KR100575541B1 - 자기장 형성 효율이 향상된 자극 모듈과 그 자극기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주입된 전류에 비해 종전보다 상대적으로 강도가 강화된 자기장을 형성할 수 있는 자극기의 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 자극기는, 자기장을 이용하여 유도된 전류로 인체의 특정 부위를 자극하는 것으로서, 사각 기둥 형상의 코어; 상기 코어 측면을 돌아가며 아래로 감겨 내려간 코일; 상기 코일에 전원을 공급하는 전원부; 및, 상기 전원 공급을 제어하는 제어부; 를 포함하고, 상기 코일은 상기 코어의 전체 높이 중 상위 30% 내에서 감기기 시작하며, 코일의 권선회수에 있어, 코어의 중간부터 길이 방향으로 상위 50%내에 감긴 권선회수가 나머지 하위 50%내에 감긴 권선회수보다 많은 것을 특징으로 한다.

Description

자기장 형성 효율이 향상된 자극 모듈과 그 자극기{STIMULATING MODULE, HAVING IMPROVED EFFICIENCY WHEN GENERATING MAGNETIC FIELD, AND STIMULATING DEVICE THEREOF}

도 1은 비접촉식 자극기의 사용예를 보인 도면.

도 2는 폐쇄형 코어 사용시 코어 내부의 자속 형태를 도시한 도면.

도 3은 개방형 코어 사용시 코어 외부의 자속 형태를 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 측정에서 사용한 시편 및 그 결과치.

도 5는 여러가지 다양한 코일의 감긴 형태를 나타낸 단면도.

도 6은 냉각 모듈을 추가로 구비한 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 도면

도 7은 본 발명의 자극기를 의자에 장착한 경우를 도시한 세미 블록도.

본 발명은 인간의 신경이나 근육을 전기로 자극하여 치료하는 자극기에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 자극 효율이 향상된 자극모듈을 가진 자극기에 관한 것이다.

일반적으로 전기자극 치료법이라 함은 인간의 신경세포나 근육에 전류를 직 간접으로 흘려 주어 세포가 이에 반응토록 함으로써 신경 질환이나 근육 질환 등을 치료하는 방법으로서, 외과적 수술이 어렵거나 또는 전기 자극이 더 효율적인 치료방법이 될 수 있는 뇌질환, 요실금 치료 등에 이를 이용하고 있는 추세이다. 이러한 전기자극 치료법은 장치와 치료부위의 접촉 여부에 따라 크게 직접적인 접촉식 자극법과 간접적인 비접촉식 자극법으로 나뉜다.

접촉식 자극법은 인간의 피부에 접촉한 전극을 통해 약한 전류를 세포에 직접 주입하는 것으로서, 대표적으로는 기능적 전기 자극법(Funtional Electrical Stimulation. FES)이 있는데 이는 작은 전류만으로도 원하는 정도의 자극을 가할 수 있다는 장점이 있다.

하지만 이처럼 직접적으로 전류를 주입하면, 세포 내부에 전자가 비가역적으로 주입되어 산화반응을 초래함으로써 세포가 국소적으로 붕괴되는 괴저현상이 발생할 위험이 있고, 또한 전극이 접촉하는 피부 부위에 피부염 등을 일으킬 수 있다. 더욱이 요실금 치료 등에서는 환자가 옷을 벗고 시술에 응해야 하므로 수치심까지 유발할 수 있어, 이 방법은 여러모로 환자에게는 불편하고 위험할 수 있는 치료방식이다.

이처럼 여러 단점을 가진 접촉식 자극법을 대체하기 위하여 최근에는 직접 전극을 피부에 대지 않고, 대신 자기장으로 형성된 유도전류를 사용하는 간접적 자극법이 개발되었다.

도 1은 이러한 자기적 방식의 작동 원리에 대해서 모식적으로 나타낸 것으로서, 먼저 코어에 전선을 감은 형태인 자극 모듈을 치료하고자 하는 신체의 특정 부 위 주변에 배치한 후, 코일 권선에 교류 또는 펄스전류를 흘려주면 그 주변에는 시변 자기장(time-variant magnetic field)이 형성된다. 이 시변 자기장은 전자기 유도 법칙에 의해 인접한 세포내에 와전류(eddy current)를 유도하는데, 이 와전류가 신경세포 또는 근육세포를 자극함으로써 직접적으로 전류를 주입한 것과 동일한 효과를 내는 것이다.

