KR200431453Y1 - 열전 소자를 이용하는 의료용 전기 및 냉온 자극 장치 - Google Patents

열전 소자를 이용하는 의료용 전기 및 냉온 자극 장치 Download PDF

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Abstract

본 고안은 열전 소자를 이용하여 의료용 냉자극기, 온열자극기 및 전기자극기를 각각 제공하거나 동시에 제공할 수 있는 의료용 전기 및 냉온 자극 장치에 관한 것이다. 본 고안에 따른 의료용 전기자극기 및 냉각자극기와 온열자극기의 장치는 전기를 공급받아 자극을 발생시키는 의료용 전극; 상기 의료용 전극의 배면에 접촉되며, 상기 의료용 전극에 냉기 또는 열기를 공급하는 열전 소자; 상기 의료용 전극과 접촉하는 면의 반대 면에 접촉되며, 열교환 액체를 이용하여 열교환을 수행하는 열교환 블록; 상기 열교환 블록에 연결되어 상기 열교환 액체를 순환시키는 배관 및 펌핑 수단; 상기 의료용 전극의 온도를 감지하여 상기 온도에 대응하는 전기적 신호를 발생시키는 온도 감지 수단; 및 상기 의료용 전극에 공급되는 전원, 상기 펌핑 수단, 열교환 액체를 냉각시키는 장치 및 상기 온도에 따라 상기 열전 소자에 공급되는 전원을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

열전 소자를 이용하는 의료용 전기 및 냉온 자극 장치{MEDICAL APPARATUS CAPABLE OF THERMAL STIMULATION USING THERMOELECTRIC MODULE}
도 1은 본 고안에 따른 열전 소자를 이용하는 의료용 전기 및 냉온 자극 장치를 도시한 블록도.
도 2는 본 고안에 따른 열전 소자를 이용하는 의료용 전기 및 냉온 자극 장치의 구조를 도시한 분해 사시도.
본 고안은 열전 소자를 이용하는 의료용 전기 및 냉온 자극 장치에 관한 것으로, 특히 열전 소자를 이용하여 의료용 냉자극기, 온열자극기 및 전기 자극을 각각 제공하거나 동시에 제공할 수 있는 의료용 전기 및 냉온 자극 장치에 관한 것이다.
의료용 장비로서, 인체에 전기 자극을 가하는 의료용 전기 자극 치료기가 있다. 의료용 전기 자극 치료기는 전기를 인가하여 생체조직에 전기 자극을 전달하는 의료용 전극('도자'라고도 함)을 사용하여 신체에 자극을 가하게 된다. 의료용 전극은 의료용 전류를 이용하여 근육 및 신경을 자극함으로써 근육 및 신경에 물리적 운동을 시켜 근육을 부드럽게 풀어줌으로서 통증을 완화시키는 기기와 고주파 전류를 생체조직에 가해 세포 조직 내 주울열을 발생시켜 미세혈관 확장, 세포조직 활성화를 통해 통증을 완화시키는 고주파 심부투열기(고주파 자극기)가 있다.
의료용 장비 중에 냉자극기 또는 온열자극기가 있다. 일반적으로 병변(치료부위)에 발생하는 열과 염증은 세포를 파괴해 치료과정을 지연시키는데 냉자극기는 병변에 냉자극을 가하여 치료를 한다.
냉자극은 제한된 부분에서 혈관을 수축시켜 혈액세포의 크기가 일시적으로 작아지게 만드는데 이런 혈관 수축작용은 상처부위로 흐르는 혈액의 양을 줄어들게한다. 이러한 작용은 일시적으로 신경전달을 억제해 통증을 완화시키고 상처부위의 세포파괴를 최소화 하여 부종과 염증을 완화 시킨다. 약물의 흡수를 원활하게 하기 위하여 전기 자극보다 냉자극이 효과적이라는 점은 A. Aloisi, M. Matera, R. Potenza의 2002년 논문 "FARMACOTERAPIA A LOCALIZZAZIONE MIRATA MEDIANTE "CRIOELETTROFORESI" NELLE PATOLOGIE ARTICOLARI E MUSCOLARI"에 개시되어 있다. 상기 논문에 의하면, 얼음 등을 이용하여 온도를 -5℃ 내지 0℃로 유지하는 경우 약물의 흡수가 가장 원활하다는 것을 알 수 있다.
