KR20170115951A - 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치 - Google Patents

온열 치료를 위한 교류 자기장 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 환자의 환부에 주입된 자성 나노 입자에 대하여 인체에 무해한 저주파 자기장을 가하여 환부를 치료함으로써 환자의 신체 상태나 환부의 종류에 관계없이 부작용 없는 치료가 가능하게 되는 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치에 관한 것으로, 자성 나노 입자가 주입된 환부에 교류 자기장을 인가하여 자성 나노 입자의 자기 발열에 의해 환부를 치료하며, 상기 교류 자기장의 주파수는 환부에 따라 120KHz 이하의 저주파에서 선택되는 것을 특징으로 한다.

Description

온열 치료를 위한 교류 자기장 장치{Device for Alternating Current Magnetic Field-induced Hyperthermia}
본 발명은 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 환자의 환부에 주입된 자성 나노 입자에 대하여 인체에 무해한 저주파 자기장을 가하여 환부를 치료함으로써 환자의 신체 상태나 환부의 종류에 관계없이 부작용 없는 치료가 가능하게 되는 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치에 관한 것이다.
건강한 삶을 유지하기 위하여, 물리적인 방법으로 아픈 부위를 치료하거나 병을 예방하기 위한 각종 형태의 치료기기가 많이 개발되고 있는 추세로서, 교류 자기장(alternating magnetic field)을 이용한 온열 치료기도 그 중 하나라 할 수 있다.
교류 자기장을 인체 조직에 인가하면, 비접촉 방식으로 유도되는 유도 전류 (induction current)을 생성하게 되며, 이를 통해 형성된 인체 내의 와전류 (eddy current)로 인해서 조직 내의 세포들을 자극하게 된다. 이를 통해 세포 주변 환경에 전기적 저항도가 변하게 되며, 이런 저항은 곧 열로 변환되어 발열이 이루어진다.
이러한 열 상승 현상에 의한 혈액 순환 촉진, 신진 대사 증가 효과를 이용하는 온열 치료는 물리 치료, 비만 치료, 스킨 케어 등 다방면에서 최근 사용되고 있다.
아울러, 이러한 온열 치료는 암 치료 목적으로도 사용된다.
암 조직에 40℃~43.5℃의 열을 가하게 되면(가장 효과적으로 죽일 수 있는 온도는 42℃이다), 정상세포보다 느린 혈액 순환으로 인해 암세포 내부의 산소 결핍 상태가 가속화되고, 암세포 증식은 억제된다. 또한 암세포의 세포막이 파괴됨으로써 다른 항체들에게 쉽게 노출되며, 그로 인해 단백질 변성 또는 신진대사 장애 등과 같은 손상을 통해 암 조직이 자연스럽게 자연사 또는 괴사된다.
정상적인 조직의 세포의 경우에는 46℃ 이상에서만 이러한 작용이 일어나며, 암 조직에 비해 혈액순환이 원활하기 때문에 조직의 열이 비교적 빠르게 냉각될 뿐만 아니라, 암조직에 비해 온도 상승이 더디다.
즉, 암 조직은 정상 조직에 비해 열에 민감하기 때문에 42℃에서는 정상 조직보다 훨씬 빠르게 손상되고 면역세포들의 공격을 받게되며, 그로 인해 조직의 자연사 또는 괴사는 주로 암 조직에서만 발생하게 된다(정상 세포의 경우 46℃ 이상에서 파괴된다).
이러한 암 조직과 정상 조직의 열에 대한 특성 차이를 이용하여, 암 조직만을 선택적으로 제거하는 고주파 온열치료법이 최신 암치료 방법으로 사용되고 있다.
한편, 나노 기술의 발전으로 인해 새로운 전자기적 특성을 가지는 나노 크기의 소재들은 암 조직에 표적 지향가능하며, 상술한 암 조직의 특성으로 인해 암 조직으로 침투된 자성 나노 입자는 빠르게 배출되지 않고 암 조직 내에 머물러 있게 된다. 이러한 현상을 EPR(Enhanced Permeability and Retention) 효과라고 부르며, 이 EPR 효과를 이용하여 암을 진단하기 위한 첨단 영상 진단장비의 조영제 등의 연구가 활발히 진행 중이다.
