KR101341953B1 - 근적외선 조명장치를 이용한 근적외선 조명 시스템 - Google Patents

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Abstract

사용자가 일상 생활에서 근적외선에 자주 노출되게 하여 세포내 미토콘드리아를 활성시킴으로써, 상처 회복, 당뇨병 환자의 족부 궤양 예방, 상처 부위의 통증 완화, 성장촉진 등을 향상시킬 수 있는 발광다이오드를 이용한 근적외선 조명장치 및 그 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

Description

근적외선 조명장치를 이용한 근적외선 조명 시스템{NEAR-INFRARED RAY ILLUMINATION SYSTEM USING NEAR-INFRARED RAY ILLUMINATION DEVICE}
본 발명은 조명장치에 관한 것으로서, 더 자세하게는 근적외선을 방사하는 광원으로서 발광다이오드를 이용한 조명장치에 관한 것이다.
최근 미항공우주국(NASA)의 후원으로 발광다이오드에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이러한 연구분야 중 하나가 발광다이오드의 의학 및 생물학적 효능에 관한 것이다. 특히,“NASA Light Emitting Diode Medical Applications From Deep Space to Deep Sea”(2001, American Institute of Physics, Harry T. Whelan) 논문에 따르면, 근적외선 파장을 갖는 발광다이오드가 상처의 치료를 증진시키며 동물세포의 성장을 증진시킨다고 보고되었다. 또한, JAPMA(Journal of the American Podiatric Medical Association)에 보고된 논문, “Symptomatic Reversal of Peripheral Neuropathy in Patients with Diabetes”(Kochman et al. 2002;92:125-130)에 따르면, 근적외선 파장을 갖는 발광다이오드의 조사가 말초신경계가 손상된 당뇨병환자의 고통을 완화시킨다고 보고되었다.
이러한 효과에 대하여 현재 세포내 미토콘드리아 활성작용 이론이 제안되었다. 미토콘드리아는 세포내에 존재하면서 혈액에서 공급된 유기물을 이용하여 세포의 증식 및 성장에 에너지원으로 쓰이는 아데노신삼인산(ATP)을 합성하는 작용을 한다. 상처의 치료 과정이란 결국 세포의 증식 및 성장 과정이므로 발광다이오드의 다양한 효과도 이 이론에 의하면 다음과 같은 과정으로 설명될 수 있다.
1. 근적외선 근처의 발광다이오드가 세포내 미토콘드리아를 활성화시킨다.
2. 활성화된 미토콘드리아가 ATP의 생산을 증가시킨다.
3. ATP의 증가로 세포의 증식 및 성장이 증진된다.
4. 세포의 증식 및 성장이 증진되어 상처의 치유 및 신진대사(metabolism)가 증진된다.
5. 말초신경계가 손상된 당뇨병환자의 경우 신진대사가 촉진되어 고통이 감소한다.
이와 같은 연구결과에 기초하여, 일상생활에서 상처치료, 통증완화, 신진대사 활성화, 성장촉진 등에 활용할 수 있는 근적외선을 방사하는 발광다이오드를 이용한 조명장치의 개발의 필요성이 대두된다.
본 발명은 사용자가 일상 생활에서 근적외선에 자주 노출되게 하여 세포내 미토콘드리아를 활성시킴으로써, 상처 회복 증진, 당뇨병 환자의 족부 궤양 예방, 상처 부위의 통증 완화, 성장촉진 등에 이용할 수 있는 발광다이오드를 이용한 근적외선 조명장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
아울러, 본 발명의 다른 목적은, 특수한 사용 목적에 맞도록 설정된 테라피 데이터를 사용자가 편리하게 변경할 수 있으며, 그에 따라 근적외선 조명장치로부터 자신이 원하는 파장, 세기 및 점등 주기를 갖는 근적외선이 방사되도록 하는 근적외선 조명 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 근적외선 조명 시스템은, 사용자 단말기 및 근적외선 조명장치를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 근적외선 조명장치는, 근적외선을 방사하는 발광다이오드; 상기 발광다이오드의 발광세기 및 발광주기 중 적어도 하나를 조정하는 모듈레이션 회로부; 상기 사용자 단말기와 통신하는 통신모듈; 및 상기 사용자 단말기로부터 상기 통신모듈에 의해 수신된 테라피 데이터에 따라 상기 모듈레이션 회로부를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 사용자 단말기는, 상기 발광다이오드의 발광세기 및 발광주기 중 적어도 하나에 대한 제어 정보를 포함하는 상기 테라피 데이터를 상기 근적외선 조명장치의 상기 통신모듈에 전송할 수 있다.
