KR101694392B1 - 통증 제어를 위한 전류 제어 기반 전기기계적 연골 성형 장치 - Google Patents

통증 제어를 위한 전류 제어 기반 전기기계적 연골 성형 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 통증 유발 한계 전류 내에서 전류를 제어하는 것에 의해 통증을 완화하거나 없애며 전기적인 안정성을 높일 수 있는 전류 제어 기반 전기기계적 연골 성형 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
상기 연골 성형 장치는, 제어를 위한 사용자 인터페이스를 제공하는 인터페이스부; 상기 인터페이스부로부터 전달되는 명령을 입력 받아 연골 성형을 위한 전류 제어 명령을 출력하고, 연골 성형을 위해 출력되는 전류와 전압을 모니터링하는 제어부; 외부로부터 전원을 입력받아 충전되는 충전지로 구성되는 충전부; 및 상기 충전부의 전원을 공급받은 후 상기 제어부의 전류 제어 명령에 따라 통증을 유발하는 한계 전류 내에서 연골 성형을 위한 전류를 제어하여 출력하는 전류공급부; 및 연골에 성형을 위한 상기 전류를 공급하는 다수의 전극으로 구성되는 전극부;를 포함하여 구성되어,
연골에 흐르는 전류의 양을 제어함으로써, 과도한 돌입전류를 제거하여 통증을 완화하거나 없애면서도 연골 성형의 본질적인 기능을 수행할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

Description

통증 제어를 위한 전류 제어 기반 전기기계적 연골 성형 장치{ELECTROMECHANICAL CARTILAGE RESHAPING APPARATUS BASED ON CURRENT CONTROL FOR CONTROLING PAIN}
본 발명은 전기기계적 연골 성형 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 통증 유발 한계 전류 내에서 전류를 제어하는 것에 의해 통증을 완화하거나 없애며 전기적인 안정성을 높일 수 있는 전류 제어 기반 전기기계적 연골 성형 장치에 관한 것이다.
연골을 성형하는 고전적인 방법은 자르고 봉합하는 수술적인 방법이다. 최신에 개발된 성형 방법에는 고주파(Radio Frequency) 신호 또는 레이저(Laser)를 연골에 조사함으로써 발생되는 열을 통해 연골을 성형 하는 방법과, 열적인 방법이 아닌 최소 침습적인 방법으로 연골에 전압을 인가하면서 기계적인 조형물을 통해 연골의 모양을 변형시키는 전기기계적성형법(EMR: Electromechanical Reshaping)이 있다.
앞서 언급했듯이, 기존의 고주파 및 레이저를 이용한 방법은 열을 이용하여 연골을 성형하게 되는데, 연골 조직은 부드럽게 하기 위해 60~80도의 열이 필요하며, 열은 3~10초 이내로 빠르게 방출되어야 한다. 하지만 열을 고주파나 레이저를 이용하여 균일하게 정확히 제어하기 힘들기 때문에 상기 방법은 연골 조직의 대면적에 열손상이 종종 발생하는 단점을 지니고 있다.
반면에, 최소 침습적 기반 전기기계적 연골성형법은 외부에서 기계적으로 연골이 성형될 수 있도록 기계적 지그를 통해 고정한 상태에서 백금으로 된 바늘을 연골에 찔러 최소 침습적으로 일정한 전압을 통해 연골에 열적 자극이 아닌 전기적 자극을 가하여 연골 조직이 성형이 되도록 하는 방법이다.
도 1은 종래기술의 전압 기반 전기기계적 연골 성형 장치의 구성도 및 연골 성형을 위한 전기적인 자극을 가한 후 연골 성형 결과를 나타내는 도면이고, 도 2는 전압 기반 전기기계적 연골 성형 장치에서 인가 전압을 5V 고정 시킨 후 연골 조직에 전류의 흐름을 시간에 따라 나타낸 그래프이다.
