KR20210083633A - 가속 파형을 가지는 저주파 전기 자극 치료기 - Google Patents

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박정훈
문상호
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Abstract

본 발명에 따른 저주파 전기 자극 치료기는, 미리 설정된 펄스 온 시간동안 펄스의 진폭이 0에서 펄스 피크값(Peak value)으로 점차 증가하고, 상기 진폭의 증가 속도는 점차 증가하는 형상으로 출력함으로써, 보다 효과적으로 치료 효과를 극대화시킬 수 있다. 또한, 양극과 음극끼리 합선이 일어나지 않고 인체 내로 그대로 전달됨으로써, 인체 병변 부위의 이온 불균형을 교정하고 부작용없이 세포 조직을 정상적으로 재생시킬 수 있다.

Description

가속 파형을 가지는 저주파 전기 자극 치료기{Low Frequency Electro Stimulation Therapy With Acceleration Waveform}
본 발명은 가속 파형을 가지는 저주파 전기 자극 치료기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 펄스를 가속 파형으로 출력함으로써 치료 효과를 극대화시킬 수 있는 저주파 전기 자극 치료기에 관한 것이다.
종래의 의료용 전기치료기는 직류(DC), 교류(AC), 맥동전류(PC) 등을 활용하여 물리치료기(고주파, 중주파, 저주파) 등을 사용하였다.
그러나, 종래의 전기치료기 자체에서 유출되는 양극(+)과 음극(-)은 동일회로에서 유출되어 서로가 친화적인 상대적 관계이므로 인체를 도체로 하여 합선작용을 일으키게 된다. 따라서 인체의 질병부위와는 수수관계를 갖지 못하고 전기의 도체 역할만 하게 되어 질병의 원인 물질은 제거되지 못했다. 따라서 종래의 치료기로는 열이나 진동 및 자극에 의한 일시적인 물리적 효과 이상은 얻을 수 없었으며 오히려 인체에 위험을 주었다.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 근래에는 단극(單極) 치료기가 제시되었으나, 이는 전기의 양극(兩極) 중에서 단극만을 사용함으로 인체 내에 일방적인 변화를 유도하여 오히려 인체 조직과 세포 내에 전위의 불균형을 가져오는 단점이 있었다.
이러한 단점을 해소하기 위해 한국등록특허 제10-0483970호에서 비합선 양극 전기치료기가 출원되었으나, 실제 사용함에 있어서 소량의 합선작용이 발견되어 더 안전하게 사용할 수 있는 전기치료기의 필요성이 대두되었다.
한국등록특허 제10-0483970호
본 발명의 목적은, 안전성과 치료 효과를 모두 향상시킬 수 있는 가속 파형을 가지는 저주파 전기 자극 치료기를 제공하는 데 있다.
본 발명은, 인체에 접촉시켜 접촉 부위에 저주파 전기 자극을 가하는 저주파 전기 자극 치료기에 있어서, 상기 전기 자극을 가하기 위해 출력되는 펄스의 파형은 펄스 주기 중에서 미리 설정된 펄스 온(ON) 시간동안 진폭이 0에서 펄스 피크값(Peak value)으로 점차 증가하고, 상기 진폭의 증가 속도는 점차 증가하는 형상으로 출력한다.
상기 펄스 주기는 2 내지 3.5ms이고, 상기 펄스 온 시간은 5 내지 100μs인 가속 파형을 가진다.
본 발명에 따른 저주파 전기 자극 치료기는, 미리 설정된 펄스 온 시간동안 펄스의 진폭이 0에서 펄스 피크값(Peak value)으로 점차 증가하고, 상기 진폭의 증가속도는 점차 증가하는 형상으로 출력함으로써, 보다 효과적으로 치료 효과를 극대화시킬 수 있다.
또한, 양극과 음극끼리 합선이 일어나지 않고 인체 내로 그대로 전달됨으로써, 인체 병변 부위의 이온 불균형을 교정하고 부작용없이 세포 조직을 정상적으로 재생시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가속 파형을 가지는 저주파 전기 자극 치료기의 회로도를 나타낸 도면이다.
