KR200177463Y1 - 복합 저주파 골유합 촉진장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 복합 저주파 골유합 촉진장치에 관한 것으로 특히, 서로 다른 저주파수를 갖는 구형파 펄스를 발생시키는 제 1 및 제 2 발진기(1)(2)와; 상기 제 1 및 제 2 발진기(1)(2)에서 각각 출력되는 서로 다른 저주파수의 구형파 펄스를 논리적으로 합산하여 반전시키는 노아 게이트(3)와; 상기 노아 게이트(3)에서 출력되는 펄스를 소정레벨로 전류 증폭시켜 주는 전류증폭기(4)와; 상기 전류증폭기(4)의 출력단에 설치되어 비침습 전극(6)에 인가되는 저주파 펄스의 크기를 제어하는 부하저항(5)과; 상기 부하저항(5)을 통해 출력되는 저주파를 피부 조직을 통해 불유합이 발생된 뼈 조직으로 전달하는 비침습 전극(6)으로 구성하되, 상기 노아 게이트(3)의 출력단에 발광다이오드(LED)와 역전압 방지용 다이오드(D1) 및 보호저항(R6)으로 구성되어 상기 노아 게이트(3)의 출력펄스에 부응하여 점소등되는 작동상태 표시부(7)를 부가 설치하여 외국 제품에 비해 저가로 수요자에게 공급할 수 있고, 또 난치병의 하나인 골 불유합이나 골다공증의 치료에 많은 기여를 할 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 제품에 비해 소형 경량화할 수 있음은 물론 소모 전력을 줄일 수 있고, 또 손쉽게 건전기를 교체하여 사용할 수 있도록 한 것이다.

Description

복합 저주파 골유합 촉진장치 {Bone union instrument with complex low frequency}

본 고안은 복합 저주파 골유합 촉진장치에 관한 것으로 더욱 상세히는 간단한 회로를 통해 사람이나 동물의 뼈의 골절 이후에 감염 등으로 나타날 수 있는 불유합(不揄合,Non-union)이나 골다공증을 치료할 수 있도록 고안한 것이다.

전자파가 골절이나 골다공증의 치료에 사용될 수 있다는 이론적 배경은 1959년에 일본의 Yasuda의 연구보고에서 비롯되었으며, 그는 동물의 뼈가 갖는 압전효과(壓電效果,Piezo-elecriceffect)를 최초로 발견하여 보고하였다.

그런데, 동물의 뼈는 유기적인 미네랄 성분으로 구성되어 있으며, 주요 미네랄 성분은 수산화 인(hydroxypatite)과 복합 황화 칼슘의 결정체이다.

이들중 수산화 인이 압전 효과를 나타내게 되는데, 이 압전효과는 뼈에 기계적인 압력이 가해질 경우 압력의 크기에 따라 미소한 전기신호(전하 또는 전류)가 발생된다는 것으로서 이 신호는 인접한 뼈의 세포에 의해 탐지되고 이는 다시 더 많은 양의 수산화 인이 뼈 조직에 침전되도록 하는 역할을 한다.

이것은 압력이 가중될 때 뼈의 밀도를 높이는 자극신호의 역할을 하는 것으로서 생물학적인 피드백 메커니즘의 하나이고, 이러한 메커니즘은 반대로 사용하지 않는 뼈의 미네랄 성분을 조절하는 역할도 한다.

그런데, 이 메커니즘에 의해 골다공증이 발생하기도 하는 것이나, 골절이 발생된 경우에는 자연적인 치유과정이 중단되고 불유합(Non-union)이 나타나는 경우가 있다.

불유합에 대한 기존의 치료방법은 외과 수술에 의한 것이었다.

즉, 부러진 부위를 세척하고 뼈를 맞추기 위한 고정 핀을 사용하여 고정시켜 두는 상식적인 외과 수술 방법을 사용하고 있었다.

그러나, 이러한 외과 수술은 멈추어 버린 치유과정을 재생시키고자 하는 것이었으나 성공률이 그다지 높지 못하였다.

