WO2023146003A1 - 관절염 통증 치료기 및 그 치료기의 구동방법 - Google Patents

관절염 통증 치료기 및 그 치료기의 구동방법 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an arthritis pain treatment device and a driving method of the treatment device, and more particularly, applies a coil-type pulsating electromagnetic generator to transmit magnetic force to an inflamed joint deep in a bone in a small size and to control a low-level laser by a pulse control method. to increase deep penetration and at the same time apply electric muscle stimulation generator and heat generator to improve muscle fatigue around joints and increase muscle strength to provide complex functions for joint pain treatment and a driving method for the treatment device it's about
  • Joints are composed of cartilage, joint capsule, synovial membrane, ligaments, tendons, muscles, etc. so that bones can move smoothly between bones, and play a role in absorbing shocks generated according to movement.
  • cartilage in the part where the bones touch each other becomes thin, the frictional force of the bones increases, causing inflammation and pain, which is called arthritis.
  • Various devices have been introduced to treat such arthritis.
  • arthritis treatment and devices using ultrasound have been disclosed. It is an ultrasonic device for treating or preventing degenerative arthritis configured to generate ultrasonic waves of 200 to 800 mW/cm2 and apply low-intensity ultrasonic energy of 100 to 400 mW/cm2 to cartilage cells deep in the skin.
  • ultrasonic device for treating or preventing degenerative arthritis configured to generate ultrasonic waves of 200 to 800 mW/cm2 and apply low-intensity ultrasonic energy of 100 to 400 mW/cm2 to cartilage cells deep in the skin.
  • such a device has a problem in that when the ultrasonic vibration collides with a rigid material such as bone, the strength is reduced, so that the stimulation is not transmitted to the cartilage cells between the bones.
  • Pulsed Electro-Magnetic Field is a treatment that helps regenerate cells by applying a pulsating electromagnetic field to the affected area, and has been widely used since approval by the US Food and Drug Administration for the healing of fractures related to malunion in 1979.
  • PEMF Pulsed Electro-Magnetic Field
  • it forms a wire of the loop wire method and applies a current in the form of a frequency, in order to develop sufficient magnetic force, a relatively large loop wire, high voltage, and high current are required, which increases the size of the treatment device.
  • LLL Low Level Laser
  • EMS Electrical muscle stimulation
  • EMS is widely used as a muscle strengthening and massage function through muscle contraction and relaxation by directly delivering low-frequency current to the muscle rather than a treatment for arthritis, but the low-frequency EMS treatment device stimulates the muscle to massage
  • the main function is to do it, and there is a problem that can not alleviate arthritis.
  • existing arthritis treatment devices have limitations in treating deep joint inflammation.
  • a treatment device using ultrasound there is a limit to reaching the deep inflammation part that occurs in cartilage because the ultrasonic vibration is offset by the bone, and since the existing PEMF uses a pulsating electromagnetic field, Although it has penetrating power, it uses a loop wire type wire to generate magnetic force, so the size of the treatment device is large and high voltage and high current are required.
  • EMS electromuscular stimulation
  • An embodiment of the present invention applies a coil-type pulsating electromagnetic generator to transmit magnetic force (or magnetic field) to a joint inflamed part deep in the bone in a small size, and to control a low-level laser in a pulse control method to increase deep penetration and at the same time increase electric muscle
  • An object of the present invention is to provide an arthritis pain treatment device that provides complex functions for joint pain treatment by improving muscle fatigue and increasing muscle strength around a joint by applying a stimulation generator and a heat generator, and a driving method for the treatment device.
  • An arthritis pain treatment device is an arthritis pain treatment device worn on a user's body joint, and generates a pulsating electromagnetic field to change the polarity of the magnetic field while generating a magnetic field to the body joint in order to activate cells of the body joint.
  • a low-level laser generating unit generating light of a designated wavelength to the body joint to reduce inflammation of the body joint, and changing the brightness of the light, and inducing muscle contraction and relaxation of the body joint
  • An electric muscle stimulation generator for applying current to muscles, a heat generator for generating heat in muscles around the body joints to generate (or facilitate) blood flow in the body joints, and a user command and a control unit controlling the pulsating electromagnetic generator, the low-level laser generator, the electric muscle stimulation generator, and the heat generator.
  • the pulsating electromagnetic generator includes an electromagnet unit in which coil electromagnets are formed in a pair form, and the electromagnet unit can transmit magnetic force to a specified distance exceeding a reference value by applying repulsive force and attractive force of the coil electromagnet. there is.
  • the coil electromagnet may include coil windings wound around a cylindrical frame, a pair of ferromagnetic cores positioned at the center of the coil windings and transmitting a magnetic field generated by a current applied to the coil windings in a designated direction, and one side of the ferromagnetic cores.
  • One side plate of the ferromagnetic body provided on the ferromagnetic body to transmit the magnetic force transmitted from the ferromagnetic core to the long-distance designated distance, and provided on the other side of the ferromagnetic core to connect the ferromagnetic cores in a pair to each other to increase the magnetic force of the one side plate
  • the other side plate of ferromagnetic material may be included.
  • the one side plate may include a first plate and a second plate respectively connected to one side of the pair of ferromagnetic cores, and the first plate and the second plate may be separated from each other at a predetermined interval.
  • the other side plate connects the other side of the pair of ferromagnetic cores and faces the one side plate, and may be composed of one plate.
  • the pulsating electromagnetic generator may modulate a frequency of a pulse signal having a specified frequency and amplitude in order to transmit the magnetic force to a specified distance.
  • the pulsating electromagnetic generator may include at least two electromagnet units, and generate a repulsive force in each of the two electromagnet units to transmit the magnetic force to the designated distance.
  • the low-level laser generator may include a conductive guide that prevents the light from being exposed to a user's field of view.
  • the low-level laser generator includes a first light irradiation unit for irradiating light of a first wavelength having different wavelengths, a second light irradiation unit for irradiating light with a second wavelength, and a third light irradiation unit for irradiating light with a third wavelength, ,
  • the first light irradiation unit, the second light irradiation unit, and the third light irradiation unit may be operated with the same pulse signal, and the frequency of the pulse signal may be modulated when the light penetrates deep into the body joint.
  • a method of driving an arthritis pain treatment device is a method of driving an arthritis pain treatment device worn on a body joint of a user, wherein a pulsating electromagnetic generator is driven by the body joint to activate cells of the body joint.
  • the heat generating unit heats the muscles around the body joints to generate blood flow in the body joints and controlling, by a controller, the pulsating electromagnetic generator, the low-level laser generator, the electric muscle stimulation generator, and the heat generator according to a user command.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating the detailed structure of an arthritis pain treatment device according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a block diagram illustrating the detailed structure of each component of Figure 1;
  • FIG. 3 is a plan view of the application of the left knee joint according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a rear view applied to the left knee joint (A-A direction view);
  • FIG. 6 is a perspective view of the electromagnet unit of FIG. 2;
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the electromagnet unit of FIG. 2;
  • FIG. 9 is a front (BB direction view) and cross-sectional view of the medical LED unit of FIG. 2;
  • FIG. 11 is an H-bridge circuit logic diagram according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a CAE image of magnetic force transfer in the attraction generation of the electromagnet unit of FIG. 2;
  • FIG. 14 is a diagram showing pulse signal diagrams applied to the medical LED unit of FIG. 2, and
  • 15 is a flow chart showing a driving process of the arthritis pain treatment device of FIG. 1 .
  • first or second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are only for the purpose of distinguishing one component from another component, e.g., without departing from the scope of rights according to the concept of the present invention, a first component may be termed a second component, and similarly The second component may also be referred to as the first component.
  • top, bottom, top, bottom, front, back, or top, bottom are used to distinguish the relative positions of components.
  • the upper part in the drawing as the upper part and the lower part in the drawing as the lower part for convenience, in practice, the upper part may be named as the lower part and the lower part may be named as the upper part without departing from the scope of the present invention.
  • components in the drawings are not necessarily drawn to scale, and for example, the size of some components in the drawings may be exaggerated compared to other components to help understanding of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating the detailed structure of an arthritis pain treatment device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating the detailed structure of each component of FIG. 1 .
  • the arthritis pain treatment device 10 includes a controller 100, a pulsating electromagnetic generator 200, a low-level laser generator 300, and an electric muscle stimulation generator 400. ) and part or all of the heat generating unit 500.
  • the arthritis pain treatment device (hereinafter, the treatment device) 10 is configured by omitting some components such as the heat generating unit 500, or the pulsating electromagnetic generator 200 It means that some components can be integrated with other components such as the control unit 100, and will be described as including all of them to help a sufficient understanding of the invention.
  • the control unit 100 is in charge of overall control operations of the pulsating electromagnetic generator 200, the low-level laser generator 300, the electric muscle stimulation generator 400, and the heat generator 500. Since the pulsating electromagnetic generator 200, the low-level laser generator 300, the electric muscle stimulation generator 400, and the heat generator 500 correspond to each treatment module, the control unit 100, for example, when there is a user command Based on this, each component is controlled. As shown in FIG.
  • the controller 100 includes an MCU 101, a sound generating unit 102, a user button unit 103, a display unit 104, an input/output (In/Out) port (or first input/output) port) 105, power management integrated circuit unit (or power management unit) 106, converter unit 107, battery unit 108, wireless communication unit 109, and some or all of the antenna unit 110 Including, where "including some or all" is not significantly different from the preceding meaning.
  • a unit may be referred to as a device or part, and the input/output port 105 may be referred to as an in/out port.
  • “unit” may be used as a meaning including a plurality of circuits.
  • the controller 100 informs the user of the operation status of the MCU (or CPU) 101 and the treatment device 10, which manages and controls the entire HW system of the treatment device 10 and the operating scenarios of each unit, by sound method A display displaying a sound generating unit 102 such as a speaker or a buzzer, a user button unit 103 that allows a user to select an operation option using a button, etc., and an operating state of the treatment device and a user's selection option
  • a converter unit 107 for supplying, a battery unit 108 for storing electric energy to supply power to the internal HW circuit without a separate external power source, and
  • the MCU 101 controls and activates the peripheral HW IC.
  • the user can set the desired treatment mode and intensity and operate the device through the user button, and the operating state of the device and the user's selection are displayed to the user through the display unit 104.
  • abnormal situations are expressed as voices or sound effects through the sound unit 102 .