최근 자성 나노 입자를 이용한 암의 열치료는 이미 신경계 암, 전립선암, 피부암 등에서 동물 실험을 통해 그 효과가 성공적으로 입증되어 왔다. 자성을 띈 나노 입자를 교류 자기장하에 활성화시키면 열이 발생하는 특성이 있는데, 이러한 특성을 이용하여 암조직에 국소주입하거나, 선택적인 항체와 결합시켜 암조직 내에 고농도로 분포시킨 후 교류 자기장 하에서 열치료를 시행하는 개념이다.
자성 나노 입자를 이용한 열치료는 외부 교류 자기장하에서 유도되는 자기장에 의해 1) 나노입자 내부의 스핀이 회전(Neel Relaxation)하여 발생하는 열과, 2) 나노입자 자체가 돌면서(Brownian Motion) 발생하는 열을 암세포 사멸에 이용하며, 기존의 고주파, 초음파, 레이저 등을 이용한 열치료(ablation therapy)와는 달리 자성 나노입자의 자기발열(self-heating)에 의한 열을 치료에 응용하는 것이다.
최근 요양 병원 등에 널리 보급된 고주파 온열 암 치료법은 대전된 두 전극 사이에 인체를 넣고 약 13.56 MHz 의 고주파 전류를 유도하여 전류를 흐르게 하는 방식이다.
하지만, 세포 자체의 전기전도도(conductivity) 및 인체 유해성으로 인해 고주파 온열암치료법의 경우 피부 주위에 붉은 반점이 생기거나, 지방이 많은 부위에는 약간의 화상, 상처, 염증, 괴사 등이 나타날 수 있다. 무엇보다도 고주파 전기장의 인체 유해성으로 인한 부작용을 피할 수 없다. 그러므로 임산부, 심한 염증환자, 심장박동기를 식생한 환자, 흉수 및 복수가 심한 환자들에게는 사용이 금지되고 있다.
또한, 암 조직에 열을 가하는 것 또한 장시간 열을 조사하여야 하므로, 인체가 상당히 높은 고주파 전력의 전자파에 장시간 노출됨으로써 암 조직 외에 정상 조직의 손상까지 초래할 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 환자의 환부에 주입된 자성 나노 입자에 대하여 인체에 무해한 저주파 자기장을 가하여 나노입자에서 발생하는 열로 환부를 치료함으로써 환자의 신체 상태나 환부의 종류에 관계없이 부작용 없는 치료가 가능하게 되는 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치를 제공하는 것에 있다.
특히 기존의 고주파 방식에 비해 인체에 무해한 저주파(<120 KHz) 교류 자기장을 사용하고, 나노 입자에서 발생하는 열을 원하는 환부에 손쉽게 전달할 수 있으며, 외부 교류 자기장을 조절하면 자기발열되는 최고 온도 및 승온 속도의 조절이 가능해 암세포를 치료하기 위한 필요시간을 확보할 수 있으며, 그로 인해 생체안정성 범위 내에서 환부가 장시간 노출되더라도 전혀 인체에 부담을 주지 않는 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따르면, 자성 나노 입자가 주입된 환부에 교류 자기장을 인가하여 자성 나노 입자의 자기 발열에 의해 환부를 치료하며, 상기 교류 자기장의 주파수는 환부에 따라 120KHz 이하의 저주파에서 선택되는 것을 특징으로 하는 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치를 제공한다.
