[논문]저온 플라즈마를 이용한 피부치료기 개발에 관한 연구

송광현; 고윤석; 이우철

doi:10.13067/jkiecs.2014.9.12.1427

초록
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의료기기중 체외에서 인체로 물리적 에너지를 가하거나 그 의료기기의 에너지를 이용하여 인체의 화학적 변화를 이용하여 치료를 하는 것은 고도의 신뢰성과 안정성이 요구된다. 특히 인체의 모든 부분 중 가장 외부로 노출되어있는 피부에 대한 치료는 매우 중요 하다고 할 것이다. 이러한 관점에서 보았을 때 피부 치료 시 발생 할 수 있는 모든 위험 요소를 줄이고 치료의 효과를 극대화 할 수 있는 장비의 개발은 높은 치료 효과와 안전성 확보를 위하여 반드시 필요하다고 할 것이다.

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Among the medical devices, medical treatments inflicting physical energy from the outside of the body to the inside or using the energy from the devices which take advantages of chemical changes of the human body require a high degree of reliability and safety. In particular, the medical treatment o...

Among the medical devices, medical treatments inflicting physical energy from the outside of the body to the inside or using the energy from the devices which take advantages of chemical changes of the human body require a high degree of reliability and safety. In particular, the medical treatment on the most exposed skin to the external surface in all parts of the human body will be very important. In this perspective, when you undergo skin treatment, you need to reduce all risks and to maximize the effect of treatment equipment. Therefore, the development of equipment which guarantees high therapeutic efficacy and safety is essential.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

또한 일반적인 피부 질환의 치료 및 미용 분야에서 여러 용도로 사용할 수 있는 장점을 가질 수 있다. 본 연구는 무성방전(silent discharge)에 의한 저온 플라즈마를 발생[2-3] 시키고 그에 의해 발생된 저온 플라즈마 이온의 효과뿐만 아니라 광 파장에 따른 여러 효과를 피부질환의 치료와 미용 분야에 대해 적용 할 수 있도록 하였다[6-7].
본 연구를 통하여 무성방전(Silent discharge)에 의한 저온 플라즈마의 발생 및 기초적인 실험을 거쳐 저온 플라즈마에 의해 발생된 오존의 살균 효과와 광파장에 따른 피부질환 치료의 효능 효과 및 미용 분야에 적용할 수 있는 의료기기를 개발 하였다.
본 연구에서는 무성 방전 방식의 저온 플라즈마를 생성하여 각종 피부 질환의 치료에 사용 할 수 있는 저온 플라즈마 치료기를 구현 하였다. 저온 플라즈마 이온을 이용하면 그로인한 살균 효과로 피부의 감염을 줄일 수 있으며 치료시간을 단축시킬 수 있을 것이다[1].

가설 설정

ⅰ) 전자와 이온은 전하를 띠고 있다.
ⅱ) 전자와 이온의 질량은 다르나 전하량은 같다.

제안 방법

그림 2는 전체 시스템의 구성도이다. 각 치료단계에 맞는 플라즈마 이온을 발생시키기 위해 주파수 발진 회로와 출력세기 및 시간을 조절하기 위한 컨트롤 및 시간표시 회로, 고압 방전관 에서 플라즈마 이온을 발생시켜 환부에 공급 하도록 하는 고압발생 회로와 방전관 및 전원 공급회로 (Power Supply)로 구성 하였다.
방전관과 인체를 거쳐 흐르는 전류의 강도를 확인하여 전류의 흐름이 약하게 입력될 경우 치료 시간에 포함 되지 않도록 하고 전류의 흐름이 너무 강하게 입력되어 설정한 범위를 초과 한 경우 기기의 동작을 정지시켜 환자의 안전을 확보하도록 하였다.
방전관용 고압을 발생 시킬 수 있는 Timing 신호를 발생 시키며 Intensity 조절에 의해 Duty Cycle을 변화 시켜 방전용 고압 발생부의 고압 전압을 가변할 수 있게 하였다.
이때 방전관 내부와 방전관 표면의 유리에서 방전이 일어나게 되고, 다시 방전관의 표면의 유리라는 절연체와 피부 조직을 사이에 두고 +와 - 전기 사이에 수없이 많은 전기적 에너지의 충돌이 발생하게 되어 유리 표면과 인체의 피부 사이에서 다시 방전 현상이 일어나게 되어 방전관과 인체사이에서 오존이 발생하게 된다. 이때 발생된 오존 의 살균효과와 방전 시 발생한 빛을 피부 치료 시에 적용 하도록 하였다.

성능/효과

Photo Spectrum Analyser를 사용하여 방전관에서 발생되는 발생광의 파장 및 Photon 에너지를 측정한 결과 그림12～그림17 에서 나타난 것 과같이 390nm, 585nm, 1175nm의 세 개의 파장이 발생 하였고 파장에 따라 Photon 에너지가 다르다는 것을 확인 하였다.
Photo Spectrum Analyser의 분석을 통하여 방전관에서 발생하는 빛의 파장은 방전관 내부에 충전되는 Gas의 종류에 따라 다르게 되며 빛의 파장에 따라 Photon Energy의 강도가 다르다는 것을 알게 되었고본 연구에서 사용한 방전관은 70% 네온(Ne)과 30%아르곤(Ar) Gas를 주입한 Lamp를 사용 했으나 추후 또 다른 Gas를 주입하여 다양한 파장의 광을 발생시켜 방전관에서 발생하는 빛의 파장을 달리하여 다양한 치료 용도로 사용할 수 있을 것이라는 결론을 얻게 되었다.
또한 연구에 필요한 전기적 회로와 방전관을 구동시키기 위한 프로브 제작에 필요한 기구를 설계, 제작하였으며 방전관 내부의 가스의 종류를 달리 하여 여러 파장대의 광(光)을 발생시켜 피부질환의 치료 및 미용 분야에 적용하여 치료 시간을 단축시키고 피부 재생의 안전하고 빠른 효과를 얻을 수 있도록 할 수 있는 성공적인 연구결과를 얻었다.
본 연구를 통하여 Level 에 따른 고압 전압의 변화는 고압발생용 출력신호의 Duty Cycle 따라 변화하게 되며 고압 전압의 변화에 따라 방전관 에서 발생하는 광 에너지의 강도가 변화하는 것을 확인할 수 있었다.

후속연구

본 연구를 통하여 각종 파라미터의 측정값에 대하여 만족할 만한 결과를 얻었으나 추후 성능시험을 거쳐 시스템의 효용성과 실용성을 개선시킨다면 더욱 완전한 시스템이 될 것이라 기대하며, 본 연구에서 개발된 기술은 보다 안전성이 높은 의료기기의 개발에 직접적으로 활용될 수 있을 것으로 본다. 또한 소형 경량화 하여 가정용으로 개발 한다면 각종 질환 의 조속한 치료에 널리 응용 할 수 있는 안전하고 효과적인 의료기기를 개발, 생산 할 수 있는 바탕이 될 수 있을 것이며 국민 건강에 많은 도움을 줄 것으로 기대 된다.
본 연구를 통하여 각종 파라미터의 측정값에 대하여 만족할 만한 결과를 얻었으나 추후 성능시험을 거쳐 시스템의 효용성과 실용성을 개선시킨다면 더욱 완전한 시스템이 될 것이라 기대하며, 본 연구에서 개발된 기술은 보다 안전성이 높은 의료기기의 개발에 직접적으로 활용될 수 있을 것으로 본다. 또한 소형 경량화 하여 가정용으로 개발 한다면 각종 질환 의 조속한 치료에 널리 응용 할 수 있는 안전하고 효과적인 의료기기를 개발, 생산 할 수 있는 바탕이 될 수 있을 것이며 국민 건강에 많은 도움을 줄 것으로 기대 된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	저온 플라즈마 치료기를 이용할 경우 장점은?	본 연구에서는 무성 방전 방식의 저온 플라즈마를 생성하여 각종 피부 질환의 치료에 사용 할 수 있는 저온 플라즈마 치료기를 구현 하였다. 저온 플라즈마 이온을 이용하면 그로인한 살균 효과로 피부의 감염 을 줄일 수 있으며 치료시간을 단축시킬 수 있을 것이다[1]. 또한 일반적인 피부 질환의 치료 및 미용 분야에서 여러 용도로 사용할 수 있는 장점을 가질 수 있다. 본 연구는 무성방전(silent discharge)에 의한 저온 플라즈마를 발생[2-3] 시키고 그에 의해 발생된 저온 플라즈마 이온의 효과뿐만 아니라 광 파장에 따른 여러 효과를 피부질환 의 치료와 미용 분야에 대해 적용 할 수 있도록 하였다[6-7].
	방전관에서 발생되는 발생광의 파장과 photon 에너지를 측정할 때 무엇을 사용했나요?	Photo Spectrum Analyser를 사용하여 방전관에서 발생되는 발생광의 파장 및 Photon 에너지를 측정한 결과 그림12～그림17 에서 나타난 것 과같이 390nm, 585nm, 1175nm의 세 개의 파장이 발생 하였고 파장에 따라 Photon 에너지가 다르다는 것을 확인 하였다.
	물질이 존재하는 상태에는 일반적으로 어떤 형태들이 있나요?	일반적으로 물질은 고체, 액체, 기체의 여러 가지 상태가 있으며 그들 상태의 기본적인 구성요소는 원자 혹은 원자가 여러 개 모인 분자 또는 화합물이다. 플라즈마는 원자 및 분자 또는 화합물을 구성하는 전자가 핵의 속박에서 벗어나 자유롭게 움직이며 돌아 다니는 상태이다.

참고문헌 (7)

H.-S. Um, "Low Temperature Atmospheric Pressure Plasma And Application," J. of the Physics And High Technology of The Korean Physical Society, vol. 17, no. 5, May. 2008, pp. 42-46.
J.-W. Chung, H.-D. Lee, Y.-H. Lee, G.-I. Jun, H.-K. Kim, and M.-H. Cho, "Ozone Generation Characteristics of Silent Discharge Process," J. of the Korean Society of Environmental Engineering, vol. 26, no. 3, Mar. 2004, pp. 305-312.
D.-J. Kwak, "Development of Silient Discharge Chamber with Al2O3 Dielectric Pellet to Improve Ozone Generation Characteristics," J. of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, vol. 20, no. 7, Aug. 2006, pp. 58-64.

원문보기 상세보기
T.-G. Lee and D.-H. Lee, "A study on Ozone Generation Characteristic Using Ba-Ti-Si Ceramic Tube," J. of the Environmental management Coporation, vol. 28. no. 5, May. 2006, pp. 543-548.
Y.-S. Ko, W.-C. Lee, and I.-S. Kim, "A Consideration on the Application of Thermoelectric Cooler to obesity Therapy," J. of the Korea Institute of Communication Sciences, vol. 7 no. 6, 2012, pp. 1437-1442.
M.-C. Kim, W.-C. Lee, and S.-K. Han "Effective of Change Obesity Index by Specific Posture Exercise Using the Vibrator," J. of the Korea Institute of Communication Sciences, vol. 8, no. 5, 2013, pp. 757-762.

원문보기 상세보기
Y. Han and D.-W. Kim, "Sensitivity illumination system using biological signal," J. of the Korea Institute of Communication Sciences, vol. 9, no. 4, 2014, pp. 499-508.

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