온열자극 치료기는 이상 부위에 온열자극을 가하여 치료를 하는 기구이다.
이온영동기는 전기이온영동법을 이용하여 생체조직에 유용한 비타민 등의 약물을 피부 또는 생체 조직에 효과적으로 침투시키는 기기이다.
냉/온자극 치료기에 사용되는 소자로써, 열전 소자가 있다. 열전 소자에는 크게 전기저항의 온도 변화를 이용한 소자인 서미스터, 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 현상인 제베크효과를 이용한 소자, 전류에 의해 열의 흡수(또는 발생)가 생기는 현상인 펠티에효과를 이용한 소자인 펠티에소자 등이 있다. 서미스터는 온도에 의해 전기저항이 크게 변화하는 일종의 반도체소자로서, 전기저항이 온도의 상승에 의해 감소되는 NTC서미스터(negative temperature coefficient thermistor), 온도상승에 의해 저항이 증가하는 정온도계수서미스터(PTC:positive temperature coefficient thermistor) 등을 사용한다. 서미스터는 몰리브덴ㆍ니켈ㆍ코발트ㆍ철 등 산화물을 복수성분으로 배합하여 이것을 소결해서 만들며, 회로의 안정화와 열 ㅇ전력 ㅇ빛 검출 등에 사용한다.
제베크효과는 2종류 금속의 양끝을 접속하여, 그 양끝 온도를 다르게 하면 기전력이 생기는 현상으로, 열전기쌍을 이용한 온도 측정에 응용한다.
펠티어효과는 2종류의 금속 끝을 접속시켜, 여기에 전류를 흘려보내면, 전류 방향에 따라 한쪽 단자는 흡열하고, 다른 쪽 단자는 발열을 일으키는 현상이다. 2종류의 금속 대신 전기전도 방식이 다른 비스무트(Bi)ㆍ텔루르(Te) 등 반도체를 사용하면, 효율성 높은 흡열 ㅇ발열 작용을 하는 펠티에소자를 얻을 수 있다. 이것은 전류 방향에 따라 흡열ㆍ발열의 전환이 가능하고, 전류량에 따라 흡열ㆍ발열량이 조절되므로, 용량이 적은 냉동기나, 상온 부근의 정밀한 항온조(恒溫槽) 제작에 응용한다.
종래 기술에 따르면, 대부분의 전기 자극 치료 시에는 접촉되는 피부 표면에 열과 통증이 수반되며 전기에 의한 경련이 일어나기도 한다. 또한 사용하는 에너지 수준에 따라 화상이 유발되기도 한다. 이러한 열과 통증은 치료 효과를 감소시키고 화상과 피부 손상 같은 부작용을 유발하는데 특히 심부투열기의 경우 고주파 전류가 인체 심부의 병변이 아닌 피부 표면으로 흘러 치료 효과를 현저히 떨어뜨리게 된다.
또한 전기 자극 치료기와 냉각치료기, 온열치료기는 별도의 장비일 뿐만 아니라, 병원이 전기 자극 치료기와 냉각치료기, 온열치료기를 구비한 경우라도 전기 자극 치료기와 냉각치료기, 온열치료기를 동시에 환자에게 사용하는 것은 거의 불가능하다. 따라서 치료를 받는 환자는 효율적인 치료를 받기 어렵다는 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 고안은 열전 소자를 이용하여 의료용 냉자극기, 온열자극기 및 전기 자극을 각각 제공하거나 동시에 제공할 수 있는 의료용 전기 및 냉온 자극 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 고안에 따른 의료용 전기 및 냉온 자극 장치는 전기를 공급받아 자극을 발생시키는 의료용 전극; 상기 의료용 전극의 배면에 접촉되며, 상기 의료용 전극에 냉기 또는 열기를 공급하는 열전 소자; 상기 의료용 전극과 접촉하는 면의 반대 면에 접촉되며, 열교환 액체를 이용하여 열교환을 수행하는 열교환 블록; 상기 열교환 블록에 연결되어 상기 열교환 액체를 순환시키는 배관 및 펌핑 수단; 상기 의료용 전극의 온도를 감지하여 상기 온도에 대응하는 전기적 신호를 발생시키는 온도 감지 수단; 및 상기 의료용 전극에 공급되는 전원, 상기 펌핑 수단 및 상기 온 도에 따라 상기 열전 소자에 공급되는 전원을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 열교환 블록은 상기 열전 소자에 접촉되며, 상기 열교환 액체가 흐르는 유로를 구비한 하부 블록; 상기 하부 블록에 체결되어 열교환 블록에 대한 밀폐를 수행하는 상부 커버; 및 상기 배관에 접속되어 상기 열교환 액체가 출입하는 유출구와 유입구를 포함할 수 있으며, 상기 열교환 액체는 부동액인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부는 상기 열전 소자에 공급되는 전원의 극성을 전환하여 상기 열전 소자의 흡열면과 발열면을 변경할 수 있다.
