KR20030070226A - 치열교정용 전류발생기와 이를 구비한 가철성 교정장치 - Google Patents

Abstract

치열교정용 전류발생기가 개시되어 있다. 이는 기계식 치열교정장치에 보조하여 교정할 치아의 이동을 촉진시키도록 치아조직을 자극하는 전류를 발생시키기 위한 것으로서, 환자의 구강내 교정할 치아와 인접한 치은에 접촉시켜 통전시킬 수 있는 한쌍의 리이드(11,12), 직류전원을 공급하는 전원(B2), 이 전원을 제어하여 상기 한쌍의 리이드를 통해 치아조직을 자극할 전류를 발생시키도록 2개의 트랜지스터(Q2,Q3)와 저항(R2,R3)을 포함하는 전류반복기, 전원을 개폐조작하기 위한 스위치 접점(S)을 구비한다. 전류반복기는 교정할 치아조직의 등가저항의 변화에도 불구하고 일정한 전류를 유지하며, 낮은 동작전압으로 동작하도록 되어 있다. 스위치는 환자 스스로 동작시간을 조절할 수 있게 한다. 따라서 낮은 강도의 자극전류 유지를 위한 안정된 동작과 과대전류나 적정시간 이상으로 자극하여 발생할 수 있는 부작용 염려가 적고, 한 개의 초소형 전지의 전원으로도 충분히 동작가능하여 소형화 및 실용화가 가능한 것이다.

Description

치열교정용 전류발생기와 이를 구비한 가철성 교정장치{Current generator for orthodontic treament and removable appliance having such a generator}

본 발명은 기계식 치열교정장치에 보조하여 교정할 치아의 이동을 촉진시키도록 사용되는 치열교정용 전류발생기와 이를 구비한 가철성 교정장치에 관한 것으로, 특히 소형화를 위해 동작전압을 낮추고 안정된 동작을 위해 일정한 전류를 발생하기 위한 것이다.

교정적 치아이동은 외부의 어떤 자극원에 의해 치아가 움직이는 방향으로 그 치아를 둘러싸고 있는 치조골의 흡수와 반대측 골의 참착으로 진행된다. 이같은 교정적 치아이동을 위해 현재 널리 사용되고 있는 기존의 치열교정장치들은 자극원으로서 기계적인 힘을 치아 혹은 그것의 골조직에 가하여 치아이동을 조절한다. 그러나 기계적인 힘에 의한 치열교정에는 매우 긴 시간이 소요되며, 그동안 환자는 생활에 많은 불편을 감수해야 한다. 따라서 치열교정을 위한 치료시간을 단축시킬 필요가 있는 것이다.

치열교정시간을 단축시키기 위한 노력으로서, 일찍이, 낮은 강도의 직류전류를 골조직에 가할 경우 골세포의 활성화 대사를 증가시켜 기계적 힘만을 가한 경우보다 치아이동이 촉진된다는 연구결과가 동물실험을 통하여 보고된 바 있다(Z.Daviodvitch et al., "Electric currents, bone remodeling and orthodontic tooth movement. Ⅱ. Increase in rate of tooth movement andperiodontal cyclic nucleotide levels by combined forece and electric current." Am J. Orthod. 1980 Jan 771(1):33-47 참조). 이는 교정치료시 기존의 전통적인 기계적 힘을 전달하는 장치에 직류전류를 함께 가한다면 치아이동속도를 증가시켜 교정치료에 걸리는 시간을 단축시킬 수 있음을 의미하는 것이다.

이와같이 직류전류로 치아 혹은 그의 골조직을 자극하여 치아이동을 촉진시키는 기술이 미국특허 4,153,060과 4,519,779 등으로 제안되어 있다. 미국특허 4,153,060로 제안된 장치는 환자의 입천장에 위치되는 기계식 치열교정장치(가철성 교정장치)의 베이스플레이트(base plate)에 매립되는 것으로, 교정할 치아의 치은에 접촉시키도록 인출된 한쌍의 리이드(lead)를 가지고 있다. 그 한쌍의 리이드는 전원의 양극측과 음극측으로 구분되며, 양극측은 치아이동방향으로 그 치아와 인접한 치은에 접촉하게 놓이고, 음극측은 그 반대편에 놓인다. 미국특허 4,519,779로 제안된 장치는 양극측과 음극측이 항상 최적의 위치에 놓이도록, 장치의 하우징을 치아이동에 따라 그 치아와 같이 움직일 수 있는 위치에 부착하여 한쌍의 리이드 위치도 치아이동에 따라 상대적으로 움직일 수 있게 한 것이다.