한편, 뼈에 의해 발생되는 미약한 전기신호에 관한 기초 연구는 60년대에 들어 많이 수행되었으며, 70년대 이후에는 이러한 연구결과를 불유합의 치료에 사용하기 시작하여 약 75∼80%에 이르는 높은 성공율을 보인 것으로 보고하고 있다.

이들 보고에 따르면 전기 신호에 의한 치료는 감염이나 이전의 수술 여부 또는 연 조직(soft tissue)의 신경 결함 등에 영향을 받지 않았다고 하며, 오히려 만성 피부 상처의 치료나 마비된 피부의 감각 회복 등이 나타난 것으로 보고하고 있다.

이후 정형외과 분야에서 외부 전기 신호를 이용하여 뼈를 생장 시키는 많은 연구들이 수행되었으며 현재 일부 이를 이용한 장치들의 개발되어 실제 치료에 사용되고 있으나, 대부분의 장치들은 직류 전류를 출력하는 건전지 만을 사용한 단순한 것이거나, 단순한 발진기와 고주파 유도코일 등으로 구성되어 있어서 크기가 크고 많은 전류를 소모하며 가격도 수천 달러에 이르는 고가의 장비들이었다.

이와같은 종래의 골유합 촉진장치에 대한 문제점을 좀더 상세히 요약하면 다음과 같다.

첫째는, 대개가 건전지만을 사용한 단순 회로로 되어 있는데, 많은 실험 결과에 따르면 직류 전류보다는 저주파 전류가 훨씬 치료 효과가 높은 것으로 보고되고 있고, 또 이것을 압전 효과로 설명하면 일정한 하중을 지속적으로 뼈에 가하는 것 보다 일정 주기로 압력을 가감하는 것이 골 밀도의 증가에 더욱 효과적이라는 것에 해당된다.

둘째는, 침습적인 장치는 불유합 부위에 침전극을 삽입하여야 하기 때문에 삽입부위에 감염의 위험이 있으며 환자의 거동이 부자유스럽고 지속적인 주의가 필요하다는 것이다.

셋째는, 종래의 비침습적인 치료장치는 고주파 유도코일을 사용하였으므로 크기가 크고 무게가 많이 나가며 고주파 유도코일로부터 발생되는 전자파가 환부에 직접 가해지게 되므로 투과율이 작아 비교적 높은 전파 출력을 갖는 장치를 요한다는 단점이 있었다.

본 고안은 이와같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 안정된 서로 다른 복합 저주파를 발생시키는 두개의 발진기와, 이들을 부논리적으로 합산하는 노아게이트 및 전류증폭기 및 피부에 부착하는 전극을 사용하여 비침습적으로 치료에 사용할 수 있도록 구성하여 기존의 제품에 비해 소형 경량이며 소모 전력이 매우 작아 일반용 건전지로도 장시간 사용할 수 있고, 또 손쉽게 건전기를 교체하여 사용할 수 있는 복합 저주파 골유합 촉진장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와같은 본 고안의 목적은, 서로 다른 저주파수를 갖는 구형파 펄스를 발생시키는 제 1 및 제 2 발진기와; 상기 제 1 및 제 2 발진기에서 각각 출력되는 서로 다른 저주파수의 구형파 펄스를 논리적으로 합산하여 반전시키는 노아 게이트와; 상기 노아 게이트에서 출력되는 펄스를 소정레벨로 전류 증폭시켜 주는 전류증폭기와; 상기 노아 게이트의 출력펄스에 부응하여 점소등되는 작동상태 표시부로 구성하므로써 달성할 수 있다.

따라서, 전기적은 골유합의 촉진 또는 골다공증의 치료를 하기 위한 복합 저주파 골유합 촉진장치를 저출력, 소형 경량화 할 수 있는 것이다.

도 1은 본 고안 장치의 상세 회로도.

도 2의 (a)-(c)는 본 고안 장치의 각부 출력 파형도.

도 3은 본 고안 장치를 이용하여 불유합 치료를 실시하는 상태도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1,2 : 제 1 및 제 2 발진기 3, NOR2-NOR4 : 노아 게이트

4 : 전류증폭기 5 : 부하저항

6 : 비침습 전극 7 : 작동상태 표시부

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 고안의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안 장치의 상세 회로도를 나타낸 것이고, 도 2의 (a)-(c)는 본 고안 장치의 각부 출력 파형도를 나타낸 것이며, 도 3은 본 고안 장치를 이용하여 불유합 치료를 실시하는 상태도를 나타낸 것이다.

이에 따르면, 저항(R1,R2)(R3-R5)과 콘덴서(C1,C2)(C3,C4) 및 CMOS 발진 IC(IC1)(IC2)로 각각 구성되어 서로 다른 저주파수를 갖는 구형파 펄스를 발생시키는 제 1 및 제 2 발진기(1)(2)와;

상기 제 1 및 제 2 발진기(1)(2)에서 각각 출력되는 서로 다른 저주파수의 구형파 펄스를 논리적으로 합산하여 반전시키는 노아 게이트(3)와;

세개의 노아 게이트(NOR2-NOR4)가 각각 직 병렬 연결된 구성을 갖고 상기 노아 게이트(3)에서 출력되는 펄스를 소정레벨로 전류 증폭시켜 주는 전류증폭기(4)와;

상기 전류증폭기(4)의 출력단에 설치되어 비침습 전극(6)에 인가되는 저주파 펄스의 크기를 제어하는 부하저항(5)과;

상기 부하저항(5)을 통해 출력되는 저주파를 피부 조직을 통해 불유합이 발생된 뼈 조직으로 전달하는 비침습 전극(6)으로 구성된 것을 기본적인 특징으로 한다.

또한, 상기 노아 게이트(3)의 출력단에 발광다이오드(LED)와 역전압 방지용 다이오드(D1) 및 보호저항(R6)으로 구성되어 상기 노아 게이트(3)의 출력펄스에 부응하여 점소등되는 작동상태 표시부(7)를 설치한 것을 부가적인 특징으로 한다.

이와같이 구성된 본 고안 장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 저항(R1,R2)(R3-R5)과 콘덴서(C1,C2)(C3,C4) 및 CMOS 발진 IC(IC1)(IC2)를 통해 서로 다른 저주파수를 갖는 구형파 펄스가 발생되도록 구성된 통상 무안정 멀티바이브레이터(astable multi-vibrator)로써의 제 1 및 제 2 발진기(1)(2)의 출력펄스 전압은 본 고안 장치를 구동시키기 위해 사용되는 건전지의 전압과 같은 전압을 갖는다.

이때, 상기 제 1 및 제 2 발진기(1)(2)에서 출력되는 구형파 펄스의 주기는 다음 식으로 주어진다.

즉, T(high) = 0.693 x [R1 (또는 R3) + R2(또는 R4)] x C1(또는 C3),

T(low) = 0.693 x [R2 (또는 R4)] x C1(또는 C3)의 공식에 의해 정해지는데, 통상 상기 콘덴서(C2)(C4)는 0.001㎌ 이상의 것이면 된다.

본 고안에서는 상기 제 1 및 제 2 발진기(1)(2)를 구성하고 있는 소자들 중 저항(R1-R4)과 콘덴서(C1,C3)값을 소정값으로 설정하여 상기 제 1 및 제 2 발진기(1)(2)의 출력파형이 각각 도 2의 (a)(b)와 같은 주기를 갖도록 하였는데, 이 주기에 한정하는 것은 아니고 저항(R1-R4)과 콘덴서(C1,C3)값을 적절히 조절하여 그 주기를 임의의 값으로 변경 또는 설정할 수 있다.

한편, 상기 제 1 및 제 2 발진기(1)(2)에서 출력되는 서로 다른 저주파수의 구형파 펄스는 노아 게이트(3)를 통해 논리적으로 합산 및 반전된다.

이와같이 발진 펄스를 하나의 노아 게이트(3)를 통해 논리적으로 합산 및 반전시킨 상태의 저주파 펄스의 전류치는 골유합 촉진에 필요한 전류치를 갖지 못하게 되므로 본 고안에서는 상기 노아 게이트(3)의 출력단에 전류증폭기(4)를 설치하여 이 전류증폭기(4)내의 초입단에 직렬로 설치된 CMOS 노아 게이트(NOR2)를 통해 한번 반전시킨 다음 병렬로 연결된 2개의 노아 게이트(NOR3,NOR4)를 통해 다시 반전시키는 방식을 통해 원하는 레벨(즉, 골유합을 촉진시키기에 충분한 전류레벨)로 전류 증폭시킨 것인데, 이때의 출력 파형은 되어 도 2의 (c)와 같은 형태를 나타내게 된다.

