[논문]무선 요실금 치료기의 구현

이승직; 김경아; 이태수; 김원재; 차은종

doi:10.9718/jber.2006.27.4.197

문제 정의

또한 무선방식의 요실금 치료기는 컴퓨터 네트워크에 접속하여 환자의 치 료 정보를 수시로 전송함으로써 주치 의 와의 의사소통도 매우효율적으로 이루어질 수 있다. 따라서 본 연구에서는 무선요실 금 치료기를 구현하고자 하였다.
본 연구에서는 요실금 치료기를 무선으로 개발하여 병원 및 가정에서 요실금 환자들이 자가 치료를 수행할 때 편리하게 사용할 수 있도록 하고자 하였다. 마스터보드와 슬레이브 보드, 그리고 슬레이브 보드에 연결된 질 삽입용 전극 봉으로 구성하였으며, Bluetooth 무선방식을 채택하여 상호 무선통신하도록 하였다.
본 연구에서는 유선요실금 치료기를 사용하여 치료할 때의 번거러움과불편함을 개선하기 위하여 무선요실금치료기를 구현하였으며 상용제품의 개발 가능성을 확인하였다. 마스터보드와 슬레이브 보드는 서로 무선통신하므로, 손에 휴대하는 마스터보드 만으로 자극의 강도를 조절할 수 있고, 전극봉이 연결된 슬레이브 보드는 내의에 부착함으로써 옷을 입은 상태에서도 자가 치료가 가능하다.
이는 기본적으로 요실금 치료기가 유선방식으로 동작하기 때문이며, 결과적으로 유선방식은 치료과정에서 많은 불편함을 야기한다. 이에 본 연구에서는 무선동 작 방식의 요실금 치료기를 구현함으로써 실용성의 문제를 해결하고자 하였다.

