KR20140028894A - 저강도 초음파 관절염 치료기 - Google Patents
저강도 초음파 관절염 치료기 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 저강도의 초음파 트랜스듀서인 프로브를 인체를 밀착시켜 치료목적으로 사용하는 저강도 초음파 관절염 치료기로서, 상기 프로브에 내설되어 온도를 검출하는 온도센서; 상기 프로브에 내설되며 상기 저강도 초음파 관절염 치료기 본체로부터 인가되는 전원에 의해 발열되는 발열부재; 상기 프로브의 양단에 고정되는 탄력부재로 이루어져 상기 인체와 상기 프로브의 밀착상태를 유지시키는 고정밴드; 상기 온도센서 및 상기 발열부재와 전기적으로 연결되며, 전기신호를 통해 상기 프로브를 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지되, 상기 초음파의 주파수 대역은 1 ~ 3㎒이며, 상기 인체의 연골에 투사되는 초음파는 0.1 ~ 3W/㎠ 인 것을 특징으로 하여, 사용자 편의성을 향상시키는 동시에, 초음파 치료기능 이외의 부가적 치료기능을 제공하여 관절염 등의 치료효과를 극대화할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 저강도 초음파 관절염 치료기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사용자의 연령, 체형, 신체 적용부위, 관절염의 종류 및 질환진행 정도에 따른 설정모드 및 사용기록을 저장하고, 이에 따라 초음파의 발진 강도, 맥동주기(Pulse Period), 맥동율(Duty Cycle), 맥동비(Pulse Ratio, Mark Space Ratio)를 자동으로 변화시켜 사용의 편리성을 제고하고, 다수의 사용자를 효율적으로 관리할 수 있는 저강도 초음파 관절염 치료기에 관한 것이다.
초음파는 인간이 들을 수 있는 가청 최대 한계 범위를 넘어서는 주파수를 갖는 주기적인 음압(Sound Pressure)을 의미하며 이러한 한계값이 사람마다 다르지만, 일반인의 경우 약 25㎑이다. 초음파는 일반적으로 매개체(혹은 매질)를 관통시키거나, 반향파의 측정 또는 집중된 에너지를 공급하는 등 여러 분야에서 광범위하게 사용되고 있다.
주지된 바와 같이, 1952년 미국 물리의학협의회(America Council of Physical Medicine and Rehabilitation)에서 초음파 치료를 공식 물리치료 도구로서 채택한 이후, 초음파는 근골격계 장애를 지닌 환자의 치료적 목적을 위한 도구로써 다양하게 사용되고 있는데, 이러한 치료용 초음파는 일반적으로 고에너지 고강도 초음파와 저강도 초음파로 나눌 수 있다.
여기서, 상기 저강도 초음파는 인접한 세포의 세포막 투과성을 변화시켜 세포안으로 Ca2 + 이온을 유임시킴으로써 세포 내의 Ca2 + 농도를 증가시키고 이러한 세포 내의 변화는 세포의 움직임이나 성장요소 합성을 증가시켜 상처 치유에 이로운 영향을 주는 것으로 알려져 있다.
한편, 대한민국 등록특허공보 제10-537343호에는 관절염 치료용 초음파 장치가 게시되어 있는데, 도 1에서 보는 바와 같이, 상기 초음파 장치는 외부에 메인 컨트롤부(300)가 있고, 그 내부에는 초음파 발생기 및 초음파 진동자를 구비하고 있으며, 메인 컨트롤부에는 전원공급 레벨 조절기(110), 타임 설정부(120) 및 초음파 발진 제어부(130) 등이 구비되어 있다.