종래의 장치는, 대개 간단한 스위칭트랜지스터(switching transistor)로 구성되어 있다. 그 한 예로서 후자의 미국특허 4,519,779에서 사용된 회로가 도 1에 도시되어 있다. 부호 1과 2는 교정할 치아의 치은조직에 접촉시킬 수 있게 장치에서 인출된 양,음극측 리이드를 나타낸다. 양극측 리이드(1)는 NPN형 스위칭트랜지스터(Q1)를 통해 전원(B1)의 양극에 접속되고, 음극측 리이드(2)는 전원(B1)의 음극에 직접 접속되어 있다. 스위칭트랜지스터(Q1) 그 베이스는 저항(R1)을 통해서그리고 그 컬렉터는 직접 전원(B1)의 양극에 접속되고, 그 에미터에 상기 양극측 리이드(1)가 인출되어 있다. 즉, 스위칭트랜지스터(Q1)는 베이스에 접속된 저항(R1)을 통해 인가되는 전압에 의해 항상 턴온(turn on)상태로 있고, 따라서 양,음극측 리이드(1,2)를 환자의 치은에 접촉시켜 폐로가 되면 순방향의 에미터전류가 흘러서 교정할 치아의 치아조직을 전기적으로 자극하게 된다.

상기한 종래의 장치들은 실질적으로 사람에게 적용된 예가 없고, 지금까지도 연구수준에 머물고 있었다. 그 이유는 종래의 장치들이 실용적인 측면이 부족한데 기인한다. 실용화를 위해서는 먼저 치아이동의 촉진작용 이외의 다른 신체이상을 초래해서는 안되며, 환자가 심한 불편함이나 심리적 불안감을 느끼지 않도록 가능한 소형으로서 인체에 유해하지 않도록 잘 밀폐되어야 한다. 또한 장착이나 장착후 사용에도 용이하여야 함은 물론이다.

그러나 상기 언급된 바와 같은 종래의 장치에 의하면 치아조직의 등가저항에 대체로 반비례하는 전류가 흐르게 되는데, 문제는 치아조직의 등가저항이 사람마다 다르고 같은 사람일지라도 치아위치는 물론, 그날의 컨디션에 따라 대략 수십 ㏀의 범위에서 다르게 나타나므로, 전류의 변화폭이 크고(도 3 참조), 경우에 따라서는 과대전류가 흘러 염증을 일으킬 수 있는 등 부작용이 염려된다는 점이다. 또한 종래의 장치에는 회로를 개폐할 수 있는 수단이 제공되어 있지 않으므로 기계식 교정장치와 함께 장착되어 있는 동안 전류가 계속하여 흐르게 되며, 그래서 적정사용시간을 초과함으로써 마찬가지로 부작용을 일으킬 수 있기 때문이다.

한편, 종래의 장치에서는, 트랜지스터의 베이스-에미터간 턴온 전압 0.7V정도가 전원에서 강하되므로 소형 전지 한 개로는 장치를 동작시킬 수 없다. 따라서 장치를 동작시키기 위해서는 소형 전지를 2개 이상 구비하여야 하므로 그만큼 소형화가 어려운 것이다.

본 발명의 목적은, 기존 연구수준에서 실용화에 이를 수 있도록, 적정하고 일정한 전류로 치아 혹은 그의 골조직을 자극할 수 있고 환자 스스로 그 동작시간을 조절할 수 있으며, 또한 낮은 동작전압 특성으로 한 개의 초소형 전지로 동작시킬 수 있게 하여 소형화에 유리하도록 개선된 치열교정용 전류발생기 및 이를 구비한 가철성 교정장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 치열교정용 전류발생기 회로도.

도 2는 본 발명에 따른 치열교정용 전류발생기 회로도.

도 3은 본 발명에 따른 치열교정용 전류발생기를 회로기판에 패키지화한 실시예를 보인 사시도.

도 4는 도 3의 패키지가 결합된 가철성 교정장치의 구강내 설치상태 평면도.

도 5는 도 4에 나타난 환자의 교정치아와 인접한 치은조직에 리이드가 접촉되어 있는 상태를 보인 부분 측면도.