바람직하게는, 교류 자기장 장치는, 환자가 위치되는 베드부; 상기 베드부를 이동시키는 베드 구동부; 상기 베드부가 수용되며 베드부에 교류 자기장을 인가하는 치료부; 상기 치료부의 교류 자기장 인가를 위한 전력을 제공하는 제너레이터부; 및 상기 베드 구동부, 치료부 및 제너레이터부의 동작을 사용자의 조작이나 정해진 프로그램 루틴에 따라 제어하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 치료부는 프레임의 내부에 상기 베드부를 수용할 수 있는 내부 직경을 가져 제너레이터부로부터 공급되는 전력에 의해 교류 자기장을 발생시켜 환부에 인가하는 인가 코일이 구비되며, 이 인가 코일의 외측에는 자기장을 내측으로 집중시킬 수 있는 페라이트 코어가 구비되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 치료부에는 치료 중 환부의 현재 온도를 측정하여 실시간으로 제어부에 온도 측정값을 전달하는 온도 센서가 구비되며, 제어부에서는 상기 온도 측정값에 따라 교류 자기장의 주파수를 제어하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 치료부에는 치료 중 환부의 현재 열화상을 촬영해 실시간으로 제어부에 열화상을 전달하는 열화상 카메라가 구비되며, 제어부에서는 상기 열화상에 따라 교류 자기장의 주파수를 제어하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제너레이터부는, 외부 구동 전원을 입력받아 제너레이터부에 공급하는 전원 입력부; 상기 전원 입력부로부터 공급되는 교류 구동 전원을 직류 전원으로 변환시키는 정류 회로; 및 상기 직류 전원을 통해 교류 전압을 출력하여 상기 인가 코일에 전달하는 변압 회로; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 변압 회로에는 교류 자기장의 주파수를 환부에 따라 120KHz 이하에서 선택할 수 있도록 하는 주파수 조절부가 구비되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 변압 회로에는 공진 회로를 구성하기 위해 서로 다른 용량의 콘덴서들이 병렬로 배열되고 이 콘덴서들의 일측은 공통적으로 인가 코일에 연결되며, 상기 주파수 조절부는 공진용 콘덴서들에 각각 직렬로 연결되는 전자석 스위치들과, 이 전자석 스위치들들 중 하나를 선택적으로 턴온시키기 위한 스위치로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 환자의 환부에 주입된 자성 나노 입자에 대하여 인체에 무해한 저주파 자기장을 가하여 환부를 치료함으로써 환자의 신체 상태나 환부의 종류에 관계없이 부작용 없는 치료가 가능하게 되는 효과가 있다.
특히 기존의 고주파 방식에 비해 인체에 무해한 저주파(<120 KHz) 교류 자기장을 사용함으로써 환부 가열을 위해 장시간 자기장에 환부가 노출되더라도 인체에 전혀 부담을 주지 않는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치를 설명하기 위한 블럭도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치의 상세 구성을 설명하기 위한 내부 블럭도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치의 치료부 구성을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치의 제너레이터부 구성을 설명하기 위한 블럭도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치의 주파수 조절부를 설명하기 위한 블럭도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치에 주입되는 MSIO(Magnetically Softened Iron Oxide) 나노 입자의 고분해능투과전자현미경 사진(a) 그리고, 직류(b) 및 교류(c) 자기이력곡선 분석 결과.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치에 주입되는 MSIO 나노 입자의 결정 구조(a) 및 조성분석 결과(b).
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치에 주입되는 MSIO 나노 입자와 기존 Fe3O4 나노 입자의 자가발열 현상을 비교적으로 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치에 주입되는 MSIO 나노 입자의 수용액 상에서의 수화반경 크기를 설명하기 위한 도면.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치에 주입되는 MSIO 나노 입자와 기존 Fe3O4 나노 입자의 수용액 상에서의 자가발열 현상을 비교적으로 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치에 주입되는 MSIO 나노 입자와 기존 Fe3O4 나노 입자의 수용액 상에서의 승온 속도를 비교적으로 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치에 주입되는 MSIO 나노 입자의 용매별 열방출량을 보여주는 도면.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치에 주입되는 MSIO 나노 입자의 세포 독성 실험 결과를 보여주는 도면.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 온열 치료를 위해 주입되는 MSIO 나노 입자의 교류 자기장 하에서의 승온 속도에 대한 열충격 단백질의 발현 정도를 보여주는 도면.
이하 본 발명에 따른 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치에 대하여 첨부한 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
먼저 도 1을 참조하면, 입자 주입 수단(100)이 인체의 환부에 자성 나노 입자를 주입하면 교류 자기장 장치(200)는 인체에 교류 자기장을 인가하여 자성 나노 입자의 자기 발열에 의해 열을 발생시킴으로써 치료를 진행하게 된다.
여기에서 상기 입자 주입 수단(100)은 나노 입자를 인체에 주입하는 수단으로서, 나노 입자의 체내 주입에는 다양한 방법이 사용될 수 있다. 전통적으로 외과적 시술을 필요로 하는 매식형이 가능하나 주입과 제거시 외과적 시술에 따른 환자의 고통이 따르고 정확한 부위로의 매식이 매우 어렵다는 단점이 있다. 최근에는 나노 입자를 혈관에 정맥 주사(intravenous injection) 하거나 환부에 직접 종양내 주사(intratumoral injection) 하는 방법이 사용되고 있다.
주입되는 나노 입자로는 금, 은, 카본 나노 튜브(CNT) 나노 입자, 산화철(Fe2O3, Fe3O4, Fe2O4) 나노 입자, Fe, Co, Ni, Mn, Mg, Zn 계열의 MFe2O4(M = Fe, Co, Ni, Mn, Mg, Zn) 나노 입자, LiFe5O8 나노 입자 및 아연계 페라이트(Ni-Zn Ferrite) 계열의 나노 입자 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다. 또한 나노 입자는 인체의 표면이나 조직에 과다 발현되는 특정 항원이나 수용체에 선택적으로 결합할 수 있는 표적지향 리간드일 수 있으며, 자체 성질만으로도 종양 등의 치료 효과를 가진 입자일 수 있다. 아울러, 나노 입자는 크기가 100 nm 이하일 수 있으며 합성 고분자 또는 천연 고분자 등을 이용하여 표면이 코팅처리될 수 있다.
열을 이용한 열치료용의 나노 입자는 바이오 및 바이오 및 의료 분야에 응용되기 위해서는 몇 가지 요구사항을 만족할 수 있어야 한다.
첫째로, 각각의 자성 나노 입자들이 균일한 자장을 발생하고, 보다 정확하고 균일한 특성을 나타내기 위해 자성 나노입자가 서로 응집하지 않아야 하며, 초상자성을 가질 수 있는 입자 크기와 구형의 입자 모양을 가지도록 하는 것이 중요하다.
둘째로, 자성 나노입자가 외부 인가, 혹은 유도자장의 미세한 변화에도 감응하기 위해서는 보다 향상된 포화 자화값 및 높은 자화율을 가져야 한다.
셋째로, 자성 나노입자는 높은 화학적 안정성을 가져야 한다.
넷째로, 생체 세포와의 친화성을 갖거나 생체 적합한 물질에 의한 자성 나노입자 표면을 코팅하였을 때 자기적 특성이 유지되도록 설계되어야 한다. 즉, 나노 입자의 자성과 생체친화성이 모두 만족되어야 최종적으로 바이오 및 의료분야에 응용이 가능하다.
이러한 자성 나노입자의 제조와 관련하여, 철 산화물계 자성 나노입자를 중심으로 한 연구가 활발한데, 주로 Fe3O4와 Fe2O3(γ-Fe2O3, α-Fe3O4)에 대한 연구가 이루어지고 있다. 또한, 이에 대한 지속적인 연구의 결과로 수 나노미터 정도 크기의 나노입자도 제조되고 있으며 최근에는 다원계 페라이트 제조에도 성공한 연구결과가 발표되고 있다.
본 발명에서는 바람직한 실시예로서 (MxM'1-x)Fe2O4(여기에서 0<x<1 이고, M과 M'은 전이금속(예를 들어 Zn, Co, Ni, Fe, Mn 등)임)(MSIO, Magnetically Softened Iron Oxide) 나노 입자를 이용해 인체에 무해한 저주파 자기장을 가하여 환부를 치료함으로써 환자의 신체 상태나 환부의 종류에 관계없이 부작용 없는 치료가 가능하게 되는 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치를 제안한다.
이하에서는 MSIO 나노 입자로서 전이금속으로서 Zn과 Mn이 선택되고 x가 0.5인 Zn0.5Mn0.5Fe2O4 를 일 예로 하여 이 나노 입자의 실험 결과들을 설명하도록 한다.
유기용매상에서 합성된 Zn0.5Mn0.5Fe2O4(MSIO) 나노 입자의 고분해능투과전자현미경(HRTEM) 사진이 도 6의 (a)에 도시되어 있다. 여기에서 Zn0.5Mn0.5Fe2O4(MSIO) 나노 입자의 크기는 7.2㎚±0.76㎚이다. 그리고 도 6의 (b)와 (c)는 기존의 Fe3O4 나노 입자와 Zn0.5Mn0.5Fe2O4(MSIO) 나노 입자의 직류(도 6의 (b))와 교류(도 6의 (c))에서의 자기이력곡선을 비교적으로 보여주고 있다.
그리고 도 7은 Zn0.5Mn0.5Fe2O4(MSIO) 나노 입자에 대하여 X-선 회절분석기(XRD)를 이용하여 확인된 결정 구조(도 7의 (a))와 조성분석 결과(도 7의 (b))를 보여주고 있다. 이 같은 결정 구조로부터 상기 Zn0.5Mn0.5Fe2O4(MSIO) 나노 입자들의 결정 구조가 모두 정방정계 스피넬 구조(cubic spinel structure)를 형성하고 있음을 확인할 수 있다.
다음으로 도 8은 기존의 Fe3O4 나노 입자와 Zn0.5Mn0.5Fe2O4(MSIO) 나노 입자의 파우더 상에서의 자가발열(Self-heating) 현상을 비교적으로 보여주고 있다. 자가발열 현상은 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 나노파우더(nanopowder)에 교류 자기장(Alternating Magnetic Field)을 인가하고 광학 온도센서(optical themometer)로 측정하게 된다. 그 결과 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 기존의 Fe3O4 나노 입자와 Zn0.5Mn0.5Fe2O4(MSIO) 나노 입자의 비교에서 Zn0.5Mn0.5Fe2O4(MSIO) 나노 입자가 기존의 Fe3O4 나노 입자에 비해 교류 자기장 하에서 월등한 온도상승(temperature rise)이 이루어지고 있음을 확인할 수 있다.
이 같이 유기용매상에서 합성된 Zn0.5Mn0.5Fe2O4(MSIO) 나노 입자를 표면 개질 후 수용액 상으로 이동할 수 있다.
도 9에는 수용액 상에서 Zn0.5Mn0.5Fe2O4(MSIO) 나노 입자의 수화반경(hydrodynamic) 크기가 도시되어 있다. 그리고 도 10에는 기존의 Fe3O4 나노 입자와 Zn0.5Mn0.5Fe2O4(MSIO) 나노 입자의 수용액 상에서의 자가발열(Self-heating) 현상을 비교적으로 보여주고 있다. 자가발열 현상은 도 10에 도시된 바와 같이 기존의 Fe3O4 나노 입자와 Zn0.5Mn0.5Fe2O4(MSIO) 나노 입자의 비교에서 Zn0.5Mn0.5Fe2O4(MSIO) 나노 입자가 기존의 Fe3O4 나노 입자에 비해 교류 자기장 하에서 월등한 온도상승(temperature rise)이 이루어지고 있음을 확인할 수 있다. 또한 도 11에는 기존의 Fe3O4 나노 입자와 Zn0.5Mn0.5Fe2O4(MSIO) 나노 입자의 수용액 상에서의 승온 속도(heating-up rate)를 비교적으로 보여주고 있다. 승온 속도는 도 11에 도시된 바와 같이 기존의 Fe3O4 나노 입자와 Zn0.5Mn0.5Fe2O4(MSIO) 나노 입자의 비교에서 Zn0.5Mn0.5Fe2O4(MSIO) 나노 입자가 기존의 Fe3O4 나노 입자에 비해 교류 자기장 하에서 빠른 승온 속도를 보여주고 있음이 확인되었다. 또한 도 12에는 다양한 용매 상에서 Zn0.5Mn0.5Fe2O4(MSIO) 나노 입자의 열방출량이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 Zn0.5Mn0.5Fe2O4(MSIO) 나노 입자는 에탄올(ethanol)에서 3.5 ILP(nHm2/kg), 순수(D.I Water)에서 3.7 ILP(nHm2/kg), 신경절 세포(RGCs)에서 2.4 ILP(nHm2/kg)의 열방출량을 보이고 있어 기존의 Fe3O4 나노 입자에서 나타나는 0.5 ILP(nHm2/kg)에 비해 월등한 열방출량을 보이고 있음을 확인할 수 있다. 여기에서 ILP(Intrinsic Loss Power)는 하기의 수학식 1로 구할 수 있다.
Figure pat00001
한편 Zn0.5Mn0.5Fe2O4(MSIO) 나노 입자의 세포 독성 실험 결과가 도 13에 도시되어 있다. RGCs-5 cell line에서 Zn0.5Mn0.5Fe2O4(MSIO) 나노 입자의 생체적합성(Biocompatibility)을 살펴보면 Zn0.5Mn0.5Fe2O4(MSIO) 나노 입자의 다양한 농도에서 고르게 높은 세포 생존능(Cell viability)을 보이고 있으며 특히 높은 농도(500㎍/㎖)에서도 높은 세포 생존능을 보이고 있음을 확인할 수 있다.
그리고 도 14에는 교류 자기장 하에서 Zn0.5Mn0.5Fe2O4(MSIO) 나노 입자의 승온 속도(heating-up rate)에 대한 열충격 단백질(HSP)의 발현 정도를 다양한 조건 하에서 보여주고 있다. 이를 통해 교류 자기장을 인가하지 않을 경우(도 14의 (a)) 열충격 단백질의 발현이 없다는 것을 확인할 수 있다.