  • the wireless communication unit 109 may be capable of infrared communication, but may also be capable of short-range wireless communication such as Bluetooth or ZigBee.
  • the pulsating electromagnetic generator 200 includes some or all of an electromagnet unit 201, an electrode control unit 202, a power control unit 203, and a pulse signal generation unit 204, , "Including some or all" here is not significantly different from the preceding meaning.
  • the electromagnet unit 201 generates a magnetic field when current is applied, and the electrode control unit 202 changes the direction of the current applied to the electromagnet unit 201 to change the magnetic polarity of the electromagnet unit 201 to form an alternating current.
  • the power control unit 203 controls the amount of voltage and current applied to the electromagnet unit 201 to control the magnitude of the electromagnetic force
  • the pulse signal generating unit 204 that is, the pulse signal generator changes the magnetic force of the electromagnet unit 201.
  • a pulse signal is generated so that the characteristics of a constant pulse and frequency (Hertz) appear.
  • the electromagnet unit 201 may include a plurality of electromagnet units, and may include first to fourth electromagnet units 201-1 to 201-4. When viewed based on the user's knee, it may be provided to be located in the upper and lower, left and right sides, respectively.
  • the pulsating electromagnetic generator 200 operates to activate cells in the joint area.
  • the low-level laser generator 300 includes a part or all of the medical LED unit (or light irradiator) 301 and the LED control unit 302 .
  • the medical LED unit 301 generates a wavelength of light (or light) for treatment purposes, and the LED control unit 302 changes the amount of current applied to the medical LED unit 301 to change the brightness (or intensity) or The amount of current is kept constant to keep the LED brightness constant.
  • the low-level laser generator 300 may apply IR LEDs having three wavelengths of 650 nm, 808 nm, and 980 nm, and may apply IR LEDs of various wavelengths according to the treatment area.
  • the LED wavelength of the low-level laser generator 300 operates to reduce inflammation in the joint area.
  • the electric muscle stimulation generator 400 includes a part or all of a current polarity pad 401, an AC signal generating unit 402, and an input/output port 403.
  • the current polarity pad 401 is attached to the skin and induces current to be transmitted to the muscles.
  • the AC signal generating unit 402 generates an AC signal so that the current applied to the current polarity pad 401 exhibits characteristics of a constant waveform (Pulse) and frequency (Hertz) for muscle contraction and relaxation.
  • the input/output port (or second input/output port) 403 is a port to which a current polarity pad 401 can be connected at a location outside the product, if necessary.
  • the electric muscle stimulation generating unit 400 operates to strengthen the strength of muscles around joints.
  • the heat generator 500 includes some or all of the heating unit 501 , the heating control unit 502 , and the sensing unit 503 .
  • the heating unit 501 induces a heating effect by generating heat on the skin contact surface during the treatment process.
  • the heating control unit 502 serves to apply and control a constant current to the heating unit 501 .
  • the sensing unit 503 senses the temperature of the heating unit 501 .
  • the sensing unit 503 may include a temperature sensor or the like.
  • the heating control unit 502 may operate under the control of the MCU 101 .
  • the heat generating unit 500 operates to help blood circulation by generating micro-heat in the muscles around the joints.
  • the arthritis pain treatment device 10 includes a pulsating electromagnetic generator 200 that activates joint cells, a low-level laser generator that reduces joint inflammation, and a device that strengthens the strength of muscles around the joint. It is configured to include an electric muscle stimulation generating unit 400 and a heat generating unit 500 that helps blood circulation by generating micro-heat in muscles around joints.
  • the coil electromagnets 210 are configured in pairs, that is, in the form of a pair, to act on the repulsive force and attraction of the coil electromagnets 210. It is possible to transmit magnetic force over a longer distance.
  • the long distance may be defined as a distance exceeding the reference value.
  • the electromagnet unit 201 includes a cylindrical frame 211 capable of winding the coil winding 212 in a certain shape, a coil winding 212 made of a conductive material such as copper for generating a magnetic field when a current is applied, and a coil winding 212 generated from the coil winding.
  • a coil electromagnet 210 composed of, and a ferromagnetic inner plate 220 for transmitting the magnetic force transmitted from the ferromagnetic core 213 to a long distance in the direction of the human joint, and applied to the opposite surface of the inner plate 220,
  • the inner side refers to a part in contact with (or close to)
  • the inner plate 220 connecting the core 213 of the coil electromagnet 210 is configured at a close distance of 1 to 2 mm, for example, two plates are separated at a certain interval and configured,
  • the outer plate 221 connecting the core 213 of the coil electromagnet 210 in the electromagnet unit 201 is connected as one body at the shortest distance without a separation distance, and the form of magnetic force is pulsed to transmit magnetic force to a long distance. It has characteristics of a pulse signal, and may include a unit 204 that generates a pulse signal for this purpose and an electrode control unit 202 that changes the magnetic polarity in the form of an H-bridge. This is well shown in Figures 10 and 11. As seen in FIG.
  • the H-bridge is composed of first to fourth switching devices in the shape of an H character based on an electromagnet unit.
  • Each switching element is composed of an NPN (or N-channel) element and a PNP (or P-channel) element of a transistor or FET.
  • the MCU 101 of FIG. 2 alternately applies a LOW signal and a HIGH signal to the first switching element and the fourth switching element, or applies a LOW signal and a HIGH signal to the third switching element and the second switching element. It is possible to operate the switching elements while going so that the opposite polarity is generated in the electromagnet unit. That is, it can be seen that the switching elements in the diagonal direction are operated complementary to each other to change the magnetic polarity.
  • the pulse applied to the electromagnet unit 201 to transmit magnetic force to a long distance may be configured in the form of a carrier wave, and two or more electromagnet units 201 applied to the treatment device are applied and one of the electromagnet units A repulsive force is generated in the inner plate 220 and a repulsive force of opposite polarity is generated in the opposite electromagnet unit, so that magnetic force can be transmitted to a longer distance.
  • the pulse is configured in the form of a carrier wave
  • a pulse signal eg, operating frequency
  • a predetermined pulse signal is modulated and used to transmit magnetic force to a long distance and to penetrate light deeply.
  • a previously generated pulse signal of 20 to 50 Hz may be converted into a signal of about 2 MHz and used.
  • the current polarity pad 401 is externally connected to the control unit 100 through a cable 404 and an input/output port 403, and is applied to various joint parts in a case. It is possible to separate the central case portion 11-1 and the side cases 11-1 and 11-2, and apply a hinge 12 capable of rotational variation to the connection portion. This is well shown in FIG. 3 .
  • FIG. 3 is a plan view applied to the left knee joint according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a side view applied to the left knee joint
  • Figure 5 is a rear view (A-A direction view) applied to the left knee joint
  • Figure 6 is the electromagnet unit of FIG. A perspective view
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the electromagnet unit of FIG. 2
  • FIG. 8 is an example of magnetic flow of the electromagnet unit of FIG. 2
  • FIG. 9 is a front (BB direction view) and cross-sectional view of the medical LED unit of FIG. 2
  • FIG. 10 is a view 11 is an H-bridge circuit logic diagram according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is a CAE image of magnetic force transmission according to the generation of repulsive force of the electromagnet unit of FIG. 2
  • FIG. 13 is a diagram of an AC signal applied to the electromagnet unit of FIG. 2, a magnetic force transfer CAE image different from the attraction generation of the electromagnet unit
  • FIG. 14 is a diagram showing a pulse signal diagram applied to the medical LED unit of FIG. 2, respectively.
  • reference number 1 is a human knee
  • 11-1 is a central case
  • 11-2 is a left side case
  • 11-3 is a right side case
  • 12 is a hinge unit for rotation
  • 13 is a cushion pad (PAD).
  • PID cushion pad
  • reference numeral 210 denotes a coil electromagnet generating magnetic force with a coil winding
  • 211 a cylindrical frame capable of winding a coil winding in a certain shape
  • 212 a copper coil winding for generating a magnetic field when a current is applied
  • 213 is a ferromagnetic core located in the center of the coil to transmit the magnetic field generated in the copper coil winding in a certain direction
  • 214 is connected to both ends of the coil winding to insulate the sheath to which + and current of DC power are applied.
  • a cable 220 faces the direction of a person's joints and a ferromagnetic inner plate 221 is applied to the opposite side of the ferromagnetic inner plate 220 and is applied to the inside of the electromagnet unit 201 to transmit magnetic force transmitted from the ferromagnetic core 213 to a long distance.
  • a ferromagnetic outer plate, 222 which increases the magnetic force of the inner plate by interconnecting the core 213 of the coil electromagnet 210 composed of pairs, 222 connects the inner plate and the outer plate to the core 213 of the electromagnet unit
  • Each represents a fixture such as a screw for fixing to.
  • reference number 303 is a conductive guide that prevents light emitted from the medical LED 301 from leaking during the treatment process and from being exposed to the naked eye due to the user's negligence
  • 301-1-a is a wavelength a value
  • 301-1-b is a medical LED having a wavelength b value
  • 301-1-c is a medical LED having a wavelength c value
  • 304 protects the IR LED from external impact and transmits light. each cover.
  • the pulsating electromagnetic generator 200 of FIG. 1 includes an electromagnet unit 201 generating a magnetic field as shown in FIGS. 2, 6, and 7
  • An electrode control unit 202 that changes the magnetic polarity of the electromagnet unit to induce an AC waveform
  • a power control unit 203 that controls the amount of voltage and current applied to the electromagnet unit 201, FIG. 10
  • it is composed of a unit 204 that generates a pulse signal including the amplitude, period, duty cycle, and carrier frequency of the magnetic field for effective treatment. That is, it may include a signal generating unit 204 that generates a preset pulse signal for treatment.
  • the MCU 101 changes the voltage value of the power control unit 203 to control the current value to match the intensity of magnetic force. and control the signal generation unit 204 to generate a pulse signal suitable for the treatment purpose.
  • this operation may be performed in the form of presetting corresponding values.
  • a lookup table LUT
  • the electrode control unit 202 is controlled to turn the pulse signal into an AC signal. As shown in FIG.
  • the electrode control unit 202 is preferably composed of an H-bridge circuit logic, and the direction of the current applied to the electromagnet unit 201 is changed under the control of the MCU 101, Due to this, the polarity of the inner plate 220 of the electromagnet unit 201 is also changed. Since the H-bridge circuit can be operated in various forms according to an embodiment of the present invention, it will not be particularly limited to any one type of operation (eg, complementary operation).
