KR20050053824A - 전기치수 검사 시 인체 반응을 이용한 자극 차단 스위치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 치수 검사 중, 전기 자극을 느끼고 난 뒤 전류 자극을 중지시키기 위한 피검자의 인체 반응 측정 방법과 전류 자극 중지 방법에 관한 것이다.

본 고안의 특징은 전기 치수 검사 시, 낮은 전류 자극으로부터 피검자가 전류에 의한 통증을 느낄 때까지 강도를 증가시킨 뒤 피검자의 동작이나 음성 반응에 의해 자극을 중단하는 과정에서 피검자의 반응을 객관적으로 측정하며, 자극 중단까지 걸리는 시간을 최소화하는데 있다.

본 발명에 의한 장치 구성과 측정법의 장점은 전기 치수 검사 시 전류 자극에 의해 피검자가 느끼게 되는 고통과 불편함을 최소화 하는데 있다.

Description

전기치수 검사 시 인체 반응을 이용한 자극 차단 스위치 {Electric current stimulation breaker using human response during electric pulp test}

본 발명은 전기 치수 검사 중, 전기 자극을 느끼고 난 뒤 전류 자극을 중지시키기 위한 피검자의 인체 반응 측정 방법과 전류 자극 중지 방법에 관한 것이다.

치아 내의 치수는 혈관과 신경 그리고 결합조직을 포함하고 있는 연조직으로 치아의 성장과 발육시기에는 치아에 영양을 공급하는 역할을 하고 치아가 성숙되면, 감각의 기능만을 갖는다(J.I. Ingle, J.F. Taintor, Endontics, 3rd edition, Lea & Febiger, 1965). 조직학적으로 치수는 무수신경과 유수신경에 의해 신경 지배를 받고 있는데, 대부분이 무수신경의 지배를 받는다(M.R. Byers, "Dental sonsory receptor", Int Rev Neurobiol, vol. 25, pp. 39-94, 1984). 신경섬유의 전기 생리학적인 연구에 따르면 유수신경인 A-섬유는 상아질의 통각에 관여하고, 무수신경인 C-섬유는 염증 시 나타나는 동통에 중요한 역할을 한다(M.V.O. Narhi, "The characteristics of intradental sensory units and their responses to stimulation", J Dent Res, vol.64, pp.564-571, 1985).

치수 검사(pulp test)는 치과 임상 진료 시 치아에 자극을 가하여 생활력(vitality) 여부를 판단하는 검사로 치수에 감지 레벨(sensory threshold) 이상의 자극을 가하여 통증을 유발 시킨다. 치수 자극에 의한 통증은 신경 전달을 통해 피검자가 유발된 통증을 음성이나 동작으로 표현하게 되며, 이로써 치수 내 신경의 생활력을 나타낸다. 이러한 치수 통증에 따른 인체 반응에 관한 연구를 살펴보면 다음과 같다.

치수 신경의 흥분은 치아의 상아질에 가해지는 물리적 화학적 자극에 의해서 일어난다(M. Brannstrom, G. Jojnson, K.J. Nordenvall, "Transmission and control of dental pain:resin impregnation for the desensitization of dentin", J Am Dent Assoc, vol. 99, pp. 612-618, 1979) (T.J. Hirvonen, M.V.O. Narhi, M.O.K. Hakumaku, "The excitability of dog pulp nerves in relation to the condition of dentine surface", J Endodon, vol. 294-298, 1984) (M.V.O. Narhi, T.J. Hirvonen, M.O.K. Hakumaki, "Activation of intradental nerves in the dog to some stimuli applied to the dentine", Arch Oral Biol, vol.27, pp.1053-1058, 1982). Narhi 등은 치수 신경의 흥분 전달 속도와 기계적 자극에 대한 반응을 발표하였다(M.V.O. Narhi, T.J. Hirvonen, M.O.K. Hakumaki, "Responses of intradental nerve fibres to stimulation of dentine and pulp", Arch Physiol Scand, vol.115, pp.173-178, 1982).

Azerad 는 치수 자극에 반응하는 신경세포가 삼차신경 복합 감각 핵에 존재하며, 그에 가해지는 유해자극에 대한 반응을 기록하였다(J. Azerad, A. Woda, D.A. Fessard, "Physiological properties of neurons in different parts of cat trigeminal sensory complex", Brain Res, vol. 246, pp. 7-21, 1982).