즉 본 발명에서는 입자 주입 수단(100)을 통해 인체에 주입된 나노 입자에 대하여 상기 교류 자기장 장치(200)에서 교류 자기장을 인가하여 나노 입자를 활성화시킴으로서 나노 입자의 열을 이용해 환부에 대한 열치료를 실행하게 된다.
이 같은 교류 자기장 장치(200)는 환자가 위치되는 베드부(210), 상기 베드부(210)를 이동시키기 위한 베드 구동부(220), 상기 베드부(210)가 수용될 수 있으며 베드부(210)에 교류 자기장을 인가하는 치료부(230), 상기 치료부(230)의 교류 자기장 인가를 위한 전력을 제공하는 제너레이터부(240) 및 상기 베드 구동부(220), 치료부(230) 및 제너레이터부(240)의 동작을 사용자의 조작이나 정해진 프로그램 루틴에 따라 제어하는 제어부(250)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 베드부(210)는 환자가 눕기에 충분한 크기의 상면을 갖추어 마련된다.
상기 베드 구동부(220)는 제어부(250)의 제어에 따라 상기 베드부(210)를 전후 방향으로 진퇴시켜 해당 베드부(210)가 치료부(230) 내의 정확한 위치에 수용될 수 있도록 한다. 즉 열치료를 요하는 환자의 환부에 치료부(230)의 교류 자기장이 정확히 인가될 수 있도록 베드 구동부(220)는 베드부(210)를 이동시켜 환부가 치료부(230) 내에 수용되게 한다.
여기에서 상술한 설명 및 도면에서는 상기 베드부(210)의 장축 길이가 상기 치료부(230)의 교류 자기장 인가 부위에 비해 길어 베드부(210)를 전후 방향으로 진퇴시킴으로써 치료가 이루어지는 것으로 설명하고 도시하고 있지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아닌 바, 베드부(210)를 모두 수용할 수 있는 크기로 치료부(230)가 구성되어 베드부(210)의 이동이 필요치 않을 수도 있으며, 치료부(230)가 파지 가능한 크기여서 베드부(210)의 이동 대신 치료부(230)를 이동시켜가며 환부를 치료하는 것도 가능할 것이다.
상기 치료부(230)의 구성에 대하여 도 3을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치의 치료부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 치료부(230)는 프레임(231)의 내부에 상기 베드부(210)를 수용할 수 있는 내부 직경을 가진 인가 코일(233)이 구비되며, 이 인가 코일(233)의 내측에는 환자 보호를 위한 부도체(234)가 구비되고 또한 이 인가 코일(233)의 외측에는 자기장을 내측으로 집중시킬 수 있는 페라이트 코어(232)가 구비된다.
상기 인가 코일(233)은 코일 보빈(도시 생략)에 다수회 감겨진 코일로 구성되며 상기 제너레이터부(240)로부터 공급되는 전력에 의해 교류 자기장을 발생시켜 환부에 인가시키는 역할을 한다. 이 같은 인가 코일(233)은 대략 50cm ~ 1m 전후의 직경을 가지며 그 깊이(코일 권회 시작점부터 권회 마지막점까지의 직선 거리)는 환부에 따라 다양한 크기를 가질 수 있으나 대략 40cm 전후의 깊이를 가질 수 있다.
상기 페라이트 코어(232)는 상기 인가 코일(233)의 바깥쪽에 배치되어 자력을 안쪽으로 반사하는 역할을 해 자력을 환부에 집중시키게 된다. 이 같은 페라이트 코어(232)는 Fe, Ni, Mg, Zn 등의 소결합금으로 이루어질 수 있다.
여기에서 상기 치료부(230)에는 온도 센서(235)와 열화상 카메라(236)가 설치운영될 수 있다.
상기 온도 센서(235)는 치료 중 환부의 온도를 측정하여 상기 제어부(250)로 측정값을 전달하게 되며, 이를 통해 사용자는 환부 및 비환부의 온도를 실시간으로 체크해 환부에 가해지는 자력(교류 자기장의 주파수)을 조절함으로써 안전한 치료가 가능하게 된다.
또한 상기 열화상 카메라(236)는 치료 중 환부의 열화상을 촬영해 상기 제어부(250)로 열화상을 전달하게 되며, 이를 통해 사용자는 환부 및 비환부의 내부 온도를 실시간으로 체크해 환부에 가해지는 자력(교류 자기장의 주파수)을 조절함으로서 정상 조직의 손상을 막고 치료 정확도를 높일 수 있게 된다.