도 6은 사람 치아조직의 등가저항에 대한 본발명에 의한 자극전류를 종래와 비교하여 나타낸 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

11, 12 : 양,음극측 리이드 13 : 산화은 전지

14 : 슬라이드 스위치 15 : 듀얼바이폴라트랜지스터 IC

16 : 칩저항 17 : 양면인쇄회로기판

18,19 : 양,음극측 단자 B2 : 전원

R3,R4 : 저항 S : 스위치접점

Q2,Q3 : 트랜지스터 20 : 베이스플레이트

상기한 목적을 달성하는 본 발명에 따른 치열교정용 전류발생기는, 환자의 구강내 교정할 치아의 이동을 촉진시키도록 그 치아의 골조직을 자극하는 전류를 발생하기 위한 것으로서, 환자의 구강내 교정할 치아와 인접한 치은에 접촉시켜 통전시킬 수 있는 한쌍의 리이드와, 직류전원을 공급하는 전지와, 이 전지에서 공급되는 전원을 제어하여 상기 한쌍의 리이드를 통해 치아조직을 자극할 전류를 발생시키는 전류발생수단과, 상기 전지의 전원을 개폐조작하기 위한 스위치를 구비한다.

바람직하게는, 양면 인쇄회로기판을 사용하여, 상기 전지와 전류발생수단의 회로소자 및 상기 스위치를 그 인쇄회로기판에 실장하여 패키지화하여, 이를 가철성 교정장치의 수지제 베이스플레이트에 간단히 매립할 수 있게 구성한다.

상기한 전류발생수단에는 2개의 트랜지스터로 미러(mirror) 동작을 하는 전류반복기(current mirror)를 사용하여 치아조직의 등가저항 변화에 관계없이 일정한 전류를 출력하되, 소형 전지 1개로 동작할 수 있도록 그 동작전압을 낮추는 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직할 실시예를 설명한다.

본 발명에 따른 치열교정용 전류발생기의 회로는 도 2와 같이 직류전압을 공급하는 전원(B2)과, 이 전원(B2)의 양극측 회로를 개폐하도록 조작되는 스위치접점(S)과, 전류발생수단으로 구비된 2개의 트랜지스터(Q2,Q23) 및 저항(R2,R3)으로 이뤄진 전류전류반복기로 구성되어 있다. 부호 11 및 12는 교정할 치아와 인접한 치은에 접촉시켜 통전시킬 수 있는 양,음극측 리이드이다.

도시된 바와 같이 전원(B2)의 양극에 스위치접점(S)이 설치되고, 이 접점(S)의 후단에 전류반복기가 접속된 동시에 양극측 리이드(11)가 인출되어 있다. 음극측 리이드(12)는 전원(B2)의 음극에서 전류반복기를 통해 인출된 것이다.

전류반복기를 구성하는 2개의 트랜지스터(Q2,Q3)는 다같은 NPN형이며, 그중 일측 트랜지스터(Q2)의 베이스는 타측 트랜지스터(Q3)의 베이스와 접속된 동시에 저항(R1)을 통해 접점(S) 후단에 접속되고, 그 콜렉터는 베이스에 접속되고, 그 에미터는 저항(R3)을 통해 전원(B2)의 음극에 접속되어 있다. 타측 트랜지스터(Q3)의 콜렉터는 음극측 리이드(12)에 접속되고, 그 에미터는 전원(B2)의 음극에 직접 접속되어 있다.

상기 스위치접점(S)을 투입(ON)하면, 전류반복기의 트랜지스터(WQ2,Q3)는 그베이스에 저항(R2)에 의한 전압이 인가되어 모두 도통상태가 되며, 상호 미러(mirror)로서 동작하게 된다. 이와같은 상태에서 리이드(11,12)를 전술한 바와 같이 교정할 치아와 인접한 치은에 접촉시켜 폐로로 하면, 전원(B2)의 양극에서 폐쇄된 스위치접점(S)을 통해 양극측 리이드(11)로 전류가 인가된다. 양극측 리이드(11)에 인가된 전류는 치은 내의 치아조직과 음극측 리이드(12) 및 타측 트랜지스터(Q3)의 컬렉터와 에미터를 차례로 경유하여 전원(B2)의 음극으로 흐른다. 이때의 전류값은 일측 트랜지스터(Q2)와 저항(R2,R3) 및 전원(B2)의 전압에 의해 결정된다. 여기서 일측 트랜지스터(Q2)는 타측 트랜지스터(Q3)와 상호 미러로서 동작하여 그 타측 트랜지스터(Q3)를 통해 치아조직을 자극하기 위한 소정의 자극전류를 일정한 값으로 유지하기 위한 것이므로, 그 일측 트랜지스터(Q1)의 에미터에 저항(R3)을 삽입하여 그 일측 트랜지스터(Q1)를 도통하는 전류를 작게 할 수 있다. 즉, 전류반복기 회로의 동작전압을 낮출 수 있게 되며, 따라서 한 개의 소형 전지만으로도 회로를 충분히 동작시킬 수 있는 것이다.

