KR200261417Y1

KR200261417Y1 - 펄스전자기장을 이용한 골아세포 성장촉진기

Info

Publication number: KR200261417Y1
Application number: KR2020010032051U
Authority: KR
Inventors: 황현배; 김규하; 윤택림; 안민태
Original assignee: (주)애니텍; 윤택림
Priority date: 2001-10-19
Filing date: 2001-10-19
Publication date: 2002-03-15

Abstract

본 고안은 골아세포 성장촉진기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 10~20Hz대의 주파수를 갖는 펄스전자기장을 발생시켜 골아세포 및 연골조직세포에 가변 펄스 컨트롤이 가능하고 전자기장의 세기를 조절하여 골절환자의 골절치료 효과나 대퇴 골두 무형성 괴사증의 치료를 보조할 수 있는 펄스전자기장을 이용한 골아세포 성장촉진기에 관한 것이다.

본 고안의 목적은 결합되지 않는 뼈로 상처 입은 이후로 최소 9개월이 경과되어지고 골절부위는 최소 3개월동안 치료에 효과가 드러나지 않는 융합에 실패한 가관절의 골절치료를 위해 사용되는 것으로 소정 주파수로 가변 펄스 컨트롤이 가능하고 전자기장의 세기를 조절할 수 있고 골절의 위치, 골절의 수직길이, 골절에 따라 요구되는 신호의 침투 깊이와 환자의 팔다리의 크기에 의해 맞추어질 수 있는 유연하고 경도가 있는 치료코일을 포함한 펄스전자기장을 이용한 골아세포 성장촉진기를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성은, 사용자가 현재 출력되고 있는 주파수와 자기장의 세기 및 작동시간을 볼 수 있도록 소정의 LED세그먼트로 구성된 표시부(10)와, 상기 주파수와 자기장의 세기 및 작동시간을 조절할 수 있는 조작부(20)와, 상기 조작부(20)의 주파수 설정 신호에 의해 출력 주파수를 설정하는 주파수 변환부(40)와, 상기 조작부(20)의 자기장세기 설정 신호에 의해 자기장의 세기를 조절하는 자력세기 조절부(50)와, 상기 조작부(20)의 신호를 입력받아표시부(10)에 출력하고 상기 주파수 변환부(40)와 자력세기 조절부(50)에 제어신호를 출력하는 제어부(30)와, 상기 주파수 변환부(40)와 자력세기 조절부(50)의 제어신호에 의해 적절한 자기장을 발생하는 신호를 출력하는 자기장 출력부(70)와, 상기 자기장 출력부(70)의 출력신호에 의해 전자기장을 발생하는 코일(80)과, 상기 각부가 동작할 수 있는 전원을 공급하는 전원부(60)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는 상기 전원부는, 통상의 상용전원을 입력받아 소정의 동작전원(Vcc, V_DD)에 해당하도록 트랜스포머(T1)를 통해 변환하는 제1정전원 발생부(61)와, 트랜스포머(T2)를 통해 변환하는 제2정전원 발생부로 이루어지는 것을 특징으로 하고, 상기 전원부는, 통상의 상용전원을 트랜스포머(T3)를 통해 소정의 전원을 충전하는 충전기회로와, 상기 충전기회로를 통해 충전시켜 전원을 공급하는(Vcc) 휴대용 배터리(63)와, 소정의 전압과 전류를 갖는 전원(V_DD)을 공급하는 직류/직류 컨버터(64)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

펄스전자기장을 이용한 골아세포 성장촉진기{Osteoblast healing apparatus using pulsed electromagnetic fields}

교통사고가 많은 우리 나라에서는 골절에 의한 기능마비로 사회경제학측면에서 많은 문제를 안고 있다. 그래서 얼마나 빨리 골절치료를 하느냐에 따라 각 개인이 일상생활로의 복귀시간이 빨라지기 때문에 국가적으로 막대한 경제적 효과를 얻을 수 있다.

뼈의 길이 성장은 성장판의 연골이 연골세포로 구성되어 있는데 운동을 하여 자극이 가하면 이 세포의 분열과 증식으로 뼈의 길이 성장이 이루어진다.

다리의 성장과정을 예로 들면, 다리의 대퇴골에서의 길이 성장은 먼저 골단 연골의 중심부에서 연골세포의 분열 증식이 활발하게 이루어진 다음 분열 증식된 세포 중에서 결합조직을 포함하는 연골세포가 골아세포로 변하여 뼈를 만들기 시작한다.

