KR20230120522A - 전기적 근육 자극 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기적 근육 자극 시스템에 관한 것으로서, 신축성 재질로 이루어져 사용자가 착용하는 의복 및 사용자의 근육세포를 자극시키는 전극 패드가 구비되어, 신체 복수의 근육 부위에 대응하게 상기 의복에 마련된 전기적 근육 자극 모듈을 포함하여, 사용자가 쉽게 착용 및 세팅(준비)을 할 수 있게 되어 편의성이 향상되고, 근육훈련 등을 통해 근력 강화 통증 완화 등을 제공하고, 지방분해, 항염증, 조직을 재생시킬 수 있으며, 근전도 측정 신뢰성과 활동 또는 운동 중에도 쉽게 근전도 측정할 수 있게 되어 사용성이 향상되는 효과가 있다.
Description
본 발명은 전기적으로 근육을 자극하여 주는 전기적 근육 자극 시스템에 관한 것이다.
사람의 몸은 600여 개의 근육으로 이뤄져 있고, 이러한 근육은 몸무게의 절반을 차지할 정도인데 노화가 진행되면서 근육을 구성하는 근섬유의 수가 줄어드는 것이 일반적이다.
근육은 ‘에너지 저장소’ 역할을 하고, 인체의 에너지원인 포도당이 글리코겐으로 합성되면 근육에 저장된다. 이러한, 근육은 30대부터 근육량이 줄어들기 시작해 70대가 되면 원래의 절반 수준이 되는데, 이러한 증상을 근감소증이라고 부른다.
근감소증은 그리스어로 사코(Sarco)는 근육, 페니아(Penia)는 부족 또는 감소를 뜻하는 것으로 사코페니아(SarcoPenia)라고 불리운다. 종래에는 근감소증을 노화의 한 과정으로 근육량과 근력이 정상보다 떨어지는 것이 자연스러운 것으로 여겨졌었다.
이러한 근감소증은 노화에 따라 근육량이 줄어들고 근육 기능이 저하된다. 근육이 부족하면 자주 넘어지게 되고 골절 위험이 커진다. 특히 골다공증으로 뼈가 이미 약해져 있는 상태의 노인은 충격이 더 심해질 수 있다.
또한, 근감소증에 의해 근육이 줄어들면 에너지 비축 능력이 떨어져 쉽게 피로해지고 어지러움을 느끼며, 기초 대사량이 감소해 살이 쉽게 찌기도 한다.
심한 근감소증의 경우에는 1초에 1ｍ도 못 갈 정도로 걸음 속도가 느려지고, 앉았다 일어날 때 유독 힘들어 할 수 있으며, 근감소증으로 인해 하체 근육량이 감소하면 낙상 위험이 커지고, 낙상사고 시에 골절, 뇌출혈로까지 이어질 수 있는 문제가 있었다.
또한, 당뇨 환자가 근감소증에 걸리면 혈당의 변동 폭이 커지고 혈당 조절이 어려워질 수 있고, 기도와 식도 역시 근육으로 이루어져 있기 때문에 근감소증이 진행되면 소화나 호흡에도 문제가 있을 수 있다.
이에 따라, 최근에는 각국에서 근감소증을 공식적인 질병으로 등록하고 있다. 근손실이 악화되면 질병이 될 수도 있기 때문에 미국은 2016년 근감소증에 질병코드(M63.84)를 부여했고, 일본도 2018년 근감소증을 질병 목록에 추가했으며, 한국 역시 표준질병사인분류(KCD) 8차 개정안에 따라 근감소증을 포함시켰다.
한편, 근감소증의 완화를 위하여 가벼운 운동 즉, 걷기 등의 유산소 운동과 더불어 팔굽혀 펴기, 스쿼트 등의 근력 운동과 병행하여 유연성과 코어 근육을 향상시킬 수 있는 운동들이 도움되는 것으로 연구되고 있으며, 웨어러블 등의 근전도 측정 장치들을 이용하여 근전도를 측정하는 기술들도 활발하게 연구되고 있다.
이러한 근전도 측정 방식에는 일회용 젤 센서 패드를 이용하여 측정하는 방식이 일반적인데, 이러한 젤 센서 패드는 사용 및 착용의 어려움과 세팅(준비)하는데 많은 시간이 소요되고, 측정 절차의 신뢰성 문제가 있으며 특히 격렬한 활동 또는 운동 중에 근전도 측정을 할 수 없었던 문제가 있었다.
본 발명은 전기적 근육 자극 시스템에 관한 것으로서, 사용자가 쉽게 착용 및 세팅(준비)을 할 수 있고, 근육훈련 등을 통해 근력 강화 통증 완화 등을 제공하면서 근전도 측정 신뢰성과 활동 또는 운동 중에 근전도기록장치)할 수 있는 전기적 근육 자극 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명은 전기적 근육 자극 시스템에 관한 것으로서, 신축성 재질로 이루어져 사용자가 착용하는 의복 및 사용자의 근육세포를 자극시키는 전극 패드가 구비되어, 신체 복수의 근육 부위에 대응하게 상기 의복에 마련된 전기적 근육 자극 모듈을 포함한다.
또한, 사용자의 체형에 따른 근육의 위치에 맞게 상기 의복을 신축시켜 근육을 지지시키는 의복 신축 조절모듈을 포함하고, 상기 의복 신축 조절모듈은, 상기 의복보다 탄성력이 높은 재질로 인체의 근육을 지지하도록 상기 의복에 구비되는 테이핑과, 상기 스트랩과 연결된 스트랩을 감거나 풀어서 상기 테이핑의 길이를 조절하여 상기 의복을 신축시키는 조절노브를 포함할 수 있다.