하지만, 종래의 초음파 치료기는 단순한 초음파 치료 기능만을 제공하고 있기 때문에 사용자 편의성이 떨어지는 것은 물론이고, 초음파 치료 기능 이외의 다양한 기능 구현을 원하는 환자 또는 일반 소비자의 요구를 충족시키지 못하는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 사용자 편의성을 향상시키는 동시에, 초음파 치료기능 이외의 부가적 치료기능을 제공하여 관절염 등의 치료효과를 극대화할 수 있는 저강도 초음파 관절염 치료기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 저강도의 초음파 트랜스듀서인 프로브를 인체를 밀착시켜 치료목적으로 사용하는 저강도 초음파 관절염 치료기로서, 상기 프로브에 내설되어 온도를 검출하는 온도센서; 상기 프로브에 내설되며 상기 저강도 초음파 관절염 치료기 본체로부터 인가되는 전원에 의해 발열되는 발열부재; 상기 프로브의 양단에 고정되는 탄력부재로 이루어져 상기 인체와 상기 프로브의 밀착상태를 유지시키는 고정밴드; 상기 온도센서 및 상기 발열부재와 전기적으로 연결되며, 전기신호를 통해 상기 프로브를 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지되, 상기 초음파의 주파수 대역은 1 ~ 3㎒이며, 상기 인체의 연골에 투사되는 초음파는 0.1 ~ 3W/㎠ 인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 저강도 초음파 관절염 치료기는 상기 제어부의 신호에 따라 상기 프로브를 통해 상기 인체의 피부에 전기적 자극을 전달시키는 경피신경전기자극장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 저강도 초음파 관절염 치료기는 상기 제어부의 신호에 따라 상기 프로브를 통해 상기 인체에 간섭파 전류를 전달시키는 간섭파발생장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 저강도 초음파 관절염 치료기의 상기 프로브에는 맥동 초음파의 주기신호에 동기하여 작동하면서 상기 프로브의 동작상태를 시각적으로 확인할 수 있는 동작표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 저강도 초음파 관절염 치료기의 상기 동작표시부는 발광다이오드(LED;Light Emitting Diode)로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 사용자 편의성이 향상됨을 물론이고, 초음파 치료기능 이외의 부가적 치료기능을 제공하여 관절염 등의 치료효과를 극대화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 저강도 초음파 관절염 치료기의 초음파를 인체조직에 투사하면 인체조직이 에너지를 흡수하여 일차적으로 조직온도가 상승하는 효과를 일으키며, 이로 인해 혈류량 증진, 신진 대사 증가, 교원조직의 신장력 증가, 통증역치 증가, 근경축 완화, 효소활성 증가, 골격근의 수축력 변화 등과 같은 이차적인 생리학적 반응을 일으키도록 하는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 초음파 치료기의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 저강도 초음파 관절염 치료기의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 저강도 초음파 관절염 치료기의 동작을 보여주는 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 저강도 초음파 관절염 치료기의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 저강도 초음파 관절염 치료기의 동작을 보여주는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 저강도 초음파 관절염 치료기를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 저강도 초음파 관절염 치료기의 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 저강도 초음파 관절염 치료기의 동작을 보여주는 흐름도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저강도 초음파 관절염 치료기(10)는, 도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이, 저강도의 초음파 트랜스듀서(Transducer)인 프로브(20)에 내설되어 온도를 검출하는 온도센서(21)가 구비된다.
아울러, 상기 프로브(20)에 내설되며 상기 저강도 초음파 관절염 치료기(10) 본체로부터 인가되는 전원에 의해 발열되는 발열부재(22)가 구비되는데, 이 발열부재(22)는 열선, 면상발열체 등과 같은 소재로 구성될 수 있다.
또한, 상기 프로브(20)에는 상기 인체와 상기 프로브(20)의 밀착상태를 유지시키는 고정밴드(23)가 구비되는데, 이 고정밴드(23)는 상기 프로브(20)의 양단에 고정될 수 있으며, 탄성력을 갖는 탄력부재로 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 온도센서(21) 및 상기 발열부재(22)와 전기적으로 연결되며, 전기신호를 통해 상기 프로브(20)를 제어하는 제어부(11)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 초음파의 주파수 대역은 1 ~ 3㎒이며, 상기 인체의 연골에 투사되는 초음파는 0.1 ~ 3W/㎠ 범위가 바람직하다.
도 2에서 보는 바와 같이, 상기 고정밴드(23)는 양단 모두를 상기 프로브(20)에 부착한 형태로 도시하였으나, 필요에 따라 일단 또는 양단 모두를 벨크로부재 등을 이용하여 상기 프로브(20)에 탈부착 가능한 형태로 변형하여 적용할 수 있음은 당연하며, 상기 고정밴드(23)를 이용하여 상기 프로브(20)를 환부에 견고하면서 편안하게 밀착시킬 수 있게 된다.
한편, 도 2에 도시된 'Main Power'는 저주파 회로 및 기타 전체 주전원 공급 장치를 의미하고, 'Display LCD'는 기기 상태 및 메뉴 등 현 상황 표시장치를 의미하며, 'RS232C'는 저강도 초음파 관절염 치료기(10)와 컴퓨터 간 데이터 통신을 의미하고, 'Memory'는 사용자의 치료 및 기타 관리데이터 저장 장치를 의미한다.
또한, 'RTC'는 실시간 기록장치(Real Time Clock)를 의미하고, 'Timer'는 제어부의 주변 제어장치를 제어하는데 쓰이는 제어용 타이머를 의미하며, 'Key'는 전원 스위치, 모드 전환, 설정 값 선택 및 저장 등에 쓰이고, '연결감지'는 출력 중 프로브(20)가 분리되면 출력을 중지하는 등의 안전장치를 의미한다.
그리고, 'Sonic Generator'는 출력 신호에 따라 저주파를 발생하여 초음파 발진자에 신호를 전달하는 역할을 수행하고, '온도측정'은 상기 온도센서(21)에서 측정된 온도치를 전압으로 변환하여 상기 제어부(11)로 전달하여 치료자와 직직 접촉되는 초음파 발진자의 과열과 이상상태를 감지하여 안정적으로 치료가 이루어질 수 있도록 한다.
또한, 'Remote Control'은 적외선 신호를 상기 제어부(11)에 전달하여 원격제어를 할 수 있음을 의미하고, '초음파 발진자'는 'Sonic Generator'에서 신호를 전달받아 치료자의 치료부위에 접촉하여 진동으로 저주파를 발생시키고, '온도센서'는 온도 측정 장치에 연결되어 초음파 발진자의 과열 상태를 측정하게 된다.
그리고, 도 3에 도시된 'Boot Setting'은 시스템 초기화를 의미하며, '현재시간'은 현재의 시간을 RTC로부터 불러오는 것을 의미하고, '화면출력'은 현재 상태 및 기타 설정 등 사용자가 사용이 용이하게 화면으로 표시하는 것을 나타낸다.
또한, '모드선택'은 대기 상태에서 사용자가 KEY, 리모콘, RxD(컴퓨터 통신 연결)를 이용하여 제어를 할 때까지 대기하는 것을 의미하고, 'KEY 입력'은 사용자가 제어설정, 치료, 전원 온/오프 등을 목적으로 KEY를 눌러 시스템에 명령을 전달하는 것을 의미하며, '리모콘 입력'은 사용자가 제어설정, 치료, 전원 온/오프 등을 목적으로 리모콘을 눌러 시스템에 명령을 전달하는 것을 의미한다.
그리고, 'RxD'는 관리자가 치료 시 관리 목적으로 된 데이터를 전용 어플리케이션 프로그램으로 접속하여 데이터를 통신으로 넘겨받는 것을 의미하고, '각 모드별 제어 분기'는 각 제어 설정, 저주파 치료, TxD(컴퓨터로 데이터 전송)의 조건에 따라 판단하여 제어 분기를 하는 것을 의미한다.
또한, '치료환경 검출 및 판단 제어'는 치료 중 주변 환경(사용자에 의한 치료정지, 과열 이상, 프로브 접속감지)에 따라 현재 상태를 판단하여 치료를 계속할지 중지할지를 판단하며, '치료정지'는 사용자가 키를 눌러 직접 치료를 중단하는지를 감지하고, '과열'은 프로브(20)의 온도를 감지하여 과열에 이르면 출력을 정지하여 사용자를 열에 의한 화상 같은 부상을 사전에 차단하는 것을 의미한다.
그리고, '패드접속 감지'는 치료 중 프로브(20)의 단선이나 사용자가 프로브(20)를 분리하는 등의 상황이 발생 시 저강도 초음파 관절염 치료기(10)의 보호 차원에서 출력을 정지하는데, 이때 다시 연결하여 정상 판정이 나면 다시 치료를 계속 진행하게 된다.
또한, '치료정지'는 치료정지, 과열, 프로브 접속감지 등에 의해 이상이 발생하거나 사용자가 치료를 정지하는 경우의 발생 시 치료가 정지되는 것을 의미하며, '계속치료'는 치료 정지, 과열, 프로브 접속감지 등에 의해 정상 판정이 되거나 사용자가 치료를 정지하지 않는 경우에 치료가 계속되는 것을 의미하고, 'RETURN'은 모든 제어조건을 수행하고 초기 조건으로 복귀하며, 조건 유지시(치료, 설정, 데이터전송)에 계속 해당 루틴을 돌면서 명령을 수행하는 것을 의미한다.
본 발명에 따르면, 상기 온도센서(21)는 초음파 발진자의 초음파 진동에 의해 발생하는 온도를 측정하는 역할을 담당하고, 온도가 지나치게 상승할 경우 과열 및 화상으로부터 피부 손상이나 기기 오작동을 방지하기 위해 사용된다. 여기서, 온도센서(21)는 저항온도센서, 서미스터, 열전대, 바이메탈 등 통상적인 온도 센서는 무엇이나 가능하다.