제안 방법

치료 준비가 끝나면 옷을 입고, 제어보드인 마스터보드를 손에 휴대하고 체강 내 전 극을 통해 피부로 전달되는 전기자극의 강도를 적절하게 조절한다. 가능한 경제적으로 구현하기 위하여, 각 보드는 서로 다른 회로로 구성되지 만, 마스터보드와 슬레이브 보드를 하나의 PCB 내에 들어갈 수 있도록 제작하였다. 동일보드에서 마스터보드인 경우 에는 마스터 보드를 동작시키는 부품만을 장착하고, 슬레이브 보드는 슬레 이 브 동작을 담당하는 부분에만 부품을 장착하여 구현하였다.
마스터보드에서는 슬레이브 보드가 전극으로 전달하는 전기 자극의 강도를LED열상에서 해당하는 LED의 개수만큼 켜지도록 하였고, 강도에 따라 LED의 색을 달리하기 위하여 가장 약한 경우에는 노란색(3개의 LED), 중간 정도는 연녹색(3개의 LED), 그리고 가강 강한경우에는 붉은색(2개의 LED)이 켜지도록 하여 시각적으로 쉽게 인식되게 하였다. 또한 7-Segment를 사용하여 전기 자극의 강도를 숫자로도 표시하였다. 마스터보드에는 Mode 설정과 전기 자극의 강도를 조절하기 위한 두 개의 key를 부착하였다.
전기자극의 강도는 Up, Down 스위치 로 조절하도록 프로그래밍하였다. 또한 양보드 간에 데이터를 통신함에 있어서 설정된 Mode와 펄스 출력의 크기를 두보드에서 모두 출력할 수 있도록 설계하였다. 그림 2에 마스터보드의 동작 플로우 차트(flow chart)*, 그림3 에 슬레이브 보드의 동작 플로우 차트를 각각 제시 하였다.
동일보드에서 마스터보드인 경우 에는 마스터 보드를 동작시키는 부품만을 장착하고, 슬레이브 보드는 슬레 이 브 동작을 담당하는 부분에만 부품을 장착하여 구현하였다. 또한 향후 무선 인터넷 기능을 추가하여 컴퓨터 네트워크 접속이 가능하도록 설계하였다. 그림 1에 전체 시스템의 구성도를 보였다.
마스터(master)와 슬레이브(slave)라고 명명한 두 개의 보드를 개발하였고, 각 보드 간에는 Bluetooth 무선방식으로 통신하게 하였다. 슬레이브 보드는 요실금 환자의 내의에 부착하고 질 내 삽입용 전극을 연결하였다.
마스터보드에서는 슬레이브 보드가 전극으로 전달하는 전기 자극의 강도를LED열상에서 해당하는 LED의 개수만큼 켜지도록 하였고, 강도에 따라 LED의 색을 달리하기 위하여 가장 약한 경우에는 노란색(3개의 LED), 중간 정도는 연녹색(3개의 LED), 그리고 가강 강한경우에는 붉은색(2개의 LED)이 켜지도록 하여 시각적으로 쉽게 인식되게 하였다. 또한 7-Segment를 사용하여 전기 자극의 강도를 숫자로도 표시하였다.
본 연구에서는 요실금 치료기를 무선으로 개발하여 병원 및 가정에서 요실금 환자들이 자가 치료를 수행할 때 편리하게 사용할 수 있도록 하고자 하였다. 마스터보드와 슬레이브 보드, 그리고 슬레이브 보드에 연결된 질 삽입용 전극 봉으로 구성하였으며, Bluetooth 무선방식을 채택하여 상호 무선통신하도록 하였다. 마스터 보드는 외부에서 무선으로 슬레이브 보드를 제어하는데, 슬레 이브 보드는 마스터보드의 제어 신호를 수신하여 적절한 전기자 극 펄스를 생성하고 전극봉에 연결된 질 삽입용 전극을 통해 출력한다.
본 연구에서 개발한 시스템은 두 개의 보드로 구현하였고 이 두보드가 상호 Bluetooth 무선방식으로 통신하게 하였다. 부여된 기능에 따라 각각 마스터(master) 보드와 슬레 이 브(slave) 보드라고 명명하였다.
각 보드의 중앙에는 보드를 제어하는 AVR이 위치하고, 우측 상단에는 무선 모듈을 부착하였다[7]. 사용하지 않을 때 전원의 소모를 없애기 위하여 주 전원 스위치를 부착하였고, 마스터보드에는 슬레이브 보드를 제어할 수 있는 스위치를 부착하였다. 슬레이브 보드에는 출력 트랜스를 부착하여 자극 펄스를 전극으로 출력 하였다.
마스터보드에는 Mode 설정과 전기 자극의 강도를 조절하기 위한 두 개의 key를 부착하였다. 슬레이브 보드는 마스터보드에서 전달하는 자극 지시 내용에 따라 전기 자극 펄스를 생성하고 질 내에 삽입된 자극 봉의 전극으로 전달하여 자극하도록 하였다. 또한 실험시 송수신 모두에서 전기자극 출력을 함께 확인하기 위하여 슬레이브 보드에도 동일한 LED 열(display)을 부착하였고, 출력 모드를 나타내기 위하여 7-Segment 를 부착하였지만 상용으로 제작하는 경우에는 슬레이 브 보드의 표시장치 (LED 및 7-Segment)는 필요 없다.
또한 이들 데이터는 Bluetooth 무선방식으로 슬레이브 보드로 전송된다. 시스템 동작 중에도 Up, Down 스위치 를 사용하여 자극의 강도를 변화시킬 수 있게 하기 위하여 key의 입력이 있을 때에는 항상 출력의 변화가 가능하도록 하였다.
시스템 소프트웨어는 C 언어로 개발하였으며, 마스터보드와 슬레 이브 보드용 소프트웨어 로 각각 개발하여 각 보드의 조절장치인 AVR에 저장하였다. 출력 펄스는 Mode 1, 2, 3, 4로 구분하여 출력하였으며, 선택스위치를 조작하여 원하는 Mode를 선택할 수 있다.
Gyno 101, (주)닥터스, 대한민국)과 그림 6에 비교하였다. 시판되는 제품의 자극 신호와 동일한 파형 및 진폭을 갖는 출력을 얻었지만 본 연구에서는 펄스 간격의 조정 기능을 보다 더 세분화하였다. 인접한 두 펄스 간 간격이 20msec이고진폭이 80V일 때 본 개발품의 출력파형을 상용 제품과 비교하였다.
슬레이브 보드는 마스터보드의 제어신호를 수신하여 적절한 전기 자극 펄스를 생성하고 전극봉에 연결된 질 삽입용 전극을 통해 출력한다. 이때 출력되는 자극신호의 강도를 마스터보드로 무선전송하고, 마스터보드에서는 LED 열상에 해당하는 출력 강도를 디스플레 이 하게 하였다. 치료를 시행 하 고자 하면 환자는 슬레이브 보드를 내의에 부착하고 슬레이브 보드에 연결된 전극 봉을 자신의 질 내에 삽입한다.
시판되는 제품의 자극 신호와 동일한 파형 및 진폭을 갖는 출력을 얻었지만 본 연구에서는 펄스 간격의 조정 기능을 보다 더 세분화하였다. 인접한 두 펄스 간 간격이 20msec이고진폭이 80V일 때 본 개발품의 출력파형을 상용 제품과 비교하였다. 그림 6에 보인 것처럼 본 연구에서 자체 제작한 시스템은 상용 제품과 거의 동일한 파형을 출력하고 있음을 알 수 있다.
편의상 4가지 Mode로 전기자극 신호를 출력하게 하였다. 일 xl 정 폭의 펄스진폭전압을-90〜+90V까지 가변할 수 있도록 하였으며, 인접한 두 펄스 간의 간격에 따라 각 Mode를 분류하였다. Mode 1, 2, 3의 경우 인접한 두 펄스 간격을 각각 13, 20, 38msec 로 하여 일정 빈도의 자극 펄스를 출력하는 반면, Mode 4에서는Mode 1, 2, 3을 순환하며 반복해서 출력하도록 하였다.
출력 펄스는 Mode 1, 2, 3, 4로 구분하여 출력하였으며, 선택스위치를 조작하여 원하는 Mode를 선택할 수 있다. 전기자극의 강도는 Up, Down 스위치 로 조절하도록 프로그래밍하였다. 또한 양보드 간에 데이터를 통신함에 있어서 설정된 Mode와 펄스 출력의 크기를 두보드에서 모두 출력할 수 있도록 설계하였다.
두 보드별로 각각 회로를 설계하였으나 PCB는 하나로 설계하였다. 제작시에는 각각의 보드에 해당하는 부품만을 사용하였으므로 보다 경제적으로 제작하도록 하였다. 전원부는 휴대형을 고려하여 건전지(+9V)를 채택하 였다.
편의상 4가지 Mode로 전기자극 신호를 출력하게 하였다. 일 xl 정 폭의 펄스진폭전압을-90〜+90V까지 가변할 수 있도록 하였으며, 인접한 두 펄스 간의 간격에 따라 각 Mode를 분류하였다.