이러한 간접적인 자극 치료법은 전극이 직접 피부에 닿지 않는 방식이므로 환자가 옷을 입은 채로 시술받을 수 있으며, 또한 전하가 직접 주입되지 않으므로 전하 주입에 따른 여러 가지 전술한 문제점이 발생하지 않는다는 장점을 가진다.

하지만, 이 자기장 방식은 환자의 신체와 비접촉된 상태에서 유도 전류를 생성하는 방식이므로 아무래도 직접적인 접촉 방식보다는 강한 자극을 손쉽게 만들어내기가 쉽지 않다.

실험에 의하면 인체에 침투하는 자기장이 수백 가우스에서 많게는 수천 가우스 이상 되어야 인체의 신경 및 근육을 자극할 수 있을 정도의 와전류를 생성할 수 있는 것으로 보고되고 있다. 이처럼 강한 자기장을 자기장 발생장치(이하 자극 모듈)의 근접한 유효 공간에 만들기 위해서는 자기장을 발생하는 코일 중심부에서는 수만 가우스 이상의 자기장이 발생되어야 하며, 이를 위해서는 코어에 감은 코일에 강한 전류를 흘리는 형태의 자극 모듈이 우선적으로 사용될 수 있다. 하지만, 일반적으로 사용하는 코어 재질인 실리콘 강의 포화자속밀도가 5000~ 15,000가우스 정도임을 감안할 때, 어느 정도 이상의 전류가 흐르면 코어는 자기포화상태에 이르게 되어 이러한 코어 형태라 하더라도 자기장 강도 상승이 한계에 부딪치게 된다.

따라서 이러한 문제를 해결하기 위해서 종전에는 주로 코어의 재질이나 모양 등에 촛점을 맞춘 다양한 연구가 시도되었으나 생각보다 그리 좋은 결과를 얻지는 못하였다.

본 발명은 이처럼 강한 자기장을 효율적으로 생성하기 위한 방법을 연구하던 중 개발된 것으로서, 코어에 집중하던 종전의 연구들과는 달리 코어를 감는 전선 또는 코일(이하 코일이라 한다)의 형상에 변화를 가하여 강한 자기장을 형성하는 방법을 찾아낸 것이다.

따라서 본 발명은 동일한 인가 전류에 대하여 종전보다 상대적으로 강도가 강화된 자기장을 형성할 수 있는 자극기의 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 이러한 자극기 구조에 더하여 냉각 모듈 등을 구비한 비접촉식 전기자극 치료장치의 구조를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자극기는, 자기장을 이용하여 유도된 전류로 인체의 특정 부위를 치료하는 것으로서, 사각 기둥 형상의 코어; 상기 코어 측면을 돌아가며 아래로 감겨 내려간 코일; 상기 코일에 전원을 공급하는 전원부; 및,상기 전원 공급을 제어하는 제어부; 를 포함하고, 상기 코일은 상기 코어의 전체 높이 중 상위 30% 내에서 감기기 시작하며, 코어의 길이 방향으로 상위 50%내에 감긴 권선회수가 그 나머지인 하위 50%내에 감긴 권선회수보다 많은 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 상기 코일이 상기 코어의 최상단면과 실질적으로 같 은 높이의 측면에서부터 아래로 감겨 내려간 것이 가장 좋다.

또한 상기 코일은 다중으로 겹쳐서 아래로 감겨 내려갈 수 있는데, 특히 역피라미드 형으로 겹친 형태 또는 다중으로 감긴 권선의 적층 수직단면이 역삼각형 형태일 수 있다.

상기 코일이 감긴 코어를 냉각시키기 위한 냉각 모듈을 추가로 장착할 수 있는데, 구체적인 냉각 모듈로는 상기 코어의 하부에 배치되어 코어 상부로 냉각 공기를 불어주는 적어도 한 개 이상의 냉각팬이나, 상기 코어를 밀폐하는 하우징과 상기 하우징 내부에 냉매를 사용하여 냉각시키는 방식이 가능하다.