도 1과 같이 종래기술의 연골 성형 장치는 기계적 지그형의 전극에 전압원부를 포함하여 구성된다. 상술한 구성의 종래 기술의 연골 성형 장치는 외부에서 기계적으로 연골이 성형될 수 있도록 기계적 지그를 통해 고정한 상태에서 백금으로 된 바늘을 연골에 찔러 최소 침습적으로 일정한 전압을 통해 연골에 열적 자극이 아닌 전기적 자극을 가하여 연골 조직이 성형이 되도록 한다. 구체적으로, 컴퓨터 소프트웨어를 통해 출력 전압을 조절하며, 전압이 고정된 상태에서 전극을 통해 연골에 전류가 흘러간다. 연골은 기계적 지그로 인해 정해진 각도로 성형 된다.
그러나 연골에 전류가 흘러갈 때 전압을 일정하게 유지할 경우, 도 2와 같이, 연골의 저항성분에 따라 급격한 돌입전류가 발생하게 된다. 즉, 전압이 ON 되는 순간 연골의 저항 성분에 따라 급격한 전류가 흐르게 되며 과도한 돌입전류가 흘러가게 된다. 상술한 돌입전류와 같이, 한꺼번에 많은 전류가 연골을 포함한 조직을 통해 흐르게 되면 비록 국소적이긴 하지만 강한 통증이 발생할 뿐만 아니라, 연골에 필요 이상의 손상이 생기는 문제점이 발생한다.
한국공개특허 2010-0052430호 한국공개특허 2010-0076939호 한국공개특허 2003-0015091호
따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 연골에 흐르는 전류의 양을 제어함으로써, 과도한 돌입전류를 제거하여 통증을 완화하거나 없애면서도 연골 성형의 본질적인 기능을 수행할 수 있도록 하는 통증 제어를 위한 전류 제어 기반 전기기계적 연골 성형 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전류 제어 기반 전기기계적 연골 성형 장치는,
제어를 위한 사용자 인터페이스를 제공하는 인터페이스부;
상기 인터페이스부로부터 전달되는 명령을 입력 받아 연골 성형을 위한 상기 전류 제어 명령을 출력하고, 출력되는 전류와 전압을 모니터링하는 마이크로컨트롤러로 구성되는 제어부;
외부로부터 전원을 입력받아 충전되는 충전지로 구성되는 충전부;
상기 충전부로 충전 전원을 공급하는 전원공급부;
돌입전류를 제거하기 위해 상기 충전부의 전원을 공급받은 후 상기 제어부의 전류 제어 명령에 따라 통증을 유발하는 한계 전류 내에서 연골 성형을 위한 전류를 제어하여 출력하는 전류공급부;
연골에 성형을 위한 상기 전류를 공급하는 다수의 전극으로 구성되는 전극부; 및
연골의 성형을 위해 연골의 변화될 형상을 가지고 연골을 고정하는 기계적지그;를 포함하여 구성되어,
상기 전류공급부가 상기 제어부의 전류 제어 명령에 따라 통증을 유발하지 않는 한계 전류 내에서 연골 성형을 위한 전류를 제어하여 다수의 전극으로 인가하는 것에 의해 연골에 전기적 자극을 가하면, 상기 기계적지그가 전기적 자극이 가해진 연골을 변화될 형상으로 고정하는 것에 의해 연골의 성형이 이루어지도록 한다.
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상기 인터페이스부는,
GUI (Graphic User Interface) 소프트웨어를 포함하는 컴퓨터로 구성될 수 있다.
상기 전극은,
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연골에 삽입되어 상기 전류공급부로부터 출력되는 전류를 흘려주는 백금 소재의 바늘로 구성될 수 있다.
상기 전기기계적 연골 성형 장치는,
상기 충전부로 충전 전원을 공급하는 전원공급부;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 전원공급부는 상기 컴퓨터로부터 USB를 통해 5V 직류를 공급받아 출력하는 USB DC 파워서플라이로 구성될 수 있다.
상기 충전부는, 상기 컴퓨터로부터 USB를 통해 5V 직류를 공급받아 충전하도록 구성될 수 있다.
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상술한 구성의 본 발명은, 연골에 흐르는 전류의 양을 제어함으로써, 과도한 돌입전류를 제거하여 통증을 완화하거나 없애면서도 연골 성형의 본질적인 기능을 수행할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
도 1은 도 1은 종래기술의 전압 기반 전기기계적 연골 성형 장치의 구성도 및 연골 성형을 위한 전기적인 자극을 가한 후 연골 성형 결과를 나타내는 도면.