Mahan은 “동통은 말초조직에 가해지는 유해자극에 의해 일어나는 감각으로 여러 동통반응을 일으키는데 악안면에서 나타나는 대표적인 반응은 개구반사(JOR, Jaw Opening Reflex)”라고 하였다(P. E. Mahan, "Jaw depression elicited by tooth pulp stimulation", Exp Neurol, vol. 29, pp. 439-448, 1970).

전기 치수 자극에 의해 개구반사(JOR)를 유발시켰을 때, 악이복근(Anterior belly of digastric muscle)의 근전도(Electromyograph)신호를 측정하는 연구에서는 근전도 진폭 변화에 대한 연구가 발표되었다 (P. Mason, A. Strassman, R. Maciewicz, "Is the Jaw-Opening Refelx a valid model of pain?", Brain Research Rev, vol. 10, pp. 137-146. 1985)

Koole 등은 다양한 안면 턱 운동에 따른 근전도 변화를 측정한 결과 침습전극과 표면전극을 이용하여 개구반사에 관여하는 악이복근 측정의 결과를 보고하였다(P. Koole , H.J.D. Jongh, G. Boering, "A comparative study of electromyograms of the masseter, temporalis, and anterior digastric muscles obtained by surface and intramuscular electrodes:raw-EMG“, The Jounal of craniomandibular practice", vol. 9, pp. 228-240, 1991).

Matthews 등에 의하면 역치 자극 레벨의 약 3배 정도 자극을 치수에 가하였을 때 사람에게서 나타나는 근전도 반응의 지연시간은 자극 후 약 18-22ms 정도라 발표하였다(B. Matthews, J. Baxter, S. Watts, "Sensory and reflex responses to tooth pulp stimulation in man", Brain Research, vol. 113, pp. 83-94, 1976).

한영철 등에 의하면 실험동물에서 전기 치수 자극에 의해 유발된 동통반응에 따른 감각 신경의 반응과 그에 따른 근전도를 동시에 측정하여 비교한 근전도의 잠복기가 하악의 경우 평균 10.83ms, 상악의 경우 9.99ms 로 나타났다 (한영철, 이정식, 이종흔. 치수자극으로 유도되는 삼차신경 척수 미측핵의 전압기록에 관한 실험적 연구. 대한구강생물학회지, vol. 9, pp. 21-29, 1985)

Ahlquist 등은 온도(thermal test-rapid cooling) 자극을 가하였을 때, INA(Intradental Nerve Activity), 동통의 크기에 대한 손가락 구부림(finger span response)반응, 음성 표현(verbal response) 등을 측정하였다(M.L. Ahlquist, L.G.A. Edwall, O.G. Franzen, G.A.T. Haegerstam, "Perception of pulpal pain as a fuction of intradental nerve activity Pain, vol. 19, pp. 353-366, 1984))

이와 같이 기존의 연구들은 치수에 역치 자극 이상의 자극을 가했을 때 나타나는 신경의 반응과 그에 따른 인체 반응을 측정하였다. 또한 자극이 가해지는 시점에서 피검자의 반응이 발생하는 시점까지의 잠복기(latency)를 측정하였다.

실제 임상에서 전기 치수 검사기 사용 시, 낮은 전류 세기부터 피검자가 통증을 느낄 때 까지 전류 강도를 서서히 증가시키면서 피검자가 통증을 호소하면 자극을 차단시키게 된다. 전기 치수 검사기를 이용하여 전류 자극의 통로(path)를 형성하였다가 차단하는 방법은 검사자가 검사기와 피검자를 접촉하였다가 피검자의 반응을 보고 검사자가 접촉을 하지 않음으로써 차단하는 방법과 피검자가 직접 검사기를 잡아서 전류 통로를 형성하였다가 기기의 프로우브를 치아에서 떼어 냄으로써 차단하는 방법이 있다. 이러한 검사 과정에서 피검자가 역치 자극 이상의 전류세기에서는 매우 불편함과 통증을 호소한다. 또한 통증을 느낀 이후에 뇌의 중추신경 명령 전달에 의해 자극을 탈출하기까지는 역치 자극 이상의 전류의 세기로 더 큰 자극을 전달하게 된다.

이상으로 보아 치수 자극에 의한 생리학적 반응에 대한 연구도 중요하나 임상에서 적용중인 치수 검사 시 역치 자극 이상의 과용 자극을 줄임으로써 피검자의 불편함을 최소화할 필요가 있다.