특히, 상기 모듈레이션 회로부는, 상기 발광다이오드의 발광주기를 조정하기 위한 파형을 생성하는 파형생성회로부; 및 상기 파형생성회로부에 의해 생성된 상기 파형의 크기를 조절하는 세기조절회로부;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 발광다이오드는 파장이 600nm 내지 2,200nm인 근적외선을 방사하는 것이 바람직하다. 특히, 발광다이오드로서 서로 다른 파장의 근적외선을 방사하는 복수의 발광다이오드를 사용할 수 있으며, 이 경우 상기 테라피 데이터는 상기 근적외선 조명장치로부터 방사될 근적외선의 파장에 대한 정보를 더 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제어부는 상기 테라피 데이터에 포함된 근적외선의 파장에 대한 정보에 따라 상기 모듈레이션 회로부를 제어하여 상기 복수의 발광다이오드를 선택적으로 발광시킬 수 있다.
본 발명에 따른 근적외선 조명장치는, 근적외선을 방사하는 발광다이오드; 상기 발광다이오드의 발광세기 및 발광주기 중 적어도 하나를 조정하는 모듈레이션 회로부; 상기 사용자 단말기와 통신하는 통신모듈; 및 상기 사용자 단말기로부터 상기 통신모듈에 의해 수신된 테라피 데이터에 따라 상기 모듈레이션 회로부를 제어하는 제어부;를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 사용자 단말기로부터 수신되는 상기 테라피 데이터는, 상기 발광다이오드의 발광세기 및 발광주기 중 적어도 하나에 대한 제어 정보를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 근적외선 조명장치를 이용하면, 환자의 상처 치유가 증진되고 통증이 완화되며 신진대사가 활발해진다. 또한, 근적외선을 방사하는 발광다이오드는 열을 발생하지 않으므로, 일반 적외선 램프를 장시간 사용하는 경우에 발생할 수 있는 열로 인한 피부 손상이 없어 장시간 안전하게 사용할 수 있다. 또한, 성장기에 있는 가축에게 조사하는 경우 가축의 성장이 촉진되어 축산업 종사자들의 수익성 향상에 도움을 줄 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 근적외선 조명 시스템을 이용하면, 서비스 운영자에 의해 제공되는 다양한 테라피 데이터를 수신하고 이를 기초로 근적외선 조명장치를 제어함으로써, 사용자가 자신이 원하는 사용 목적에 따라 더욱 편리하게 근적외선 조명장치를 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 근적외선 조명 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 근적외선 조명장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 근적외선 조명장치에서 발광다이오드를 제어하는 모듈레이션 회로부가 발광주기를 제어하기 위한 파형생성회로의 일례를 도시한 회로도이다.
도 4는 본 발명에 따른 근적외선 조명장치에서 발광다이오드를 제어하는 모듈레이션 회로부가 발광세기를 제어하기 위한 세기조절회로의 일례를 도시한 회로도이다.
도 5는 본 발명에 따른 근적외선 조명장치를 제어하는 사용자 단말기의 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 근적외선 조명 시스템의 사용예이다.
이하에서는 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 근적외선 발광다이오드를 이용한 조명장치 및 시스템에 대한 바람직한 실시예들을 자세히 설명한다.
먼저, 도 1에는 본 발명에 따른 근적외선 조명 시스템의 전체 구성도를 도시하였다. 근적외선 조명장치(100)는, 예컨대 건물의 천정 등에 고정되어 배치될 수 있고, 별도의 이동 수단에 고정되어 사용자가 필요시 이동하면서 사용할 수도 있다. 그리고, 근적외선 조명장치(100)는 사용자 단말기(200)와 무선 통신이 가능하며, 사용자가 자신의 사용자 단말기(200)를 통해 근적외선 조명장치(100)에 소정의 데이터를 전송하여 근적외선 조명장치(100)를 제어할 수 있다.