도 2는 전압 기반 전기기계적 연골 성형 장치에서 인가 전압을 5V 고정 시킨 후 연골 조직에 전류의 흐름을 시간에 따라 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 실시예에 따르는 통증을 제어하기 위한 전류 제어 기반 전기기계적 연골 성형 장치의 기능 블록 구성도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따르는 통증을 제어하기 위한 전류 제어 기반 전기기계적 연골 성형 방법의 처리과정을 나타내는 순서도.
도 5는 전류 제어 기반 전기기계적 연골 성형 장치에서 전류가 고정된 상태에서 전류의 흐름을 시간에 따라 측정한 결과 및 일정 전류 인가에 대한 설명을 나타낸 그래프.
도 6은 전류 제어 기반 전기기계적 연골 성형 장치를 적용해 전류에 따른 쥐가 느끼는 통증을 평가하기 위한 tail flick latency test를 수행한 결과를 나타내는 그래프.
도 7은 기계적 지그 내에 연골 조직을 삽입하고, 전류의 크기를 증가시키면서 연골의 성형 정도를 평가한 결과이며, 연골 두께 1mm와 2mm에서 결과를 나타내는 도면.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 단어 "예시적인" 은 "예로서, 일례로서, 또는 예증으로서 역할을 한다."라는 것을 의미하기 위해 이용된다. "예시적"으로서 본 명세서에서 설명된 임의의 양태들은 다른 양태들에 비해 반드시 선호되거나 또는 유리하다는 것으로서 해석되어야 하는 것만은 아니다.
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. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 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 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따르는 통증을 제어하기 위한 전류 제어 기반 전기기계적 연골 성형 장치의 기능 블록 구성도이다.
도 3과 같이, 상기 연골 성형 장치(1)는 인터페이스부(10), 제어부(20), 전원공급부(30), 충전부(40), 전류공급부(50), 전극부(60) 및 기계적지그(3)를 포함하여 구성된다.
상기 인터페이스부(10)는 제어를 위한 사용자 인터페이스를 제공하도록 구성된다. 구체적으로 상기 인터페이스부(10)는 GUI (Graphic User Interface) 소프트웨어를 포함하는 컴퓨터로 구성될 수 있다. 상기 GUI 인터페이스는 연골 성형을 위한 한계 전류의 입력, 연골 성형 전류 및 전압 그래프의 출력, 연골 성형 시작과 종료 제어 명령, 연골 성형 처리과정을 출력하는 것에 의해 연골 성형 장치(1)와 사용자 사이의 인터페이스를 제공한다.
상기 제어부(20)는 상기 인터페이스부(10)로부터 전달되는 명령을 입력 받아 연골 성형을 위한 전류 제어 명령을 출력하고, 연골 성형을 위해 출력되는 전류와 전압을 모니터링하도록 구성된다. 이를 위해 상기 제어부(20)는 컴퓨터 등의 인터페이스부(10)로부터 전달되는 명령을 입력 받아 전류공급부(50)를 제어하고 상기 전류공급부(50)에서 출력되는 전류와 전압을 모니터링하는 마이크로컨트롤러로 구성될 수 있다.
상기 전원공급부(30)는 상기 충전부(40)로 충전 전원을 공급하도롤 구성된다. 이를 위해 상기 전원공급부(30)는 인터페이스부(10)로부터 USB를 통해 5V 직류를 공급받아 출력하는 USB DC 파워서플라이로 구성될 수 있다.
상기 충전부(40)는 상기 전원공급부(30)의 전원을 입력받아 충전되는 충전지로 구성된다. 즉, 상기 충전부(40)는 상기 전원공급부(30)를 통해 컴퓨터로부터 USB에서 출력되는 5V 직류를 공급받아 충전하도록 구성될 수 있다.
상기 전류공급부(50)는 상기 충전부의 전원을 공급받은 후 상기 제어부의 전류 제어 명령에 따라 통증을 유발하는 한계 전류 내에서 연골 성형을 위한 전류를 제어하여 출력하도록 구성된다.