상기 열전 소자는 펠티어 소자인 것이 바람직하며, 상기 펌핑 수단 순환 펌프인 것이 바람직하다.
본 고안에 따른 의료용 전기 및 냉온 자극 장치는 전기를 공급받아 자극을 발생시키는 의료용 전극; 상기 의료용 전극의 배면에 접촉되며, 상기 의료용 전극에 냉기 또는 열기를 공급하는 열전 소자; 상기 의료용 전극과 접촉하는 면의 반대 면에 접촉되며, 공기의 흐름을 이용하여 열교환을 수행하는 열교환 블록; 상기 열교환 블록에 공기를 공급하는 벤틸레이션 수단; 상기 의료용 전극의 온도를 감지하여 상기 온도에 대응하는 전기적 신호를 발생시키는 온도 감지 수단; 및 상기 의료용 전극에 공급되는 전원, 상기 벤틸레이션 수단 및 상기 온도에 따라 상기 열전 소자에 공급되는 전원을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 열교환 블록은 복수개의 냉각핀을 구비할 수 있으며, 상기 벤 틸레이션 수단은 팬을 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 열전 소자에 공급되는 전원의 극성을 전환하여 상기 열전 소자의 흡열면과 발열면을 변경할 수 있으며, 상기 열전 소자는 펠티어 소자인 것이 바람직하다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 고안에 따른 열전 소자를 이용하는 의료용 전기 및 냉온 자극 장치를 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 고안에 따른 의료용 전기 및 냉온 자극 장치는 제어부(100), 열전 소자(110), 열교환 블록(120), 의료용 전극(130), 배관(150), 펌핑 수단(140) 및 온도 감지 수단(160)을 포함한다.
이하에서는 본 고안에 따른 의료용 전기 및 냉온 자극 장치의 각 구성 요소에 대하여 상세히 설명한다.
제어부(100)는 본 고안에 따른 의료용 전기 및 냉온 자극 장치의 각 구성 요소 및 전반적인 시스템에 대한 제어를 수행한다. 구체적으로는, 제어부(100)는 의료용 전극(130)에 공급되는 전원, 펌핑 수단(140)의 ON/OFF 및 온도에 따라 열전 소자(110)에 공급되는 전원을 제어한다.
열전 소자(110)는 의료용 전극(130)의 배면에 접촉되며, 의료용 전극(130)에 냉기 또는 열기를 공급한다. 본 고안에 따른 의료용 전기 및 냉온 자극 장치는 열전 소자(110)가 냉자극과 온자극을 적절히 공급할 수 있도록 제어부(100)가 열전 소자(110)에 공급되는 전원의 극성을 전환하여, 즉 (+)극과 (-)극을 서로 변경하여 열전 소자(110)의 흡열면과 발열면을 변경할 수 있다. 따라서, 사용자의 제어에 따라 열전 소자(110)가 냉자극과 온자극을 번갈아 제공할 수 있다. 또한, 열전 소자(110)는 펠티어 소자인 것이 바람직하다.