  • the electromagnet unit 201 is provided with a coil electromagnet 210 in the form of a pair (Pair, pair) inside.
  • a coil electromagnet 210 in the form of a pair (Pair, pair) inside.
  • the coil electromagnet 210 winds the coil several times in the form of a winding wire 212 around the non-magnetic cylindrical frame 211, and applies a cable 214 coated with an insulating material such as poly-based PVC at the end of the coil to control the electrode.
  • Unit 202 is connected.
  • the material of the cylindrical frame 211 is preferably a non-magnetic substance such as plastic.
  • a ferromagnetic core 213 is applied to the center of the winding coil to perform a function of transmitting the magnetic field generated from the coil winding (or winding coil) 212 in a certain direction. That is, the polarity of magnetic force at both ends of the ferromagnetic core 213 changes to N-S pole or S-N pole according to the direction of the current applied to the insulated cable 214 connected to both ends of the coil winding 212.
  • each plate and the fixture are made of a ferromagnetic material having high relative permeability.
  • the relative magnetic permeability means the rate of magnetization, and the rate compared to the magnetic force transmission magnetic permeability in vacuum, that is, if this value is hundreds to thousands, it is called a ferromagnetic material.
  • Electromagnet units 201 may be different and variously changed in number and position applied according to the anatomical characteristics of the treated joint. If the embodiment of the present invention is applied to the treatment of knee joint pain, the front surface as shown in FIGS. 2 to 5 and FIG. (201-1), plane (201-2), left side (201-3), it is preferable to position on the right side (201-4).
  • the low-level laser generator 300 is a medical LED unit 301 that emits light of a specific wavelength, as shown in FIGS. 2, 3, and 9, and an LED control unit 301 that controls brightness by changing the amount of current of the LED unit. ) is composed of
  • the medical LED unit 301 preferably applies an IR LED having two or more waveforms.
  • IR LEDs having three wavelengths of 650 nm, 808 nm, and 980 nm are applied, but IR LEDs of various wavelengths may be applied depending on the treatment area.
  • the number and position of the IR LED units 301 may be different and variously changed.
  • the embodiment of the present invention is applied to the treatment of knee joint pain, since light disappears due to the characteristics of the translucent material of the patella, it is preferable to place it on the left and right sides based on the patella, and considering the size and height of the femoral joint, It is preferable to distribute the IR LEDs and dispose the IR LEDs 301 of three types of wavelengths, respectively.
  • the LED control unit 302 generates a pulse signal in which voltage amplitude, period, usage rate, and carrier frequency are reflected for effective treatment.
  • a protective cover 304 through which light is transmitted is applied to the front surface, and a conductive guide 303 for preventing light exposure is provided around the protective cover.
  • the conductive guide 303 is preferably in the form of conductive silicone rubber in contact with the medical LED unit 301 .
  • the conductive guide consists of two top and bottom or left and right places, and when the conductive guide comes into contact with the skin, the capacitance value of the medical LED unit 301 fluctuates, through which the controller can determine whether there is a problem with the user's wearing of the device. If two points of the conductive guide 303 do not touch the skin at the same time, it is the case that the user does not wear the device correctly, and in this case, the controller 100 does not start the corresponding function to prevent low-level laser irradiation into the user's field of view and displays the device. Error information is notified through the unit 104 and the sound unit 102.
  • the electric muscle stimulation generator 400 includes a current polarity pad 401 attached to the skin and applying current to the muscle to induce muscle contraction and relaxation, and the pad It consists of a pulse signal generation unit 402 for supplying alternating current having a pulse-shaped waveform, and an input/output port 403 for connecting to the control unit 100 from the outside of the treatment device by wire.
  • the input/output port 403 is located in the direction of the corresponding muscle part (above the knee), and the current polarity pad 401 can be connected through a cable 404.
  • the purpose of the heat generator 500 is to provide heat to the muscles around the knee during the treatment process to facilitate blood flow, and the heat generating unit 501 and the heat generating unit generate heat It consists of a current control unit 502 that adjusts the amount of current applied to 501 and a temperature sensing unit 503 that measures the temperature of the heating unit 501 and maintains a desired temperature by the user.
  • the heating unit 501 is preferably applied to a wide area in contact with muscles around joints inside the treatment device.
  • it is fixed inside the cushion pad 13 to maintain a certain distance from the skin, and the heating temperature is driven for a relatively short time within 10 to 20 minutes at 40 to 50 degrees. It is desirable to do
  • the treatment device 10 constitutes an exterior case 11 so that each unit unit is firmly fixed, and a central case for fixing units such as the front and flat electromagnet units 201 and the control unit 100.
  • (11-1), the left electromagnet unit 201-3, and the medical LED unit 201 are divided into side (Side) cases (11-2, 11-3).
  • the side cases 11-2 and 11-3 and the central case 11-1 are characterized in that they have a hinge structure 12 so that they can be applied to various sizes of joints.
  • a fixing belt unit 14 is preferably applied to prevent the device from being separated during the treatment process.
  • Each treatment process described above may be performed simultaneously, and either alone or two or three treatments may be combined according to the user's treatment purpose.
  • One treatment operation is within 10 to 20 minutes, and it is desirable to use it 1 to 2 times a day.
  • 15 is a flow chart showing a driving process of the arthritis pain treatment device of FIG. 1 .
  • the arthritis pain treatment device 10 generates a magnetic field to a body joint to activate cells of the body joint, but changes the polarity of the magnetic field ( S1500).
  • This may be operated in the pulsating electromagnetic generator 200 of FIG. 1 .
  • the pulsating electromagnetic generator 200 preferably includes electromagnetic units disposed on the upper, lower, left and right sides of the knee, so that each electromagnetic unit and the surrounding electromagnetic units generate repulsive force or attraction.
  • each electromagnetic unit itself includes two coil electromagnets, attraction or repulsive force is generated between the coil electromagnets. Since the details have been sufficiently explained above, we will replace them with the contents. Of course, such control may be performed by the control of the control unit 100 according to a preset method.
  • the arthritis pain treatment device 10 generates light of a designated wavelength to the body joints to reduce inflammation of the body joints, and changes the brightness (or intensity) of the light (S1510).
  • This may operate in the low-level laser generator 300 of FIG. 1 .
  • the low-level laser generating unit 300 may include, for example, three light irradiation units, i.e., LED units, and each light irradiation unit is operated to generate light of a different wavelength, but the output light is In order to penetrate, a plurality of light irradiation units may be operated using the same pulse signal.
  • the arthritic pain treatment device 10 generates heat to muscles around the body joints in order to generate (or facilitate) blood flow in the body joints (S1530).
  • the arthritis pain treatment device 10 may be provided through a user button configured in the arthritis pain treatment device 10 according to a user command, and according to the command, the pulsating electromagnetic generator 200 and the low-level laser generator 300 , Controls the electric muscle stimulation generating unit 400 and the heat generating unit 500 (S1530).
  • each component may operate individually, sequentially, or concurrently, and in the embodiment of the present invention, this may be collectively referred to as “selectively operating”.
  • the first command may operate in the first method
  • the second command may operate in the second method
  • a plurality of operations sequentially performing a series of operations according to one command is called a mode method. can do.
  • the embodiment of the present invention has been shown and described as including the control unit 100 and various components for each arthritis treatment, it can be changed as much as you like.
  • the arthritis treatment unit includes at least one of the pulsating electromagnetic generator 200, the low-level laser generator 300, the electric muscle stimulation generator 400, and the heat generator 500 shown in FIG. 1. can see.
  • the pulsating electromagnetic generator 200 includes at least one of the pulsating electromagnetic generator 200, the low-level laser generator 300, the electric muscle stimulation generator 400, and the heat generator 500 shown in FIG. 1. can see.
  • the case of including all it may be possible to be configured in an integrated form. Therefore, since various types of configurations are possible in the embodiment of the present invention, it will not be particularly limited to the configuration of FIG. 1 .
  • the present invention is not necessarily limited to these embodiments. That is, within the scope of the object of the present invention, all of the components may be selectively combined with one or more to operate.
  • all of the components may be implemented as a single independent piece of hardware, some or all of the components are selectively combined to perform some or all of the combined functions in one or a plurality of pieces of hardware. It may be implemented as a computer program having. Codes and code segments constituting the computer program can be easily inferred by a person skilled in the art. Such a computer program may implement an embodiment of the present invention by being stored in a computer-readable non-transitory computer readable media, read and executed by a computer.
  • the non-transitory readable recording medium means a medium that stores data semi-permanently and can be read by a device, not a medium that stores data for a short moment, such as a register, cache, or memory.
  • the above-described programs may be provided by being stored in a non-transitory readable recording medium such as a CD, DVD, hard disk, Blu-ray disk, USB, memory card, or ROM.

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Abstract

본 발명은 관절염 통증 치료기 및 그 치료기의 구동방법에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 관절염 통증 치료기는, 사용자의 신체 관절에 착용하는 관절염 통증 치료기로서, 신체 관절의 세포를 활성화하기 위해 동작하며, 신체 관절로 자기장을 발생시키되, 자기장 극성을 변경하는 맥동전자기 발생부, 신체 관절의 염증을 감소시키기 위해 동작하며, 지정된 파장의 광을 신체 관절로 발생시키되, 광의 밝기를 변경하는 저준위 레이저 발생부, 신체 관절의 근육 수축 및 이완을 유도하기 위하여 동작하며, 신체 관절의 근육에 전류를 인가하는 전기근육자극 발생부, 신체 관절의 부위에 혈액 흐름을 발생시키기 위해 신체 관절의 주변 근육에 온열을 발생시키는 온열 발생부, 및 사용자 명령에 따라 맥동전자기 발생부, 저준위 레이저 발생부, 전기근육자극 발생부 및 온열 발생부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

관절염 통증 치료기 및 그 치료기의 구동방법
본 발명은 관절염 통증 치료기 및 그 치료기의 구동방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 코일형 맥동전자기 발생부를 적용하여 작은 크기로 뼈 속 깊은 관절 염증부까지 자력을 전달하고 펄스 제어 방식으로 저준위레이저를 제어하여 심부 침투력을 증대함과 동시에 전기근육자극 발생부와 온열 발생부를 적용하여 관절 주변의 근육 피로도 개선 및 근육 강도를 높여 관절 통증 치료를 위한 복합 기능을 제공하는 관절염 통증 치료기 및 그 치료기의 구동방법에 관한 것이다.