[실시예]

상기한 본 발명에 따른 치열교정용 전류발생기를, 도 3과 같이 패키지화한 다음, 이를 통상의 가철성 교정장치에 일체로 매립하여 도 4 및 도 5와 같이 환자의 구강내에 그 가철성 교정장치를 시술하였다.

도 3의 패키지(10)에는 6㎜×8㎜의 양면인쇄회로기판(17)이 사용되었다. 양면인쇄회로기판은 기판 본체의 표면과 이면에 동박막을 인쇄기법으로 패턴처리한 회로접속패턴을 가지는 것으로, 그 이면(도면에서 밑면)에는 전술한 전원으로서 전압 1.55V 지름 6㎜ 두께 1.6㎜의 산화은(silver-oxide) 전지(13) 한 개를 실장하였으며, 그 다른쪽 면(도면에서 윗면)에는 전술한 스위치접점(S)을 가지는 표면실장형 슬라이드(slide) 스위치(14)를 전류반복기의 회로소자들과 함께 실장하였다. 전류반복기의 회로소자로는 전술한 트랜지스터(Q2,Q3)로서 듀얼바이폴라트랜지스터 (dual bipolar transistor) IC(15)를, 전술한 저항(R2,R3)으로서 표면실장용인 2개의 칩저항(16)을 사용하였다. 한편, 한쌍의 리이드(11,12)는 그 양면인쇄회로 기판(17)상에 패턴처리된 양,음극단자(18,19)에 각각 납땜으로 접속하여 충분한 길이로 인출하였다. 리이드(11,12)는 피복전선을 사용한 것이며, 나중에 알맞은 길이로 절단하고 그 끝 부분을 박피하여 교정할 치아와 인접한 치은에 전기적으로 접촉시킬 수 있게 하였다.

도 3의 패키지(10)를 적용하기 위한 통상의 가철성 교정장치는 도 4에 보여진 바와 같이 수지제의 베이스플레이트(20)와 이를 환자의 구강내 입천장에 고정하기 위한 0.8㎜의 스테인레스스틸와이어(stainless steel wire)로 제작된 클래스프(clasp; 21)로 구성되어 있다. 이 가철성 교정장치에 상기 패키지(10)를 결합하기 위해, 먼저, 패키지(10) 내의 슬라이드 스위치(14) 부위를 왁스로 보호한 후 그 전체 주위를 베이스플레이트(20)와 같은 재질인 아크릴수지(acrylic resin)로 덮은 후 중합하였다. 아크릴수지는 유연성을 가지므로, 그 안쪽에 매립된 패키지(10) 내의 슬라이드스위치(14)를 조작하는데에는 전혀 지장을 주지 않는다.

패키지(10)로부터 인출된 리이드(11,12)는 각각 교정할 치아(30)의 양쪽 치은 부위를 향해 포설한 후 각 끝의 박피된 도체부분이 도 5와 같이 교정할치아(30)와 인접한 치은에 접촉된 상태로 잘 유지될 수 있게 왁스로 고정하였다. 이때 양극측 리이드(11)는 교정할 치아(30)의 이동방향(화살표 A)측에 인접한 치은에 그리고 음극측 리이드(12)는 그 반대측에 인접한 치은에 바람직하게는 치아(30)의 근,원심면에서 약 2㎜ 떨어진 곳에 각 끝부분의 도체를 알맞게 구부려 확실하게 접촉 및 유지될 수 있도록 한다.

[시험예]

전술한 실시예에 따른 패키지(10)가 결합된 가철성 교정장치를 도 4 및 도 5와 같이 환자의 구강내에 시술하는 한편, 다른 치아들과 다른 환자들에 대해서도 적용하여, 각 치아조직에 대한 등가저항 분포를 파악하고 그때의 자극전류를 측정하여, 그 결과로서 도 6과 같은 그래프를 얻었다. 또한 동일한 방법으로 종래의 장치에 의한 자극전류도 측정하여 함께 비교하였다.