여기서, 근적외선 조명장치(100)와 사용자 단말기(200)는, 예컨대 블루투스(Bluetooth) 등의 무선전송기술이 적용되어 데이터 통신이 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다. 후술하겠으나, 사용자 단말기(200)는 근적외선 조명장치(100)에 테라피 데이터를 전송하며, 이 테라피 데이터는 근적외선 조명장치(100)로부터 방사되는 근적외선의 파장, 세기, 주기 등에 대한 정보를 포함한다. 즉, 테라피 데이터는 근적외선 조명장치(100)로부터 방사되는 근적외선의 파장, 세기, 주기 등을 제어하기 위한 제어 정보로서, 사용자의 사용 목적에 따라 특화된 정보를 포함한다. 예컨대, 사용자가 당뇨병 치료에 사용하고자 하는 경우, 파장이 890nm인 근적외선이 약 0.0034초의 주기(즉, 292(times/second)의 진동수)를 갖는 파형으로 방사되는 경우 치료에 효과적이다. 따라서, 당뇨병 환자에 맞는 테라피 데이터는 근적외선 조명장치(100)가 890nm의 파장을 갖는 근적외선이 0.0034초의 주기로 방사되도록 하는 제어 정보를 포함한다.
이와 같이, 사용자 단말기(200)는 사용 목적에 적절한 테라피 데이터를 근적외선 조명장치(100)에 전송하여 자신이 원하는 파장을 갖는 근적외선이 적절한 세기 및 주기로 방사되도록 제어한다. 그리고, 사용자 단말기(200)는 사용 목적, 예컨대 당뇨병 치료, 신진대사 활성화, 성장촉진, 불면증 치료, 족부성 궤양에방, 시력회복 등의 다양한 목적에 맞게 각각 설정된 테라피 데이터를 미리 저장할 수 있다. 또한, 사용자는 자신의 사용 목적에 맞게 설정된 테라피 데이터를 외부 서버(400)로부터 유선 또는 무선 통신망(300)을 통해 사용자 단말기(200)에 직접 전송받아 저장할 수도 있고, 별도의 개인용 컴퓨터(200a)를 통해 서버(400)로부터 전송받은 테라피 데이터를 사용자 단말기(200)에 저장할 수도 있다. 여기서, 서버(400)는 다양한 목적에 따라 설정된 테라피 데이터를 사용자의 요청에 따라 제공할 수 있다.
다음으로, 도 2에서 보듯이, 근적외선 조명장치(100)는, 근적외선을 방사하는 발광다이오드(110), 상기 발광다이오드의 발광세기 및 발광주기 중 적어도 하나를 조정하는 모듈레이션 회로부(120), 사용자 단말기(200)와 통신하는 통신모듈(140), 및 사용자 단말기(200)로부터 통신모듈(140)에 의해 수신된 테라피 데이터에 따라 모듈레이션 회로부(120)를 제어하는 제어부(130)를 포함하여 구성될 수 있다. 나아가, 근적외선 조명장치(100)의 전원으로서 교류를 사용하는 경우에 AC/DC 변환을 수행하는 전원부(150), 외부 전원에 근적외선 조명장치(100)를 체결하기 위한 연결부(160)를 추가로 포함할 수도 있다.
여기서, 발광다이오드(100)는 파장이 600nm 내지 2,200nm인 근적외선을 방사하는 발광다이오드로 구성되는 것이 바람직하고, 나아가 서로 다른 파장의 근적외선을 방사하는 복수의 발광다이오드(112, 114)로 구성될 수도 있다. 예컨대, 발광다이오드는 당뇨병 치료에 적합한 600nm 내지 1,000nm의 파장대역의 근적외선을 방사하는 제1 발광다이오드(112)와, 불면증 치료에 적합한 1,200nm 내지 2,000nm의 파장대역의 근적외선을 방사하는 제2 발광다이오드(114)로 구성될 수 있으며, 이를 통해 하나의 근적외선 조명장치(100)를 더 다양한 목적으로 병행하여 사용할 수 있다.
그리고, 통신모듈(140)은 사용자 단말기(200)로부터 발광다이오드(100)의 발광세기 및 발광주기 중 적어도 하나에 대한 제어 정보를 포함하는 상기 테라피 데이터를 수신한다. 여기서, 테라피 데이터는 사용자가 자신의 사용 목적에 적합한 제어 정보로서, 제어부(130)는 이 테라피 데이터를 기초로 모듈레이션 회로부(120)를 제어하여 발광다이오드(110)의 발광세기 및/또는 발광주기(즉, 발광다이오드의 점등주파수)를 제어한다. 나아가, 서로 다른 파장대역을 가진 복수의 발광다이오드를 포함하는 경우, 테라피 데이터는 방사될 근적외선의 파장에 대한 정보를 더 포함할 수 있다. 이때, 제어부(130)는 테라피 데이터에 포함된 근적외선 파장에 대한 정보를 기초로 복수의 발광다이오드 중 일부만을 선택하여 발광하도록 제어할 수 있다.