이제 도 4 및 도 5를 참조하여 상기 제너레이터부(240)의 구성을 상세히 살펴본다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치의 제너레이터부 구성을 설명하기 위한 블럭도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치의 주파수 조절부를 설명하기 위한 블럭도이다.
먼저 도 4를 참조하면, 제너레이터부(240)는 전원 입력부(241), 정류 회로(242), 평활 회로(243), 스위칭 회로(244) 및 변압 회로(245)를 포함하여 구성된다.
상기 전원 입력부(241)는 외부 구동 전원을 입력받아 제너레이터부(240)에 공급하게 된다. 이 같은 외부 구동 전원은 교류 전원(220V, 60Hz)일 수 있다.
상기 정류 회로(242)는 상기 전원 입력부(241)로부터 공급되는 교류 구동 전원을 직류 전원으로 변환시킨다.
상기 평활 회로(243)는 상기 정류 회로(242)로부터 공급되는 직류 전원에서 직류 중에 포함되는 교류 성분(리플)을 제거하여 평활화시킨다.
상기 스위칭 회로(244)는 상기 평활 회로(243)로부터 공급되는 직류 전원을 안정화시킨다. 상기 평활 회로(243)를 거친 직류 전원은 부하조건이나 입력 교류전원의 전압 변동에 따라 변하므로 불안정한 전원이다. 이 스위칭 회로(244)는 외부 조건에 관계없이 항상 출력 전압을 안정화하는 역할을 한다.
상기 변압 회로(245)는 승압 트랜스(T)를 구비하고 있다. 이 승압 트랜스(T)의 1차측(T1)과 2차측(T2)의 권선비를 조정하여 2차측(T2)에 교류 전압을 만들어내게 된다.
이렇게 출력되는 교류 전압은 인가 코일(233)에 전달되며, 인가 코일(233)은 이 교류 전압으로 교류 자기장을 발생시켜 환부에 인가시키게 되는 것이다.
여기에서 상기 인가 코일(233)을 통해 고주파의 교류 자기장이 직접 인체에 인가되게 되면, 세포 자체의 전기전도도(conductivity) 및 인체 유해성으로 인해 고주파 온열암치료법의 경우 피부 주위에 붉은 반점이 생기거나, 지방이 많은 부위에는 약간의 화상, 상처, 염증, 괴사 등이 나타날 수 있다. 무엇보다도 고주파 전기장의 인체 유해성으로 인한 부작용을 피할 수 없다. 또한, 암 조직에 열을 가하는 것 또한 비선택적으로 장시간 열을 조사하여야 하므로, 인체가 상당히 높은 고주파 전력의 전자파에 장시간 노출됨으로써 암 조직 외에 정상 조직의 손상까지 초래할 수 있는 문제점이 있다.
따라서 본 발명에서는 상기 변압 회로(245)에 인체에 무해한 저주파(<120 KHz) 교류 자기장 발생을 유도할 수 있는 주파수 조절부(245a)를 구비시키는 것을 특징으로 한다. 아울러 이 주파수 조절부(245a)는 인체의 환부 종류, 환부 위치, 환부 깊이, 환부 상태 등 다양한 치료 상 주의 요소들을 고려하여 사용자가 환자의 치료에 적합한 주파수대를 정밀하게 조절할 수 있도록 스위치 기능을 제공한다.
도 5를 참조하면, 변압 회로(245)에는 공진 회로를 구성하기 위해 서로 다른 용량의 콘덴서들(TC1, TC2, TC3, TC4)이 병렬로 배열되며, 이 콘덴서들의 일측은 공통적으로 인가 코일에 연결되어 있다.
상기 주파수 조절부(245a)는 공진용 콘덴서들(TC1, TC2, TC3, TC4)의 타측에 각각 직렬로 연결되는 전자석 스위치들(MC1, MC2, MC3, MC4)과, 이 전자석 스위치들(MC1, MC2, MC3, MC4)들 중 하나를 선택적으로 턴온시키기 위한 스위치(SW)로 구성된다.
여기에서 상기 공진용 콘덴서들 TC1, TC2, TC3 및 TC4 는 각각 30KHz, 50KHz, 100KHz, 110KHz의 공진 주파수로 셋팅될 수 있다. 여기에서 상기 공진용 콘덴서들 및 전자석 스위치들에서는 많은 열이 발생하므로 수냉식 또는 공냉식 방열 수단이 구비되는 것이 바람직하다.