한편 전자기장은 골절치유를 빠르게 한다는 많은 연구가 있으며 또한 우리나라에서 많은 환자가 있는 대퇴골두 무혈성 괴사증 환자에서 골재생 효과가 있다는 연구들이 진행되고 있다. 이 병은 뼈로 들어가는 혈관이 막혀 뼈가 썩으면서 부서지는 병으로 골괴사증이라 하며 이를 방치하면 인공관절수술을 받아야 하는 치료하기 힘든 질환으로 병이 경한 경우 전자기장만으로 또는 수술후 보조요법으로 전자기장을 사용할 수 있다.

이처럼 골괴사증 환자가 많은 우리나라에서 골괴사증의 치료에 전자기장을 이용한 치료기의 연구와 개발이 절실하다고 하겠다. 이 예로, 전남대학교병원의 정형외과에서는 골괴사증의 치료를 위한 수술이 매년 100건을 넘고 있을 정도이다.

대퇴골두 무혈성괴사는 미국이나 구라파에서는 발생빈도가 아주 낮으나 일본, 한국, 중국, 대만 등 아시아 국가에서는 그 발생빈도가 상당히 높은 것으로 알려지고 있다. 예로 인공고관절 수술의 원인질환으로 미국과 구라파에서는 퇴행성 골관절염이 가장 낳은 원인(약 70%)을 차지하고 있는 반면 한국, 중국, 대만, 일본 등 아시아 국가에서는 그 발생빈도가 무혈성괴사증이 가장 많다는 것을 알 수 있다.

대퇴골두 괴사증 치료는 발병시기, 병의 진행정도, 괴사범위 등에 따라 많은 차이가 있다. 어떤 원인 인자로 발생되거나 골괴사증의 조기 진단과 치료가 가장 중요하다. 조기에 치료하면 인공고관절 치환술을 피하고 자기의 관절을 그대로 사용할 수 있는 가능성이 많으나 대개는 늦게 발견되어 이미 관절면이 함몰되고 골 파괴가 심해 인공고관절 대치술을 하는 경우가 대부분이다. 대퇴골두 골괴사증은 조기진단이 쉽지 않다는 점이 조기치료 시기를 놓치게 하는 경우가 대부분이다. 골괴저증 치료법중 특이할 만한 것은 골괴사증 초기환자에서 전기자석 치료로 만족할 만한 결과를 보고한 내용이다.

특히, 젊은 환자의 초기 골괴사에 효과는 대퇴골두 괴사증의 진행과정을 변경하여 괴사부에 신생혈관의 재생을 촉진하고 효과는 대퇴골두 괴사증의 진행과정을 변경하여 괴사부에 신생혈관의 재생을 촉진하고 신생가골 형성을 자극하여 괴사부를 재생시킬 수 있다는 결론을 얻었다. 전자기석 치료법은 골괴사증으로 동통이 심한 환자에서 동통을 완화시키는데 아주 좋은 효과를 보았다.

이와 같은 연구결과는 Q.C.Yan. N. Tomita, Y.Ikada. 'Effects of static magnetic fields on bone formation of rat femurs'.(Medical Engineering & Physics 20(1998) 397-402와, K. Yonemori, S. Matusunnaga, Y. Ishidou, S. Maeda. and Yoshida, 'Early Effects of Electrical Stimulation on Osteganesis'.(Bone Vol. 19., No. 2 August 1996 ; 173-180)와, K.S.Eyres, M. Saleh and J. A. Kanis, 'Effects of Pulsed Electromagnetic Fields on Bone Formation and Loss During Limb Lengthening' (Bone Vol. 18 No. 6, June 1996 : 505-509)와, T. Bodamyali, B. Bhau. F. J. Hughes, V. R Winrow, J. M. Kanczler. B. Simon, J. Abbortt, D. Blake and C. R. Stevens, 'Pulsed electromagnetic fields simultaneously induce osteogenesis and upregulate transcription of bone morphogenetic proteins 2 and 4 in rat osteoblasts In Vitro' (Biochemical and biophysical communications vol. 250,458-461, 1998)와, F. Pezzetti, M. De Mattei, P. Zucchini, F. Carinci, G. C. Traina, V. Sollazzo 'Effects of pulsed electromagnetic fields on human chondrocytes: An In Vitro study'(Calcif Tissue Int(1999) Vol 65: 396-401 등 다수의 학회지에 기재되어 있다.