또한, 상기 의복에 구비되어 사용자의 신체 정보를 수집하는 체성분 측정모듈;를 포함하고, 상기 전기적 근육 자극 모듈은, 상기 체성분 측정모듈에서 수집된 데이터값을 전송받아 미리 저장된 데이터와 비교하여 사용자의 근육세포에 전기적인 신호를 선택적으로 제공하도록 상기 전극 패드를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 체성분 측정모듈(BIA)로부터 데이터를 각각 전송하여, 성별, 연령, 체중, 신장, 인종의 파라미터로 분류한 데이터를 기계학습 이후 상호 비교하여 체성분측정모델 알고리즘을 생성하는 알고리즘생성부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 분류된 파라미터 값을 휴대 단말기로 전송하고, 상기 휴대 단말기에서 전송받은 파라미터 값과 기 설정된 파라미터 값을 비교한 결과값을 전송 받아 상기 전극 패드를 작동시킬 수 있다.
또한, 상기 의복 및/또는 상기 전기적 근육 자극 모듈에 마련되어 피하지방 두께를 검출하는 피하지방 측정 모듈을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 전기적 근육 자극 장치 시스템에 따르면, 다음과 같은 효과를 나타낼 수 있다.
첫째로, 본 발명의 전기적 근육 자극 시스템에 따르면, 사용자가 쉽게 착용 및 세팅(준비)을 할 수 있게 되어 편의성이 향상되는 효과가 있다.
둘째로, 본 발명의 전기적 근육 자극 시스템에 따르면, 근육훈련 등을 통해 근력 강화 통증 완화 등을 제공하고, 지방분해, 항염증, 근육조직을 재생시킬 수 있는 효과가 있다.
셋째로, 본 발명의 전기적 근육 자극 시스템에 따르면, 근전도 측정 신뢰성과 활동 또는 운동 중에도 쉽게 근전도를 측정할 수 있게 되어 범용성이 향상되는 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 전기적 근육 자극 시스템을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 전기적 근육 자극 장치의 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 전기적 근육 자극 장치의 시스템을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 전기적 근육 자극 장치의 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 전기적 근육 자극 장치의 시스템을 나타내는 순서도이다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 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.
도 1은 본 발명의 전기적 근육 자극 시스템을 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 전기적 근육 자극 장치의 시스템을 나타내는 블록도이며, 도 3은 본 발명의 전기적 근육 자극 장치의 시스템을 나타내는 순서도이다.
이하에서는 도면을 참고하여 본 발명의 전기적 근육 자극 시스템에 대하여 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 전기적 근육 자극 시스템에 대하여 설명하면, 전기적 근육 자극 시스템은 사용자가 착용하는 의복(10)과, 사용자 인체의 근육을 중주파로 자극시키는 전기적 근육 자극 모듈(20, 110)과, 사용자의 신체 사이즈에 따라 의복(10)의 크기를 조절할 수 있는 의복 신축 조절모듈(30)과, 사용자의 체성분 정보를 측정하는 체성분 측정모듈(40)이 구비될 수 있다.
인체는 근육의 움직임에 따라 골격근에서 미세 전류(Small Electric Current) 및 전류의 변화가 발생하며, 그 전류를 측정하여 근전도를 측정할 수 있다. 이러한 전류를 측정하기 위하여 의복(10)에 전기적 근육 자극 모듈(20)이 구비될 수 있다.
의복(10)은 사용자가 착용할 수 있는 것으로 상의와 하의 또는 상하의가 일체로 마련된 원피스 등에 구비될 수 있다.
의복(10)은 신축성 재질로 이루어져 사용자의 신체에 타이트하게 밀착할 수 있게 되어 전기적 근육 자극 모듈(20)을 신체에 밀착시킬 수 있다.
전기적 근육 자극 모듈(20)은 생고무(Raw Rubber; Methyl Vinyl Silicone Rubber) 또는 화이트 카본 블랙(White carbon black silicon dioxide, SiO2) 중 어느 하나 이상의 재질로 이루어질 수 있다.
전기적 근육 자극 모듈(20)은 상기한 재질로 한정되는 것은 아니하고 당업자의 편의에 따라 다양한 재질로 구비될 수 있다.
전기적 근육 자극 모듈(20)은 의복(10)에 수개가 마련되어 사용자의 근육에 각각 중주파 전류를 제공할 수 있으며, 특히, 전기적 근육 자극 모듈(20)은 근육의 위치에 대응하여 구비되는 것이 바람직할 것이다.
전기적 근육 자극 모듈(20)은 근전도 측정부, 근육 자극 패드가 구비된 바디부를 포함하여, 의복(10)에 고정될 수 있다. 바디부는 의복(10)에 탈착 가능하게 고정될 수 있다.
전기적 근육 자극 모듈(20)은 FES(Functional Electrical Stimulation), EMS(Electrical Muscle Stimulation) 및 TENS(Transcutaneous electrical nerve stimulation)를 이용한 전기 자극 방법을 이용하여 사용자에게 전기 자극을 제공하는 것으로 적어도 하나의 근육 자극 패드가 구비되어 근육 자극 패드를 이용하여 사용자에게 전기 자극을 제공할 수 있다.
전기적 근육 자극 모듈(20)은 근전도 측정부 또는 체성분 측정모듈(BIA; BIOIMPEDANCE ANALYSIS)(40)을 통하여 생체전기저항 분석 정보를 획득할 수 있다.
그러나, 바람직하게는 체성분 측정모듈(40)은 전기적 근육 자극 모듈(20)에 구비되지 아니하고, 의복(10)에 따로 구비되어 사용자의 신체 정보를 획득할 수 있는 것으로 상세한 설명은 후술하기로 한다.
전기적 근육 자극 모듈(20)은 의복(10)에 수개가 근육에 대응하게 마련되어 각각 작동되며, 기 설정된 복수의 전극 자극 파형 즉, 근육 자극 패드가 작동되어 중주파를 근육에 제공할 수 있다.