상기 전극부(60)는 연골에 성형을 위한 상기 전류를 공급하는 다수의 전극으로 구성된다. 상기 전극들은 연골(2)에 삽입되어 상기 전류공급부로부터 출력되는 전류를 흘려주는 백금 소재의 바늘로 구성될 수 있다.
상기 기계적지그(3)는 연골의 성형을 위해 연골의 변화될 형상을 가지고 연 골을 고정하도록 구성된다.
상기 기계적지그(3)는 전류공급부(50)가 제어부(20)의 전류 제어 명령에 따라 통증을 유발하지 않는 한계 전류 내에서 연골 성형을 위한 전류를 제어하여 다수의 전극으로 인가하는 것에 연골에 전기적 자극을 가하면, 전기적 자극이 가해진 연골을 변화될 형상으로 고정하는 것에 의해 연골의 성형이 이루어지도록 한다.
상술한 구성의 연골 성형 장치(1)는 컴퓨터 소프트웨어를 통해 전류가 제어되며, USB를 통해 전원이 공급되고 컴퓨터와 마이크로 컨트롤러 사이의 통신이 수행된다. USB 전원은 충전회로를 통해 충전부(40)의 중진지들에 충전되며, 컴퓨터(인터페이스부(10))의 명령에 따라 마이크로컨트롤러로 구성되는 제어부(20)는 전류공급부(50)를 제어하며, 동시에 전류공급부(50)에서 출력되는 전류와 전압을 모니터링한다. 전류공급부(50)의 전류는 백금 바늘로 구성되는 전극들로 구성되는 전극부(60)를 통해 연골에 정해진 전류가 흘러간다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따르는 통증을 제어하기 위한 전류 제어 기반 전기기계적 연골 성형 방법의 처리과정을 나타내는 순서도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 전류 제어 기반 전기기계적 연골 성형 방법은, 전극배치과정(S10), 한계전류 설정 과정(S20) 및 전류제어 연골 성형과정(S30)을 포함하여 이루어진다.
상기 전극배치과정(S10)은 성형 대상 연골(2)에 백금 바늘로 구성되는 전극들을 성형 목적에 맞게 삽입하여 배치하는 과정이 수행된다.
상기와 같이 전극부(60)의 배치과 수행된 후에는 제어부(20)는 인터페이스부(10)로부터 입력되는 제어 명령에 따라 전류공급부(50)의 출력 한계전류를 설정하는 한계전류설정과정(S20)을 수행한다.
이 후, 제어부(20)는 인터페이스부(10)로부터 입력되는 제어 명령에 따라 전류공급부(50)를 제어하여 연골 성형을 위한 전류를 출력시키고, 연골 성형을 위한 출력 전류의 전류와 전압을 모니터링하면서 연골 성형을 수행하는 전류제어 연골성형과정(S30)을 수행한다.
도 5는 전류 제어 기반 전기기계적 연골 성형 장치에서 전류가 고정된 상태에서 전류의 흐름을 시간에 따라 측정한 결과 및 일정 전류 인가에 대한 설명을 나타낸 그래프이다.
도 5의 경우, 전류 기반의 전기기계적 연골 성형 장치의 GUI (Graphic User Interface)를 보여주며, 0.5mA의 전류를 3개의 채널에 동시에 인가하면서 시간의 흐름에 따라 전류의 량을 측정한 결과이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르면 연골 성형 과정 동안 전류가 일정하게 유지됨을 알 수 있다.
도 6은 전류 제어 기반 전기기계적 연골 성형 장치를 적용해 전류에 따른 쥐가 느끼는 통증을 평가하기 위한 tail flick latency test를 수행한 결과를 나타내는 그래프이다.
즉, 도 6은 전류제어 기반 전기기계적 연골 성형기기를 적용해 전류 인가 시 쥐가 느끼는 통증을 평가하기 위하여 전류에 따른 통증 측정 장치를 이용한 tail flick latency test를 수행한 결과이다. 종래의 전압제어기반 전기기계적 연골 성형기기는 전압을 인가하자마자 쥐가 바로 통증을 느껴 바로 꼬리를 움직였기 때문에 통증을 제어하기 위한 어떤 요소도 포함하고 있지 않음을 알 수 있었다.