관절은 뼈와 뼈 사이가 부드럽게 운동할 수 있도록 연골, 관절낭, 활막, 인대, 힘줄, 근육 등으로 구성되어 있으며, 움직임에 따라 발생하는 충격을 흡수하는 역할을 한다. 특히 뼈가 맞닿는 부분의 연골이 닿아 얇아지면 뼈의 마찰력이 증가하여 염증과 통증이 발생하는데 이를 관절염이라고 합니다. 이러한 관절염을 치료하기 위해 다양한 기기들이 선보여지고 있다.
종래에는 초음파를 활용한 관절염 치료법 및 장치가 공개된 바 있다. 200~800mW/㎠의 초음파를 발생시켜 100~400mW/㎠의 저강도 초음파 에너지를 피부 깊은 곳의 연골세포까지 인가하도록 구성된 퇴행성관절염의 치료 또는 예방용 초음파 장치이다. 그런데 이러한 장치는 초음파 진동이 뼈와 같은 강성 물질과 부딪치면 강도가 작아져 뼈와 뼈 사이의 연골 세포까지 그 자극이 전달되지 못하는 문제가 있다.
또한, 종래에는 맥동전자기장을 활용한 관절염 치료법 및 복합 전자기 치료 장치가 공개된 바 있다. 맥동전자기장(PEMF : Pulsed Electro-Magnetic Field)은 맥동전자기장을 환부에 인가하여 세포의 재생을 돕는 치료법으로 1979년 부정유합과 관련된 골절치유에 대해 미국 식품의약국의 승인이후 널리 이용되고 있다. 그러나 이는 루프 와이어 방식의 전선을 형성하고 주파수 형태의 전류를 인가하기 때문에 충분한 자력을 발현하기 위해서는 비교적 큰 크기의 루프 전선과 고전압, 고전류가 필요하여 치료 기기의 크기가 커지는 문제가 있다.
나아가 종래에는 저준위레이저를 활용한 관절염 치료법 및 저출력 레이저 관절치료기도 공개된 바 있다. 저준위레이저(LLL: Low Level Laser) 치료법은 600~950nm의 적외선을 환부에 조사하여 세포신진 대사 증대 및 염증 완화 효과를 이용하는 것이나, 빛이라는 특정상 반사와 산란이 발생하여 심부 침투력이 낮다. 특히 뼈와 같이 불투명 재질을 투과하지 못하는 문제가 있다.
마지막으로 종래에는 전기근육자극요법을 활용한 치료법 및 저주파 관절 치료기가 공개된 바 있다. 전기근육자극요법(EMS: Electrical muscle stimulation)은 관절염 치료법이기보다는 저주파 전류를 근육에 직접 전달하여 근육의 수축 이완을 통한 근육 강화 및 마사지 기능으로 널리 사용되고 있으나, 저주파 EMS 치료기기는 근육을 자극하여 마사지하는 기능이 주요하며 관절염증을 완화할 수 없는 문제가 있다.
종래 기술들을 다시 정리하면 기존의 관절염 치료기기의 경우 심부에 있는 관절 염증을 치료하기에 한계가 있다. 상기한 바와 같이 초음파를 이용하는 치료기의 경우 초음파 진동이 뼈로 인해 상쇄되어 연골에 발생하는 심부 염증부까지 도달하는 데 한계가 있고, 기존 PEMF는 맥동전자기장을 이용하기 때문에 뼈와 같은 강성 재질과 상관 없이 심부 침투력이 있으나 자력을 발생하기 위한 루프 와이어 방식의 전선을 활용하기 때문에 치료기기의 크기가 크고 고전압 고전류가 필요한 단점이 있으며, 저준위레이저(LLL) 치료법은 염증 완화의 효과가 있으나 빛의 특성으로 인해 반사와 산란으로 인한 소멸 현상이 발생하여 관절 심부까지 침투하지 못하는 단점이 있고, 전기근육자극요법(EMS)을 이용한 치료법의 경우도 실질적인 염증 완화 효과는 없고 관절 주변의 근육을 강화하는 기능이 있다.
본 발명의 실시예는 코일형 맥동전자기 발생부를 적용하여 작은 크기로 뼈 속 깊은 관절 염증부까지 자력(혹은 자기장)을 전달하고 펄스 제어 방식으로 저준위레이저를 제어하여 심부 침투력을 증대함과 동시에 전기근육자극 발생부와 온열 발생부를 적용하여 관절 주변의 근육 피로도 개선 및 근육 강도를 높여 관절 통증 치료를 위한 복합 기능을 제공하는 관절염 통증 치료기 및 그 치료기의 구동방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 관절염 통증 치료기는, 사용자의 신체 관절에 착용하는 관절염 통증 치료기로서, 상기 신체 관절의 세포를 활성화하기 위해 상기 신체 관절로 자기장을 발생시키되, 자기장 극성을 변경하는 맥동전자기 발생부, 상기 신체 관절의 염증을 감소시키기 위해 지정된 파장의 광을 상기 신체 관절로 발생시키되, 상기 광의 밝기를 변경하는 저준위 레이저 발생부, 상기 신체 관절의 근육 수축 및 이완을 유도하기 위하여 상기 신체 관절의 근육에 전류를 인가하는 전기근육자극 발생부, 상기 신체 관절의 부위에 혈액 흐름을 발생시키기 위해(혹은 원활하게 하기 위해) 상기 신체 관절의 주변 근육에 온열을 발생시키는 온열 발생부, 및 사용자 명령에 따라 상기 맥동전자기 발생부, 상기 저준위 레이저 발생부, 상기 전기근육자극 발생부 및 상기 온열 발생부를 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 맥동전자기 발생부는, 코일 전자석이 쌍(pair) 형태로 구성되는 전자석 유닛을 포함하며, 상기 전자석 유닛은 상기 코일 전자석의 척력과 인력을 작용시켜 자력을 기준값을 초과하는 원거리의 지정 거리까지 전달할 수 있다.
상기 코일 전자석은, 원통 프레임에 감기는 코일 권선, 상기 코일 권선의 중앙에 위치하여 상기 코일 권선에 인가되는 전류에 의해 발생되는 자기장을 지정 방향으로 전달하는 쌍 형태의 강자성체 코어, 상기 강자성체 코어의 일측에 구비되어 상기 강자성체 코어로부터 전달되는 자력을 상기 원거리의 지정 거리까지 전달하는 강자성체의 일측 플레이트, 및 상기 강자성체 코어의 타측에 구비되어 쌍 형태의 강자성체 코어를 서로 연결하여 상기 일측 플레이트의 자력을 증가시키는 강자성체의 타측 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 일측 플레이트는, 상기 쌍 형태의 강자성체 코어의 일측에 각각 연결되는 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 포함하며, 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는 지정 간격을 두고 서로 분리되어 구성될 수 있다.
상기 타측 플레이트는, 상기 쌍 형태의 강자성체 코어의 타측을 연결하며 상기 일측 플레이트에 대면해 하나의 프레이트로 구성될 수 있다.
상기 맥동전자기 발생부는, 상기 자력을 상기 원거리의 지정 거리까지 전달하기 위해 지정 주파수 및 진폭을 갖는 펄스 신호의 주파수를 변조할 수 있다.
상기 맥동전자기 발생부는, 적어도 2개의 전자석 유닛을 포함하며, 2개의 전자석 유닛에서 각각 척력을 발생시켜 상기 자력을 상기 원거리의 지정 거리까지 전달할 수 있다.
상기 저준위 레이저 발생부는, 상기 광이 사용자의 시야에 노출되는 것을 방지하는 전도성 가이드를 포함할 수 있다.
상기 저준위 레이저 발생부는 파장이 서로 다른 제1 파장의 광을 조사하는 제1 광조사부, 제2 파장의 광을 조사하는 제2 광조사부 및 제3 파장의 광을 조사하는 제3 광조사부를 포함하며, 상기 제1 광조사부, 상기 제2 광조사부 및 상기 제3 광조사부를 동일 펄스 신호로 동작시키되, 상기 신체 관절의 심부까지 광을 침투시킬 때 상기 펄스 신호의 주파수를 변조할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 관절염 통증 치료기의 구동방법은, 사용자의 신체 관절에 착용하는 관절염 통증 치료기의 구동방법으로서, 맥동전자기 발생부가, 상기 신체 관절의 세포를 활성화하기 위해 상기 신체 관절로 자기장을 발생시키되, 자기장 극성을 변경하는 단계, 저준위 레이저 발생부가, 상기 신체 관절의 염증을 감소시키기 위해 지정된 파장의 광을 상기 신체 관절로 발생시키되, 상기 광의 밝기를 변경하는 단계, 전기근육자극 발생부가, 상기 신체 관절의 근육 수축 및 이완을 유도하기 위하여 상기 신체 관절의 근육에 전류를 인가하는 단계, 온열 발생부가, 상기 신체 관절의 부위에 혈액 흐름을 발생하기 위해 상기 신체 관절의 주변 근육에 온열을 발생시키는 단계, 및 제어부가, 사용자 명령에 따라 상기 맥동전자기 발생부, 상기 저준위 레이저 발생부, 상기 전기근육자극 발생부 및 상기 온열 발생부를 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면 신체 관절 부위의 관절 세포를 활성화하고 관절 염증을 감소시키며, 자력의 심부 침투력을 증대시킴과 동시에 관절 주변의 근육 피로도 개선 및 근육 강도를 높여 관절 통증 치료를 효과적으로 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 관절염 통증 치료기의 세부구조를 예시한 블록다이어그램,
도 2는 도 1의 각 구성요소의 세부구조를 예시한 블록다이어그램,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 왼쪽 무릎 관절 적용 평면도,
도 4는 왼쪽 무릎 관절 적용 측면도,
도 5는 왼쪽 무릎 관절 적용 배면도(A-A 방향 뷰),
도 6은 도 2의 전자석 유닛의 사시도,
도 7은 도 2의 전자석 유닛의 단면도,
도 8은 도 2의 전자석 유닛의 자력 흐름 예시도,
도 9는 도 2의 메디컬 LED 유닛의 정면(B-B 방향뷰) 및 단면도,
도 10은 도 2의 전자석 유닛에 인가되는 교류 신호도,
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 H-브릿지 회로 로직도,
도 12는 도 2의 전자석 유닛의 척력 발생에 따른 자력 전달 CAE 이미지,
도 13은 도 2의 전자석 유닛의 인력 발생에 다른 자력 전달 CAE 이미지,
도 14는 도 2의 메디컬 LED 유닛에 인가되는 펄스 신호도를 각각 나타내는 도면, 그리고
도 15는 도 1의 관절염 통증 치료기의 구동과정을 나타내는 흐름도이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되거나, 층이 다른 층 또는 기판과 결합 또는 접착된다고 언급되는 경우에, 그것은 다른 층 또는 기판상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
상단, 하단, 상면, 하면, 전면, 후면, 또는 상부, 하부 등의 용어는 구성요소에 있어 상대적인 위치를 구별하기 위해 사용되는 것이다. 예를 들어, 편의상 도면상의 위쪽을 상부, 도면상의 아래쪽을 하부로 명명하는 경우, 실제에 있어서는 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 상부는 하부로 명명될 수 있고, 하부는 상부로 명명될 수 있다. 또한, 도면의 구성요소는 반드시 축척에 따라 그려진 것은 아니고, 예컨대, 본 발명의 이해를 돕기 위해 도면의 일부 구성요소의 크기는 다른 구성요소에 비해 과장될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 관절염 통증 치료기의 세부구조를 예시한 블록다이어그램이며, 도 2는 도 1의 각 구성요소의 세부구조를 예시한 블록다이어그램이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 관절염 통증 치료기(10)는 제어부(100), 맥동전자기 발생부(200), 저준위 레이저 발생부(300), 전기근육자극 발생부(400) 및 온열 발생부(500)의 일부 또는 전부를 포함한다.