전기적 근육 자극 모듈(20)은 사용자의 신체 정보를 획득하는 근전도 측정부의 작동으로 사용자 신체 정보의 임피던스 값을 얻을 수 있다. 이로 인하여 근전도 측정부에서 얻은 값으로 근육 자극 패드에서 사용자의 임피던스 값에 맞게 중주파를 제공할 수 있다.
여기서 신체 정보는, 전기적 근육 자극 모듈(20)이 밀착된 사용자의 신체 부위에 대한 정보로, 같은 사용자라 하더라도 전기적 근육 자극 모듈(20)의 부착 위치에 따라 다른 임피던스 값이 확인된다면 그에 따른 신체 정보를 획득할 수 있다.
한편, 전기적 근육 자극 모듈(20)은 사용자의 임피던스 값을 측정하기 위한 센서를 더 포함할 수 있다. 전기적 근육 자극 모듈(20)은 사용자의 심전도, 호흡, 맥박 등을 측정하기 위한 심전도 측정 센서, 호흡 측정 센서 및 맥박 측정할 수 있는 센서일 수 있다.
전기적 근육 자극 모듈(20)은 사용자의 자세 또는 움직임을 추정하기 위한 무게 감지 센서, 자이로 센서, 가속도 센서, 굽힘 센서 및 충격 감지 센서 중 적어도 하나의 센서가 마련될 수 있다.
전기적 근육 자극 모듈(20)은 수개의 센서를 보유할 수 있고, 이러한 센서들을 이용하여 사용자의 임피던스 값을 측정하고, 사용자의 자세 또는 움직임을 추정할 수 있다.
근전도 측정부는 인체의 근육 부분 각각에 2개(+전극과 -전극)를 배치하고, 전압 측정을 위한 신호 그라운드부를 배치한다.
근전도 측정부는 신호 그라운드를 기준으로 하는 +전극과 -전극 각각의 전압의 차이를 증폭하는 방법으로 수행된다. 따라서 +전극과 -전극이 하나의 쌍으로 측정 대상이 되는 근육에 부착될 수 있을 정도로 밀착되어야 한다.
근전도 측정부는 다른 실시예에 의하면, 전기적 근육 자극 모듈(20)에 구비되지 아니하고 웨어러블을 이용하여 근전도를 측정할 수 있는 것으로 본 발명과 같이 전기적 근육 자극 모듈(20)에 구비되는 것에 한정되지는 아니할 것이다. 근전도 측정부는 수집된 근전도 데이터를 휴대 단말기로 유무선통신을 통해 전송할 수 있다.
후술하는 제어부는 근전도 측정부에서 전송받은 임피던스 값과 기 설정된 임피던스 값을 비교하여 사용자의 신체 정보에 대응하는 전기 자극 파형을 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 제어부는 사용자의 신체 정보를 기반으로 사용자의 신체 정보에 대응하는 주파수를 결정하고, 결정된 주파수에 대응하여 전기 자극 파형을 결정하여 근육 자극 패드를 작동시킬 수 있다.
근육 자극 패드는 근전도 측정부에서 측정된 임피던스 값에 대응하는 값을 제어부로부터 전송받아 전기 자극 파형에 부합하는 전기 자극을 사용자 신체의 근육에 제공할 수 있다.
근육 자극 패드는 사용자의 신체에 전기 자극을 인가하기 위한 하나 이상의 전극을 포함할 수 있다. 여기서, 전극은 양극, 음극, 전선 및 양극과 음극을 분리하기 위한 절연체로 형성될 수 있다.
근육 자극 패드는 사용자의 신체에 밀착될 수 있는 여러 형상을 가질 수 있다. 일 실시예에 의한 근육 자극 패드는 사용자의 등, 허벅지 등과 같이 큰 근육 부위에 위치할 경우 플레이트 형상으로 넓은 판과 같이 구비될 수 있고, 사용자의 손이나 발에 위치할 경우 신발이나 장갑의 형상 등 작게 구비될 수 있다.
근육 자극 패드는 중주파의 전류를 2,000hz ~ 6,000hz로 사용하여 심부 근육에 전기 자극을 전달시켜 근육의 수축과 이완 유도 및 근섬유 조직을 직접적으로 자극시킬 수 있다.
한편, 저주파의 경우는 1Hz ~ 1,000Hz를 사용하기 때문에, 전기 자극이 피부표면에만 전기 자극이 전달되고 근육에는 전달되지 아니하여 본 발명과 같은 효과를 기대할 수 없기 때문에 중주파를 이용하는 것이 바람직할 것이다. 한편 고주파의 경우는 사용자에게 통증을 유발할 수 있기 때문에 바람직하지 아니할 것이다.
본 발명과 같은 근육 자극 패드의 경우 중주파 2,000Hz ~ 6,000Hz 영역을 사용하여, 근육세포를 활성화하고 근육세포에 생리적 자극을 통해 근수축을 유도하고 세포성장과 운동에 긍정적 영향을 주게 되면서 피부저항이 낮아 전류 통전 시 통증이나 불쾌감이 발현되지 아니한다.
또한, 전기적 근육 자극 모듈(20)은 간섭파 또는 간섭전류라고 하는 중주파 전류를 진폭 변조시켜 근육을 이완강화 훈련을 시키고, 신경근 자극치료를 위해 사용되어질 수 있다.
따라서, 본 발명의 전기적 근육 자극 모듈(20)은 통증완화와 근력강화 및 근육훈련, 지방분해, 항염증, 조직재생에 효과를 나타낼 수 있다.
전기적 근육 자극 모듈(20)은 근전도 측정부에서 측정한 사용자의 임피던스 값을 휴대 단말기로 전송할 수 있다.
의복 신축 조절모듈(30)은 사용자의 체형에 따른 근육의 위치에 맞게 의복(10)을 신축시켜 근육을 지지시킬 수 있다. 의복 신축 조절모듈(30)은 의복(10)보다 탄성력이 높은 재질로 인체의 근육을 지지하도록 의복(10)에 구비되는 테이핑과 테이핑에 연결된 스트랩을 감거나 풀어서 테이핑의 길이를 조절하여 의복(10)을 신축시키는 조절노브를 포함할 수 있다.