본 발명의 목적은 전기 치수 검사 시, 낮은 전류 자극으로부터 피검자가 전류에 의한 통증을 느낄 때까지 강도를 증가시킨 뒤 피검자의 동작이나 음성 반응에 의해 자극을 중단하는 과정에서 피검자의 반응을 객관적으로 측정하며, 자극 중단까지 걸리는 시간을 최소화하는데 있다.

본 발명에서는 전기 치수 검사 과정에서 역치 자극을 느낀 이후부터 전류 자극의 통로를 벗어나기 전에 나타나는 인체 반응 신호로서 악이복근의 근전도, 손가락 움직임 반응, 음성 반응을 측정하여 그 신호를 이용한 자극 전류 차단 스위치 기능이 부가된 전기 치수 검사기를 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면 도 1과 같이 기존의 전기 치수 검사기의 출력에 피검자의 근전도, 손가락 구부림 반응, 음성 반응에 의한 스위치를 구성함으로써 피검자나 검사자에 의해 전류 통로가 차단되기 전에 피검자의 인체 반응에 의해서 전류 통로가 차단되는 전기 치수 검사기 출력 스위치를 구성 한다.

본 실험에서는 치수 자극을 감지 레벨이하의 크기에서 서서히 증가시켜 감지 레벨 이후에 피검자가 동통반응을 보인 후 자극을 차단시켰을 때, 동통 반응이 발생하는 시점으로부터 자극이 끝나는 시점까지의 시간을 측정하였다.

도 2는 일반적인 전기 치수 검사 방법에 대한 구성도 이다. 전류 자극 전달을 위해 치아에 접촉하는 프로우브(probe) 금속 팁(tip)의 직경이 1.5mm이다. 전류 자극 통로는 치수 검사기의 출력이 프로우브를 통해 접촉된 치아을 통해 전류를 보내게 되며, 치수 검사기와 환자와의 접촉을 피검자나 검사자가 함으로써 형성된다. 전기 치수 자극 시 역치 자극에 대하여 피검자가 통증을 느낄 때 나타날 수 있는 다음의 세 가지 반응을 측정하였다.

첫 째, 개구반사를 유발시키는 악이복근의 근전도 신호(21)

악이복근의 근전도 신호를 측정하기 위해 악이복근 표면에 직경 10㎜의 일회용 Ag-AgCl 표면전극을 2.5cm 간격으로 부착하였다. 근전도 신호 증폭기를 이용하여 10,000배 증폭하였으며, 20Hz 고역 통과 필터와 100Hz 저역 통과 필터를 거친 후 신호의 자승을 취해 신호의 전력 값 변화를 보았다. 따라서 악이복근의 일반적인 동적잡음은 제거 되며, 자극에 의해 급작스런 근전도 신호의 변화로 전력 값 변화의 포락선이 설정된 기준값 이상이 될 때 근전도에 의한 레벨 스위치(4)가 켜지도록 하였다.

둘 째, 손가락 움직임 변화 측정 신호(22)

피검자가 통증을 느낄 때, 손가락을 움츠리거나 피검자가 전류 통로를 위해 잡고 있던 전기치수 검사기를 놓기 위해 손가락 움직임이 발생하므로 이를 검출하기 위해 밴드 타입의 가변저항을 오른손 중지에 부착하였다. 도 3은 손등에 부착된 밴드 타입의 가변저항(15)이 손가락에 부착된 도면이다. 손가락 관절의 각도 변화에 의해서 밴드가 구부러지면서 그 정도에 따라 가변저항 값이 변화하게 되며 이를 전압 값으로 출력하게 된다. AC 커플링을 거쳐서 동적잡음을 제거 하며, 자극에 의해 급작스런 신호의 변화로 전압 값이 설정된 기준값 이상이 될 때 손가락 움직임에 의한 레벨 스위치(5)가 켜지도록 하였다.

셋 째, 통증을 음성으로 표현한 신호(23)

피검자가 통증을 느낄 때, 음성으로 표현하는 신호를 측정하기 위하여 PC용 마이크를 사용하였다. 159Hz 고역 통과 필터를 통과하여 음성이 기록되며, 음성 출력 값의 포락선을 취해 얻은 결과의 진폭이 설정된 기준값 이상이 될 때 음성에 의한 레벨 스위치(6)가 켜지도록 하였다.