여기서, "일부 또는 전부를 포함한다"는 것은 온열 발생부(500)와 같은 일부 구성요소가 생략되어 관절염 통증 치료기(이하, 치료기)(10)가 구성되거나, 맥동전자기 발생부(200)와 같은 일부 구성요소가 제어부(100)와 같은 다른 구성요소에 통합되어 구성될 수 있는 것 등을 의미하는 것으로서, 발명의 충분한 이해를 돕기 위하여 전부 포함하는 것으로 설명한다.
제어부(100)는 맥동전자기 발생부(200), 저준위 레이저 발생부(300), 전기근육자극 발생부(400) 및 온열 발생부(500)의 전반적인 제어 동작을 담당한다. 맥동전자기 발생부(200), 저준위 레이저 발생부(300), 전기근육자극 발생부(400) 및 온열 발생부(500)는 각 치료 모듈에 해당하므로, 제어부(100)는 가령 사용자 명령이 있을 때 이를 근거로 각 구성요소를 제어한다. 제어부(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, MCU(101), 사운드 발생 유닛(102), 사용자 버튼 유닛(103), 디스플레이 유닛(104), 입출력(In /Out) 포트(혹은 제1 입출력 포트)(105), 전원관리 집적 회로 유닛(혹은 전원관리 유닛)(106), 컨버터 유닛(107), 배터리 유닛(108), 무선 통신 유닛(109), 그리고 안테나 유닛(110)의 일부 또는 전부를 포함하며, 여기서 "일부 또는 전부를 포함한다"는 것은 앞서서의 의미와 크게 다르지 않다. 유닛(unit)은 장치 또는 부(part) 명명될 수도 있으며, 입출력 포트(105)는 인/아웃 포트라 명명될 수 있다. 또한 "부"는 복수의 회로를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
좀더 구체적으로 제어부(100)는 치료기(10)의 전체 HW 시스템과 각 유닛의 동작 시나리오를 관리하고 제어하는 MCU(혹은 CPU)(101), 치료기(10)의 동작 상태를 사용자에 소리 방식으로 알려주는 스피커나 부저 등과 같은 사운드 발생 유닛(102), 사용자가 버튼 등을 이용하여 동작 옵션 등을 선택할 수 있는 사용자 버튼 유닛(103), 치료기기의 동작 상태와 사용자의 선택 옵션 등을 화면으로 나타내는 디스플레이 유닛(104), 충전 및 제어를 위해 외부와 연결된 입출력 포트(105), 입출력 포트(105)로 입력된 전원을 받아들여 배터리 충전 IC(Integrated Circuit)에 전원을 공급하거나 HW 시스템상의 모든 IC에 적정한 전원으로 분배하는 PMIC(Power Management Integrated Circuit) 전원관리 (집적 회로) 유닛(106), PMIC로부터 인가된 전원을 일정하게 다운(Down) 또는 스텝업(Step Up) 하여 일정한 전압으로 다양한 HW 시스템 부품에 공급하는 컨버터 유닛(107), 별도의 외부 전원 없이 내부의 HW 회로에 전원을 공급하기 위해 전기 에너지를 저장하는 배터리 유닛(108), 리모콘과 스마트폰과 같이 외부의 무선 기기를 통해 치료기(10)를 원격 제어할 수 있는 무선 통신 유닛(109), 무선 통신 유닛(109)의 신호를 발신하기 위한 안테나 유닛(110)으로 구성된다. 사용자는 사용자 버튼(103)을 이용하여 전체 시스템의 전원을 인가하여 MCU(101)를 동작시키면 MCU(101)는 주변 HW IC를 제어하여 기동시킨다. 사용자는 사용자 버튼을 통해 원하는 치료 모드 및 강도를 설정하고 기기를 작동시킬 수 있으며 기기의 동작 상태와 사용자의 선택 내용은 디스플레이 유닛(104)을 통해 사용자에게 표시된다. 동작시 이상 상황은 사운드 유닛(102)을 통해 음성 또는 효과음으로 발현된다. 무선 통신 유닛(109)은 적외선 통신이 가능할 수 있지만, 블루투스나 지그비 등의 근거리 무선통신이 가능할 수 있다.
맥동전자기 발생부(200)는 도 2에 도시된 바와 같이, 전자석 유닛(201), 전극 제어 유닛(202), 전력 제어 유닛(203), 펄스 신호 발생 유닛(204)의 일부 또는 전부를 포함하며, 여기서 "일부 또는 전부를 포함"한다는 것은 앞서서의 의미와 크게 다르지 않다. 전자석 유닛(201)은 전류를 인가하면 자기장을 발생하고, 전극 제어 유닛(202)은 전자석 유닛(201)으로 인가되는 전류의 방향을 변경하여 전자석 유닛(201)의 자기적 극성을 변경하여 교류 형태의 파형이 되도록 유도한다. 또한 전력 제어 유닛(203)은 전자석 유닛(201)으로 인가되는 전압과 전류의 양을 제어하여 전자기력 크기를 제어하며, 펄스 신호 발생 유닛(204) 즉 펄스신호발생기는 전자석 유닛(201)의 자력 변화 형태가 일정한 펄스(Pulse)와 주파수(Hertz)의 특성이 나타나도록 펄스 신호를 발생한다. 본 발명의 실시예에 따른 전자석 유닛(201)은 복수의 전자석 유닛을 포함할 수 있으며, 제1 내지 제4 전자석 유닛(201-1 ~ 201-4)을 포함할 수 있다. 사용자의 무릎을 기준으로 볼 때, 상하, 좌우측에 각각 위치하도록 구비될 수 있다. 맥동전자기 발생부(200)는 관절 부위의 세포를 활성화시키기 위한 동작한다.
저준위 레이저 발생부(300)는 메디컬 LED 유닛(혹은 광 조사부)(301) 및 LED 제어 유닛(302)의 일부 또는 전부를 포함한다. 메디컬 LED 유닛(301)은 치료 목적의 빛(혹은 광) 파장을 발생하며, LED 제어 유닛(302)은 메디컬 LED 유닛(301)에 인가되는 전류의 양을 변경하여 밝기(혹은 세기)를 변경하거나 전류의 양을 일정하게 하여 LED 밝기를 일정하게 하는 유지한다. 본 발명의 실시예에 따라 저준위 레이저 발생부(300)는 650nm, 808nm, 980nm의 3종의 파장을 가진 IR LED를 적용할 수 있으며, 치료 부위에 따라 다양한 파장의 IR LED를 적용할 수 있다. 저준위 레이저 발생부(300)의 LED 파장은 관절 부위의 염증을 감소시키기 위해 동작한다.
전기근육자극 발생부(400)는 전류 극성 패드(401), 교류 신호 발생 유닛(402) 및 입출력 포트(403)의 일부 또는 전부를 포함한다. 전류 극성 패드(401)는 피부에 부착되어 전류가 근육에 전달될 수 있도록 유도한다. 교류 신호 발생 유닛(402)은 근육의 수축 이완을 위해 전류 극성 패드(401)에 인가되는 전류가 일정한 파형(Pulse)과 주파수(Hertz)의 특성이 나타나도록 교류 신호를 발생한다. 입출력 포트(혹은 제2 입출력 포트)(403)는 필요에 따라 전류 극성 패드(401)를 제품 외부 위치에서 연결할 수 있는 포트(port)이다. 전기근육자극 발생부(400)는 관절 주변의 근육의 강도를 강화시키기 위해 동작한다.
온열 발생부(500)는 발열 유닛(501), 발열 제어 유닛(502) 및 센싱 유닛(503)의 일부 또는 전부를 포함한다. 발열 유닛(501)은 치료 과정 중 피부 접촉면에 열을 발생하여 온열 효과를 유도한다. 또한 발열 제어 유닛(502)은 발열 유닛(501)에 일정한 전류를 인가시키고 제어하는 역할을 수행한다. 센싱 유닛(503)은 발열 유닛(501)에서 온도를 센싱한다. 센싱 유닛(503)은 온도 센서 등을 포함할 수 있다. 발열 제어 유닛(502)은 MCU(101)의 제어하에 동작할 수 있다. 온열 발생부(500)는 관절 주변의 근육에 미세열을 발생시켜 혈액 순환을 돕기 위해 동작한다.