열교환 블록(120)은 의료용 전극(130)과 접촉하는 면의 반대면에 접촉되며, 열교환 액체를 이용하여 열교환을 수행한다. 구체적으로는, 도 2에 도시된 바와 같이, 열교환 블록(120)은 열전 소자(110)에 접촉되며, 열교환 액체가 흐르는 유로를 구비한 하부 블록(123)과, 하부 블록(123)에 체결되어 열교환 블록(120)에 대한 밀폐를 수행하는 상부 커버(126) 및 배관(150)에 접속되어 열교환 액체가 출입하는 유출구와 유입구(129)로 구성된다. 유입구 측으로 열교환 액체가 유입되고 유입된 액체는 상기 유로를 따라 열교환 블록(120)을 통과한 후 유출구를 통하여 유출된다. 열교환 액체가 유로를 따라 흐르는 동안 열교환이 발생하여 열전 소자(110)의 온도를 조절할 수 있다. 여기서, 열교환 액체는 어는점이 매우 낮은 부동액을 포함하는 것이 바람직하다.
의료용 전극(130)은 전기를 공급받아 자극을 발생시키고 열전 소자(110)에서 발생한 냉자극 또는 온자극을 환자에게 전달한다.
열교환 블록(120)의 유출구 및 유입구에는 열교환 액체를 순환시키기 위한 펌핑 수단(140)이 배관(150)을 매개로 접속된다. 여기서, 펌핑 수단(140)은 열교환 액체를 순환시키기 위한 순환 펌프인 것이 바람직하다.
온도 감지 수단(160)은 의료용 전극(130)의 온도를 감지하여 온도에 대응하 는 전기적 신호를 발생시킨 후 제어부(100)로 이를 전송한다. 이를 수신한 제어부(100)는 의료용 전극(130)의 온도에 따라 열전 소자(110)로 공급되는 전류 등을 제어하거나, 펌핑 수단(140)을 제어하여 온도를 조절한다.
도시되지는 않았으나, 본 고안에 따른 다른 실시예로서 열교환 블록(120), 배관(150) 및 펌핑 수단(140) 대신에 공기의 흐름을 이용하는 열교환 블록 및 벤틸레이션 수단을 이용할 수 있다. 본 고안에 따른 다른 실시 예는 열교환 블록(120), 배관(150) 및 펌핑 수단(140)을 제외하고는 상술한 본 고안에 따른 실시 예와 동일하므로 동일한 부분에 대한 상세한 설명은 생략한다.
먼저, 본 고안에 따른 다른 실시 예에 따른 열교환 블록(120)은 의료용 전극(130)과 접촉하는 면의 반대 면에 접촉되며, 공기의 흐름을 이용하여 열교환을 수행한다. 효율적인 열교환을 위하여 열교환 블록(120)은 금속재질의 냉각 핀(fin)을 복수개 구비할 수 있다.
벤틸레이션 수단은 열교환 블록(120)에 일정 온도의 공기를 공급한다.
벤틸레이션 수단에 의해 열교환 블록(120)에 공기가 공급되면, 열교환이 발생하고 상기 열교환에 의해 열교환 블록(120)을 일정한 온도로 유지할 수 있다. 여기서, 벤틸레이션 수단은 팬(fan)인 것이 바람직하다.
제어부는 온도 감지 수단이 제공한 온도 값에 따라 벤틸레이션 수단 및 온도에 따라 열전 소자(110)에 공급되는 전원을 적절히 제어한다.
본 고안에 따른 의료용 전기 및 냉온 자극 장치는 열전 소자를 이용하여 냉/ 온 자극 및 전기 자극을 각각 제공하거나 동시에 제공함으로써 정밀한 온도 조절이 가능하고 환자에 대한 효율적인 치료가 가능할 뿐만 아니라,치료 시 발생하는 통증과 화상 가능성을 줄여 환자에 대한 효율적인 치료가 가능토록 하고, 고주파 전기 자극을 이용한 심부투열치료 시 발생되는 생체 표면에 뜨거운 작열감을 제거하여 심부투열의 효율을 최대한 증가시키기 위한 목적이 있으며, 장비 구입비용을 획기적으로 줄일 수 있다는 장점이 있다.