그러나 상기와 같은 연구결과에도 불구하고 실제적으로 환자에 적용될 수 있는 제품이 개발되지 않고 있는 실정이며, 특히 골절부위에 적절하게 치료할 수 있는 기기는 없는 실정이다.

본 고안은 상기와 같은 절실한 필요성에 의해 안출된 것으로서, 본 고안의 목적은 결합되지 않는 뼈로 상처 입은 이후로 최소 9개월이 경과되어지고 골절부위는 최소 3개월동안 치료에 효과가 드러나지 않는 융합에 실패한 가관절의 골절치료를 위해 사용되는 것으로 소정 주파수로 가변 펄스 컨트롤이 가능하고 전자기장의 세기를 조절할 수 있고 골절의 위치, 골절의 수직길이, 골절에 따라 요구되는 신호의 침투 깊이와 환자의 팔다리의 크기에 의해 맞추어질 수 있는 유연하고 경도가 있는 치료코일을 포함한 펄스전자기장을 이용한 골아세포 성장촉진기를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성은, 사용자가 현재 출력되고 있는 주파수와 자기장의 세기 및 작동시간을 볼 수 있도록 소정의 LED세그먼트로 구성된 표시부(10)와, 상기 주파수와 자기장의 세기 및 작동시간을 조절할 수 있는 조작부(20)와, 상기 조작부(20)의 주파수 설정 신호에 의해 출력 주파수를 설정하는 주파수 변환부(40)와, 상기 조작부(20)의 자기장세기 설정 신호에 의해 자기장의 세기를 조절하는 자력세기 조절부(50)와, 상기 조작부(20)의 신호를 입력받아 표시부(10)에 출력하고 상기 주파수 변환부(40)와 자력세기 조절부(50)에 제어신호를 출력하는 제어부(30)와, 상기 주파수 변환부(40)와 자력세기 조절부(50)의 제어신호에 의해 적절한 자기장을 발생하는 신호를 출력하는 자기장 출력부(70)와, 상기 자기장 출력부(70)의 출력신호에 의해 전자기장을 발생하는 코일(80)과, 상기 각부가 동작할 수 있는 전원을 공급하는 전원부(60)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도1은 본 고안에 따른 펄스전자기장을 이용한 골아세포 성장촉진기의 개략적인 구성도,

도2a, 2b는 본 고안에 따른 펄스전자기장을 이용한 골아세포 성장촉진기의 전원부의 개략적인 구성도,

도3a, 3b, 3c는 본 고안에 따른 펄스전자기장을 이용한 골아세포 성장촉진기를 대퇴부에 장착한 사용상태도,

도3d, 3e, 3f는 본 고안에 따른 펄스전자기장을 이용한 골아세포 성장촉진기를 상박골에 장착한 사용상태도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10: 표시부 20: 조작부

30: 제어부 40: 주파수 변환부

50: 자력세기 조절부 60: 전원부

70: 자기장 출력부 80: 코일

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 펄스전자기장을 이용한 골아세포 성장촉진기에 대해 상세히 설명한다.

도1은 본 고안에 따른 펄스전자기장을 이용한 골아세포 성장촉진기의 개략적인 구성도이고, 도2a, 2b는 본 고안에 따른 펄스전자기장을 이용한 골아세포 성장촉진기의 전원부의 개략적인 구성도이다.

상기 도1을 참조하면, 사용자가 현재 출력되고 있는 주파수와 자기장의 세기및 작동시간을 볼 수 있도록 소정의 LED세그먼트로 구성된 표시부(10)와, 상기 주파수와 자기장의 세기 및 작동시간을 조절할 수 있는 조작부(20)와, 상기 조작부(20)의 주파수 설정 신호에 의해 출력 주파수를 설정하는 주파수 변환부(40)와, 상기 조작부(20)의 자기장세기 설정 신호에 의해 자기장의 세기를 조절하는 자력세기 조절부(50)와, 상기 조작부(20)의 신호를 입력받아 표시부(10)에 출력하고 상기 주파수 변환부(40)와 자력세기 조절부(50)에 제어신호를 출력하는 제어부(30)와, 상기 주파수 변환부(40)와 자력세기 조절부(50)의 제어신호에 의해 적절한 자기장을 발생하는 신호를 출력하는 자기장 출력부(70)와, 상기 자기장 출력부(70)의 출력신호에 의해 전자기장을 발생하는 코일(80)과, 상기 각부가 동작할 수 있는 전원을 공급하는 전원부(60)로 구성된다.