반면, 전류제어기반 전기기계적 연골 성형방법을 사용하였을 경우 마취 직후 0.4-0.5 mA까지 마취 후 30분이 지난 후에는 0.2-0.3 mA수준 전류에서 쥐꼬리의 반응이 없었다. 이는 해당 전류까지는 쥐가 통증을 느끼지 못한 것으로 판단할 수 있다. 즉, 실험 결과를 보면 전압 제어 기반 전기기계적 연골 성형 방법은 통증의 유발 정도가 심하여서, 상기 tail flick latency test를 할 수 없을 정도였고, 본 발명의 전류제어방식의 전기기계적 연골 성형 장치 및 방법을 적용할 경우, 상기 낮은 전류에서는 통증이 없었고 1mA의 실 사용범위에서 약간의 통증을 느끼는 정도가 있었으나 종래의 전압제어 방식에 대비해 통증이 상당히 감소한 상태임을 알 수 있다.
도 7은 기계적 지그내에 연골 조직을 삽입하고, 전류의 크기를 증가시키면서 연골의 성형 정도를 평가한 결과이며, 연골 두께 1mm와 2mm에서 결과를 나타내는 도면이다.
도 6을 보면, 전류 제어 기반 전기기계적 연골 성형 방법은 기존의 연골 성형 장치와 동일하게 전류의 양을 증가시키거나 인가 시간을 증가시키면 이에 비례하여 연골 성형이 가능함을 실험 결과로 보여주고 있다. 따라서 본 발명은 종래의 연골 성형 장치와 동일하게 연골 성형이 가능하며, 특히 전류의 양을 일정하게 제어함으로써 종래의 방법에서 유발되었던 극심한 통증을 없애거나 최소 저감시킬 수 있는 장점을 가지고 있음을 알 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1: 연골 성형 장치 10: 인터페이스부
20: 제어부 30: 전원공급부
40: 충전부 50: 전류공급부
60: 전극부 3: 기계적 지그

Claims (8)

  1. 제어를 위한 사용자 인터페이스를 제공하는 인터페이스부;
    상기 인터페이스부로부터 전달되는 명령을 입력받아 연골 성형을 위한 전류 제어 명령을 출력하고, 출력되는 전류와 전압을 모니터링하는 마이크로컨트롤러로 구성되는 제어부;
    외부로부터 전원을 입력받아 충전되는 충전지로 구성되는 충전부;
    상기 충전부로 충전 전원을 공급하는 전원공급부;
    돌입전류를 제거하기 위해 상기 충전부의 전원을 공급받은 후 상기 제어부의 전류 제어 명령에 따라 통증을 유발하는 한계 전류 내에서 연골 성형을 위한 전류를 제어하여 출력하는 전류공급부;
    연골의 성형을 위한 상기 전류를 공급하는 다수의 전극으로 구성되는 전극부; 및
    연골의 성형을 위해 연골의 변화될 형상을 가지고 연골을 고정하는 기계적지그;를 포함하여 구성되어,
    상기 전류공급부가 상기 제어부의 전류 제어 명령에 따라 통증을 유발하지 않는 한계 전류 내에서 연골 성형을 위한 전류를 제어하여 다수의 전극으로 인가하는 것에 의해 연골에 전기적 자극을 가하면, 상기 기계적지그가 전기적 자극이 가해진 연골을 변화될 형상으로 고정하는 것에 의해 연골의 성형이 이루어지도록 하는 전류 제어 기반 전기기계적 연골 성형 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 인터페이스부는,
    GUI (Graphic User Interface) 소프트웨어를 포함하는 컴퓨터로 구성되는 전류 제어 기반 전기기계적 연골 성형 장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 전극은,
    연골에 삽입되어 상기 전류공급부로부터 출력되는 전류를 흘려주는 백금 소재의 바늘로 구성되는 전류 제어 기반 전기기계적 연골 성형 장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 전원공급부는,
    상기 인터페이스부로부터 USB를 통해 5V 직류를 공급받아 출력하는 USB DC 파워서플라이로 구성되는 전류 제어 기반 전기기계적 연골 성형 장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 충전부는,
    상기 인터페이스부로부터 USB를 통해 5V 직류를 공급받아 충전하도록 구성되는 전류 제어 기반 전기기계적 연골 성형 장치.
  8. 삭제
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