즉 사용자가 상기 제어부(250)를 통해 치료에 사용될 교류 자기장의 주파수를 선택하면, 상기 스위치(SW)가 이 선택된 주파수에 매칭된 공진용 콘덴서가 동작하도록 전자석 스위치들(MC1, MC2, MC3, MC4) 중 하나를 턴온시키는 구조이다. 이러한 공진용 콘덴서의 선택에 의해 공진 주파수가 변화되게 되며 결과적으로 치료용으로 사용되는 교류 자기장의 주파수가 결정되게 된다.
사용자는 이 주파수 조절 기능에 의해 치료 대상 인체의 환부 종류, 환부 위치, 환부 깊이, 환부 상태 등에 따라 환자의 치료에 적합한 주파수대를 정밀하게 조절할 수 있게 되어 인체에 장시간에 걸쳐 교류 자기장을 인가하는 치료 과정에서 나타날 수 있는 인체 부작용이나 정상 조직의 손상을 최소화활 수 있게 될 것이다.
이상과 같이 도면과 명세서에서 최적 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : 입자 주입 수단 200 : 치료 장치
210 : 베드부 220 : 베드 구동부
230 : 치료부 231 : 프레임
232 : 페라이트 코어 233 : 인가 코일
234 : 부도체 235 : 온도 센서
236 : 열화상 카메라 240 : 제너레이터부
241 : 전원 입력부 242 : 정류 회로
243 : 평활 회로 244 : 스위칭 회로
245 : 변압 회로 245a : 주파수 조절부
250 : 제어부

Claims (8)

  1. 자성 나노 입자가 주입된 환부에 교류 자기장을 인가하여 자성 나노 입자의 자기 발열에 의해 환부를 치료하며,
    상기 교류 자기장의 주파수는 환부에 따라 120KHz 이하의 저주파에서 선택되는 것을 특징으로 하는 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    교류 자기장 장치는,
    환자가 위치되는 베드부;
    상기 베드부를 이동시키는 베드 구동부;
    상기 베드부가 수용되며 베드부에 교류 자기장을 인가하는 치료부;
    상기 치료부의 교류 자기장 인가를 위한 전력을 제공하는 제너레이터부; 및
    상기 베드 구동부, 치료부 및 제너레이터부의 동작을 사용자의 조작이나 정해진 프로그램 루틴에 따라 제어하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 치료부는 프레임의 내부에 상기 베드부를 수용할 수 있는 내부 직경을 가져 제너레이터부로부터 공급되는 전력에 의해 교류 자기장을 발생시켜 환부에 인가하는 인가 코일이 구비되며, 이 인가 코일의 외측에는 자기장을 내측으로 집중시킬 수 있는 페라이트 코어가 구비되는 것을 특징으로 하는 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 치료부에는 치료 중 환부의 현재 온도를 측정하여 실시간으로 제어부에 온도 측정값을 전달하는 온도 센서가 구비되며, 제어부에서는 상기 온도 측정값에 따라 교류 자기장의 주파수를 제어하는 것을 특징으로 하는 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 치료부에는 치료 중 환부의 현재 열화상을 촬영해 실시간으로 제어부에 열화상을 전달하는 열화상 카메라가 구비되며, 제어부에서는 상기 열화상에 따라 교류 자기장의 주파수를 제어하는 것을 특징으로 하는 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 제너레이터부는,
    외부 구동 전원을 입력받아 제너레이터부에 공급하는 전원 입력부;
    상기 전원 입력부로부터 공급되는 교류 구동 전원을 직류 전원으로 변환시키는 정류 회로; 및
    상기 직류 전원을 통해 교류 전압을 출력하여 상기 인가 코일에 전달하는 변압 회로; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 변압 회로에는 교류 자기장의 주파수를 환부에 따라 120KHz 이하에서 선택할 수 있도록 하는 주파수 조절부가 구비되는 것을 특징으로 하는 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 변압 회로에는 공진 회로를 구성하기 위해 서로 다른 용량의 콘덴서들이 병렬로 배열되고 이 콘덴서들의 일측은 공통적으로 인가 코일에 연결되며,
    상기 주파수 조절부는 공진용 콘덴서들에 각각 직렬로 연결되는 전자석 스위치들과, 이 전자석 스위치들들 중 하나를 선택적으로 턴온시키기 위한 스위치로 구성되는 것을 특징으로 하는 온열 치료를 위한 교류 자기장 장치.
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