을 이용한 재활로봇 및 그 제어방법 |
| KR101948115B1 (ko) | 2017-03-28 | 2019-02-14 | 주식회사 엑소시스템즈 | 웨어러블 장치 및 그것을 포함하는 재활 시스템 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang et al. | Surface EMG signal amplification and filtering | |
| Sennels et al. | Functional neuromuscular stimulation controlled by surface electromyographic signals produced by volitional activation of the same muscle: adaptive removal of the muscle response from the recorded EMG-signal | |
| CN104799854B (zh) | 一种表面肌电采集装置及其肌电信号处理方法 | |
| Liu et al. | A novel myoelectric pattern recognition strategy for hand function restoration after incomplete cervical spinal cord injury | |
| Lee et al. | Subject-specific myoelectric pattern classification of functional hand movements for stroke survivors | |
| Zhou et al. | sEMG bias-driven functional electrical stimulation system for upper-limb stroke rehabilitation | |
| Kanitz et al. | Classification of transient myoelectric signals for the control of multi-grasp hand prostheses | |
| US20120239112A1 (en) | Electrostimulator capable of outputting stable electric stimulus | |
| WO2013029196A1 (zh) | 回馈控制的穿戴式上肢电刺激装置 | |
| Mastinu et al. | Analog front-ends comparison in the way of a portable, low-power and low-cost EMG controller based on pattern recognition | |
| JP2010207268A (ja) | 治療用生体磁気刺激方法及び装置 | |
| CN103691059A (zh) | 基于角度信息与肌电信号反馈控制的电刺激康复装置及方法 | |
| CN103300853B (zh) | 一种基于表面肌电的诊疗系统 | |
| Qiu et al. | A stimulus artifact removal technique for SEMG signal processing during functional electrical stimulation | |
| Ahmed et al. | Prosthetic arm control using electromyography (EMG) signal | |
| CN111053971A (zh) | 控制电刺激治疗仪输出强度的方法及电刺激治疗仪 | |
| Veer et al. | Processing and interpretation of surface electromyogram signal to design prosthetic device | |
| Zhou et al. | A data-driven volitional EMG extraction algorithm during functional electrical stimulation with time variant parameters | |
| KR20210098256A (ko) | 근전도 신호 피드백을 활용한 신경근 자극 장치 및 방법 | |
| JP5893367B2 (ja) | 磁気刺激リハビリテーション装置 | |
| KR20230101549A (ko) | 공동움직임 패턴의 근전도 신호를 이용한 기능적 전기 자극 제어 장치 및 그 방법 | |
| Jali et al. | Features extraction of EMG signal using time domain analysis for arm rehabilitation device | |
| Muraoka et al. | Specifications of an electromyogram-driven neuromuscular stimulator for upper limb functional recovery | |
| TW201316949A (zh) | 即時自主肌力與電刺激誘發肌力量測電路 | |
| TW201309358A (zh) | 回饋控制之穿戴式上肢電刺激裝置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |