KR20170055369A - 저주파 전기 자극 효과를 갖는 고주파 치료기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고주파를 이용하여 환부에 전기 치료하는 고주파 치료기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고주파를 인체 환부에 인가함으로써 양극 고주파에 의한 심부열 발생과 같은 전기치료효과와 더불어, 일정시간 간격으로 반극 고주파를 환부에 공급함으로써 저주파와 유사한 인체 근육의 수축 및 이완 효과를 갖는 고주파 치료기에 관한 것이다.

Description

저주파 전기 자극 효과를 갖는 고주파 치료기{A high frequency electrical stimulator with low frequency electrical effects}

본 발명은 고주파를 이용하여 환부에 전기 치료하는 고주파 치료기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고주파를 인체 환부에 인가함으로써 양극 고주파에 의한 심부열 발생과 같은 전기 치료효과와 더불어, 일정시간 간격으로 반극 고주파를 환부에 공급함으로써 저주파와 유사한 인체 근육의 수축 및 이완 효과를 갖는 고주파 치료기에 관한 것이다.

전기 치료는 인체에 직접 전류를 통하게 함으로써 환부를 치료하는 방법으로, 일반적으로 주파수에 따라 1-1,000Hz를 저주파 전류, 1,000-100,000Hz를 중주파 전류, 100,000Hz(100KHz) 이상을 고주파 전류로 분류한다. 통증조절, 운동조절, 조직치유, 심부열치료, 전기진단 등 사용목적 및 사용부위에 따라 적절한 전기 치료 방법을 선택하여 다양하게 사용한다.

고주파 전기 치료는 조직을 파괴시키지 않고 신체의 심부에 열을 발생시켜 지방대사, 근육운동 등을 촉진시키는 장점을 갖고 있으며, 모발 성장 촉진, 무릎 관절염 치료, 혈액순환 개선, 조직의 재생, 통증의 완화, 암세포 증식의 억제, 비만관리, 여드름 제거, 기미 제거, 경혈부위의 경락 마사지 등에 널리 사용된다. 반면, 저주파 전기 치료는 간헐적인 저주파(1-1,000Hz)로 인체의 환부에 일정 펄스폭(예: 500usec 구형파)을 갖는 전기적 신호를 적용하는 것이다. 이와 같은 저주파 전기 신호를 인체의 근육에 적용하여 근육을 수축시키며 전기 신호가 인가되지 않는 시간에 근육은 다시 이완되는 것이다. 따라서, 저주파 전기 치료는 전기 자극에 의한 근육의 수축 및 이완으로 통증을 완화시키는 효과를 가진다.

고주파는 인체 조직을 통전할 때 진동폭이 매우 짧기 때문에 인체조직 내에서 이온 운동을 거의 일으키지 않으며, 전기화학적 반응 또는 전기분해 현상도 발생하지 않는다. 이러한 고주파가 인체 내에서 통전되면 조직에서 열이 발생하는데 이를 “심부열”이라고 한다. 이와 같이 심부열이 발생하는 이유는 고주파의 전기 에너지가 인체조직에 가해지면 전원의 극성이 바뀔 때마다, 조직을 구성하는 분자들이 진동하면서 서로 마찰하게 되어, 회전운동, 뒤틀림, 충돌운동에 의해 생체열을 발생시키기 때문이다.

현재까지 개발, 시판되고 있는 고주파 치료기는 100KHz 이상의 신호를 인체에 가하는 치료기로, 연속적인 고주파는 인체 근육의 수축 및 이완을 일으키지 않는다. 일반적인 고주파 신호를 환부에 적용하면 고주파 공급 전압에 대하여 심부열만 발생하고, 인체 근육의 수축 및 이완과 같은 전기자극은 없다.

고주파 치료기에 있어서 양극(Bi-polar) 고주파 신호는 인체에 근육의 수축 및 이완 동작을 하는 근육에 대한 자극을 주지 못하는 특성을 가지고 있다. 양극 고주파 신호는 기준점에 대하여 +,- 고주파 신호로 교번되며, 도 7의 (가)와 같은 주파수 모양을 가진다. 이러한 양극 고주파 신호는 근육에 자극이 없는 단점으로 환자가 치료 강도를 느끼지 못할 뿐만 아니라, 환자가 치료에 대해 신뢰하지 못하여 치료의 적극성이 떨어진다. 반면, 과도한 고주파 신호의 경우, 환자가 전기 자극을 느끼지 못하여 화상 등의 2차적인 부상의 위험이 있다.

따라서, 본 발명은 고주파 전기 신호를 이용한 열작용의 효과와 함께, 저주파 전기 신호를 이용한 근육의 수축 및 이완의 효과를 동시에 갖는 전기 치료기를 개발하는 것을 목적으로 한다.

고주파 치료와 저주파 치료 기능을 동시에 갖는 전기 치료기를 개발하고자, 고주파 신호와 저주파 신호를 각각 발생시키고 이를 합성하여 공급하는 특허(등록특허 제10-1057974호)가 있다. 그러나, 상기 특허발명은 고주파신호 발생부 및 저주파신호 발생부 각각이 필요하며, 이를 혼합하여 하나의 신호로 합성하는 믹싱부를 필요로 하는 등, 전기 치료기의 구성이 매우 복잡하다. 또한, 상기 특허발명에서 저주파 신호에 고주파 신호가 더해져서 공급되는 경우 최대 전압의 위험도 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명은 고주파 신호의 효과와 저주파 신호의 효과를 동시에 가지면서, 고주파신호 발생부 및 저주파신호 발생부를 각각 포함할 필요가 없고 안전한 전기 치료기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에서는 환부에 인가되는 양극(Bi-polar) 고주파 신호의 일정 부분을 제어 신호에 의하여 양극 고주파의 반극(Uni-polar)만 공급함으로써, 반극 고주파 신호에 의한 환부 근육의 수축 및 이완 효과를 제공하도록 한다. 즉, 본 발명의 고주파 치료기는 양극 및 반극 고주파 신호가 교대로 발생되도록 한다(도 7의 (나) 참조). 양극 고주파 신호는 기준점에 대하여 +,- 고주파 신호로 교번되며, 반극은 + 혹은 - 고주파 신호만 발생된다. 이와 같은 고주파 치료기는 고주파 신호 발생을 제어하는 제어부를 포함하는 고주파 신호 발생기, 고주파 신호를 환부에 접촉 공급하는 패드부 및 이들을 연결하는 신호 공급선으로 구성된다.

따라서, 환자는 한번의 전기 치료를 통해 심부열 치료 효과와 같은 고주파 치료 효과와 근육의 수축 및 이완 효과와 같은 저주파 치료 효과를 모두 경험할 수 있게 된다. 더불어 양극 고주파 신호의 반극만 공급함으로써, 저주파 신호와 같은 전기 자극을 느낄 수 있기 때문에, 이러한 전기 자극의 강약에 따라 고주파 신호의 강약을 조절할 수 있는 장점을 갖는다.

본 발명은 환자의 환부에 고주파를 인가할 때, 번갈아가면서 양극 고주파 신호 및 반극 고주파 신호를 공급함으로써, 양극 고주파 신호에 의한 심부열 치료 효과와 반극 고주파 신호에 의한 근육의 수축 및 이완 효과를 가지고, 환자는 근육의 수축 및 이완 작용을 통해 치료 효과와 고주파의 강도를 감지할 수 있는 장점을 갖는다.

일정한 시간 간격으로 반파 정류회로를 제어하여 반극 고주파 신호를 환부에 적용하여 저주파 치료기와 같은 근육의 수축 및 이완 작용을 갖도록 하고, 반극 고주파 신호에 의한 전기 자극을 통해 환자는 고주파 신호 강도를 적절하게 조절할 수 있으며, 환자가 느끼는 전기 자극(치료 강도)을 통해 환자의 적극적인 치료를 유도할 수 있다. 또한 경피 신경을 자극하는 일반적인 저주파 치료의 효과와 비교할 때, 본 발명은 양극 고주파의 반극 신호를 공급하여 심부 근육을 자극함으로써 훨씬 높은 치료의 효과를 갖는다.