또한 상기 전원부(60)는 도2a, 도2b에 도시된 바와 같이 외부의 상용전원에 연결하여 사용하는 것으로서, 도2a와 같이 외부의 상용전원을 소정의 동작전원(Vcc, V_DD)에 해당하도록 트랜스포머(T1)를 통해 변환하는 제1정전원 발생부(61)와, 트랜스포머(T2)를 통해 변환하는 제2정전원 발생부로 구성되며, 도2b에 도시된 바와 같이 휴대용으로 사용되는 경우에 외부의 상용전원을 트랜스포머(T3)를 통해 소정의 전원을 충전하는 충전기회로를 통해 배터리(63)에 충전시켜 전원을 공급하고(Vcc), 또한 소정의 전압과 전류를 갖도록 직류/직류 컨버터(64)를 통해 전원(V_DD)을 각각 공급하도록 구성한다.

즉, 각각 다른 전압 및 전류를 갖는 전원부를 형성하여 각각 주파수 및 자기장을 형성하게 된다.

그리고 상기 주파수 변환부(40)는 10~20 Hz의 주파수를 생성하고 상기 제어부(30)에 의해 펄스를 가변하는 제어신호를 출력하여 펄수 주파수를 제어하고, 상기 자력세기 조절부(50)를 통해 전자기장의 세기를 조절하여 골절 환자의 골절치료 효과나 대퇴 골두 무혈성 괴사증의 치료를 보조할 수 있는 전자기장 치료기를 제작한다.

또한 상기 코일(80)은 깁스(gibbs)에 둘러싸이거나 철사코일에 둘러싸여 골절 부위에 치료적인 전자기장을 공급하게 된다.

상기와 같이 구성된 본 고안의 동작ㆍ효과를 살펴보면, 먼저 상기 전원부(60)를 통해 충분한 전원이 공급되는 상태로 외부의 상용전원을 이용하는 경우 또는 충전 배터리에 충분한 전원이 충전된 상태에서 조작부의 전원스위치를 턴온시킨다.

조작부(20)의 전원스위치를 턴온시키면, 제어부(30)에서 상기 각부를 초기화시키며 표시부(10)에 주파수 및 자력세기와 작동시간을 표시한다.

그 후 상기 코일(80)을 골절의 위치, 골절의 수직길이, 환자의 팔다리의 크기에 의해 골절에 요구되는 주파수 및 자기력의 세기를 조작부(20)를 통해 조절한 후 골절부위에 위치시키는데 이 때 코일(80)은 유연하게 굽힐 수 있을 정도의 유연성과 한번 모양이 형성되면, 그 형태를 유지시킬 수 있을 만큼의 경도를 갖도록 형성하고 코일(80)이 코이거나 비틀려지지 않도로 해야 한다.

즉, 피부위에 직접적으로 사용한다면 코일(80)에 거품패드를 장착시켜야 되며, 그 외부에 벨크로 띠(나일론제 띠)를 부착시켜 보호하며, 골절부위를 치료하기에 적합한지를 확인하기 위해 코일과 골절위치를 정확하게 확인하여 사용한다.

그러고 나면 골절부위에 점차로 길어지고 커지는 골아세포 주위에 칼슘이 침착되고, 이어 석회화가 진행되어 골아세포는 진짜 골세포로 변하게 되는 것이다. 즉, 연골세포가 분열 증식하여 골아세포가 되고 골아세포가 커가는 과정에서 석회화가 이루어져 마지막으로 골세포가 형성되어 뼈의 길이 성장이 이루지는 것이다.

즉, PEMFs(Pulsed ElectroMagnetic Fiedls)로 다뤄지는 비결합의 치료는 외부의 유합조작형성을 복잡하게 하지 않고 골절의 갈라진 갭 조직 내에서 그리고 이웃 뼈끝에서 일어나고 있는 변화에 치료되는 있다.

다시말해, 골절 틈에서 섬유 연골조직의 석회화를 일으키게 하는 것은 빠른 PEMFs의 효과로 뢴트겐 사진으로 뼈 틈에서 보풀같은 것의 출현에 의해 입증되며, 이 같은 보풀같은 총계아 출현율로 의미되며, 동시에 새로운 혈관은 석회화 된 섬유 연골조직과 재흡수되기 시작하는 갈라직 틈의 측면에 위치하는 경화의 뼈(경화증)를 통화하며, 이것들은 치료가 시작된 후 1~3개월동안 정상적으로 관찰된다.