물론, 상기 전류증폭기(4)를 통해 전류 증폭되어 출력되는 구형파의 저주파 출력신호는 부하저항(5)을 통해 골유합 촉진 치료를 직접적으로 작용하는 비침습 전극(6)으로 출력된다.

따라서, 피부에 집척 부착 설치하는 비침습 전극(6)(일반 심전도용 전극 등을 사용함)에서 피부조직을 통해 불유합이 발생된 뼈 조직으로 저주파 신호를 전달하게 되는 것이다.

이때, 사용된 저주파신호의 주파수는 뼈의 압전효과에서 나타나는 신호와 유사한 파형을 가지므로 왜곡 없이 뼈 조직까지 전달할 수 있어 뼈의 미네랄 성분 촉진을 통해 뼈의 불유합 치료를 원할히 수행할 수 있는 것이다.

또한, 본 고안 장치에서는 출력단에 발광다이오드(LED)와 역전압 방지용 다이오드(D1) 및 보호저항(R6)으로 구성되는 작동상태 표시부(7)를 상기 노아 게이트(3)의 출력단에 부가 설치하여 상기 노아 게이트(3)에 의해 논리적으로 합산 및 반전된 저주파 펄스에 부응하여 발광다이오드(LED)가 점소등되도록 하므로써, 본 고안 장치의 동작상태는 물론이거니와 건전지의 교체시기 등을 정확히 판단할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안에 의하면, 사람이나 동물의 뼈의 골절 이후에 감염 등으로 나타날 수 있는 불유합(不揄合,Non-union)이나 골다공증의 치료에 사용될 수 있는 복합 저주파 전기신호 발생장치를 보다 간단하게 구성하여 외국 제품에 비해 저가로 수요자에게 공급할 수 있고, 난치병의 하나인 골 불유합이나 골다공증의 치료에 많은 기여를 할 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 제품에 비해 소형 경량화할 수 있음은 물론 소모 전력을 줄일 수 있어 매우 작아 일반용 건전지로도 장시간 사용할 수 있고, 또 손쉽게 건전기를 교체하여 사용할 수 있는 등의 효과가 있는 것이다.

Claims (3)

1. 서로 다른 저주파수를 갖는 구형파 펄스를 발생시키는 제 1 및 제 2 발진기(1)(2)와;

   상기 제 1 및 제 2 발진기(1)(2)에서 각각 출력되는 서로 다른 저주파수의 구형파 펄스를 논리적으로 합산하여 반전시키는 노아 게이트(3)와;

   상기 노아 게이트(3)에서 출력되는 펄스를 소정레벨로 전류 증폭시켜 주는 전류증폭기(4)와;

   상기 전류증폭기(4)의 출력단에 설치되어 비침습 전극(6)에 인가되는 저주파 펄스의 크기를 제어하는 부하저항(5)과;

   상기 부하저항(5)을 통해 출력되는 저주파를 피부 조직을 통해 불유합이 발생된 뼈 조직으로 전달하는 비침습 전극(6)으로 구성된 것을 특징으로 하는 복합 저주파 골유합 촉진장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 노아 게이트(3)의 출력단에 발광다이오드(LED)와 역전압 방지용 다이오드(D1) 및 보호저항(R6)으로 구성되어 상기 노아 게이트(3)의 출력펄스에 부응하여 점소등되는 작동상태 표시부(7)를 부가 설치한 것을 특징으로 하는 복합 저주파 골유합 촉진장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 전류증폭기(4)는 입력단을 상기 노아 게이트(3)의 출력단에 연결시킨된 노아 게이트(NOR2)의 출력단에 두개의 노아 게이트(NOR3,NOR4)를 병렬로 연결시킨 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 복합 저주파 골유합 촉진장치.