또한 요실금 치료 등에 상기 자극기가 사용될 경우, 환자가 앉을 수 있는 의자가 상기 코어 상부에 추가로 배치되어 포함되고, 상기 코어는 그 수평 단면이 직사각형으로서 의자의 등받이면과 직교하는 방향, 즉 환자가 앉았을 때 환자의 등에서 배 방향으로 직사각형 단면의 긴 변이 평행하게 위치하도록 배치되어 치료 효율을 향상시킬 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해서 상세히 설명한다.

일반적으로, 코어에 코일을 감아 자기장을 발생시키는 자기장 생성장치는 코어에 감는 권선회수(turns)가 일정하고 그 디멘젼 즉, 코일의 선간 간격, 코일과 코어간의 이격 거리나 코일의 반지름이 동일하면 코어의 어느 부분에 코일을 감아도 자기적 성능이 동일한 것으로 인식되어 왔다.

따라서 지금까지는 전술한 것처럼 대부분의 연구가 코어의 형상 및 재질에 집중되었을 뿐, 코일이 감기는 위치와 형상에 대해서는 별로 주목하지 않아 왔다. 이는 폐루프를 형성하는 자계회로(코어와 코일로 이루어진 자기 회로)에 대한 일반적인 상식과 코어 안의 자속밀도가 포화자속밀도보다 낮은 경우, 즉 코아의 투자율이 매우 큰 일반적인 경우에 대한 해석에서 비롯된 것인데, 가령 도 2에 도시된 폐루프형인 EI코어, O형 코어 등에서는 투자율(透磁率)이 공기에 비하여 수천배 이상인 코어 내부로 대부분의 자기장이 집속되므로 코어의 어느 부분에 코일을 감아도 코어 내부에는 동일한 자속밀도를 가진 자기장이 형성된다는 기초적인 사실에 사고가 국한되어 있었기 때문이다.

하지만 비접촉식 자극기에서 사용되는 코어는 그 단부에서 빠져나오는 자기장 다발(자속, 磁束)을 이용해야 하므로 전술한 것과 같은 폐루프형 코어는 사용할 수 없다. 즉, 도 1에 도시된 것과 같은 말굽형 코어나 막대형 코어를 사용해야 하는데, 이러한 개방형 코어에서는 그 단부에서 공간으로 방사되는 자속밀도가 코어 내부의 자속밀도보다 작아지게 된다.

언뜻 이는 극히 상식적인 말로 들릴지 모르나, 자속이란 것이 끊어짐이 없이 한쪽 극에서 다른 쪽 극으로 연결되는 폐루프라는 상식을 생각해 보면 적어도 코어 단부에서 극히 가까운 공간에서는 코어 내부와 같은 자속밀도를 가져야 하는 것이 이치상 타당할 것이다. 하지만 실제로는 폐루프를 형성하지 못한 코어의 형상 때문에 코어의 단부에서 방사되는 자속 밀도는 코어 내부의 자속 밀도보다 작을 수 있다. 코어 단부에서 방사되는 자속밀도가 코어 내부 자속밀도보다 작은 현상은 코어의 형상이 폐루프 형상과 차이가 날수록 더욱 심해지는데 이것은 폐루프를 이루지 못한 코어의 단부에서 뿐만 아니라 코어의 측면에서도 자속이 방사되기 때문이다. 따라서 폐루프 형상을 이루지 못하는 코어를 이용하여 자기장을 만드는 경우 코어의 형상과 함께 코일의 형상을 함께 고려하는 것이 중요하다. 즉, 유효 공간 내 코일이 만드는 자계와 코어가 만드는 자계를 복합적으로 고려하는 것이 필요하다. 유효공간 내 형성되는 자기장의 계산은 이론적으로는 코어의 재질 및 형상을 고려한 유한요소법 해석을 통해 할 수 있으나, 실제적으로는 실험적으로 구하는 경우가 많다.

본 발명자들은 이처럼 폐루프를 형성하지 않는 막대형 코어나 이와 유사한 형태를 가진 코어의 단부에서 어떻게 하면 좀 더 많은 자속밀도를 방사시킬 수에 있는지에 대해서 다양한 실험을 수행하다가, 다음과 같은 중요한 현상을 발견하였다.