의복 신축 조절모듈(30)은 신체에 밀착하도록 다이얼식 조절기 적용할 수 있다. 예컨대, 사용자는 신체 사이즈의 변화로 인해 신체 부위에 밀착된 상태로 착용하지 못하는 기존 제품의 문제를 해소할 수 있다.
의복 신축 조절모듈(30)은 다이얼식 조절기를 통해 사용자의 신체사이즈에 맞추어 의복(10)이 신체에 밀착시킬 수 있게 되어 편리성이 향상되는 효과가 있다.
의복 신축 조절모듈(30)은 근육 자극 패드가 신체에 잘 밀착할 수 있게 되어 신체 정보의 획득시 정확성의 향상과 안전하게 미세 전류 자극을 제공받을 수 있기 때문에 운동효과가 더욱 향상되는 효과가 있다.
테이핑은 의복보다 탄성력이 높은 재질로 인체의 근육을 지지하도록 의복에 구비될 수 있다. 스트랩은 와이어로 구비되어, 테이핑과 조절노브를 연결시킬 수 있다.
조절노브는 테이핑과 연결된 스트랩을 감거나 풀어서 테이핑의 길이를 조절하여 의복(10)을 타이트(tight) 또는 루즈(loose)하게 할 수 있다. 조절노브는 다이얼식 조절기로 구비되어 스트랩을 돌려서 감거나 해제시킬 수 있다.
일 실시예에 의하면, 의복 신축 조절모듈(30)은 다이얼식 조절노브를 통해 사용자의 신체사이즈에 맞추어 신체에 밀착하도록 하며 편리하면서 안전하게 미세전류자극을 제공받을 수 있도록 한다.
체성분 측정모듈(40)은 의복(10)에 구비되어 사용자의 신체 정보를 수집할 수 있다. 체성분 측정모듈(40)은 전기적 근육 자극 모듈(20)에 구비될 수 있으나, 바람직하게는 전기적 근육 자극 모듈(20)에 간섭되지 않게 마련되어 사용자의 체성분을 측정한다.
체성분 측정모듈(40)은 복수의 체성분 측정 데이터들 즉 신장, 체중, 체지방량, 근육량 또는 내장지방과 같이 다양한 측정값들을 포함할 수 있다. 이러한 다양한 측정값들이 미리 정해진 순서로 제어부로 전송할 수 있다.
체성분 측정모듈(40)은 피검자가 측정하고자 하는 신체 측정 부위의 체지방 양에 따른 체저항의 크기를 검출할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 체성분 측정모듈(40)은 신체 측정 부위에 접촉된 두 개의 전극을 통해 상기 신체 측정 부위를 통과할 교류 전류를 인가하고, 상기 신체 측정 부위에 접촉된 또 다른 두 개의 전극을 통해 상기 교류 전류가 상기 신체 측정 부위 통과 시의 교류 전압을 측정할 수 있다.
여기서 체성분 측정모듈(40)에서 측정된 체성분 측정의 BIA(bioimpedance analysis; 생체전기저항 분석) 수식 딥러닝 알고리즘은, 두뇌의 뉴런의 동작에서 착안하여 만들어진 기계 학습 모델로서, 신경망은 다수의 노드로 이루어진 레이어로 구성될 수 있다.
또, 수식 딥러닝 알고리즘은 하나의 레이어의 노드 들은 인접한 레이어의 노드들과 완전 연결(fully connected) 되어 있고, 각 노드는 입력 또는 다른 레이어의 노드로부터 입력값과 각 연결선의 파라미터를 특정한 함수를 통하여 변환하여 출력 값으로 도출할 수 있다.
체성분 측정 모델 알고리즘을 구현하기 위한 기계학습법은 선형회귀분석 (linear regression model)이나, 랜덤포레스트(Random Forest)나, 딥러닝(Deep Learning) 방식을 단독 또는 하나 이상을 조합하여 적용할 수 있다.
상기한 선형회귀분석, 랜덤포레스트, 딥러닝에 대한 기술의 상세한 설명은 통상의 기술자가 알고 있는 기술 및 공지된 기술내용으로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다른 실시예에 의하면, 전기적 근육 자극 시스템은 사람마다 체형이 다르고 피부, 지방 등의 두께가 서로 상이하기 때문에 의복(10) 및/또는 전기적 근육 자극 모듈(20)에 피하지방 두께를 검출하는 피하지방 측정 모듈을 더 포함하여, 근육에 알맞은 전기 자극을 제공하여 사용자의 근육에 따른 정확한 전기 자극을 제공할 수 있다.
피하지방 측정 모듈은 피검자가 측정하고자 하는 신체 측정 부위의 체지방 양에 따른 피하지방 두께를 검출할 수 있다. 피하지방 측정 모듈은 다양한 측정 방법(예: RF 신호, 초음파 또는 광원을 이용하여 측정)으로 해당 신체 측정 부위의 피하지방 두께를 검출할 수 있다. 검출된 피하지방 두께는 신체 측정 부위에 따라 상이한 피하지방 두께 표준 범위를 가질 수 있다.
한편, 신체 부위별(예: 몸통(TR), 팔(RA, LA) 및 다리(/RL, LL)) 다수의 체지방 기반 표준 범위(예컨대, 신체 부위별 임피던스, 피부전도도 및 피하지방 두께)는 피검자의 나이, 성별 및 신장 등에 따라 달라질 수 있다.
이러한 나이, 성별 및 신장에 따른 다수의 신체 부위별 체지방 기반 표준 범위는 후술하는 제어부에 미리 저장되거나 통신부를 통해 외부(예: 서버)로부터 다운로드하여 제어부에 저장될 수 있다. 여기서 제어부는 편의상 저장부의 역할을 수행하는 것으로 설명하나, 저장부는 따로 구비될 수 있을 것이다.