상기 온도센서(21)가 설정치 온도에 도달하여 이를 감지하는 경우 제어부(11)는 초음파 출력이 감소 또는 정지되도록 제어한다. 예를 들어, 39℃에 도달한 경우 초음파 출력을 감소시키고, 40℃에 도달한 경우 초음파 출력이 차단되도록 설정된 경우, 온도센서(21)로부터 측정된 온도가 39℃ 미만인 경우 정상적으로 초음파가 출력되고, 측정된 온도가 39℃에 도달한 경우 제어부(11)는 초음파 출력을 감소시키도록 제어한다. 만일, 측정된 온도가 40℃에 도달한 경우 초음파 출력을 정지시키도록 제어하여 과열로 인한 피부 손상 및 기기 오작동을 방지할 수 있도록 제어할 수 있다.
한편, 사용자의 필요에 따라 상기 프로브(30)의 온열 찜질기능을 활용하고자 하는 경우, 상기 저강도 초음파 관절염 치료기(10)에 신호를 입력하면 상기 제어부(11)에서 상기 발열부재(22)쪽으로 전원을 인가하게 되고, 이에 따라 상기 발열부재(22)의 온도가 상승하게 되므로 상기 프로브(30)는 온열 찜질 기능을 수행할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 저강도 초음파 관절염 치료기(10)의 상기 프로브(20)에는 맥동 초음파의 주기신호에 동기하여 작동하면서 상기 프로브(20)의 동작상태를 시각적으로 확인할 수 있는 동작표시부(23)를 더 포함하는 구성될 수 있다.
여기서, 상기 동작표시부(23)는 발광다이오드(LED;Light Emitting Diode)로 이루어지는 것이 바람직하지만, 시각적 인지가 가능한 전기적 발광체라면 어떤 것이라도 상관없음은 물론이다.
따라서, 본 발명에 따른 저강도 초음파 관절염 치료기(10)의 사용자는 상기 동작표시부(23)를 통해 상기 프로브(20)의 작동상태를 시각적으로 직접 확인할 수 있으므로 보다 안정적인 치료를 진행할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 저강도 초음파 관절염 치료기(10)는 상기 제어부(11)의 신호에 따라 상기 프로브(20)를 통해 상기 인체의 피부에 전기적 자극을 전달시키는 경피신경전기자극장치(12)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 경피신경전기자극장치(12)는 경피신경, 근육에 전기자극을 가하여 근육의 수축을 촉진하는 장치로서, 경피신경 전기자극(Transcutaneous Electrical Nerve Stimulation, TENS)에 사용되는 주지의 기술을 이용한 장치이므로 이에 대한 구성의 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 경피신경전기자극장치(12)는 75 ~ 125 pps(pulse per second), 혹은 80 ~ 120pps의 높은 맥동빈도를 사용하면서, 맥동기간은 100㎲ 이하로 짧게 하는 고빈도-저강도 경피신경전기자극 방법을 활용하거나, 10 ~ 20pps 이하, 통상 1 ~ 4pps의 낮은 강도로 자극하는 저빈도-고강도 경피신경전기자극 방법을 활용하거나, 150pps 이상의 높은 맥동빈도를 사용하고 맥동기간은 200㎲ 이상으로 하는 고빈도-고강도 경피신경전기자극 방법을 활용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 저강도 초음파 관절염 치료기(10)는 상기 제어부(11)의 신호에 따라 상기 프로브(20)를 통해 상기 인체에 간섭파 전류를 전달시키는 간섭파발생장치(13)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 간섭파발생장치(13)를 좀 더 자세하게 설명하면, 두 개 또는 그 이상의 서로 다른 중주파 전류를 인체의 동일 지점 또는 일련의 지점에서 교차 통전시켰을 때 간섭현상으로 새로운 저주파전류가 발생하며, 이를 진폭변조교류전류(amplitude modulation, AC)라고 한다.
이러한 진폭변조교류전류는 흔히 간섭전류(interferential current, IC/IFC)라고 불리우며, 상기 간섭전류를 이용하는 전기치료 방법을 간섭전류 치료(interferential current therapy, ICT)라고 하는데, 본 발명에 따른 상기 간섭파발생장치(13)는 전술한 간섭전류치료(ICT)에 이용되는 주지의 기술을 이용한 장치이므로 이에 대한 구성의 자세한 설명은 생략하기로 한다.