도 3a 및 그 단면도인 3b에 도시된 막대형 코어(30)는 코어의 양단(31-A, 31-B)이 서로 맞물리지 않고 개방된 형태이다. 이 경우에, 코어의 단부로 집속된 자기장이 투자율이 작은 공간상으로 방사되어 나가므로 코어 상단부의 자속 밀도 또한 유효 공간(32)이 넓어짐에 따라 코어 내부보다 작아지는 것은 당연하다. 하지만 이러한 코어 단부와의 거리에 따른 자속의 감쇄분 이외에 자기장 중 일부(34)가 단부에서 집속되어 퍼져 나가는 것이 아니라 코어의 측면(33)을 통하여 공간상으로 방사되는 현상때문에 추가적인 감쇄가 있음을 발견하였다.

따라서 공간에 형성되는 자기장은 코어 내부에 비해 그 강도가 낮을 수밖에 없고 그 정도는 단순히 코어 단부로부터의 거리에 따른 기하학적인 감쇄에 더하여 자기장이 코어 측면으로 빠져나가면서 발생하는 감쇄까지 더해진다. 결국 환자의 치료 부위가 위치하는 코어의 상단부에서의 자기장의 세기는 코일 중심부의 자기장의 세기보다 많이 낮아지게 되는 것이다.

본 발명자들은 이러한 현상하에서 지금까지는 상식적으로 코어에 어느 부위에 감아도 상관없는 것으로 인식되어 왔던 코일의 위치가 실제로는 코어의 단부에서 방사되는 자기장의 세기에 중요한 영향을 미치는 요인임을 알아 냈다. 즉, 될 수 있는 한, 코일을 자극부위에 근접하는 코어의 상단부에 가깝도록 위치시키는 것이 동일한 환경하에서 가장 강한 자기장을 얻어낼 수 있는 방법임을 알 수 있었던 것이다.

도 4는 이러한 본 발명자들의 생각을 바탕으로 한, 자기장 측정 실험의 경우를 도시한 것이다.

도 4a는, ① 상기 코어의 최상단부 측면부터 코일을 감기 시작한 시편의 경우, ② 코어 최상단부로부터 7cm 하단(A)에서부터 코일을 감기 시작한 시편의 경우, ③ 코어의 중심부에 코일을 감은 시편의 경우 및 ④ 코어의 최하단부에 코일을 감은 시편의 경우를 도시한 것으로서, 이처럼 코일이 감긴 위치를 달리하여 각 경우에 자기장의 강도가 어떻게 변하는지를 측정하고자 한 것이다.

시편 ② 를 기준으로 이 측정에 사용된 모듈 및 장비를 설명하면 다음과 같다. 코어는 규소강 재질의 시트를 다수 개 붙인 직사각 기둥 모양을 한 것으로서 그 단면적은 50 × 100 mm 이며 높이(C)는 330 mm이다. 코일은 에나멜이나 테프론 등의 절연 피복을 씌운 구리 재질의 전선을 사용하였는데 그 인덕턴스는 40μH 이 고 감았을 때의 높이는 7cm(B)이다.

각 시편에 있어, 코일에 약 1000 V의 순간방전 전류를 흘려주는 동안, 코어의 최상단부에서 그 상부방향으로 5cm 떨어진 공간(D)까지 매 1cm마다(D1 ~ D5) 각각의 자기장 강도를 F.W.Bell사의 모델 6010 가우스 미터(Gauss meter)로 측정하여 그 결과치를 도 4b에 정리하였다. 측정 단위는 킬로가우스(kG)이다.

도 4b에 도시된 표에서, 같은 시편의 경우 코어 최상단부로부터 측정 거리(D)가 멀어질수록, 즉 D1에서 D5로 갈수록 자기장의 세기는 감소함을 알 수 있다.

또한, 같은 측정지점에서 대해서는, 코일이 감기기 시작한 위치(A)가 코어 최상단으로부터 아래로 내려갈수록, 즉 시편 ①에서 ④로 갈수록 역시 감소함을 알 수 있는데, 이 때의 감소 정도는 측정오차를 감안한다면 거의 지수함수적으로 감소하는 것으로 볼 수 있다.

이러한 결과를 두고 볼 때, 바람직하게는 코일이 코어 최상단부에 가까울수록 좀 더 강한 자기장을 이용할 수 있음을 알 수 있다. 이러한 사실은 코어의 중간 정도 위치에 코일을 감아 사용하던 종래 자극기의 형태가 좋지 않았음을 단적으로 보여주는 것이며, 또한 본 발명에서 새로이 개발될 형태인 자극 모듈의 형태를 제시해 주는 것이다.

즉, 본 발명의 가장 바람직한 실시예는 상기 도 4b의 시편 ①의 경우처럼, 코어의 최상단부와 실질적으로 동일한 높이의 코어 측면부터 코일이 감겨져 내려가는 형태의 자극 모듈을 이용하는 것이다.

또한 본 발명의 바람직한 실시예로서 코일이 감기기 시작하는 지점에 대한 하한을 설정하면, 코어 전체 길이를 두고 볼 때 그 전체 길이의 상위 30%내에서 코일이 감기기 시작하면 유효 공간인 자극 모듈 상층부의 공간 약 5cm 지점에서 인간의 신체에 치료적인 자극을 가할 수 있는 정도의 자기장 강도를 얻을 수 있다는 것을 실험을 통하여 알 수 있었다. 따라서 코일이 감기기 시작하는 지점에 대한 하한은 코어 전체 길이의 상위 30% 이내이다.

또한 이러한 효과를 얻기 위해서는 실제 코일이 감긴 횟수가 얼마나 코어의 상부쪽으로 몰려 있느냐가 중요한데, 본 발명에서는 적어도 코어의 길이 방향으로, 중간부터 상단부까지 상위 50%내에 감긴 코일의 권선회수가 코어의 중간부터 하단부까지 하위 50%내에 감긴 나머지 코일의 권선회수보다 많아야 한다.

본 발명 전체에서 ‘코일이 감겨 내려간다’고 설명되고 청구되는 것은 일반적으로 스프링 형태로 감긴 상태 자체를 의미하는 것이지, 감기는 방향이나 순서에 의미를 두는 것은 아니다. 가령, 오른쪽 회전 방향으로 보면 감겨내려가는 것처럼 보이는 스프링 형태의 코일이 왼쪽 회전방향으로 보면 감겨 올라가는 것일 수 있는데, 본 발명에서는 이러한 양태에 대해 ‘감겨 내려간다’ 라는 하나의 통일된 표현을 사용한 것 뿐이다. 따라서 본 발명에서 ‘코일이 감겨 내려간다’고 설명되고 청구되는 것은, 스프링 형태의 코일이라면 모두 포함되는 개념이다. 이는 코일이 다중으로 감긴 경우에도 마찬가지이다.

코어 재질이 갖는 투자율 때문에 코일 구동 전류가 일정할 때 코일의 권선수(turns)를 어느 일정 이상으로 늘리는 경우에는 코어가 자기적으로 포화상태에 이른 후, 누설자속이 발생하여 효율이 오히려 떨어지게 된다. 따라서 코어 재질 및 디멘젼이 정해지면 포화자속값이 정해지므로 코일의 권선회수 또한 이 포화자속을 얻을 수 있는 정도가 상한이 되고, 일반적으로는 이 횟수만큼 코일을 감아 쓴다.

따라서 이처럼 권선회수가 고정된 값인 상태에서 전술한 바와 같이 어떻게 하면 코일이 될 수 있는 한 코어 상단부에 가깝게 감기느냐가 중요한 문제인데, 이에 대해 따로이 연구한 본 발명자들은 도 5에 도시된 권선 형태를 제안한다.

즉, 도 5는 전술한 실시예들을 응용하여 코어 상부에서 코일이 감길 때, 어떤 형태로 감기는 것이 더 효율적인지에 대해 각각의 실시예들을 단면도로서 도시한 것이다.

도 5a는 코일의 권선수가 10개로 고정되어 있는 경우에 있어서, 코일을 이중으로 감아 코일 전체 길이가 짧아지면서 대부분의 코일이 코어 상단부에 몰리도록 구성한 형태의 단면도이다.