따라서 본 발명에 의한 전기 치수 검사기의 출력 제어 방법으로 기존에 전기 치수 검사 시 피검자가 역치 자극 이상에서 통증을 느끼게 될 때 자극 전류의 통로를 제거하는 방법으로 피검자나 검사자(14)에 의해서 이루어질 수 있으며, 그 전에 나타나는 근전도, 손가락 반응 및 음성 신호로도 자극 전류를 차단시킬 수 있다.

도 4는 피검자에게 가해지는 일반적인 전기 치수 검사과정에서 전기 치수 검사기의 출력 레벨과 세 가지 반응 신호를 동시에 기록한 것이다. 전기 치수 검사기의 출력을 서서히 증가시키다가 통증을 느끼게 되면 전류의 통로를 차단한다. 이 때, 자극 전류가 가해지는 시간(24) 보다 앞서서 피검자의 통증에 의한 반응이 나타나므로 기존의 검사 방법에서 실제 역치 자극을 느낀 이후에 과용 자극이 가해지는 것을 알 수 있다. 피검자의 통증에 대한 인체 반응은 전류 자극이 차단되기까지의 시간(25,26,27)으로 보아 악이복근의 근전도가 가장 먼저 일어나며, 손가락 움직임, 음성 순으로 나타난다.

일반적인 전기 치수 자극에 대한 악이복근의 근전도, 손가락 움직임, 음성 신호 반응이 나타나기 시작한 시점으로부터 전기 치수 자극이 차단될 때까지의 시간을 측정하여 분석한 결과는 표 1과 같다.

치아		전류 통로 차단 방법에 따른 차단 지연 시간
		검사자 (평균 ± 표준편차, msec)	피검자 (평균 ± 표준편차, msec)
전치 (n=10)	근전도	295 ± 62	216 ± 56
	손가락	272 ± 70	134 ± 30
	음성	187 ± 54	129 ± 61
소구치 (n=10)	근전도	299 ± 76	264 ±111
	손가락	240 ± 98	143 ± 42
	음성	189 ± 62	113 ± 98

표 1에서 각각의 인체 반응에 대한 전류 통로 차단 지연 시간(25,26,27)이 길수록 역치 자극을 느낀 시점에서 가장 근접한 신호가 된다. 표 1에서 보는 바와 같이 치아에 전기 자극을 가했을 때, 피검자의 악이복근의 반응이 가장 먼저 일어난 후, 손가락의 통증의 표현 그리고 음성의 통증표현의 순서로 나타나는 것을 확인하였다. 또한 근전도 신호의 시간지연 이상으로 역치 자극을 느낀 이후에 과용자극이 전달됨을 알 수 있다.

검사자에 의한 전류 자극 통로의 차단과 피검자에 의한 전류 자극 통로의 차단 지연 시간의 결과를 비교해 보면, 피검자가 직접 통증을 느낀 뒤 자극을 차단하는 반응이 빠르게 나타남을 알 수 있다.

표 1의 실험을 위해 사용된 전기 치수 검사기의 출력에 대한 각 레벨의 주기는 200msec 이다. 즉, 200msec 마다 자극 레벨이 한 단계씩 상승하게 되므로, 역치 자극에 의해 통증을 느낀 이후에 전류 자극 통로를 차단하기 까지 역치 자극 이상의 자극이 전달되므로 더욱 불편하고 고통스러움을 유발하게 됨을 확인할 수 있다. 근전도 신호 반응으로 보아 역치 자극보다 약 2단계의 과용자극이 전달됨을 알 수 있다.

따라서 본 발명에서는 일반적으로 사용되는 피검자나 검사자에 의한 전류 자극 통로의 차단이 이뤄지기 전에 나타나는 인체 반응을 측정하여 그 신호로서 과용 자극에 대한 시간을 줄이고자 한다.

도 5는 일반적인 레벨 스위치의 모식도 이다. 시변신호(30)와 설정된 기준값(29)은 비교기를 통해 스위치 신호(28)를 출력시킨다. 도 4의 근전도 신호(21)의 포락선, 손가락 움직임(22), 음성 신호의 포락선(23)이 각각 설정된 기준값과 비교하여 각각의 스위치를 켜게 된다. 피검자가 검사자에 의해 전류 자극 통로가 차단되기 전에 세 가지 스위치 중 하나라도 켜지게 되면 OR 게이트에 의해 전기 치수 검사기 출력을 차단시킨다.