다시 정리해 보면, 본 발명의 실시예에 따른 관절염 통증 치료기(10)는 관절 세포를 활성화하는 맥동전자기 발생부(200), 관절 염증을 감소시키는 저준위 레이저 발생부, 관절 주변의 근육의 강도를 강화하는 전기근육자극 발생부(400), 관절 주변의 근육에 미세열을 발생시켜 혈액 순환을 돕는 온열 발생부(500)를 포함하여 구성된다. 여기서, 맥동전자기 발생부(200)의 전자석 유닛(201)은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 코일 전자석(210)이 페어 즉 쌍 형태로 구성되어 코일 전자석(210)의 척력과 인력을 작용시켜 보다 원거리까지 자력 전달이 가능하다. 여기서 원거리는 기준값을 초과하는 거리로 정의할 수 있다. 이때 전자석 유닛(201)은 코일 권선(212)을 일정한 형태로 감을 수 있는 원통 프레임(211), 전류가 인가되면 자기장을 발생시키기 위한 구리 등 도전성 재질의 코일 권선(212), 코일 권선에서 발생하는 자기장을 일정한 방향으로 전달하기 위해 코일 중앙에 위치하는 강자성체 코어(213), 코일 권선(212)의 양 끝단에 연결되어 양(+)과 음(-)극성의 전류가 인가되는 피복 절연 케이블(214)로 구성된 코일 전자석(210), 그리고 사람의 관절 방향을 향하며 강자성 코어(213)로부터 전달되는 자력을 원거리까지 전달하기 위한 강자성체의 내측 플레이트(220), 내측 플레이트(220)의 반대면에 적용되고 페어로 적용되는 전자석의 코어(213)를 서로 연결하여 내측 플레이트(혹은 일측 플레이트)(220)의 자력을 증가시키는 강자성체의 외측 플레이트(혹은 타측 플레이트)(221), 나아가 내측 플레이트(220)와 외측 플레이트(221)를 전자석 유닛의 코어(213)에 고정하기 위한 스크류 등의 고정체(222)를 포함하여 구성된다. 여기서, 내측은 사용자의 신체 관절에서 피부에 접촉(혹은 근접)하는 부위를 의미한다.
전자석 유닛(201)에서 코일 전자석(210)의 코어(213)를 연결하는 내측 플레이트(220)는 1~2mm의 근접 거리를 두어 구성되고, 가령 2개의 플레이트가 일정 간격을 두고 분리되어 구성되고, 전자석 유닛(201)에서 코일 전자석(210)의 코어(213)를 연결하는 외측 플레이트(221)는 이격 거리 없이 최단거리로 하나의 몸체로 연결되며, 자력을 원거리로 전달하기 위해 자력의 형태가 펄스(Pulse) 신호의 특성을 띠며 이를 위해 펄스(Pulse) 신호를 발생하는 유닛(204)과 H-브릿지 형태로 자기 극성을 변경하는 전극제어 유닛(202)을 포함할 수 있다. 이는 도 10 및 도 11에서 잘 보여주고 있다. 도 11에서 볼 때 H-브릿지는 전자석 유닛(Electromagnet Unit)을 기준으로 제1 내지 제4 스위칭소자가 H자의 형태를 이루어 구성된다. 각각의 스위칭소자는 트랜지스터나 FET의 NPN(혹은 N채널) 소자와 PNP(혹은 P채널) 소자로 구성된다. 그리고, 도 2의 MCU(101)는 제1 스위칭소자와 제4 스위칭소자에 LOW신호와 HIGH신호를 인가하거나, 제3 스위칭소자와 제2 스위칭소자에 LOW신호와 HIGH신호를 인가하는 형태로 번갈아 가며 스위칭 소자들을 동작시켜 전자석 유닛에 반대 극성이 생성되도록 할 수 있다. 즉 서로 대각선 방향의 스위칭소자들을 상보적으로 동작시켜 자기 극성을 변경한다고 볼 수 있다.
또한 자력을 원거리로 전달하기 위해 전자석 유닛(201)에 인가되는 펄스(Pulse)는 반송파 형태로 구성될 수 있고, 치료기기에 적용되는 전자석 유닛(201)은 2개 이상을 적용하고 한쪽 전자석 유닛의 내측 플레이트(220)에 척력이 발생하게 하고 반대쪽 전자석 유닛 역시 반대 극성의 척력이 발생하도록 하여 보다 원거리까지 자력을 전달할 수 있다. 이는 도 8에서 잘 보여주고 있다. 여기서, "펄스는 반송파 형태로 구성"한다는 것은 도 10 및 도 14에서 볼 때, 지정 주파수 및 진폭으로 발생된 펄스 신호(예: 동작 주파수)를 쪼개서, 더 정확하게는 펄스 발생 구간의 펄스를 쪼개서 새로운 펄스를 생성해 사용하는 것을 의미한다. 자력을 원거리까지 전송하고, 또 빛을 심부 깊이 침투시키기 위해 기설정된 펄스 신호를 변조하여 사용한다고 볼 수 있다. 가령 본 발명의 실시예에서는 기생성된 20 ~ 50Hz의 펄스 신호를 2 ㎒ 정도의 신호로 변환하여 사용할 수 있다.
나아가, 본 발명의 실시예에 따른 관절염 통증 치료기(10)는 도 9 및 도 14에 도시된 바와 같이 저준위 레이저 발생부(300)의 빛이 사용자 육안으로 직접 조사되는 것을 방지하기 위해 전도성 가이드(303)가 상하 또는 좌우로 이격되어 적용되고, 메디컬 LED는 650nm, 808nm, 980nm의 파장을 사용하고 침투 깊이를 증가하기 위해 펄스(Pulse) 형태로 빛을 출력하며, IR 빛의 심부 침투 깊이를 증가하기 위해 메디컬 LED의 출력 펄스(Pulse)는 반송파 형태로 구성한다. 또한, 출력되는 IR 빛을 심부까지 침투시키기 위해 3종의 메디컬 LED가 동시에 동일한 펄스 형태로 빛을 출력한다. 한편, 치료 기기의 크기를 줄이고 효율적인 근육 강화를 위해 전류 극성 패드(401)는 케이블(404)과 입출력 포트(403)를 통해 외부에서 제어부(100)와 연결되며, 다양한 관절 부위에 적용하기 위해 케이스를 중앙 케이스부(11-1)와 사이드케이스(11-1, 11-2)로 분리하고 연결 부위에는 회전 변동이 가능한 힌지(12)를 적용할 수 있다. 이는 도 3에서 잘 보여주고 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 왼쪽 무릎 관절 적용 평면도, 도 4는 왼쪽 무릎 관절 적용 측면도, 그리고 도 5는 왼쪽 무릎 관절 적용 배면도(A-A 방향 뷰), 도 6은 도 2의 전자석 유닛의 사시도, 도 7은 도 2의 전자석 유닛의 단면도, 도 8은 도 2의 전자석 유닛의 자력 흐름 예시도, 도 9는 도 2의 메디컬 LED 유닛의 정면(B-B 방향뷰) 및 단면도, 도 10은 도 2의 전자석 유닛에 인가되는 교류 신호도, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 H-브릿지 회로 로직도, 도 12는 도 2의 전자석 유닛의 척력 발생에 따른 자력 전달 CAE 이미지, 도 13은 도 2의 전자석 유닛의 인력 발생에 다른 자력 전달 CAE 이미지, 그리고 도 14는 도 2의 메디컬 LED 유닛에 인가되는 펄스 신호도를 각각 나타내는 도면이다.
도 3에서 볼 때, 도면번호 1은 사람 무릎, 11-1은 중앙 케이스, 11-2는 좌측 사이드 케이스, 11-3은 우측 사이드 케이스, 12는 회전용 힌지 유닛, 그리고 13은 쿠션 패드(PAD) 유닛을 각각 나타내고 있다. 또한 도 4에서 볼 때 도면번호 404는 외부 전류 극성 패드(401)를 연결하기 위한 케이블이며, 14는 고정용 벨트 유닛을 나타낸다. 나아가 도 6 및 도 7에서 도면번호 210은 코일권선으로 자력을 발생하는 코일 전자석, 211은 코일 권선을 일정한 형태로 감을 수 있는 원통 프레임, 212는 전류가 인가되면 자기장을 발생시키기 위한 구리 코일 권선, 213은 구리 코일 권선에서 발생하는 자기장을 일정한 방향으로 전달하기 위해 코일 중앙에 위치하는 강자성(强磁性)의 코어, 214는 코일 권선의 양 끝단과 연결되어 직류전원의 +와 전류가 인가되는 피복 절연 케이블, 220은 사람의 관절 방향을 향하며 강자성 코어(213)로부터 전달되는 자력을 원거리까지 전달하기 위한 강자성의 내측 플레이트, 221은 강자성 내측 플레이트(220)의 반대면에 적용되며 전자석 유닛(201) 내에 페어(Pair, 쌍)로 구성되는 코일 전자석(210)의 코어(213)를 상호 연결하여 내측 플레이트의 자력을 증가시키는 강자성의 외측 플레이트, 222는 내측 플레이트와 외측 플레이트를 전자석 유닛의 코어(213)에 고정하기 위한 스크류와 같은 고정체를 각각 나타낸다. 도 9에서 볼 때, 도면번호 303은 메디컬 LED(301)에서 발현되는 빛이 치료 과정 중 누설되지 않도록 하고 사용자의 부주의로 인해 육안에 노출되지 않도록 방지하는 전도성 가이드, 301-1-a는 파장 a값을 가지는 메디컬 LED, 301-1-b는 파장 b값을 가지는 메디컬 LED, 301-1-c는 파장 c값을 가지는 메디컬 LED, 304는 IR LED를 외부의 충격에서 보호하고 빛을 투과하는 보호 커버를 각각 나타낸다.
설명의 편의상 도 3 내지 도 14를 도 1 및 도 2와 함께 참조하면, 도 1의 맥동전자기 발생부(200)는 도 2, 도 6, 도 7과 같이 자기장을 발현하는 전자석 유닛(201)과 전자석 유닛의 자기적 극성을 변경하여 교류 형태의 파형이 되도록 유도하는 전극 제어 유닛(202), 전자석 유닛(201)에 인가되는 전압과 전류의 양을 제어하는 전력 제어 유닛(203), 도 10에 도시한 바와 같이 효과적인 치료를 위해 자기장의 진폭, 주기, 사용률, 반송주파수가 포함된 펄스(Pulse) 신호를 발생하는 유닛(204)으로 구성된다. 즉 치료를 위해 기설정된 펄스신호를 발생하는 신호발생 유닛(204)을 포함할 수 있다.