통상적으로, 상기 간섭파발생장치(13)는 4000 ~ 4100Hz의 중주파를 교차 통전시켜 피부저항 없이 심부까지 침투되어 근경련 감소 및 통증 조절을 하게 된다.
본 발명에 따르면, 사람의 골관절염 연골과 연골세포에 미치는 저강도 초음파의 영향을 알아보기 위해 체외에서 세 가지의 각기 다른 조건 즉, 조직배양, 알지네이트(Alginate) 삼차원 배양, 단층 배양된 연골세포에 초음파를 투사하여 그 효과를 관찰한 결과, 골관절염이 있는 사람의 연골조직에 미치는 초음파의 영향은 각 배양 조건에 따라 각기 다른 세기에서 각기 다른 효과를 보이고 있으며, 연골세포의 증식에는 조직배양이나 삼차원 배양보다는 단층배양에서 효과가 뛰어났으며, 그 세기는 약 100mW/㎠ 로 나타났다.
이와 같이, 본 발명에 따른 저강도 초음파에 의한 미세진동이 증가되면 마찰열(fricational heat)의 생성을 유도하여 조직온도를 증가시켜 열적 효과를 얻을 수 있으며, 이는 혈류증진, 조직 재생력 증가, 막투과성 증진, 조직순환 향상, 말초신경에 대한 효과, 근이완 및 통증완화 등이 효과를 발휘하게 된다.
또한, 저강도 초음파에 의해 발생되는 국소 압력의 변화는 혈관과 조직액에 존재하는 기포의 확장을 유발하며, 심부조직 세포의 요동과 분산이 일어나 조직의 가속운동이 일어나며 이러한 영향으로 이온의 흐름을 포함한 세포막의 경계선상에 있는 액체의 흐름을 변화시켜 자극의 방향에 따라 세포막의 투과성 촉진, 단백합성능력증진, 미세순환증진 등 세포의 기능을 변화시키는 효과가 유발되는데, 실험동물의 골절모델에 저강도 맥동성 초음파를 적용하면 골유합의 촉진과 기계적 강도(골강도)가 증가하게 되는 결과를 보인다.
이상과 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 저강도 초음파 관절염 치료기 11 : 제어부
12 : 경피신경전기자극발생장치 13 : 간섭파발생장치
20 : 프로브 21 : 온도센서
22 : 발열부재 23 : 동작표시부
24 : 고정밴드
12 : 경피신경전기자극발생장치 13 : 간섭파발생장치
20 : 프로브 21 : 온도센서
22 : 발열부재 23 : 동작표시부
24 : 고정밴드
Claims (5)
- 저강도의 초음파 트랜스듀서인 프로브를 인체를 밀착시켜 치료목적으로 사용하는 저강도 초음파 관절염 치료기로서,
상기 프로브에 내설되어 온도를 검출하는 온도센서;
상기 프로브에 내설되며 상기 저강도 초음파 관절염 치료기 본체로부터 인가되는 전원에 의해 발열되는 발열부재;
상기 프로브의 양단에 고정되는 탄력부재로 이루어져 상기 인체와 상기 프로브의 밀착상태를 유지시키는 고정밴드;
상기 온도센서 및 상기 발열부재와 전기적으로 연결되며, 전기신호를 통해 상기 프로브를 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지되,
상기 초음파의 주파수 대역은 1 ~ 3㎒이며, 상기 인체의 연골에 투사되는 초음파는 0.1 ~ 3W/㎠ 인 것을 특징으로 하는 저강도 초음파 관절염 치료기. - 제1항에 있어서, 상기 저강도 초음파 관절염 치료기는 상기 제어부의 신호에 따라 상기 프로브를 통해 상기 인체의 피부에 전기적 자극을 전달시키는 경피신경전기자극장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저강도 초음파 관절염 치료기.
- 제1항에 있어서, 상기 저강도 초음파 관절염 치료기는 상기 제어부의 신호에 따라 상기 프로브를 통해 상기 인체에 간섭파 전류를 전달시키는 간섭파발생장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저강도 초음파 관절염 치료기.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로브에는 맥동 초음파의 주기신호에 동기하여 작동하면서 상기 프로브의 동작상태를 시각적으로 확인할 수 있는 동작표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저강도 초음파 관절염 치료기.
- 제4항에 있어서, 상기 동작표시부는 발광다이오드로 이루어진 것을 특징으로 하는 저강도 초음파 관절염 치료기.
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