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[국내논문] 심부투열용 2MHz 고주파 재활치료기의 개발에 관한 연구
A Study on Development of 2MHz High-frequency Rehabilitation Treatment Device for Deep Part 원문보기

전기학회논문지. The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers. P, v.66 no.3, 2017년, pp.117 - 122  

안종복 (Dept. of Biomedical Convergence Engineering, Gangneung-Wonju National University) ,  김상범 (Dept. of Computer Science Engineering, HI Medical) ,  원철희 (Dept. of Electrical and Electronics Engineering, HI Medical) ,  김성훈 (College of Medicine, Yonsei University) ,  박철원 (Dept. of Electrical Engineering, Gangneung-Wonju National University)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Due to the aging and obesity population in Korea, degenerative musculoskeletal diseases and people suffering from degenerative arthritis are increasing day by day. So, it is necessary to develop rehabilitation treatment device. Conventional high-frequency treatment devices have disadvantages in that...

주제어

#Feedback control   #High-frequency stimulator   #Joint insulation flexible multipolar electrode   #Rehabilitation treatment device  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 인체부하에 의해 발생하는 지상전류를 보상하여 인버터의 역률을 개선하며 발열과 소음을 억제할 수 있도록 필터용 커패시터와 인덕턴스를 선정하였다. 또한, LC 필터와 개선된 피드백 알고리즘을 고주파 회로에 적용하여 인체부하변동 및 고속 스위칭에 따른 출력변동 및 위상차의 변동에 의한 효율을 극대화해 고주파 치료의 안정성 및 유효성을 확보하고자 하였다. 그림 4는 LC 필터회로 적용과 2MHz 출력 결과를 나타낸다.
  • 즉, 심부투열을 위한 2MHz 고주파 재활 치료 장치의 설계를 다룬다. 또한, 안전성과 효능을 개선하기 위하여 다관절 절연 유연 다극 전극(joint insulation flexible multipolar electrode)을 소개하고자 한다. 고주파 자극기 시스템 하드웨어는 피드백 제어를 사용하는 고주파 발생 회로와 32비트 AMAZON-II를 기반으로 하는 CPU 보드를 설계하였다.
  • 이에 따라 산자부의 지원을 받아 경제협력권산업 육성사업이 진행되고 있다. 본 논문에서는 이 개발 연구과제의 일부를 정리하고자 한다[8, 9].
  • 본 논문에서는 치료 시간을 줄이고 측정 사이트로의 출력에 대해 안정적이고 효과적인 맞춤형 치료 장치를 설계하였다. 먼저, 실리콘 소재의 유연한 고주파 전극을 개발, 시험하여 심부열 전달에 있어 효과적이라는 것을 알 수 있었으며 패턴에 온도센서(PT100)를 적용하여 환부의 화상방지를 예방하는 안전성을 확보하였다.
  • 본 논문은 치료 시간을 줄이고 안정적으로 출력을 대상 신체 부위로 인가 할 수 있으며 효과적인 맞춤형 재활 치료기를 제안하고자 한다. 즉, 심부투열을 위한 2MHz 고주파 재활 치료 장치의 설계를 다룬다.
  • 본 연구과제는 다관절 치료전용 전극, 피드백 인버터, 가변 SMPS, 디자인/기구 개발 등을 통하여 다관절 절연 유연전극 기술기반의 임피던스 매칭기술을 적용한 심부투열용2MHz 고주파 재활치료기를 개발하는 것이다. 그림 2는 개발개요를 나타낸다.
  • 본 연구에서는 안전성과 효능을 개선하기 위하여 실리콘 소재의 유연한 고주파 전극을 개발하여 시험하였다. 전극 실험의 결과, 각 전극은 약 50[Ω] 이하로 형성되었으며, 심부에 전류전달이 용이한 RET 방식과 유연한 실리콘 소재로 굴곡진 관절부위에 밀착할 수 있도록 하여 심부열 전달의 효율을 높이도록 개발하였다.
  • 임상 테스트는 인체에 적용되기 전에 구현 된 고주파 자극기의 안전성과 효능 검증이 필요하다. 인체와 비슷한 구조를 가진 마이크로 돼지의 실내 온도 상승을 위한 고주파 자극기의 안전성과 유효성을 평가하기 위한 전임상 시험을 수행하였다. 이 전임상 시험 결과, 고주파 자극기를 적용하여 부작용이나 악영향을 일으키지 않았으며, 중심 온도가 약 4-5[℃]의 온도 상승에 따라 목표 치료 온도에 도달 한 것으로 확인되었다[8, 9].
  • 고주파 자극기 시스템 하드웨어는 피드백 제어를 사용하는 고주파 발생 회로와 32비트 AMAZON-II를 기반으로 하는 CPU 보드를 설계하였다. 제시한 시스템의 성능 평가를 위하여 몇 가지 시험을 통해 제시한 고주파시스템의 효율성과 인간에 대한 부하 변동에 따라 피드백 제어가 가능함을 검증하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
재활 치료기의 개발이 요구되는 이유는? 전 세계의 고령자가 증가 추세에 있고, 한국의 노령화와 비만 인구로 증대로 인해 퇴행성 근 골격계 질환 및 퇴행성 관절염 환자가 날로 증가하고 있기에 재활 치료기(rehabilitation treatment device)의 개발이 요구되고 있다. 또한, 노인에 대한 의료 서비스 수요가 증가함에 따라 통증완화장치 시장의 확대가 예상된다[1].
고주파 자극기는 어떻게 사용되고 있는가? 한편, 고주파 자극기(high-frequency stimulator)는 인체에 고주파 에너지를 적용하여 심부열을 발생시키고 피부 관리 및 비만 치료 목적으로 사용되고 있다[2, 3].
그동안의 고주파 자극기는 부하 변동에 따라 선택적으로 제어 불가 상태가 되었으며, 종종 화상을 입히는 부작용이 있었는데 이러한 해결책으로 어떤 사업을 진행하였는가? 또한, 종래의 고주파 자극기는 부하 변동에 따라 선택적으로 제어 할 수 없으며 시스템의 불안정성으로 화상을 입히는 등 부작용이 있어 치료 효과가 미흡하였다[4-7]. 이에 따라 산자부의 지원을 받아 경제협력권산업 육성사업이 진행되고 있다. 본 논문에서는 이 개발 연구과제의 일부를 정리하고자 한다[8, 9].
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참고문헌 (10)