사용자가 사용자 버튼(103)을 통해 강도와 치료 종류를 선택하여 치료기(10)를 구동하면 이에 맞게 MCU(101)는 전력제어 유닛(203)의 전압 값을 변경하여 전류 값을 제어하여 자력의 강도를 변경하고 신호발생 유닛(204)을 제어하여 치료 목적에 맞는 펄스(Pulse) 신호를 발생한다. 물론 이러한 동작은 해당 값들을 기설정하는 형태로 동작이 이루어질 수 있다. 이의 과정에서 룩업테이블(LUT)를 사용할 수도 있다. 또한 전극제어 유닛(202)을 제어하여 펄스(Pulse) 신호를 교류 신호화한다. 전극제어 유닛(202)은 도 11에 도시된 바와 같이 H-브릿지 회로 로직(Logic)으로 구성되는 것이 바람직하며 MCU(101)의 제어에 따라 전자석 유닛(201)에 인가되는 전류의 방향이 변경되고 이로 인해 전자석 유닛(201)의 내측 플레이트(220) 극성도 변경하게 된다. H 브릿지 회로는 본 발명의 실시예에 따라 다양한 형태로 동작이 가능할 수 있으므로 어느 하나의 동작 형태(예: 상보적 동작)에 특별히 한정하지는 않을 것이다.
전자석 유닛(201)은 내부에 페어(Pair, 쌍) 형태로 코일 전자석(210)이 구비된다. 예를 들어 도 6 및 도 7과 같이 전자석 유닛(201)에는 2개 즉 페어(혹은 쌍) 형태의 코일 전자석(210-1, 210-2)이 적용된다. 코일 전자석(210)은 비자성체의 원통 프레임(211)에 코일을 권선(212) 형태로 수차례 감고 코일의 끝단에서는 폴리계열의 PVC와 같은 절연 재질 피복이 적용된 케이블(214)을 적용하여 전극제어 유닛(202)과 연결된다. 원통 프레임(211)의 재질은 플라스틱과 같은 비자성체를 적용하는 것이 바람직하다.
또한 권선코일의 중앙에서는 강자성 코어(213)가 적용되어 코일 권선(혹은 권선코일)(212)에서 발생하는 자기장을 일정 방향으로 전달하는 기능을 수행한다. 즉 코일 권선(212)의 양끝단에 연결된 절연 케이블(214)로 인가된 전류의 방향에 따라 강자성의 코어(213) 양끝단 자력 극성이 N-S극 또는 S-N극으로 가변하게 된다. 페어로 이웃한 코일 전자석(210)의 강자성 코어(213) 양끝단에 인체 방향으로는 내측 플레이트(혹은 일측 플레이트)(220)를 약간의 이격 거리를 두고 고정체(222-1, 222-2)를 이용하여 연결하고 내측 플레이트 반대방향에는 고정체(222-3, 222-4)를 이용하여 외측 플레이트(혹은 타측 플레이트)(221)를 연결 고정시킨다.
코어(213)의 자력을 내측 및 외측 플레이트(221, 222)로 전달하여 원거리까지 자력을 전달하는 것이 목적이므로 각 플레이트와 고정체는 비투자율(比透磁率)이 높은 강자성체 물질을 적용한다. 여기서, 비투자율은 자성화가 되는 비율을 의미하는 것으로 진공에서의 자력전달 투자율과 비교한 비율, 즉 이 값이 수백~수천이면 강자성체라고 한다.
실제 도 6에 도시한 바와 같이 전자석 유닛(201)의 왼쪽에 위치한 코일 전자석(210-1)의 절연 케이블(214-1)에 +, - 극성으로 전류를 흘려 주고 오른쪽 코일 전자석(201-2)의 절연 케이블(214-2)에 -, +극의 전류를 흘려주면 앙페르의 오른손 법칙에 따라 왼쪽 코일 전자석(210-1)의 내측 플레이트(220-1)는 N극이 유도되고 오른쪽 코일 전자석 (210-2)의 내측 플레이트(220-2)에는 N극이 유도된다.
이와 같이 경우에는 도 12의 CAE 시뮬레이션 해석 결과와 같이 두 내측 플레이트에 인가된 자력의 방향이 동일하므로 서로 척력(斥力)이 발생하고 이로 인해 원거리까지 자력 전달이 가능해진다.
만일 오른쪽 코일 전자석(210-2)의 절연 케이블(214-2)에 +, - 극성으로 전류를 흘려주면 오른쪽 코일 전자석 내측 플레이트(220-2)에는 S극이 유도되고 내측 플레이트 사이에 인력(引力)이 발생하여 서로 당기는 힘이 발생한다. 이와 같은 인력이 발생하는 경우에도 도 13의 CAE 시뮬레이션 해석 결과와 같이 외측 플레이트(221)를 통해 각 코어(213-1, 213-2)가 연결되어 있어 내측 플레이트 사이에서 발생하는 자력 역시 원거리까지 도달함을 알 수 있다.
전자석 유닛(201)은 치료 관절의 해부학적 특징에 따라 적용되는 수와 위치가 상이하고 다양하게 변경될 수 있다. 본 발명의 실시예를 무릎 관절 통증 치료에 적용한다면 연골 마모가 발생하여 염증이 발생하기 쉬운 대퇴골 하단의 관절 연골 및 경골의 반월상 연골을 향할 수 있도록 도 2 내지 도 5, 그리고 도 8과 같이 전면(201-1), 평면(201-2), 좌측면(201-3), 우측면(201-4)에 위치시키는 것이 바람직하다.
상기와 같이 전자석 유닛(201)을 배치하고 각 전자석 유닛(201)의 자력 및 극성을 변경하면 도 8과 같이 관절 염증 부위로 다양한 방향과 강도로 자력이 통과하게 된다.
특히 척력이 발생하도록 전류를 인가하고 마주보는 전자석 유닛(201)끼리는 인력이 발생하도록 하면 보다 원거리까지 자력이 도달함을 알 수 있다.
한편, 저준위 레이저 발생부(300)는 도 2, 도 3 및 도 9와 같이 특정 파장의 빛을 발현하는 메디컬 LED 유닛(301)과 LED 유닛의 전류량을 변경하여 밝기를 제어하는 LED 제어 유닛(301)으로 구성된다.
메디컬 LED 유닛(301)은 2개 이상의 파형을 가진 IR LED를 적용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 650nm, 808nm, 980nm의 3종의 파장을 가진 IR LED를 적용하였으나 치료 부위에 따라 다양한 파장의 IR LED가 적용될 수 있다. 치료 관절의 해부학적 특징에 따라 IR LED 유닛(301)의 수와 위치는 상이하고 다양하게 변경할 수 있다.
본 발명의 실시예를 무릎 관절 통증 치료에 적용한다면 슬개골은 반투명 재질 특성으로 인해 빛의 소멸이 발생하므로 슬개골 기준 좌우에 배치하는 것이 바람직하며 대퇴골 관절의 크기 및 높이를 고려하여 도 9와 같이 상하단에 IR LED를 분산하고 3종 파장의 IR LED(301)를 각각 배치하는 것이 바람직하다.
또한 저준위 레이저 형태로 빛을 발현하는 LED를 적용하는 것이 바람직하다. LED 제어 유닛(302)은 도 14와 같이 효과적인 치료를 위해 전압 진폭, 주기, 사용률, 반송주파수가 반영된 펄스(Pulse) 신호를 발생하는 기능을 수행한다. 메디컬 LED 유닛(301)을 보호하기 위해 전면에는 빛이 투과되는 보호커버(304)가 적용되고 보호 커버 주변에는 빛 노출 방지를 위한 전도성 가이드(303)가 구비된다. 전도성 가이드(303)는 메디컬 LED 유닛(301)과 접촉되는 전도성 실리콘 고무 형태가 바람직하다. 전도성 가이드는 상하 또는 좌우 2개소로 구성되며 전도성 가이드가 피부에 닿게 되면 메디컬 LED 유닛(301)의 정전용량 값이 변동되고 이를 통해 제어부는 사용자의 기기 착용 상태에 문제가 있는지 판단할 수 있다. 만일 전도성 가이드(303)의 2개소가 동시에 피부에 닿지 않으면 사용자가 올바르게 기기를 착용하지 않은 경우이고 이 경우 제어부(100)는 사용자의 시야로 저준위 레이저 조사를 방지하기 위해 해당 기능을 시작하지 않고 디스플레이 유닛(104)과 사운드 유닛(102)을 통해 오류 사항을 알린다.
전기근육자극 발생부(400)는 도 2, 도 3, 그리고 도 4에 도시된 바와 같이 피부에 부착되고 근육에 전류를 인가하여 근육의 수축 및 이완을 유도하는 전류 극성 패드(401)와 상기 패드에 펄스(Pulse) 형태의 파형을 가진 교류 전류를 공급하는 펄스신호발생 유닛(402), 유선으로 치료기기 외부에서 제어부(100)로 연결하기 위한 입출력 포트(403)로 구성된다. 관절염의 통증 개선을 위해서는 연골의 염증 및 세포 활성화와 함께 주변 근육의 강화 역시 필요한데 이를 위해 외측광근 및 내측광근이 위치하는 무릎 바로 위영역에 전류 극성 패드(401)를 부착하는 것이 바람직하다. 이를 위해 해당 근육 부위 방향(무릎 위쪽)으로 입출력 포트(403)를 위치시키고 전류 극성 패드(401)는 케이블(404)을 통해 연결될 수 있디.
온열 발생부(500)는 본 발명의 실시예에서와 같이 치료 과정 중 무릎 주변 근육에 온열을 제공하여 혈액 흐름을 원활하게 하는 것에 그 목적이 있으며 열을 발생하는 발열 유닛(501)과 그 발열 유닛(501)으로 인가되는 전류의 양을 조절하는 전류제어 유닛(502), 발열 유닛(501)의 온도를 측정하여 사용자가 원하는 온도를 유지할 수 있는 온도 센싱 유닛(503)으로 구성된다.
도 5에서와 같이 발열 유닛(501)은 치료기 내부 관절 주변 근육과 맞닿는 넓은 영역에 적용하는 것이 바람직하다. 또한 발열 유닛(501)에 의한 저온 화상을 방지하기 위해 쿠션 패드(13) 내부에 고정되어 피부와 어느 정도의 이격을 유지하고 발열의 온도는 40~50도로 10~20분 이내의 비교적 짧은 시간 구동하는 것이 바람직하다.