이처럼 이중 또는 그 이상의 다중으로 감는 경우는 극단적으로 도 5b같은 형태도 가능하지만, 다중으로 감기는 권선수가 많아질수록 외곽에 위치하는 코일이 자기장 발생에 기여하는 바가 줄어들고 코일 내부에서 발생하는 열이 잘 방출되지 못하므로, 일반적으로는 2중 또는 3중 정도가 적절하다.

도 5c는 상단부로 갈수록 코일이 더 많이 다중으로 감기는 역 피라미드 형태, 또는 그 수직 단면의 형상이 역삼각형인 형태로서, 이 또한 상부에 코일이 몰리도록 함과 동시에 열방출을 좀 더 용이하게 하기 위한 구조이다.

주파수가 높은 연속적인 펄스파를 치료에 이용하기 시작한 요즈음에는, 전술한 것처럼 코어 최상부에 코일을 가까이 접근시키기 위해 다중 권선을 감는 경우에 코일 및 코어에서 생각보다 심각한 열 문제가 발생할 수 있다. 따라서 이에 대한 또 다른 대책이 요구되었다.

도 6a 및 6b는 각각 전술한 열방출 문제를 해결하기 위해서 자극 모듈 주변에 공냉식 냉각팬(60)을 설치한 경우를 도시한 것이다. 상기 냉각팬은 일반적으로 컴퓨터 등에서 사용하는 것과 동일, 유사한 것으로서, 도 6a에서는 코어 및 코일로 이루어진 자극 모듈의 양 측면 중 적어도 어느 한 측면 이상에 냉각팬을 설치하되, 코일이 감긴 코어의 상부로 향하여 그 팬이 누운 각도(α)가 약 10°이상 75 °이하가 되도록 배치하는 것이 바람직하다. 각도(α)가 10°이하이면 상부의 코일로 냉각 공기가 잘 유동되지 않으며 75°이상이면 자극 모듈과 냉각팬의 크기에 따라 달라지기는 하나 상당 유량의 냉각 공기가 코일에 부딪치지 않고 그 측면을 지나가게 되어 소모되는 전력에 비해 도리어 냉각 효율이 감소하기 때문이다. 점선은 냉각팬 내부의 팬(fan)을, 화살표는 공기의 흐름을 모식적으로 나타낸 것이다.

도 6b는 냉각팬이 배치되는 또 다른 실시예를 도시한 것으로서, 자극 모듈 바닥에 설치된 대형 냉각팬(62)이 아래서 위로 바람을 불어올리는 방식이다.

자극 모듈을 냉각시키기 위한 본 발명의 또 다른 실시예는, 밀폐 하우징을 코어 부위에 덮고 그 내부에 냉매를 채우는 냉각 방식에 관한 것이다.

도 6c에는 이러한 냉매를 이용한 냉각 방식 중 하나인 강제순환식으로서, 모터 등의 동력부(65)를 사용하여 냉매를 하우징(64-A)과 열교환기 사이에서 강제순환 하는 방식이다.

또한, 단순히 하우징에 냉매를 채운 상태에서 하우징 자체의 표면으로 열을 방출하는 자연냉각식이 있는데, 본 발명에서는 강제순환식 및 자연냉각식 모두 사용가능하다.

도 6c에서 코일은 하우징(64-A) 외부에 장착되어 있다. 이처럼 코어 및 코일 사이에 하우징이 위치하면 자칫 자속 손실을 가져올 수 있어, 이 경우의 하우징은 비자성의 전기전도도가 매우 낮은 절연체 성분의 재질로 만들어져야 한다. 하지만 도 6d처럼 하우징(64-B) 내부에 코일이 존재하는 상태에서, 코어 및 코일 전체를 냉매에 채우는 냉각방식도 가능함은 물론이다. 또한 이 경우에도 도시된 강제순환식 외에 동력부 및 열교환기가 없는 자연냉각식도 가능하다.

도 6e는 도 6c의 형태를 변형시킨 것으로서, 특히 코일이 하우징 외벽에서 다중으로 감길 때, 감긴 면을 지지하는 거치대 면(66)이 하우징 외벽에 돌출된 형태이다.