본 발명에서는 설명의 용이함을 위해 미리 설정된 다수의 신체 부위를 몸통(TR), 좌우 팔/다리(LA, RA/LL, RL)를 포함하여 총 5개의 신체 측정 부위로 설정하였으나, 신체 측정 부위는 보다 세분화하여 설정될 수도 있다.
예를 들어, 신체 측정 부위는 좌우 가슴, 복부, 좌우 상완부, 좌우 전완부, 좌우 대퇴부, 좌우 종아 리로 미리 설정될 수도 있다. 신체 측정 부위가 세분화되어 설정될수록 보다 정밀한 부분 체성분 측정이 가능하다.
도 2를 참고하면, 전기적 근육 자극 모듈(110)의 근전도 측정부와 체성분 측정모듈(40)에서 측정된 값(임피던스 값, 데이터 값)들은 휴대 단말기(120)로 전송될 수 있다.
휴대 단말기(120)는 스마트폰(Smart Phone), 태블릿 컴퓨터, 기타 휴대형 개인 단말기, 포인팅 장치, 키보드, 터치 입력 장치, 음성 입력 장치, 센서 장치 및/또는 촬영 장치와 같은 입력 장치 및/또는 디스 플레이 장치, 프린터, 스피커 및/또는 네트워크 카드와 같은 출력 장치를 포함할 수 있다.
휴대 단말기(120)는 신체 정보를 입력 및 출력하고, 하나 이상의 입출력 장치를 위한 인터페이스를 제공하는 입출력 인터페이스를 포함할 수 있다. 휴대 단말기(120)는 전기적 근육 자극 모듈(110)과 연결할 수 있는 무선 인터페이스를 구비한 단말기라면 어떠한 것이어도 무방하다.
한편, 휴대 단말기(120)는 무선에 의해서만 연결되는 것은 아니고, 유선으로 연결되어 상기한 기능을 할 수도 있는 것으로 한정되지는 아니할 것이다. 휴대 단말기(120)는 상이한 기능 및 능력을 가질 수 있고, 이하에 기술되지 않았더라도 그 구성에 적합한 컴포넌트를 추가적으로 포함할 수 있다.
휴대 단말기(120)는 본 발명이 제시하는 기능 이외에 다양한 기능(전화 기능, 위치 인식 등)을 위한 구성을 포함할 수 있다. 이하에서는 본 발명의 설명에 필수적이지 않은 구성에 대하여는 도면에 도시 및 설명하지 아니한다.
휴대 단말기(120)는 전기적 근육 자극 모듈(110)로부터 정보를 전송받고 기 설정된 임피던스 값(데이터 값) 또는 사용자가 설정하는 값(또는 기 설정된 임피던스 값)을 비교 판단하고, 전기적 근육 자극 모듈(110)을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
휴대 단말기(120)는 사용자로부터 데이터가 입력되는 입력부와, 입력부에 의한 입력된 데이타 등을 볼 수 있는 출력부(디스플레이)와, 전기적 근육 자극 모듈(110), 체성분 측정모듈(40) 또는 다른 기기들과 무선으로 연결되는 무선모듈을 포함할 수 있다.
본 발명에서는 휴대 단말기(120)와 기기 간에는 무선으로 연결되는 것으로 설명하나, 유무선 중 어느 것이라도 상관없이 상호간 연결될 수 있다면 사용 가능하다.
휴대 단말기(120)는 사용자의 입력에 따라 전기적 근육 자극 모듈(110), 체성분 측정모듈을 제어할 수 있다. 휴대 단말기는 입력부에 의해 사용자가 입력할 수 있다.
입력부는 전기적 근육 자극 시스템을 on/off 하거나, 근육 자극 패드에서 제공하는 자극의 세기를 조절할 수 있다. 입력부는 컨트롤러로서 버튼 식으로 구비될 수도 있고, 본 발명에서와 같이 휴대 단말기 내에 어플리케이션을 통하여 입력 받을 수 있다.
제어부는 전송받은 임피던스 값을 이용하여 사용자의 신체 정보를 획득하고, 이를 기반으로 사용자에게 적합한 전기 자극 파형을 결정할 수 있다.
제어부는 사용자의 신체 특이 정보에 따라 전기 자극 파형을 변조하거나 기 설정된 임피던스 값으로부터 사용자에게 가장 적합한 전기 자극을 제공할 수 있기 때문에 별도의 전문가 없이 사용자가 스스로 전기 자극을 받을 수 있다.
또한, 다른 실시예에 의하면, 제어부에서 임피던스 값을 취합하여 서버(130)로 전송하고 서버(130)에서 외부 전문가(140)에게 사용자의 임피던스 값을 제공하여 전문가로부터 운동 처방을 입력받고, 사용자가 선택적으로 근육 자극 패드를 작동시키거나 제어부에서 중주파 내의 주파수 대역에서 전기 자극을 제공할 수 있다.
제어부는 근전도 측정부 및/또는 체성분 측정모듈(40)에서 수집된 임피던스 값(데이터 값)을 전송받아 미리 저장된 데이터와 비교하여 사용자의 근육세포에 제공하는 전기적인 신호를 선택적으로 근육 자극 패드를 제어할 수 있다.
또한, 제어부는 사용자 인터페이스 인 어플리케이션을 통하여 운동 강도, 및 운동 부위를 선택할 수 있으며 운동 로그(log) 기록의 확인이 가능할 수 있다.
제어부는 전기적 근육 자극 모듈(110) 또는 상기한 운동 로그 등의 각종 정보를 저장시킬 수 있다. 즉, 제어부는 사용자의 임피던스 값, 사용자의 신체 정보, 사용자가 최근에 이용한 전기 자극 파형 등을 저장할 수 있다.