도 2는 발명의 실시예에 따른 가속 파형을 가지는 저주파 전기 자극 치료기의 펄스의 가속 파형을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에 따른 저주파 전기 자극 치료기는, 인체의 어깨, 등, 허리 등에 접촉시켜 접촉 부위에 저주파 전기 자극을 가하여, 접촉 부분을 치료하는 기기이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가속 파형을 가지는 저주파 전기 자극 치료기의 회로도를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가속 파형을 가지는 저주파 전기 자극 치료기는, 펄스 발생부(70)와, 상기 펄스 발생부70)에서 발생된 펄스를 가속 파형을 가지는 펄스로 출력하는 가속 파형 출력부(10)를 포함한다.
상기 펄스는 서로 독립적인 회로에서 각각 출력되는 양극 펄스와 음극 펄스를 포함한다.
상기 펄스 발생부(70)는, CPU(미도시)를 통해 입력받은 주파수 발생신호를 소정 레벨로 증폭하는 앰프 회로(미도시)와, 상기 앰프 회로(미도시)에 연결되어 펄스를 발생시키는 트랜지스터 회로(미도시)를 포함한다.
상기 가속 파형 출력부(10)는, 상기 펄스 발생부(70)에서 발생된 제1펄스(P1)를 입력받아 가속 파형의 양극 펄스로 출력하는 양극 가속 파형 출력기(11)와, 상기 펄스 발생부(70)에서 발생된 펄스(P2)를 입력받아 가속 파형의 음극 펄스 출력하는 음극 가속 파형 출력기(12)를 포함한다.
상기 양극 가속 파형 출력기(11)는, 상기 펄스 발생부(70)에서 발생된 펄스(P1)를 입력받아 이를 교류로 변환하는 양극 변압기(T1)와, 상기 양극 변압기(T1)에서 나오는 +,- 교류 신호 중 한가지의 극성만을 갖는 + 신호로 변화시키는 양극 정류회로(Rectifier circuit)(R1)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 상기 양극 가속 파형 출력기(11)에서 출력되는 양극 펄스의 파형은, 펄스 주기(T) 중에서 미리 설정된 펄스 온(ON) 시간(ton) 동안 진폭(V)이 0에서 펄스 피크값(Peak value)(Vp)으로 점차 증가하되, 상기 진폭(V)의 증가 속도는 점차 증가하는 파형이다.
상기 파형에 대한 접선의 기울기는 0보다 크며 시간(t)에 따라 점차 증가한다. 예를 들어, 제2시점(t2)에서 접선의 기울기(tan(θ2))는 제1시점(t1)에서 접선의 기울기(tan(θ1))보다 증가하는 것을 알 수 있다.
이러한 파형은 기존의 구형파(Square wave)이나 정현파(Sine wave)와는 다른 형상의 파형이며, 가속 파형(Acceleration waveform)이라고 정의한다. 상기 가속 파형은 아래로 볼록한 곡선 형상이다.
상기 양극 펄스의 펄스 주기(T)는 2 내지 3.5ms 이고, 상기 양극 펄스의 펄스 온 시간(ton)은 5 내지 100μs이며, 상기 양극 펄스의 펄스 피크값(Vp)은 400 내지 1500V이다.
상기 양극 펄스의 출력시 최초 진폭은 0에 해당하며, 상기 양극 펄스가 지속되는 상기 펄스 온 시간동안 상기 펄스의 진폭은 0으로부터 점차 증가하여 펄스 피크값에 도달한다. 상기 펄스의 진폭이 증가시 증가 속도는 점차 증가한다. 상기 펄스 온 시간을 경과한 이후에는 진폭은 펄스 피크값이다.
상기 양극 가속 파형 출력기(11)에는 상기 양극 펄스를 출력하는 양극 출력단자(OUT1)가 연결된다.
상기 음극 가속 파형 출력기(12)는, 상기 펄스 발생부(70)에서 발생된 펄스(P2)를 입력받아 이를 교류로 변환하는 음극 변압기(T2)와, 상기 음극 변압기(T2)에서 나오는 +,- 교류 신호 중 한가지의 극성만을 갖는 - 신호로 변화시키는 음극 정류회로(Rectifier circuit)(R2)를 포함한다.
상기 음극 가속 파형 출력기(12)에서 출력되는 음극 펄스의 파형은, 상기 양극 펄스의 파형과 동일하다.
도 2를 참조하면, 상기 음극 펄스의 파형은, 펄스 주기 중에서 미리 설정된 펄스 온(ON) 시간 동안 진폭이 0에서 점차 증가하여 펄스 피크값이 되되, 상기 진폭의 증가속도는 점차 증가하는 가속 파형이다.
상기 파형에 대한 접선의 기울기는 0보다 크며 시간(t)에 따라 점차 증가한다. 예를 들어, 제2시점(t2)에서 접선의 기울기(tan(θ2))는 제1시점(t1)에서 접선의 기울기(tan(θ1))보다 증가하는 것을 알 수 있다.
상기 음극 펄스의 펄스 주기(T)는 2 내지 3.5ms 이고, 상기 음극 펄스의 펄스 온 시간(ton)은 5 내지 100μs이며, 상기 음극 펄스의 펄스 피크값(Vp)은 400 내지 1500V이다.
상기 음극 펄스의 출력시 최초 진폭은 0에 해당하며, 상기 음극 펄스가 지속되는 상기 펄스 온 시간동안 상기 펄스의 진폭은 0으로부터 점차 증가하여 펄스 피크값에 도달한다. 상기 펄스의 진폭이 증가시 증가 속도는 점차 증가한다. 상기 펄스 온 시간을 경과한 이후에는 진폭은 펄스 피크값이다.
상기 음극 가속 파형 출력기(12)에는 상기 음극 펄스를 출력하는 음극 출력단자(OUT2)가 연결된다.
상기 양극 펄스와 음극 펄스는 동시에 출력된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에서는, 상기 양극 펄스와 상기 음극 펄스가 서로 영향을 주지 않는 독립된 회로에서 출력된다. 따라서, 양극과 음극끼리 합선이 일어나지 않고 인체에 그대로 전달됨으로써, 인체 병변 부위의 이온 불균형을 교정하고 세포 조직을 정상적으로 재생시킬 수 있다.
또한, 상기 양극 펄스와 상기 음극 펄스는 각각 상기 가속 파형으로 출력됨으로써, 치료 효과를 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 가속 파형을 가지는 저주파 전기 자극 치료기의 효과를 알아보기 위하여 아래와 같이 실험하였다.
<실험예>
- 나이 : 만 55세 이상
- 인원 : 55명
- 기간 : 4주
- 대상 : 불면 증상이 6개월 이상 지속되고 있으며 약물 치료중인 환자
- 방법 : 주 5일 이상, 불면증 관련 약 먹는 시간 30분 전부터 일정시간 저주파 전기 자극 치료기를 사용하였으며, 어깨와 목에 적용하였다.
하루 평균 사용 시간(min)은 40.4±8.92, 총 사용일(day)은 23.5±3.81, 총 사용시간(min)은 959.5±302.37, 평균 전류 강도는 1.3mA 이내였다.
상기 양극 펄스와 상기 음극 펄스의 각 펄스 주기는 2.5ms이고, 상기 양극 펄스와 상기 음극 펄스의 각 펄스 온 시간은 100μs 이내이고, 상기 양극 펄스와 상기 음극 펄스의 각 펄스 피크값은 900V로 실험하였다.
총 55명의 표본 중에서 동의철회 6명(기기 사용, 피부관련 불편함), 불면 악화 2명, 저혈당증 1명, 피로감 1명, 사망 1명(기기사용과 무관한 추락사고사)로 중도 포기하였으며, 44명에 대하여 유효성 분석 지표를 측정하였다.
수면 일기와 설문 조사에서 각 피험자는 각각의 야간 전기 자극 세션 다음날 아침 수면 일기를 완료했다. 일기에 대한 점검 목록은 수면 잠복기, 침대에 있는 시간, 수면 지연, TENS의 사용 강도와 기간, 약물 복용량을 포함한다. 수면질(Pittsburgh Sleep Quality IndexㆍPSQI), 주간 졸음증(Epworth sleepiness scaleㆍESS), 불면증 심각도(Insomnia Severity IndexㆍISI)의 유효성 분석 지표를 측정하였으며, 혈압과 맥박을 포함하여 활력 징후도 확인하였고, 개인의 기분이나 통증 상태가 불면증 증상에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 불안 우울증 평가척도(HADS)와 수치평가척도(NRS)도 측정하였으며, 측정결과는 표 1과 같이 나타났다.
Pre-treatment Post-treatment P-value
PSQI
Sleep latency
Time in bed
total sleep time
sleep efficiency
12.42±3.73
56.00±43.03
408.60±78.64
311.28±87.00
77.17±18.59
11.0±3.71
37.77±23.49
430.12±67.40
334.42±85.92
78.6±19.07
0.001**
0.001**
0.033**
0.004**
0.506
ISI 13.88±7.23 12.10±6.08 0.004**
ESS 3.74±3.79 4.10±3.33 0.408
Sleep Diary
sleep quality
daytime function
QOL