이 거치대 면은 얇은 판상으로서 하우징 측벽과 연결되어 코일을 지지하는 역할에 더하여 코일에서 발생한 열을 하우징으로 전달하는 냉각판 기능을 동시에 수행한다. 또한 도 6e에서는 냉매의 강제순환이 없는 자연냉각식 방식을 사용하고 있지만, 역시 강제순환식 냉각 방법도 사용가능하다.

도 6f는 열방출 효율을 향상시키기 위해서 상기 거치대 면을 다수 개 사용한 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 것으로서, 거치대 면들(66-A, 66-B, 66-C)이 코일의 각 층 사이 사이에 위치하고 있다.

이처럼 다수 개의 거치대 면이 존재할 때 코일을 감아 내려가는 것이 문제될 수 있으나, 거치대 면이 도 6g에 도시된 것처럼 하우징 외곽에 비행기 날개처럼 일 부만 돌출된 형상이라면 감아내려가는데 아무런 문제가 없다.

요실금의 경우, 치료부위의 특수성 때문에 특히 비접촉식일 것이 요구되는 치료 방법이므로, 최근에는 환자가 의자 형태의 치료 장치에 앉아서 의자 하부에 장착된 자극 모듈로부터 발생한 자기장으로 치료하는 방식이 많이 사용되고 있다.

도 7은 본 발명이 의자형 요실금 치료 장치에 응용될 때의 형태가 도시되어 있다. 도 7에서는 환자가 앉을 수 있는 의자와, 그 하부에 장착된 본 발명의 자극 모듈과, 이 자극 모듈에 전원을 공급하는 전원부 및 자극의 강도 및 횟수 등을 제어하는 제어부 등, 기본적인 작동에 필요한 모듈들이 모식적인 블록도로 나타나 있다.

요실금 치료부위의 근육은 항문부터 질, 요도까지 일직선상에 놓인 기관들을 중심으로 길쭉한 타원형으로 구성되어 있으므로, 도 7의 실시예에서는 이러한 환자의 신체구조상 특징을 감안하여 직사각형의 단면을 가진 코어 형태를 사용할 수 있다. 즉, 수평단면이 직사각형인 코어(70)에 있어서 그 단면의 변 중 길이가 긴 변(70-A)이 상기 타원형 근육과 평행한 방향, 즉 의자 등받이면(72)의 법선 벡터(74) 성분 중 수평 방향 성분(76)과 평행하도록 직사각형 단면 코어(70)를 배치하면 코어의 긴 방향이 상기 타원형 근육과 사이즈면에서 대응되므로, 요실금 관련한 근육 전체가 자극받을 수 있어 상승된 치료 효과를 기대할 수 있다.

상기 코어는 코일에서 발생하는 자기장의 양을 충분히 포함할 수 있어야 하므로 포화자속밀도가 높을수록 좋으며 단면적이 넓을수록 자기적 효율이 올라가겠지만, 인체의 치료부위에 자기장을 집속하기 위해서는 치료부위에 맞는 코어의 크 기즉, 그 단면적이 한정될 수 밖에 없다. 따라서 이처럼 한정된 단면적에서 가장 좋은 효율을 얻을 수 있는 상기 직사각형 단면의 적정한 가로변 및 세로변 비를 찾아내야 한다.

의자형 요실금 치료기의 경우에, 본 발명자들의 실험에 의하면 상기 코어의 직사각형 수평 단면의 긴 변(70-A)의 길이가 짧은 변(70-B)의 길이에 대비해 1.5배보다 짧을 때는 직사각형 단면의 효과가 거의 나타나지 않고, 4배보다 길 때는 코어의 자기장 생성 효율이 도리어 감소하는 것으로 나타났다.

따라서 단면적이 한정된 직사각형 단면을 가진 코어의 적절한 모양은 도 8에 도시된 것처럼 그 긴 변의 길이(a)가 그 짧은 변의 길이(b)에 비해 약 1.5배에서 4배 정도 사이일 때 자기장 강도 및 그에 따른 치료 효율이 가장 적합하다고 할 수 있다.

본 발명은 비접촉식 자극기에 관한 것으로서, 동일한 전류 및 동일한 환경하에서 종전보다 강화된 자기장을 얻을 수 있는 향상된 자극 모듈의 구조와 이를 장착한 비접촉식 자극기의 구조를 제공하고 있다.