특히, 전기 자극 치료와 냉자극을 동시에 가함으로써 치료 시 발생하는 전기에 의한 부적응적인 자극감과 피부 표면의 열을 억제하여 통증과 화상 가능성을 줄일 수 있으며, 고주파 전기 자극을 이용한 심부투열치료 시 발생되는 생체 표면에 뜨거운 작열감을 냉자극을 통해 제거하고 피부표면의 임피던스를 높힘으로서 고주파 전류를 임피던스가 낮은 피부 조직 깊은 심부 병변에 침투되도록 유도하여 사용 에너지 수준을 낮추는 효과를 가져오는 장점이 있다.
또한, 전기 이온 영동법 치료시는 냉자극을 함께 사용함으로서 침투되는 약물의 양과 침투 깊이를 증대시켜 치료 효과를 높힐 수 있다.

Claims (11)

  1. 전기를 공급받아 자극을 발생시키는 의료용 전극;
    상기 의료용 전극의 배면에 접촉되며, 상기 의료용 전극에 냉기 또는 열기를 공급하는 열전 소자;
    상기 의료용 전극과 접촉하는 면의 반대 면에 접촉되며, 열교환 액체를 이용하여 열교환을 수행하는 열교환 블록;
    상기 열교환 블록에 연결되어 상기 열교환 액체를 순환시키는 배관 및 펌핑 수단;
    상기 의료용 전극의 온도를 감지하여 상기 온도에 대응하는 전기적 신호를 발생시키는 온도 감지 수단; 및
    상기 의료용 전극에 공급되는 전원, 상기 펌핑 수단 및 상기 온도에 따라 상기 열전 소자에 공급되는 전원을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 전기 및 냉온 자극 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열교환 블록은
    상기 열전 소자에 접촉되며, 상기 열교환 액체가 흐르는 유로를 구비한 하부 블록;
    상기 하부 블록에 체결되어 열교환 블록에 대한 밀폐를 수행하는 상부 커버; 및
    상기 배관에 접속되어 상기 열교환 액체가 출입하는 유출구와 유입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 전기 및 냉온 자극 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열교환 액체는 부동액을 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 전기 및 냉온 자극 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 열전 소자에 공급되는 전원의 극성을 전환하여 상기 열전 소자의 흡열면과 발열면을 변경하는 것을 특징으로 하는 의료용 전기 및 냉온 자극 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열전 소자는 펠티어 소자인 것을 특징으로 하는 의료용 전기 및 냉온 자극 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 펌핑 수단은 상기 열교환 액체를 순환시키기 위한 순환 펌프인 것을 특징으로 하는 의료용 전기 및 냉온 자극 장치.
  7. 전기를 공급받아 자극을 발생시키는 의료용 전극;
    상기 의료용 전극의 배면에 접촉되며, 상기 의료용 전극에 냉기 또는 열기를 공급하는 열전 소자;
    상기 의료용 전극과 접촉하는 면의 반대 면에 접촉되며, 공기의 흐름을 이용하여 열교환을 수행하는 열교환 블록;
    상기 열교환 블록에 공기를 공급하는 벤틸레이션 수단;
    상기 의료용 전극의 온도를 감지하여 상기 온도에 대응하는 전기적 신호를 발생시키는 온도 감지 수단; 및
    상기 의료용 전극에 공급되는 전원, 상기 벤틸레이션 수단 및 상기 온도에 따라 상기 열전 소자에 공급되는 전원을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 전기 및 냉온 자극 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 열교환 블록은 복수개의 냉각핀을 구비하는 것을 특징으로 하는 의료용 전기 및 냉온 자극 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 벤틸레이션 수단은 팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 전기 및 냉온 자극 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 열전 소자에 공급되는 전원의 극성을 전환하여 상기 열전 소자의 흡열면과 발열면을 변경하는 것을 특징으로 하는 의료용 전기 및 냉온 자극 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 열전 소자는 펠티어 소자인 것을 특징으로 하는 의료용 전기 및 냉온 자극 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101653344B1 (ko) * 2015-11-27 2016-09-22 주식회사 엘이 펠티어 소자를 이용한 에어컨
KR102226896B1 (ko) 2020-08-20 2021-03-11 이동신 피부 미용기기

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KR101653344B1 (ko) * 2015-11-27 2016-09-22 주식회사 엘이 펠티어 소자를 이용한 에어컨
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