상기한 바와 같이 임상에서 전기 치수 검사기를 이용하여 치수 생활력을 검사하는 과정에서 역치 자극 이후에 전류 자극의 통로를 차단하는데 까지 불필요한 과용 자극이 발생하여 피검자로 하여금 고통과 불편함을 유발 시킨다. 이러한 과용 자극은 역치 자극 이상의 강도이므로 짧은 시간이지만 큰 고통을 유발 시킨다. 본 발명에서는 일반적인 전기 치수 검사기의 사용에 있어서 역치 자극에서 통증을 느낀 이후에 전류 자극 통로를 차단하기 이전에 나타나는 인체 반반응 신호에 의한 스위치를 전기 치수 검사기 출력에 포함함으로써 과용 자극을 줄여 피검자의 고통과 불편함을 줄일 수 있다.

상기 표 1에 설명된 바와 같이 전류 자극 레벨의 변화 속도가 100msec 일 때는 약 3단계의 과용 자극, 200msec 일 때는 약 2 단계의 과용 자극이 나타날 수 있으며, 본 발명에 의한 인체 반응을 이용한 전류 자극 통로 차단 스위치를 이용하여 짧은 시간 동안 전기 치수 검사 시의 과용 자극을 줄일 수 있다.

전류 자극의 통증에 대한 반응으로 근전도, 손가락 움직임, 음성 신호를 사용하여 피검자나 검사자에 의한 반응보다 빠르게 과용 자극이 차단되도록 하였으며, 세 가지 신호의 OR 게이트 조합으로 사용하였기 때문에 경우에 따라서는 세 가지 신호 중 가능한 방법을 선택적으로 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 인체 반응을 이용한 전기 치수 검사기의 전류 출력 차단 스위치 구성도이다.

도 2는 일반적인 전기 치수 검사 방법에 대한 모식도이다.

도 3은 본 발명에 의한 손가락 움직임 반응을 측정하기 위한 센서의 부착 모식도이다.

도 3은 본 발명에 의한 피검자에 의해 자극 전류가 차단되는 전기 치수 검사 시 측정된 인체 반응의 결과이다.

도 4는 본 발명에 의한 전기 치수 검사 시 자극 레벨의 변화와 그에 따른 인체 반응의 측정 결과이다.

도 5는 일반적인 레벨 스위치의 모식도 이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명

1. 근전도 측정 모듈

2. 손가락 움직임 반응 측정 모듈

3. 음성 반응 측정 모듈

4. 근전도 신호에 대한 레벨 스위치

5. 손가락 움직임 신호에 대한 레벨 스위치

6. 음성 신호에 대한 레벨 스위치

7. OR 게이트

8. 전기 치수 검사기의 출력 차단 스위치

10. 전기 치수 검사기

11. 전기 치수 검사시의 전류 자극 프로우브

12. 치수 검사 대상 치아

13. 자극 전류의 통로

14. 자극 전류의 통로 및 차단 방법

15. 손 등에 고정된 필름형 가변 저항 센서

16, 17 센서의 변형을 위한 가이드

18, 19 가이드 고정을 위한 밴드

20. 전기 치수 검사기의 레벨 변화

21. 악이복근에서의 근전도 변화

22. 손가락 움직임의 변화

23. 음성 신호

24. 일반적인 전기 치수 검사 시, 치수에 전류 자극을 가하기 시작하여 전류가 차단되기까지의 시간

25. 근전도 신호가 나타난 뒤 전류가 차단되기까지의 지연시간

26. 손가락 움직임 신호가 나타난 뒤 전류가 차단되기까지의 지연시간

27. 음성 신호가 나타난 뒤 전류가 차단되기까지의 지연시간

28. 레벨 스위치의 출력

29. 기준값

30. 시변 신호의 진폭 변화

Claims (3)

1. 전기 치수 자극 시 역치 자극을 느낀 이후에 전기 치수 자극기의 출력을 차단하기 위해 피검자의 악이복근에서의 근전도 신호를 고역 통과 필터링을 한 뒤, 기준 설정값 이상이 되면 켜지는 근전도 스위치
2. 전기 치수 자극 시 역치 자극을 느낀 이후에 전기 치수 자극기의 출력을 차단하기 위해 밴드타입의 가변저항기를 이용한 손가락 움직임을 전압 변화로 측정하여, 기준 설정값 이상으로 변화가 되면 켜지는 손가락 부착형 스위치
3. 전기 치수 자극 시 역치 자극을 느낀 이후에 전기 치수 자극기의 출력을 차단하기 위해 피검자의 음성 신호를 마이크를 통해 전압으로 변환한 뒤 기준 설정값 이상으로 변화가 되면 켜지는 음성 스위치