2.33±1.24
1.55±1.04
1.38±1.41

2.38±1.32
1.55±1.11
1.19±1.17

0.728
1.000
0.160
HADA 13.81±8.15 13.72±7.78 0.881
NRS 2.72±2.38 2.88±2.37 0.534
표 1에서와 같이, 마지막으로 분석된 44명에서 수면질(PSQI=12.42±3.73에서 11.0±3.71, P=0.001)과 불면증 심각도(ISI=13.88±7.23에서 12.10±6.08, P= 0.004)가 실험 후 유의하게 감소했다.
표본 중 6 명의 환자는 치료 후 벤조디아제핀 약물 복용량이 줄었으며, 23명의 환자는 치료 반응(57.5 %응답률)을 보여 주었다. 치료군 및 비치료군의 수면 일기에 나온 수면 변수의 변화를 비교해 보니, 수면 대기 시간이 감소하였고 (44.46±26.9분에서 30.26±17.55, p<0.001, Cohen's d=0.625) 수면 시간은 늘었다(308.7±82.2에서 347±77.66분, p=0.001, Cohen's d=0.479). 치료는 ESS score의 베이스라인의 증가와 HADS score의 베이스라인 증가로 예측되었다. 두 score 모두 나이, 성별, 다른 정신질환, 불면증 기간, 치료의 양과 강도를 조정한 후였다. 후두부 영역에서 상대적인 델타 전력은 비치료군(13.7±9.1에서 14.5±11.9)에 비해 치료군에서 감소하였다(16.5±9.7에서 10.9±8.9).
저주파 전기 치료 후 수면 대기 시간 및 깨어있는 시간이 감소했다. 또한 불면증 치료 관련 개선에 기여할 수 있는 수면 다원 검사를 통해 느린 파형 수면과 총 델타 수면의 상당한 증가를 발견했다. 수면 기간 동안 델타의 긍정적인 역할과 달리 각성에서 증가한 델타파가 뇌 조직 손상 및 인지 기능 저하와 같은 다수의 병리학적 상태에서 기록되고 있다. 깨어있는 상태에서의 델타파는 일반적으로 불면증으로 인해 피로와 정신적 지루함의 결과로 나타나며 각성 상태에서 상대 델타파워의 유의미한 감소가 나타난다. 이는 불면증 정도의 주관적인 감소와 관련이 있으며, 본 실험에서 치료군과 비치료군 사이에서 상대 델타 파워의 감소의 차이는 각성 상태의 감소된 델타파워가 저주파 전기 자극 사용으로 인한 치료효과가 있는 것으로 볼 수 있다.
긍정적 결과는 20일 이상, 30~60 분 간의 세션을 사용하여 승모근 근육에서 1mA이하로 실시한 저주파 전기 자극에서 나왔다.(평균 137-138μA) 자극을 줄 부위를 선택하는 것은 전기자극의 적절한 기간과 정도를 선택하는 것만큼 중요하다. 특히, 승모근의 근육 내 목 신경의 해부학적 및 기능적 신경 분포가 확인되었기 때문에, 수면장애에 대한 심리적 불만은 상부 승모근의 증가한 근육 반응의 강력한 예측 인자이기 때문에 불면증 환자들이 수면 클리닉에서 근육 이완 치료를 받을 때 승모근의 높은 근육 긴장이 일반적으로 관찰되며, 따라서, 목이나 어깨 부위에 저주파 전기 자극을 행하는 것이 바람직하다.