측정결과, 도 6에서 보는 바와 같이, 종래의 그래프는 치아조직의 등가저항에 따라 10㎂~80㎂ 범위로 큰 변화를 보였으나, 본 발명의 그래프는 치아조직의 등가저항 70㏀까지는 20㎂ 부근에 크게 변화하지 않아 매우 안정적으로 동작하고 있음을 알 수 있었다.

일반적으로 가장 적절한 상기 자극전류는 약 20㎂이며, 치열교정에 필요한 전기적 자극시간은 1일중 2시간 정도면 충분한 것으로 알려져 있다.

또한 본 발명에서는 회로를 개폐(ON/OFF)할 수 있으므로, 적절한 사용시간 조절을 통해 부작용 없이 사용가능하였다.

이상의 실시예 및 시험예를 통하여 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 치열교정용 전류발생기와 이를 구비한 가철성 교정장치에 의하면, 사람간 혹은 교정할 치아조직의 등가저항의 변화에도 불구하고 일정한 전류를 유지할 수 있으며, 또한 스위치를 조작하여 환자 스스로 동작시간을 조절하는 것이 가능하다.

따라서 본 발명은 과대전류나 적정시간 이상으로 자극하여 발생할 수 있는 부작용 염려를 최소화하고, 또한 낮은 강도의 자극전류를 유지하는 안정된 동작과 낮은 동작전압으로 한 개의 초소형 전지로도 충분히 사용할 수 있게 하므로, 장치의 소형화 및 실용화에 효과적인 발명이다.

Claims (5)

1. 환자의 구강내 교정할 치아와 인접한 치은에 접촉시켜 통전시킬 수 있는 한쌍의 리이드와, 직류전원을 공급하는 전지와, 이 전지에서 공급되는 전원을 제어하여 상기 한쌍의 리이드를 통해 치아조직을 자극할 전류를 발생시키는 전류발생수단과, 상기 전지의 전원을 개폐조작하기 위한 스위치가 구비된 치열교정용 전류발생기.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 전류반복기가 2개의 트랜지스터와 이 2개의 트랜지스터중 일측 트랜지스터의 베이스와 상기 전지의 양극 사이에 접속된 베이스측 저항과 그 일측의 에미터와 상기 전지의 음극 사이에 접속된 에미터측 저항을 포함하며, 그 일측 트랜지스터의 베이스가 타측 트랜지스터의 베이스에 접속되고, 그 일측 트랜지스터의 콜렉터가 그 베이스에 접속되고, 타측 트랜지스터의 에미터가 상기 전지의 음극에 직접 접속되고, 상기 스위치가 상기 전지의 양극와 상기 베이스측 저항 사이에 삽입되고, 상기 한쌍의 리이드중 하나가 상기 스위치와 베이스측 저항 사이의 접속점에서 인출되고 그 나머지 하나가 상기 타측 트랜지스터의 콜렉터에서 인출되어 있는 치열교정용 전류발생기.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 양면에 인쇄처리된 회로접속패턴을 가지는 양면 인쇄회로기판이 구비되어 있고, 그 양면인쇄회로기판의 한쪽 면에 상기 전지 한 개가 실장하고 그 다른쪽 면에 상기 전류발생수단의 각 회로소자와 상기 스위치가 실장되며 그 양면인쇄회로기판으로부터 상기 한쌍의 리이드가 인출된 모양으로 패키지화된 것을 특징으로 하는 치열교정용 전류발생기.
4. 청구항 2에 있어서, 상기 에미터측 저항이, 상기 일측 트랜지스터를 도통하는 전류가 상기 타측 트랜지스터를 도통하는 전류보다 크지 않도록 하는 값을 가지고 있는 치열교정용 전류발생기.
5. 청구항 1 내지 청구항 4중 하나에 기재된 치열교정용 전류발생기가 상기 스위의 외부조작이 가능한 상태로 매립되어 있고 환자의 구강내 천장에 위치되는 베이스플레이트와, 이 베이스플레이트를 고정시키기 위해 환자의 치아에 걸기 위한 적어도 하나의 클래스프를 가지고 있는 가철성 치열교정장치.