치료기(10)는 도 3에 도시한 바와 같이 각부 유닛이 견고하게 고정되어 있도록 외장 케이스(11)를 구성하며 전면 및 평면부 전자석 유닛(201), 제어부(100) 등의 유닛을 고정하는 중앙 케이스(11-1)와 좌측 전자석 유닛(201-3) 및 메디컬 LED 유닛(201)을 고정하는 사이드(Side) 케이스(11-2, 11-3)로 구분된다. 관절부의 다양한 크기에 적용이 가능하도록 사이드 케이스(11-2, 11-3)와 중앙 케이스(11-1)는 힌지 구조(12)를 갖는 것을 특징으로 한다. 무릎이나 어깨, 팔꿈치 등의 관절에 치료기(10)를 장착할 경우 치료과정에서 기기가 이탈되지 않도록 고정용 벨트 유닛(14)이 적용되는 것이 바람직하다.
상기에 기술한 각 치료 과정은 동시에 수행될 수 있으며 사용자의 치료 목적에 따라 단독 또는 2~3가지 치료법이 병행될 수 있다. 한번의 치료 동작은 10~20분이 이내로 하고 1일 1~2회 사용이 바람직하다.
도 15는 도 1의 관절염 통증 치료기의 구동과정을 나타내는 흐름도이다.
설명의 편의상 도 15를 도 1과 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 관절염 통증 치료기(10)는 신체 관절의 세포를 활성화하기 위해 신체 관절로 자기장을 발생시키되, 자기장의 극성을 변경한다(S1500). 물론 이는 도 1의 맥동전자기 발생부(200)에서 동작이 이루어질 수 있다. 맥동전자기 발생부(200)는 바람직하게는 가령 무릎의 상하, 좌우에 각각 배치되는 전자기 유닛을 포함하여 구성되며, 각각의 전자기 유닛과 주변의 전자기 유닛이 척력 또는 인력이 발생하도록 한다. 또한, 각 전자기 유닛의 자체만으로도 2개의 코일 전자석을 포함하고 있어, 그 코일 전자석 간에도 인력이나 척력이 발생하도록 한다. 자세한 내용은 앞서 충분히 설명하였으므로 그 내용들로 대신하고자 한다. 물론 그러한 제어는 기설정된 방식에 따라 제어부(100)의 제어에 의해 이루어질 수 있다.
또한 관절염 통증 치료기(10)는 신체 관절의 염증을 감소시키기 위해 지정된 파장의 광을 신체 관절로 발생시키되, 광의 밝기(혹은 세기)를 변경한다(S1510). 이는 도 1의 저준위 레이저 발생부(300)에서 동작할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라 저준위 레이저 발생부(300)는 가령 3개의 광조사부 즉 LED부를 포함할 수 있으며, 각각의 광조사부를 서로 다른 파장의 광이 발생하도록 동작시키지만, 출력된 광이 심부 깊이 침투시키기 위해 동일 펄스 신호를 사용하여 복수의 광조사부를 동작시킬 수 있다.
나아가, 관절염 통증 치료기(10)는 신체 관절의 근육 수축 및 이완을 유도하기 위하여 신체 관절의 근육에 전류를 인가한다(S1520). 이는 전기근육자극 발생부(400)가 담당하게 되며, 전극을 무릎 부위에 부착한 후 해당 전극 혹은 전극 패드로 미세전류를 인가하는 형태로 이루어질 수 있다.
더 나아가 관절염 통증 치료기(10)는 신체 관절의 부위에 혈액 흐름을 발생시키기 위해(혹은 원활하게 하기 위해) 신체 관절의 주변 근육에 온열을 발생시킨다(S1530).
뿐만 아니라 관절염 통증 치료기(10)는 사용자 명령에 따라 이는 관절염 통증 치료기(10)에 구성된 사용자 버튼을 통해 제공될 수 있으며, 해당 명령에 따라 맥동전자기 발생부(200), 저준위 레이저 발생부(300), 전기근육자극 발생부(400) 및 온열 발생부(500)를 제어한다(S1530). 제어부(100)의 제어에 따라 각 구성요소는 개별적으로 동작하거나, 순차적으로, 또는 동시에 동작할 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 이를 "선택적으로 동작한다"고 통칭할 수 있다. 물론 제1 명령에서는 제1 방식으로 동작하고, 제2 명령에서는 제2 방식으로 동작할 수 있으며, 하나의 명령에 따라 복수의 동작이 일련의 동작을 순차적으로 수행하는 것을 모드(mode) 방식이라 명명할 수 있다.
상기한 바와 같이 제어부(100)를 통해 각 구성요소를 동작하는 방식은 다양하게 이루어질 수 있으므로, 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 형태에 특별히 한정하지는 않을 것이다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 제어부(100)와 각 관절염 치료를 위한 다양한 구성요소를 포함하는 것으로 도시하고 설명하였지만, 이는 얼마든지 변경될 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 다른 실시예로서 제어부(100)와 관절염 치료부를 포함하는 형태로 구성되는 것도 얼마든지 가능할 수 있다. 물론 여기서 관절염 치료부는 도 1의 맥동전자기 발생부(200), 저준위 레이저 발생부(300), 전기근육자극 발생부(400) 및 온열 발생부(500) 중 적어도 하나의 구성요소를 포함하는 형태라고 볼 수 있다. 물론 모두 포함하는 경우에는 통합하는 형태로 구성되는 것도 얼마든지 가능할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 다양한 형태의 구성이 가능하므로, 도 1의 구성에 특별히 한정하지는 않을 것이다.
이상에서는 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
한편, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 비일시적 저장매체(non-transitory computer readable media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시 예를 구현할 수 있다.
여기서 비일시적 판독 가능 기록매체란, 레지스터, 캐시(cache), 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라, 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로, 상술한 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리 카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독가능 기록매체에 저장되어 제공될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (10)

  1. 사용자의 신체 관절에 착용하는 관절염 통증 치료기로서,
    상기 신체 관절의 세포를 활성화하기 위해 상기 신체 관절로 자기장을 발생시키되, 자기장 극성을 변경하는 맥동전자기 발생부;
    상기 신체 관절의 염증을 감소시키기 위해 지정된 파장의 광을 상기 신체 관절로 발생시키되, 상기 광의 밝기를 변경하는 저준위 레이저 발생부;
    상기 신체 관절의 근육 수축 및 이완을 유도하기 위하여 상기 신체 관절의 근육에 전류를 인가하는 전기근육자극 발생부;
    상기 신체 관절의 부위에 혈액 흐름을 발생시키기 위해 상기 신체 관절의 주변 근육에 온열을 발생시키는 온열 발생부; 및
    사용자 명령에 따라 상기 맥동전자기 발생부, 상기 저준위 레이저 발생부, 상기 전기근육자극 발생부 및 상기 온열 발생부를 제어하는 제어부;를
    포함하는 관절염 통증 치료기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 맥동전자기 발생부는, 코일 전자석이 쌍(pair) 형태로 구성되는 전자석 유닛을 포함하며,
    상기 전자석 유닛은 상기 코일 전자석의 척력과 인력을 작용시켜 자력을 기준값을 초과하는 원거리의 지정 거리까지 전달하는 관절염 통증 치료기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 코일 전자석은,
    원통 프레임에 감기는 코일 권선;
    상기 코일 권선의 중앙에 위치하여 상기 코일 권선에 인가되는 전류에 의해 발생되는 자기장을 지정 방향으로 전달하는 쌍 형태의 강자성체 코어;
    상기 강자성체 코어의 일측에 구비되어 상기 강자성체 코어로부터 전달되는 자력을 상기 원거리의 지정 거리까지 전달하는 강자성체의 일측 플레이트; 및
    상기 강자성체 코어의 타측에 구비되어 쌍 형태의 강자성체 코어를 서로 연결하여 상기 일측 플레이트의 자력을 증가시키는 강자성체의 타측 플레이트;를
    포함하는 관절염 통증 치료기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 일측 플레이트는, 상기 쌍 형태의 강자성체 코어의 일측에 각각 연결되는 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 포함하며, 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는 지정 간격을 두고 서로 분리되어 구성되는 관절염 통증 치료기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 타측 플레이트는, 상기 쌍 형태의 강자성체 코어의 타측을 연결하며 상기 일측 플레이트에 대면해 하나의 플레이트로 구성되는 관절염 통증 치료기.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 맥동전자기 발생부는, 지정 주파수 및 진폭을 갖는 펄스 신호의 주파수를 변조하여 상기 자력을 상기 원거리의 지정 거리까지 전달하는 관절염 통증 치료기.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 맥동전자기 발생부는, 적어도 2개의 전자석 유닛을 포함하며, 2개의 전자석 유닛에서 각각 척력을 발생시켜 상기 자력을 상기 원거리의 지정 거리까지 전달하는 관절염 통증 치료기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 저준위 레이저 발생부는, 상기 광이 사용자의 시야에 노출되는 것을 방지하는 전도성 가이드를 포함하는 관절염 통증 치료기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 저준위 레이저 발생부는 파장이 서로 다른 제1 파장의 광을 조사하는 제1 광조사부, 제2 파장의 광을 조사하는 제2 광조사부 및 제3 파장의 광을 조사하는 제3 광조사부를 포함하며, 상기 제1 광조사부, 상기 제2 광조사부 및 상기 제3 광조사부를 동일 펄스 신호로 동작시키되, 상기 신체 관절의 심부까지 광을 침투시킬 때 상기 펄스 신호의 주파수를 변조하는 관절염 통증 치료기.
  10. 사용자의 신체 관절에 착용하는 관절염 통증 치료기의 구동방법으로서,
    맥동전자기 발생부가, 상기 신체 관절의 세포를 활성화하기 위해 상기 신체 관절로 자기장을 발생시키되, 자기장 극성을 변경하는 단계;
    저준위 레이저 발생부가, 상기 신체 관절의 염증을 감소시키기 위해 지정된 파장의 광을 상기 신체 관절로 발생시키되, 상기 광의 밝기를 변경하는 단계;
    전기근육자극 발생부가, 상기 신체 관절의 근육 수축 및 이완을 유도하기 위하여 상기 신체 관절의 근육에 전류를 인가하는 단계;
    온열 발생부가, 상기 신체 관절의 부위에 혈액 흐름을 발생하기 위해 상기 신체 관절의 주변 근육에 온열을 발생시키는 단계; 및
    제어부가, 사용자 명령에 따라 상기 맥동전자기 발생부, 상기 저준위 레이저 발생부, 상기 전기근육자극 발생부 및 상기 온열 발생부를 제어하는 단계;를
    포함하는 관절염 통증 치료기의 구동방법.
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