여기서는, 제어부는 저장하고 있는 대표적인 예를 설명한 것일 뿐, 이에 한정하는 것은 아니며, 제어부는 전기적 근육 자극 모듈(110)에 저장될 수 있는 모든 정보를 저장할 수 있는 저장부를 포함할 수 있음은 물론이다.
일 실시예에 의하면, 제어부는 각 근육의 활동정도와 근육량을 측정하여 휴대 단말기의 제어부로 전송받은 정보를 미리 설정된 정보와 비교하여 근육의 피로도와 운동자세에 따른 근육의 사용이 올바른지 등을 판단하여 사용자에게 제공할 수 있다.
제어부는 체성분 측정모듈로부터 검출된 피부전도도 값에 떠러 신체 측정 부위를 구별하여 판단할 수 있으며, 검출된 값을 이용하여 해당 신체 측정 부위의 부분 체성분을 분석할 수 있다.
제어부는 체성분 측정모듈로부터 데이터를 각각 전송하여, 성별, 연령, 체중, 신장, 인종의 파라미터로 분류하고, 파라미터 별로 분류된 데이터를 기계학습 이후 상호 비교하여 체성분 측정모델 알고리즘을 생성하는 알고리즘생성부를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 의하면, 휴대 단말기(120)의 제어부는 외부 서버(130)와 무선으로 연결되어 전기적 근육 자극 모듈(110)로부터 전송받은 데이터와 비교할 수 있는 데이터를 서버(130)로 전송하고, 서버(130)에 저장 및/또는 기설정된 데이터와 비교 분석한 뒤 분석된 결과값을 가져올 수 있다.
제어부는 전송받은 데이터를 서버로 전송하여 저장부에 저장하여 데이터를 축적시켜 알고리즘 연구개발에 사용될 수 있다. 예컨대, 서버에는 한국인의 체성분 예측모델을 개발하기 위하여, 먼저 한국인의 성별, 체중, 키, 나이 정보 분포에 따른 체성분 예측 모델을 구비할 수 있다.
여기서 서버(130)는 사용자의 설정에 따른 알고리즘 및 체성분 예측 모델을 구비하고, 해당 알고리즘 및 예측 모델을 적용시킨 후 제어부와 연동하여, 접근이 허가된 프로그램으로부터 측정값들을 받아들이고 이를 분석한 후 결과값을 다시 제어부로 전송한다.
또한, 제어부에서 임피던스 값을 취합하여 휴대 단말기(120)로 전송하고, 휴대 단말기(120) 또는 서버(130)에서 전문가(140)에게 사용자의 임피던스 값을 전송하여 전문가로부터 운동 처방을 입력받고, 사용자가 선택적으로 근육 자극 패드를 작동시키거나 제어부에서 중주파 내의 주파수 대역에서 전기 자극을 제공할 수 있는 것으로 선택적으로 사용할 수 있다.
바람직하게는, 휴대 단말기(120)에 저장된 데이터에 의해 근육 자극 패드를 작동시켜 사용자에게 전기 자극을 제공한다.
서버(130)는 휴대 단말기(120)의 관리 서버로부터 사용자의 신체 정보를 전기적 근육 자극 모듈(20)로 전송하고 전송받을 수도 있다. 이 서버로 해당 서비스를 연결하는 것만으로도 활용이 가능하며 모든 측정 데이터는 수집될 수 있다.
휴대 단말기(120)는 복수의 체성분 측정 데이터들을 체성분 측정 결과로서 미리 정해진 순서로 출력하는 출력부(디스플레이부)를 포함할 수 있다.
출력부(디스플레이)는 전기적 근육 자극 모듈(20)의 상태를 시각화하여 사용자에게 제공할 수 있다. 출력부는 휴대 단말기의 어플리케이션을 통하여 제공하여, 사용자에게 제공되는 전기 자극 파형의 정보를 제공할 수 있다.
여기서, 출력부의 출력 방식은 사용자에게 제공하는 대표적인 예를 나타낸 것 일 뿐, 이에 한정되는 것은 아니며, 출력부는 사용자에게 제공될 수 있는 정보를 모두 나타낼 수도 있음은 물론이다.
이에 따라, 생체정보 데이터 기반 운동 효과 분석 모듈은, 운동 전/후 인바디 센서와 근전도 센서로 사용자의 신체 건강상태를 측정하여 사용자 데이터 베이스(DB)에 저장하여 개인 건강상태 체크할 수 있다.
또한, 생체정보 데이터 기반 운동 효과 분석 모듈은, 운동 루틴 수행시 근전도 센서로 사용자의 근육사용 여부, 근육 사용량, 근육 피로도 측정을 통해 변화된 신체 데이터 수집 및 동일한 운동 태그별 그룹 데이터 베이스(DB)화를 통해 누적된 운동 전/후 근전도 센서 데이터 변화폭을 수집할 수 있다.
또한, 생체정보 데이터 기반 운동 효과 분석 모듈은, 연령 및 신체 상태별 통계자료를 활용한 운동 효과측정 기준안을 마련하여 고령 노인의 운동 안전 효과 영역을 산출할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기한 전기적 근육 자극 시스템은 사용자의 의복(10)에 부착되는 전기적 근육 자극 모듈은 플레이트 형상의 넓은 판으로 형성될 수 있고, 사용자의 손이나 발에 착용되는 전기적 근육 자극 모듈은 신발이나 장갑의 형상으로 형성될 수 있다.
휴대 단말기(120)에 사용자의 정보를 입력하여 기존 사용자의 경우 서버로부터 사용자의 신체 정보를 획득하거나, 신규 사용자의 경우 전기적 근육 자극 모듈, 체성분 측정 모듈 등으로부터 측정한 사용자의 임피던스 값을 이용하여 사용자의 신체 정보를 획득할 수 있다.
제어부에는 신체 정보에 따라 파형 결정부, 파형 변조부를 판단하여 근육 자극 패드에 전송하면 근육 자극 패드는 전송받은 데이터에 따라 근육을 향하여 파형을 제공할 수 있다.