도3a, 3b, 3c는 본 고안에 따른 펄스전자기장을 이용한 골아세포 성장촉진기(100)를 대퇴부에 장착한 사용상태도이고, 도3d, 3e, 3f는 본 고안에 따른 펄스전자기장을 이용한 골아세포 성장촉진기(100)를 상박골에 장착한 사용상태도이다.

상기와 같이 본 고안은 하부 다리골절 중 대퇴부에는 내부 고정된 깁스되지 않거나 외부 고정되고 깁스되지 않거나 깁스되지 않은 대퇴부 골절 등 깁스되지 않거나 된 것에도 이용되며, 경골/비골(종아리뼈), 척골, 상부 팔골절로 요골/척골(나사 구멍을 통해 재골절), 상박골, 주상골, 쇄골의 골절에 이용될 수 있다.

또한 골절 부위의 움직임이 최소로 된다면 본 고안의 효과는 가장 빠르게 실행되며, 골절 고정의 방법은 다음과 같을 때 가장 효과적으로 실행된다.

ㅇ 발목/발목뼈/척골 : 짧은 다리 깁스 또는 좋은 내부고정

ㅇ 경골 : 긴 다리 깁스(단단하게 고정된 짧은 다리 깁스) 또는 좋은 내부고정 또는 외부고정

ㅇ 대퇴골 : 좋은 내부고정 또는 외부고정 또는 허리의 나선 붕대법

ㅇ 어깨/쇠골 : 버팀대 또는 탈취부목 또는 내부고정 또는 8자 모양고정

ㅇ 상완골 : 좋은 내부고정 또는 제한된 회전을 갖는 적절한 고정

ㅇ 요골/척골 : 긴팔 깁스(단단히 고정된 짧은 팔 깁스) 또는 좋은 내부 고정

ㅇ 주상골/손목관절 : 엄지손가락을 낀 나선 붕대법을 갖는 긴 팔 깁스(단단히 고정된 짧은 팔 깁스) 또는 좋은 내부 고정

ㅇ 수근골/장골/지골 : 깁스 또는 내부고정, 외부고정

상기와 같이 본 고안에 따르면, 융합에 실패한 가관절의 골절에 소정 주파수를 가변 펄스로 제어하고 전자기장의 세기를 조절하여 골절의 위치, 골절의 수직길이, 골절에 따라 요구되는 신호로 침투 깊이와 환자의 팔다리의 크기에 의해 맞추어질 수 있는 유연하고 가변되는 펄스전자기장을 공급하여 골아세포 성장 및 치료에 효과적으로 이용될 수 있다.

Claims

사용자가 현재 출력되고 있는 주파수와 자기장의 세기 및 작동시간을 볼 수 있도록 소정의 LED세그먼트로 구성된 표시부(10)와, 상기 주파수와 자기장의 세기 및 작동시간을 조절할 수 있는 조작부(20)와, 상기 조작부(20)의 주파수 설정 신호에 의해 출력 주파수를 설정하는 주파수 변환부(40)와, 상기 조작부(20)의 자기장세기 설정 신호에 의해 자기장의 세기를 조절하는 자력세기 조절부(50)와, 상기 조작부(20)의 신호를 입력받아 표시부(10)에 출력하고 상기 주파수 변환부(40)와 자력세기 조절부(50)에 제어신호를 출력하는 제어부(30)와, 상기 주파수 변환부(40)와 자력세기 조절부(50)의 제어신호에 의해 적절한 자기장을 발생하는 신호를 출력하는 자기장 출력부(70)와, 상기 자기장 출력부(70)의 출력신호에 의해 전자기장을 발생하는 코일(80)과, 상기 각부가 동작할 수 있는 전원을 공급하는 전원부(60)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 펄스자기장을 이용한 골아세포 성장촉진기.
제1항에 있어서, 상기 전원부는,

통상의 상용전원을 입력받아 소정의 동작전원(Vcc, V_DD)에 해당하도록 트랜스포머(T1)를 통해 변환하는 제1정전원 발생부(61)와, 트랜스포머(T2)를 통해 변환하는 제2정전원 발생부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 펄스자기장을 이용한 골아세포 성장촉진기.
제1항에 있어서, 상기 전원부는,

통상의 상용전원을 트랜스포머(T3)를 통해 소정의 전원을 충전하는 충전기회로와, 상기 충전기회로를 통해 충전시켜 전원을 공급하는(Vcc) 휴대용 배터리(63)와, 소정의 전압과 전류를 갖는 전원(V_DD)을 공급하는 직류/직류 컨버터(64)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 펄스자기장을 이용한 골아세포 성장촉진기.