  1. C. W. Park, C. H. Won, S. W. Lim, "Design of Feedback Control High F'requency Circuit According to Human Body Change", KIEE Conference, pp. 69-76, October 2012. 

  2. C. W. Park, C. H. Won, "High Frequency Circuit Design using Feedback Control with Body Load Fluctuation for Pain Relief Therapy", Trans. of KIEE, vol. 62P, no. 1, pp. 45-49, March 2013. 

  3. C. W. Park, C. H. Won, S. B. Kim, et al., "Design of an Advanced High Frequency System Based on Joint Insulation Flexible Electrode and Impedance Matching for Rehabilitation Device", ICEE 2016 Conference, ID. 90291, July 2016. 

  4. Peter Resca, Dave Murray, Astrodyne, "Evolving Standards Reshape Medical Power Supplies", Power Electronics Technology, April 2007. 

  5. Parker, MG, et al, "fatigue response in human quadriceps femoris muscle during high frequency electrical stimulation", J Orthop Sports Phys Ther, 7 : 145, 1986. 

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  6. W. McMurray, "Selection of snubber and clamps to optimize the design of transistor switching converters", IEEE Transactions on Industry Applications, vol. IAI6, no. 4, pp. 513-523, 1980. 

  7. Dermot Flynn, "Challenges for Power Supplies in Medical Equipment", IEEE Power Electronics Magazine, pp. 32-37, June 2015. 

  8. C. H. Won, C. W. Park, S. B. Kim, S. H. Kim, et al., "The joint insulation flexible electrode impedancebased technology to deep heat 2MHz high frequency matching technology applied to develop rehabilitation devices", MOTIE, KIAT, 1streport(R004900), pp. 1-46, Sep. 2016. 

  9. C. W. Park, C. H. Won, S. B. Kim, S. H. Kim, et al., "Design of 2MHz High-frequency Rehabilitation Treatment Device for Deep Part", ICEE 2017 Conference, 201702200000198, pp. 2036-2040, July 2017. 

  10. J. Y. Park, S. D. Kim, J. K. Suh, et. al., "Radiofrequency Partial Dorsal Root Ganglionotomy For Persisitent Low Back and Leg Pain Following Lumbar Surgery", Korean Journal of Spine, no. 1, pp. 99-106, 2004. 

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