도 1 및 도 3을 참조하여 본 발명의 전기적 근육 자극 시스템에 대하여 설명하면, 의복(10)을 착용하게 되면 전기적 근육 자극 모듈(20)이 사용자의 신체에 밀착하게 되어 근전도 측정부, 체성분 측정모듈(40)에서 사용자의 신체 정보를 획득한다(S10).
이때, S10단계에서 사용자의 신체 정보를 획득하거나, 다른 실시예에서와 같이 센서를 통해 센싱한 사용자의 임피던스 값을 이용하여 사용자의 신체 정보를 획득할 수도 있다.
S10단계 이후, 근전도 측정부, 체성분 측정모듈(40)에서 획득한 신체 정보 임피던스 값(데이터 값)을 휴대 단말기로 전송한다(S20).
S20단계에서 휴대 단말기의 제어부에서 전송된 임피던스 값(데이터 값)과 기설정된 데이터를 비교한다(S30).
S30단계에서 전송된 데이터와 기설정된 데이터를 비교하여 적절한 운동 방식을 출력부를 통하여 출력(S40)할 수 있다.
또한, S30단계에서 출력부를 통하여 출력하기 전에 비교된 데이터 값을 외부 전문가(140)에게 전송할 수 있다. 이때, 외부 전문가는 전송받은 데이터 값에 기초하여 운동 방식 및 식습관을 조절할 수 있도록 처방전을 전송하게 되면, 휴대 단말기의 서버에서 취합(S35)한 다음 출력부를 통하여 출력(S40)할 수 있다.
S40단계에서 휴대 단말기에서 취합된 데이터를 휴대 단말기의 제어부로 전송하게 되면, 휴대 단말기의 제어부는 전기 자극 파형을 결정하여 근육 자극 패드로 전송한다(S50).
S50단계에서 제어부로부터 작동명령을 받은 근육 자극 패드는 결정된 전기 자극 파형에 대응하여 중주파수를 사용자에게 제공(S60)할 수 있다.
S60단계에서 사용자가 입력부를 통하여 운동강도를 선택할 경우 상기 S10단계로 돌아가 중주파수 내의 주파수 대역을 재설정하여 증폭하거나 변조(S70)시킬 수 있다.
따라서, 이러한 전기적 근육 자극 시스템은 노인친화형 홈케어 서비스 시스템에 사용될 수 있다. 사용자 유형별 생체신호 센서로부터 수집된 생체신호 데이터를 분석하고 맞춤형 운동 프로그램 모델을 개발하기 위하여 아카이브 시스템에 데이터를 수집할 수도 있다.
또한, 전기적 근육 자극 시스템은 노인친화형 EMS 팬츠로부터 생체신호 전송과 EMS 제어를 위한 콘트롤러로 사용될 수 있다. 예컨대, 홈케어 어플리케이션과 블루투스(Bluetooth) 무선통신으로 연결되며 게이트웨이 기능을 가질 수 있다.
또한, 전기적 근육 자극 시스템은 홈케어 서비스 시스템에 저장된 사용자 유형별 생체신호 패턴 분석을 통하여 노인 유형별로 구비될 수 있다. 전기적 근육 자극 시스템은 사용자별 선호 EMS 운동 프로그램 정보 및 패턴분석을 통해 맞춤형 EMS 강도와 패턴, 운동 시간을 제공할 수 있는 ACS(Adaptive Control Service)가 가능하도록 양방향 홈케어 어플리케이션으로 제어할 수 있다.
전기적 근육 자극 시스템은 EMS운동시 근육 활성도 측정이 가능한 근전도 센서 반응형 S/W 모듈을 포함할 수 있다. 근전도 센서 변화에 따라 홈케어 어플리케이션에서 실시간 반응하는 데이타 연동 시스템 모듈이 구비될 수 있다.
또, 전기적 근육 자극 시스템은 EMS 팬츠에 부착되어 몸에 밀착된 근전도 센서를 통해 실시간 전송되는 데이터 기반으로 운동 강도를 자동으로 측정하여 표현할 수 있다. 근전도 센서를 통해 측정된 힘의 세기, 속도 등을 홈케어 어플리케이션과 연동하여 누적된 데이터를 기반으로 최적의 운동효과가 나오도록 피드백을 제공할 수 있다.
또, 전기적 근육 자극 시스템은 국소 근육 부위별로 근육의 사용 여부(Muscle on/off), 근육 사용량(Muscle activity), 근육 피로(Muscle fatigue) 정도를 근전도(Eletromyography, EMG) 센서를 통해 측정하고, 사용자 유형별 맞춤 운동 프로그램 모델에 적용하여 운동 부하(또는 근육 피로도)를 평가할 수 있다.
따라서, 생체정보 데이터 기반 운동 효과 분석 모듈은, 운동전 인바디 센서, 근전도 센서로 수집된 기초 데이터와 홈케어 운동 프로그램 수행 전후 운동 효과 결과값 비교를 통해 신체 운동 효과 도출할 수 있다.
전기적 근육 자극 시스템은 생체정보 데이터 기반 운동 효과 분석 모듈은, 노인친화형 EMS 운동 실증으로 도출된 운동 효과 분석 결과를 개인 맞춤형 홈케어 프로그램에 매칭 알고리즘에 대입하여 운동 효과가 미비한 부분에 대해 적응(Adaptive)할 수 있도록 운동 강도와 시간을 조절할 수 있다.
생체정보 데이터 기반 운동 효과 분석 모듈은, 노인친화형 EMS 운동 효과 데이터를 기준으로 1주, 1달, 1년 등 일정 기간 꾸준하게 운동 시 발생하는 개인의 신체변화 시뮬레이션 결과 도출 기준 데이터로 활용할 수 있게 되어 노인친화형 EMS 운동에 효과적으로 사용될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 전기적 근육 자극 시스템에 따르면, 사용자가 쉽게 착용 및 세팅(준비)을 할 수 있게 되어 편의성이 향상되고, 근육훈련 등을 통해 근력 강화 통증 완화 등을 제공하고, 지방분해, 항염증, 조직을 재생시킬 수 있으며, 근전도 측정 신뢰성과 활동 또는 운동 중에도 쉽게 근전도를 측정할 수 있게 되어 사용성이 향상되는 효과가 있다.