한편, 모듈레이션 회로부(120)는 제어부(130)의 제어에 따라 특정 파장대역의 발광다이오드(112, 114)를 선택하거나, 발광다이오드(110)의 발광세기 및/또는 발광주기를 조정한다. 예컨대, 모듈레이션 회로부(120)는, 특정 파장대역의 발광다이오드를 선택하는 발광다이오드 선택회로부, 선택된 혹은 전체 발광다이오드의 발광주기를 조정하기 위한 파형을 생성하는 파형생성 회로부, 생성된 파형의 크기를 조절하는 세기조절 회로부를 포함하여 구성될 수 잇다.
여기서, 파형생성 회로부는, IC555, 빈 브릿지(Wein Bridge) 또는 오퍼레이션 엠프(OP-AMP; Operation Amplifier)를 이용하여 구성될 수 있으며, 다양한 주파수(즉, 주기)를 가진 변조파(예컨대, 사각파(Square Wave) 또는 싸인파(Sine Wave) 등)를 생성한다. 일례로, 도 3에는 National Semiconductor사의 LM101A OP-AMP를 이용한 파형생성 회로를 예시하였다. 여기서, 콘텐서 C1 및 C2가 같은 값을 갖으며(즉, C1=C2), R1을 고정저항, R3를 가변저항으로 할 때, R3를 조절하면 다양한 주파수를 갖는 사각파가 "Square Output"으로 출력된다. 이때, 발생되는 주파수(F)는 다음과 같이 주어진다.
[수학식 1]
F = 1 / {2π√(R3·R1)}
또한, 생성된 사각파는 세기조절 회로부에서 그 크기가 조정된다. 예컨대, 전원부(150)에서 교류 전원이 5V의 직류로 변환된 경우, 파형생성 회로부에서 출력된 "Square Output"이 도 4에 도시한 세기조절회로의 "Square_Output"으로 입력되면, 트랜지스터 Q1이 스위칭되어 각 발광다이오드의 "+" 단자 및 "-" 단자로 전력이 증폭된 사각파가 출력된다. 여기서, "+" 단자 및 "-" 단자 사이의 주파수는 "Square_Output"으로 입력된 사각파의 주파수와 같다.
다음으로, 사용자 단말기(200)는, 예컨대 도 5에서 보듯이, 상술한 근적외선 조명장치(100)에 테라피 데이터를 송신하는 통신모듈(220), 서버(400) 혹은 개인용 컴퓨터(200a)로부터 수신한 다양한 사용목적에 적합하도록 설정된 테라피 데이터를 저장하는 메모리(240), 사용자가 원하는 동작을 조작하는 선택부(230), 및 전원부(250)를 포함할 수 있다. 여기서, 사용자는 선택부(230)의 조작을 통해, 서버(400) 혹은 개인용 컴퓨터(200a)로부터 자신의 사용목적에 적합한 테라피 데이터를 수신 및 저장하거나, 근적외선 조명장치(100)에 전송할 테라피 데이터를 선택하거나, 선택된 테라피 데이터를 근적외선 조명장치(100)에 전송하거나, 현재 근적외선 조명장치(100)에서 동작되고 있는 테라피 데이터를 수정하여 발광다이오드 발광세기 및/또는 발광주기를 변경할 수 있다. 제어부(210)는 이러한 사용자의 조작 명령에 따라 통신모듈(220), 메모리(240)를 제어한다. 이러한 사용자 단말기(200)는, 근적외선 조명장치(100)를 원격으로 제어하는 리모트 콘트롤로서 기능하며, 예컨대 개인휴대단말(PDA), 태블릿 컴퓨터, 스마트폰 등에 제어프로그램으로 설치되어 수행될 수도 있다.
상술한 근적외선 조명장치 및 이를 이용한 조명 시스템은, 예컨대 도 6에서 보듯이, 일반적인 가정에 설치되어 사용될 수 있다. 즉, 근적외선 조명장치(100)는 일반 조명과 함께 천정에 고정되어 설치될 수 있으며, 사용자는 사용자 단말기(200)를 통해 근적외선 조명장치(100)로부터 방사되는 근적외선의 파장, 발광세기 및 발광주기를 적절히 제어할 수 있다. 이러한 근적외선 조명장치 및 이를 이용한 조명 시스템의 유용한 사용예로서, 당뇨병 환자의 족부 궤양을 예방하는 것을 들 수 있다. 당뇨병은 국내에서도 환자수가 약 200만명 이상인 질환으로서, 완치가 불가능하여 평생을 관리해야하는 까다로운 질환이다. 당뇨가 오래 지속되면 우리 신체에 중요한 정보망 역할을 하는 신경계에 손상을 주게 되며, 더욱이 당뇨병 환자의 경우에는 대사 순환계에 이상이 있는 관계로 한번 손상을 입은 신경은 좀처럼 정상으로 회복되기 어렵다. 따라서 오랫동안 당뇨병을 앓아온 환자는 말초신경계가 손상되어 상처가 생겨도 이것을 인지하지 못하는 당뇨병성 말초 신경병증(diabetic peripheral neuropathic pain)이 나타나는 경우가 많으며, 독일의 경우 족부에 발생한 단순한 상처를 초기에 인지하지 못해 족부성 궤양으로 발전하여 매년 28,000명의 당뇨병 환자가 족부를 절단하는 것으로 보고되고 있다. 또한, 당뇨병성 말초 신경병증은 심한 통증을 수반하는 경우가 많으며 이런 통증은 말초혈관계 및 신경계의 대사 장애가 원인이다.