대상 데이터

그림 4와 그림 5에는 각각 자체 제작한 마스터보드와 슬레이브 보드의 실물 사진을 보였다. 각 보드는 모두 9V 건전지로 동작하며, 7개의 LED와FND를 장착하였다. 각 보드의 중앙에는 보드를 제어하는 AVR이 위치하고, 우측 상단에는 무선 모듈을 부착하였다[7].
전체적인 하드웨어는 각 보드별로 제어 부분과 무선통신 부분으로 구분할 수 있다. 제어 부분은 CPU로서 AVR-M32(ATMega32- 44-TQFP, ATMEL, U.S.A.)를 사용하였고 무선통신 부분은 시중에서 판매되고 있는 Bluethooth 통신모듈(Acode, Comfile Technology, Korea)을 사용하였다 [6]. 두 보드별로 각각 회로를 설계하였으나 PCB는 하나로 설계하였다.

성능/효과

전극을 통한 치료 자극의 강도는 손에 들고 조작하는 마스터보드에서 무선제어하게 하였다. 기존 제품과 비교한 결과, 동일한 자극 강도 출력을 얻을 수 있었고, 무선요실 금 치료기의 상용화 가능성을 확인하였다.
자극 강도는 피부로 느끼면서 적절히 조절할 수 있으며, LED의 발광 개수 및 색 그리고 동시에 수치로 표시하여 시각적으로도 확인할 수 있도록 사용자 편의 기능을 제공하였다. 또한 구현된 개발품과 상용제품간에 자극신호 출력을 비교한 결과 시판 중 인 제품과 동일한 파형을 출력하였을 뿐 아니라 보다 세분된 신호를 생성할 수 있었다. 본 연구는 임상실험 전 단계까지 의 무선요실 금 치료기의 가능성을 확인하는 연구이었으나, 향후 보다 개선된 시스템 을 사용한 임상실험 을 수행한다면 사용자 편의성이 최대화 된 무선요실금 치료기가 개발될 것으로 기대되며, 요실금 환자의 효율적인 치료에 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 사료된다.
또한 시스템 동작 중에도 자극의 강도조절이 가능하게 하여 옷을 입은 상태에서 자유롭게 사용할 수 있다. 편의상4가지 Mode로출력되는전기자극신호는 -90〜+90V의 범위에서 가변할 수 있도록 하였으며, 동일한 펄스 간격과 펄스 출력 크기의 자극 신호에서 현재 상용화된 요실금 치료기와 본 연구에서 개발한 무선요실금 치료기의 출력을 비교한 결과 동일한 파형이 출력됨을 확인할 수 있었다.

후속연구

또한 구현된 개발품과 상용제품간에 자극신호 출력을 비교한 결과 시판 중 인 제품과 동일한 파형을 출력하였을 뿐 아니라 보다 세분된 신호를 생성할 수 있었다. 본 연구는 임상실험 전 단계까지 의 무선요실 금 치료기의 가능성을 확인하는 연구이었으나, 향후 보다 개선된 시스템 을 사용한 임상실험 을 수행한다면 사용자 편의성이 최대화 된 무선요실금 치료기가 개발될 것으로 기대되며, 요실금 환자의 효율적인 치료에 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 사료된다.
옷을 입은 상태에서 손에 휴대하는 마스터보드를 이용하여 전기 자극의 강도를 조절하며 사용한다. 본 연구의 무선요실금 치료기는 환자가 가정에서도 매우 편리 하고 효율적으로 치료 목적을 달성할 수 있을 것으로 사료된다.
그러나 가정에서는 환자 본인이자 가 치료해야 하므로 보다 사용이 편리 한 치료기기가 필요하다. 즉, 가정에서 보다 편리한 방법으로 치료할 수 있는 기기가 개발된다면 좀 더 효율적인 치료가 가능할 것으로 생각된다.

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