본 발명은 상기에서 설명된 실시예로 한정되지 않으며, 둘 이상의 실시예를 조합하거나 적어도 어느 하나의 실시예와 공지기술을 조합한 것을 새로운 실시예로 포함할 수 있음은 물론이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념(기술적 사상)을 이용한 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 여러 변형 및 개량 형태가 가능하고, 본 발명의 권리범위에 속한다고 할 것이며, 이러한 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10: 의복
20: 전기적 근육 자극 모듈
30: 의복 신축 조절모듈
40: 체성분 측정모듈
20: 전기적 근육 자극 모듈
30: 의복 신축 조절모듈
40: 체성분 측정모듈
Claims (8)
- 신축성 재질로 이루어져 사용자가 착용하는 의복; 및
사용자의 근육세포를 자극시키는 전극 패드가 구비되어, 신체 복수의 근육 부위에 대응하게 상기 의복에 마련된 전기적 근육 자극 모듈;을 포함하는 전기적 근육 자극 시스템. - 제1항에 있어서,
사용자의 체형에 따른 근육의 위치에 맞게 상기 의복을 신축시켜 근육을 지지시키는 의복 신축 조절모듈을 포함하고,
상기 의복 신축 조절모듈은,
상기 의복보다 탄성력이 높은 재질로 인체의 근육을 지지하도록 상기 의복에 구비되는 테이핑과,
상기 테이핑과 연결된 스트랩을 감거나 풀어서 상기 테이핑의 길이를 조절하여 상기 의복을 신축시키는 조절노브를 포함하는 전기적 근육 자극 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 의복에 구비되어 사용자의 신체 정보를 수집하는 체성분 측정모듈;을 포함하고,
상기 전기적 근육 자극 모듈은,
상기 체성분 측정모듈에서 수집된 데이터값을 전송받아 미리 저장된 데이터와 비교하여 사용자의 근육세포에 전기적인 신호를 선택적으로 제공하도록 상기 전극 패드를 제어하는 제어부;를 포함하는 전기적 근육 자극 시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 체성분 측정모듈로부터 데이터를 각각 전송하여, 성별, 연령, 체중, 신장, 인종의 파라미터로 분류한 데이터를 기계학습 이후 상호 비교하여 체성분측정모델 알고리즘을 생성하는 알고리즘생성부;를 포함하는 전기적 근육 자극 시스템.
- 제4항에 있어서,
상기 제어부는,
분류된 파라미터 값을 휴대 단말기로 전송하고, 상기 휴대 단말기에서 전송받은 파라미터 값과 기 설정된 파라미터 값을 비교한 결과값을 전송 받아 상기 전극 패드를 작동시키는 전기적 근육 자극 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 의복 및/또는 상기 전기적 근육 자극 모듈에 마련되어 피하지방 두께를 검출하는 피하지방 측정 모듈을 더 포함하는 전기적 전기적 근육 자극 시스템.
- 의복을 착용하게 되면 전기적 근육 자극 모듈이 사용자의 신체에 밀착하게 되어 근전도 측정부, 체성분 측정모듈에서 사용자의 신체 정보를 획득하는 단계(S10);
상기 S10단계에서 근전도 측정부, 체성분 측정모듈에서 획득한 신체 정보 임피던스 값(데이터 값)을 휴대 단말기로 전송하는 단계(S20);
상기 S20단계에서 휴대 단말기로 전송된 임피던스 값(데이터 값)과 기 설정된 데이터를 비교하는 단계(S30);
상기 S30단계에서 전송된 데이터와 기설정된 데이터를 비교하여 적절한 운동 방식을 출력하는 단계(S40);
상기 S40단계에서 휴대 단말기에서 취합된 데이터를 휴대 단말기의 제어부로 전송하게 되면, 휴대 단말기의 제어부는 전기 자극 파형을 결정하여 근육 자극 패드로 전송하는 단계(S50);
상기 S50단계에서 제어부로부터 작동명령을 받은 근육 자극 패드는 결정된 중주파수의 전기 자극 파형을 사용자에게 제공하는 단계(S60); 및
상기 S60단계에서 사용자가 입력부를 통하여 운동강도를 선택할 경우 상기 S10단계로 돌아가 중주파수 내의 주파수 대역을 재설정하여 증폭하거나 변조시키는 단계(S70);를 포함하는 전기적 근육 자극 시스템.
- 제7항에 있어서,
상기 S30단계에서, 외부 전문가에 전송하고, 외부 전문가가 전송받은 데이터에 기초하여 운동 방식 및 식습관을 조절할 수 있도록 처방전을 전송하게 되면, 휴대 단말기의 서버에서 취합하는 단계(S35)를 포함하는 전기적 근육 자극 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220017214A KR20230120522A (ko) | 2022-02-09 | 2022-02-09 | 전기적 근육 자극 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220017214A KR20230120522A (ko) | 2022-02-09 | 2022-02-09 | 전기적 근육 자극 시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230120522A true KR20230120522A (ko) | 2023-08-17 |
Family
ID=87800615
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| KR1020220017214A KR20230120522A (ko) | 2022-02-09 | 2022-02-09 | 전기적 근육 자극 시스템 |
Country Status (1)
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|---|---|
| KR (1) | KR20230120522A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117357793A (zh) * | 2023-11-28 | 2024-01-09 | 山东宝辰大数据服务有限公司 | 一种智能ems装置及可穿戴智能ems设备 |
-
2022
- 2022-02-09 KR KR1020220017214A patent/KR20230120522A/ko not_active Application Discontinuation
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