따라서 족부성 궤양을 예방하기 위해서는 족부에 발생한 상처를 초기에 발견하고 이를 치료하는 것이 최상의 방법이나, 당뇨병성 말초 신경병증에 걸린 경우 말초 신경계의 손상으로 상처를 인지할 수 없어 오직 육안(Eye) 관찰만이 유일한 방법이다. 그러나 노인의 경우 혼자서 족부를 관찰하는 것이 어려우며 미세한 상처는 육안으로 관찰되지 않는 관계로 족부성 궤양 예방에 어려움이 있다. 이러한 당뇨병 환자에게 수면 중 또는 평상시에도 족부에 근적외선 발광다이오드를 조사시킴으로써 상처의 치료를 증진시켜 상처가 족부성 궤양으로 발전하는 것을 방지할 수 있으며, 신진대사를 증진시킴으로써 통증을 해소시키는 효과도 기대할 수 있다. 특히, 발광다이오드에 의한 근적외선 조명장치는 종래의 적외선 램프와 같이 열을 발생하지 않으므로 환자가 사용 중 잠이 드는 경우라도 열에 의한 피부의 손상이 없어 매우 안전하다.
또 다른 유용한 사용 예로 동물의 성장촉진을 들 수 있다. 축산에 종사하는 사람에게 가축의 빠른 성장은 보다 많은 수익을 가져올 수 있어 매우 중요한 일이다. 그러나 종래의 성장 촉진 방법인 고단백 사료를 이용하는 것은 과다한 사료비의 증가 때문에 만족할만한 수익을 기대하기 어렵다. 이러한 축산 종사자들이 본 발명에 의한 근적외선 방사 장치를 이용해 성장기에 있는 가축에게 조사함으로써 가축의 성장을 촉진시킬 수 있다. 즉, 방사된 근적외선이 미토콘드리아의 ATP 생성을 촉진시켜 혈액내에서 공급되는 유기물을 보다 효율적으로 사용함으로써 가축의 성장이 촉진되는 효과를 기대할 수 있다.
지금까지 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (8)

  1. 서버, 사용자 단말기 및 근적외선 조명장치를 포함하고,
    상기 사용자 단말기는, 상기 서버와 유선 또는 무선 통신망을 통해 연결되고, 상기 서버로부터 특정 질병의 치료용으로 설정된 근적외선의 파장, 발광세기 및 발광주기에 대한 제어정보를 포함하는 테라피 데이터를 수신 및 저장하고, 상기 서버로부터 수신한 상기 테라피 데이터를 상기 근적외선 조명장치에 전송하고,
    상기 근적외선 조명장치는, 파장이 600nm 내지 2,200nm의 범위 내인 서로 다른 파장의 근적외선을 방사하는 복수의 발광다이오드; IC555, 빈 브릿지, 오퍼레이션 앰프 중 적어도 하나를 포함하여 상기 발광다이오드의 발광주기를 조정하기 위한 변조파 파형을 생성하는 파형생성회로부, 및 상기 파형생성회로부에 의해 생성된 상기 변조파의 파형의 크기를 조절하는 세기조절회로부를 포함하는 모듈레이션 회로부; 상기 사용자 단말기와 통신하는 통신모듈; 상기 통신모듈에 의해 상기 사용자 단말기로부터 수신한 상기 테라피 데이터를 저장하는 메모리부; 및 상기 사용자 단말기로부터 상기 통신모듈에 의해 수신된 상기 테라피 데이터에 따라 상기 모듈레이션 회로부를 통해 상기 복수의 발광다이오드 중 적어도 하나의 발광세기 및 발광주기를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 근적외선 조명 시스템.
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