도 1은 고주파 치료기의 구성도.
도 2는 인체 환부의 전기적 수동소자 모델.
도 3은 양극 고주파 신호를 간헐적 반극 신호와 양극 고주파 신호로 구성하여 환부에 적용하는 구성도.
도 4는 도 3의 고주파 발생기 출력을 출력도자에 간헐적 반극, 양극 고주파 신호를 발생시키는 상세도.
도 5는 도 3의 간헐적 반극 고주파 신호와 양극 고주파 신호로 환부에 적용하게 신호를 제어하는 또 다른 일예의 구성도.
도 6은 도 5의 구성에 대한 회로 구성도의 일례.
도 7은 인체 환부에 적용되는 고주파 신호 및 제어신호.
(가) 연속적인 양극 고주파 신호.
(나) 반극 신호 제어부에 제어되고 있는, 양극 및 반극 고주파 신호
(다) -반극 신호 제어.
(라) +반극 신호 제어.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 고주파 신호 발생기
101: 고주파 신호 발생기 제어부
102: 조절기
103: 표시부
104: 고주파 신호 발생부
108: 양극 고주파 신호
109: - 반극 고주파 제어신호
110: + 반극 고주파 제어신호
121: - 반극 신호 제어부
122: + 반극 신호 제어부
201,202: 치료용 공급선
301,302: 치료용 패드
310: 패드 양단 고주파 신호
310-1: 양극 고주파 신호
310-2: + 반극 고주파 신호
310-3: - 반극 고주파 신호

본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 고주파 치료기의 구성도로, 조절기(102)와 표시부(103)를 포함하는 고주파 신호 발생기(100), 고주파 신호가 출력되는 출력선(201, 202), 출력선을 통하여 인체에 부착되는 인체 접촉패드(301, 302)를 포함한다.

상기의 고주파 신호 발생기(100)의 주파수는 본 발명에서는 수 kHz 이상의 신호로 정의할 수 있다. 이는 공급 신호 2선 중 1선의 극성을 기준점(0점)으로 상대되는 나머지 선의 신호가 +,-로 교번되는 수 khz 이상의 연속적인 신호에 대한 것으로 인체 근육의 수축 및 이완이 발생하지 않는 주파수에 대한 것이다.

조절기(102)는 치료시간 및 출력 등을 조절하는 치료기의 부분이다.

표시부(103)는 치료시간 및 출력 등을 표시하는 치료기의 부분이다.

도 2는 도 1의 인체 접촉패드(301,302)에 공급되는 고주파 신호 Vout(310)에 의해 인체의 전기적 수동소자 모델(300)을 나타내고 있다. 도 2의 인체의 전기적 수동소자 모델에서 보면 인체 접촉패드(301,302)사이의 병렬저항 Rt1(51)이 존재하며 그 값은 매우 크다. 또한 인체의 지방 등에 의한 정전 용량 Ct1(53)과 그에 존재하는 저항 Rt2(52)이 존재하며, 이는 인체의 접촉패드(301,302)간의 정전 용량 Ct1(53)이 존재하기 때문이다.

보다 상세하게 본 발명의 구성을 도 3에 나타내고 있으며, 도 3은 도 1의 고주파 치료기의 구성을 상세하게 표현한 상세도로 고주파 신호 발생기(100)는 조절기(102)에 의하여 제어되는 제어부(101); 그 제어되는 상태를 표시하는 표시부(103); 제어부(101)에 제어되는 고주파 출력 전원부(106); 고주파 신호 발진부(105)를 통하여 출력되는 고주파 출력 구동부(107); 및 - 반극 신호 제어부(1)(121)와 + 반극 신호 제어부(2)(122)로 구성되어 있다. - 반극 신호 제어부(1)과 + 반극 신호 제어부(2)는 직렬로 구성된 것을 특징으로 한다.

- 반극 신호 제어부(1)(121)는 고주파 출력 구동부(107)에 의해 출력되는 고주파 신호의 + 반극 신호를 통과시키고, - 반극 신호를 통과시키거나 통과시키지 않도록 조절하는 기능을 갖는다.

+ 반극 신호 제어부(2)(122)는 고주파 출력 구동부(107)에 의해 출력되는 고주파 신호의 - 반극 신호를 통과시키고 + 반극 신호를 통과시키거나 통과시키지 않도록 조절하는 기능을 갖는다.

따라서, 본 발명은 양극(Bi-polar) 고주파 신호와 직류성분을 제거한 반극(Uni-polar) 고주파 신호를 출력하는 것을 특징으로 하며, 연속적으로 출력되는 고주파 신호를 출력 패드에 연속으로 공급하기 위하여 고주파 신호의 - 극성 신호는 통과시키고 + 반극 신호는 통과시키지 않도록 하는 제어 수단을 포함하고, 연속적으로 공급되는 출력 신호에서 일정시간동안 + 반극 신호가 통과되지 않도록 제어하여 - 반극 신호만 출력되는 구간을 갖는 + 반극 제어 특징을 가지는 고주파 신호 발생기에 대한 것이다.

또한, 양극(Bi-polar) 고주파 신호와 직류성분을 제거한 반극(Uni-polar) 고주파 신호를 출력하는 것을 특징으로 하며, 연속적으로 출력되는 고주파 신호를 출력 패드에 연속으로 공급하기 위하여 고주파 신호의 +극성 신호는 통과시키고 - 반극 신호는 통과시키지 않도록 하는 제어 수단을 포함하고, 연속적으로 공급되는 출력 신호에서 일정시간동안 - 반극 신호가 통과되지 않도록 제어하여 + 반극 신호만 출력되는 구간을 갖는 - 반극 제어 특징을 가지는 고주파 신호 발생기에 대한 것이다.

도 4는 도 3의 구성에서 출력되는 고주파 신호 Vrf(108)에 대하여 -/+ 반극 신호 제어부를 전자회로 소자로 구성한 회로도이다. 고주파 신호 Vrf(108)의 b를 기준으로 하여 a점의 극성이 +일 경우 - 반극 신호 제어부(121)의 D1에 의하여 고주파 +극은 인체 접촉패드(301)로 연결되어 인체를 통하여 인체 접촉패드(302)로 연결 도통된다.

이를 상세히 설명하면 + 반극 신호 제어부(122)의 제어신호 VC2(110)가 high이면 포토커플러 D6(25-1)에 의하여 Q4는 도통되며 +극성 고주파 신호는 1차 Q4와 Q3를 통하여 바이페스(bypass)된다. 이는 도 7 (라)의 제어신호 VC1을 보면 쉽게 알 수 있다. + 반극 신호제어부(122)의 VC2(110: 도 7의 (라)) x2 구간은 VC2가 ’으로 도 4의 Q4, Q3는 off상태로 도 7의 (나)와 같이 Vout-c 구간인 - 극성 저주파 신호(310-3)와 같이 인체 접촉 패드(301,302) 사이의 고주파 신호 인체 전압(310)으로 나타난다. 도 7의 (나)는 인체를 순수 전기 저항으로 볼 경우이며, 도 2의 인체 전기 수동소자 모델의 파형은 도 8의 (나)와 같이 Vout-B(310-2)와 Vout-C(310-3)과 같은 형태가 된다.

같은 방법으로 도 4의 - 반극 신호 제어부(121)와 도 4의 D4에 의하여 - 극성에 대해서 - 극성 제어신호 VC1(109)에 의하여 도 7의 (다)와 같이 표시되며 VC1에 의하여 인체에 가해지는 고주파 신호 중 Vout-B(310-2) 구간과 같이 - 극성 신호가 공급되지 않는 구간인 - 극성 저주파신호 Vout-B(310-B)의 고주파 신호가 흐른다. 이는 인체를 순수 저항으로 볼 경우이며 도 2의 인체 모델을 사용하면 도 8의 -반극 신호와 같이 된다.