본 발명을 이용하면 종래의 자극기보다 강한 자기장을 손쉽게 얻을 수 있으므로 장비의 수명 및 유지보수에 유리하다. 또한 좀 더 강한 자극이 필요했던 치료 부위에 본 발명을 이용한 장비를 사용하면, 그 치료 효율을 향상시킬 수 있다.

이러한 본 발명의 특징을 이해한 당업자라면, 본 발명의 범주내에서 다양한 변형예를 손쉽게 만들어 낼 수 있을 것이다. 가령, 다중으로 코일이 감겨 내려간 전술한 실시예에서, 거치대 면을 돌출된 나사선 모양으로 형성하고 코일은 이를 감아 내려가는 형태로 구성될 수 있다. 이 경우는 좀 더 원활하게 열이 전도되도록 한 것인데, 이러한 단순한 변형예들은 모두 이하의 청구범위에 포함되는 것들이다.

Claims (14)

1. 자기장을 이용하여 유도된 전류로 인체의 특정 부위를 치료하는 자극기에 있어서,

   사각 기둥 형상의 코어;

   상기 코어 측면을 돌아가며 아래로 감겨 내려간 코일;

   상기 코일에 전원을 공급하는 전원부; 및,

   상기 전원 공급을 제어하는 제어부;

   를 포함하는 것으로서,

   상기 코일은 상기 코어의 최상단면과 실질적으로 같은 높이의 측면에서부터 아래로 감겨 내려간 것이고, 상기 코어의 전체 높이 중 상위 50% 내에 감긴 코일의 권선수(turns)가 하위 50%내에 감긴 나머지 권선수보다 많은 것을 특징으로 하는 자극기.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 코일은 다중으로 겹쳐서 아래로 감겨 내려간 것을 특징으로 하는 자극기.
4. 제3항에 있어서, 상기 코일은 역피라미드 형으로 다중으로 겹쳐서 아래로 감 겨 내려간 것을 특징으로 하는 자극기.
5. 제3항에 있어서, 상기 코일은 역삼각형 수직 단면을 가지며, 다중으로 겹쳐서 아래로 감겨 내려간 것을 특징으로 하는 자극기.
6. 제1항에 있어서, 상기 코일이 감긴 코어를 냉각시키기 위한 냉각 모듈을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 자극기.
7. 제6항에 있어서, 상기 냉각 모듈은 상기 코어의 하부에서 코어 상부로 냉각 공기를 불어주는 적어도 한 개 이상의 냉각팬인 것을 특징으로 하는 자극기.
8. 제6항에 있어서, 상기 냉각 모듈은,

   적어도 상기 코어를 내부에 포함하는 하우징; 및,

   상기 하우징 내부에 포함되는 냉매;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 자극기.
9. 제8항에 있어서, 상기 코일은 상기 하우징 내부에 포함되는 것을 특징으로 하는 자극기.
10. 제8항에 있어서, 상기 냉각모듈은,

    열교환기;와,

    동력부; 를 추가로 포함하고,

    상기 냉매는 상기 동력부에 의해 상기 하우징과 상기 열교환기 사이에서 강제순환되는 것을 특징으로 하는 자극기.
11. 제8항에 있어서, 상기 하우징의 외측벽에는 적어도 한 개 이상의 거치대 면을 추가로 포함하고, 상기 코일은 이 거치대 면상에서 감겨진 것을 특징으로 하는 자극기.
12. 제11항에 있어서, 상기 거치대 면은 나사선 모양으로 하우징 외벽에 돌출된 형태인 것을 특징으로 하는 자극기.
13. 제1항에 있어서, 환자가 앉을 수 있는 의자가 상기 코어 상부에 추가로 배치되어 포함되고, 상기 코어는 그 수평 단면이 직사각형으로서 그 직사각형 단면의 긴 변이 상기 의자의 등받이면의 법선 벡터 중 수평방향 성분과 평행하게 위치하는 것을 특징으로 하는 자극기.
14. 제13항에 있어서, 상기 직사각형 단면의 긴 변 길이가 그 짧은 변의 길이에 비해 1.5 배 ~ 4배인 것을 특징으로 하는 자극기.

Images