저주파 전기 자극으로 불면증을 완화시키는 메커니즘의 작용은 첫째, 전기 자극의 신경 근육에 대한 효과이다.
표면 근전도는 승모근과 삼각근 영역에서 양방향으로 기록될 때, 수면 장애와 같은 생리학적 문제를 가진 사람들은 근육 수축이 증가되는 것을 보여준다. 근육 이완 및 수면의 질 향상과의 긍정적인 관계는 분명하기 때문에, 근육에서 저주파 전기 자극의 효과는 근육의 확장이 증가하고, 뇌성마비 환자의 경직이 감소되는 것으로 나타났다. 또한 혈액 공급, 피부 온도, 근육산화기능이 향상되고 염증성 사이토 카인이 억제되는 효과도 있다. 둘째, 뇌의 신경 생리학적 효과는 저주파 전기 자극에 의해 유도될 수 있다.
저주파 전기 자극 치료 전후 비교에서 PSQI, ISI의 유의한 호전이 관찰되었으며 이는 저주파 전기 자극 치료기의 불면증의 치료적 효과를 나타냈으며, 본 발명의 저주파 전기 자극 치료기를 통한 저주파 전기 자극은 중요한 부작용 없이 만성 불면증의 절반 이상에서 불면증 심각도 감소에 효과적이었다. 또한, 전기 자극은 몇몇 환자에서 수면제 약물 사용을 줄이는데 기여하였을 뿐만 아니라, 주간 졸음증 및 우울-불안도가 높을수록 높은 효과가 있는 것으로 나타났다.
상기와 같은 본 발명의 저주파 전기 자극 치료기는 양극(+)과 음극(-) 끼리 합선이 일어나지 않고 인체 내로 그대로 전달되도록 하여 인체 병변 부위의 이온 불균형을 교정하고 부작용없이 불면증 치료에 도움을 줄 뿐만 아니라, 용이하게 사용자의 적정위치에 용이하게 탈부착이 가능하고 양극(兩極) 또는 다극을 사용하여 치료범위를 확대하여 기존의 저주파 치료기에 비하여 광범위에 동시 사용이 가능하여 치료시간을 단축하며 환부 상태에 따른 양극 또는 다극의 양을 조절하여 사용할 수 있으므로 치료효과를 극대화시킬 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 가속 파형 출력기 11: 양극 가속 파형 출력기
12: 음극 가속 파형 출력기

Claims (2)

  1. 인체에 접촉시켜 접촉 부위에 저주파 전기 자극을 가하는 저주파 전기 자극 치료기에 있어서,
    상기 전기 자극을 가하기 위해 출력되는 펄스의 파형은 펄스 주기 중에서 미리 설정된 펄스 온(ON) 시간동안 진폭이 0에서 펄스 피크값(Peak value)으로 점차 증가하고, 상기 진폭의 증가 속도는 점차 증가하는 형상으로 출력하는 가속 파형을 가지는 저주파 전기 자극 치료기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 펄스 주기는 2 내지 3.5ms이고,
    상기 펄스 온 시간은 5 내지 100μs인 가속 파형을 가지는 저주파 전기 자극 치료기.
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