도 5 및 도 6은 도 3 및 도 4의 +/- 반극 신호 제어부 직렬 구성을 병렬로 구성한 것으로 도 4의 D1, D4와 같은 바이패스 다이오드가 필요하지 않는 구성이며, 상기의 도 3 및 도 4의 설명과 같다.

이와 같은 + 반극이나 - 반극을 어느 하나만이라도 조절한다면 인체의 심부 근육은 수축하며 그로 인하여 저주파와 동일한 효과를 나타낼 것이다.

본 발명의 설명인 양극(Bi-Polar) 고주파 신호는 출력선 2선 중 1선을 기준으로 할 경우 다른 선의 신호가 +,- 극성으로 교번하는 것을 특징으로 하는 고주파 발생 신호이며, 본 발명의 명세서에 상세히 설명되었다.

더욱 나아가 반극(Uni-Polar) 고주파 신호는 출력선 2선중 1선을 기준으로 할 경우 다른 선의 신호가 +극성 혹은 -극성 만으로 발생되는 고주파 신호를 특징하며, 이 반극(Uni-Polar) 고주파 신호는 + 혹은 - 값의 직류성분을 갖는 것을 의미한다.

그러나 이 반극(uni-polar) 신호를 캐패시터에 직렬 연결하거나 트랜스 포머를 1,2차 분리하여 직류 성분을 제거하면 역시 인체에 공급되는 신호는 직류성분이 없는 교류 양극(Bi-polar)이 되어 직류성분이 없는 교류 고주파 신호로 본 발명의 구성으로 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 실시 구현으로 포토커플러 및 트랜지스터를 구성요소로 하였으며 포토커플러는 전기 및 전자기기에 널리 사용되는 신호 전달 소자(입력신호는 광으로 송신하고 포토 센서의 저항값을 변화시켜 신호를 전달)이며 이를 다른 신호 전달소자인 트랜스 포머로 구성가능하며, 본 발명의 구성인 트랜지스터와 같은 스위칭 소자를 SCR 등으로 교체하여 구성할 수 있으며 +극 혹은 - 극 중 한 극만 조절한다면 공통 접지로 포토커플러를 사용하지 않고 회로를 구성할 수 있다. 또한, 입력 신호와 컨트롤 신호를 분리하는 포토커플러를 트랜스포머를 이용하여 분리하는 등 일반적으로 이 분야의 당업자가 용이하게 변경하여 구현할 수 있는 사상은 본 발명에 포한된다고 할 것이다.

Claims (3)

1. 양극(Bi-polar) 고주파 신호와 직류성분을 제거한 반극(Uni-polar) 고주파 신호를 출력하는 것을 특징으로 하며,
   연속적으로 출력되는 고주파 신호를 출력 패드에 연속으로 공급하기 위하여 고주파 신호의 - 극성 신호는 통과시키고 + 반극 신호는 통과시키지 않도록 하는 제어 수단을 포함하고,
   연속적으로 공급되는 출력 신호에서 일정시간동안 + 반극 신호가 통과되지 않도록 제어하여 - 반극 신호만 출력되는 구간을 갖는 + 반극 제어 특징을 가지는 고주파 신호 발생기.
2. 양극(Bi-polar) 고주파 신호와 직류성분을 제거한 반극(Uni-polar) 고주파 신호를 출력하는 것을 특징으로 하며,
   연속적으로 출력되는 고주파 신호를 출력 패드에 연속으로 공급하기 위하여 고주파 신호의 + 극성 신호는 통과시키고 - 반극 신호는 통과시키지 않도록 하는 제어 수단을 포함하고,
   연속적으로 공급되는 출력 신호에서 일정시간동안 - 반극 신호가 통과되지 않도록 제어하여 + 반극 신호만 출력되는 구간을 갖는 - 반극 제어 특징을 가지는 고주파 신호 발생기.
3. 제1항 및 제2항에 있어서, 제어부(101), 제어상태를 표시하는 표시부(103), 및 고주파 신호 발생부(104)를 포함하는 고주파 신호 발생기.

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