[논문]흉터 치료 촉진 효과를 갖는 치아 케어용 LED 모듈 개발과 광학적특성 분석

유균만; 손정현; 조현민; 강소희; 강성수; 박성준

doi:10.21289/ksic.2020.23.4.701

흉터 치료 촉진 효과를 갖는 치아 케어용 LED 모듈 개발과 광학적특성 분석
Development of LED Module for Tooth Care with Effect of Promoting Scar Treatment and Analysis of Optical Properties 원문보기

한국산업융합학회 논문집 = Journal of the Korean Society of Industry Convergence, v.23 no.4/1, 2020년, pp.701 - 708

유균만 (전남대학교 전기공학과) , 손정현 (명신메디칼) , 조현민 (전남대학교 생체재료개발센터) , 강소희 (전남대학교 생체재료개발센터) , 강성수 (전남대학교 생체재료개발센터) , 박성준 (전남대학교 전기공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we analyzed the optical properties of the LED module for dental care, which has the effect of promoting cell regeneration and scar treatment. The LED module is a U-shaped module suitable for the shape of teeth. It is manufactured with an LED module (632 nm) and an LED module (632 nm + 870 nm), analyzes the results of optical properties, sets the irradiation distance, irradiation time, and is effective in healing skin wounds. Evaluation was conducted. It was tested in 6 test groups according to the light irradiation conditions, and light was irradiated to the scar site every other day for 7 days, 1 day and 3 days. As a result, it was confirmed that the effect of scar treatment was the highest when the combined wavelength of 632 nm + 870 nm was irradiated in pulse mode than when the single wavelength was irradiated and the composite wavelength was continuously irradiated. In group C group irradiated with PW Mode: pulse mode (period 36 ms, pulse width 35 ms) using a composite wavelength with LED module (632 nm + 870 nm) than group A without light irradiation, the length of scar reduction was 19 %, the area of the scar was further reduced by 10%, and it was confirmed that it is effective in treating scars in the wound area.

주제어

표/그림 (15)

그림 Fig. 1 LED module(632 nm) type and lighting images
그림 Fig. 2 LED module(632 nm + 870 nm) type and lighting images
그림 Fig. 3 Test Mouse and Light irradiation
그림 Fig. 4 14mm high light irradiation guide cover
표 Table 1. Specification of Goniophotometer
그림 Fig. 5 Test group schematic and light irradiation method schematic
표 Table 2. Light irradiation conditions
그림 Fig. 6 LED Module(632 nm) spectrum
그림 Fig. 7 LED Module(632 nm + 870 nm) spectrum
표 Table 3. LED Module optical characteristics
그림 Fig. 9 Comparison of wound length change graph
그림 Fig. 8 Effect of light irradiation at the site of circular wound resection
표 Table 4. Comparison of wound length change
표 Table 5. Comparison of wound area change
그림 Fig. 10 Changes in the area of the round wound area due to light irradiation

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

LED광원이 치유효과를 갖기 위해서는 조사 파장, 조사 에너지량, 조사거리, 조사 시간 등에 따른 정밀 분석이 필요하다. 따라서 본 논문에서는 치아 케어를 위한 LED 모듈의 광학적 특성을 분석하여 치아 내부에 발생 할 수 있는 피부 창상 치유 효과에 대한 유효성을 확인하고자 한다.
본 논문은 LED 모듈을 이용한 흉터 치료 효과를 분석하고자 피부 창상 유효성 평가를 진행하였으며 인체 조사용 LED 광원은 부위나 용도에 따라 파장을 선정하는 것이 치료 효과를 향상시키는데 효과적이라는 사실은 많은 연구결과에서 이미 입증되었다[4-6]. 따라서 우리는 광조사 조건에 따라 6개의 그룹으로 시험을 진행하고 그 결과를 분석하였다.
LED 광원의 피부 치료는 독성 및 약물 부작용 등의 우려가 적고 LED 파장에 따른 특정 치료 효과를 가질 수 있다[3]. 현재 LED 광원을 이용한 피부마스크, 온열기 등은 많은 업체들이 생산하고 있으나 LED를 이용한 치아보조 기기는 치아 미백기 외에 생산되는 제품이 없어 잇몸의 상처 치료 효과를 갖는 치아 케어용 LED 모듈을 개발하고자한다. LED를 이용한 헬스케어용 제품은 LED광원의 광학적 특성에 따라 치유 효과가 상이하게 나타나며, 잘못 적용할 경우 오히려 상처의 악화가 진행될 수 있다.

제안 방법

마우스 마취를 유도한 이후 포비돈과 알코올을 사용하여 등을 소독하고 복와위 자세로 보정하고 등쪽 피부에 6 mm biopsy punch 를 이용하여 네 개의 원형 절제창상을 유발하였다. 1일차에 원형 절제 창상부위를 좌우로 구분하여 각 군 별 조사조건에 맞추어 LED 광조사 모듈을 통해 광조사하고이 때 반대편에 영향이 가지 않도록 광조사 사이드커버를 이용하여 다른 Group에 영향이 가지 않도록 하였다. 3일차와 5일차는 호흡 마취제인 Sevoflurane (세보프란, 하나제약주식회사, Korea)을 사용하여 마취를 유도한 후 호흡마취기를 통하여 산소와 Sevoflurane 의 농도를 조절하며 마취를 유지하면서 광조사 1일차와 동일한 방법으로 광조사를 실시하였다.
표 2. 에 따라 조사방법, 조사시간, 조사거리를 설정하고 그림 3. 과 같이 수컷 마우스에 마취 후광조사 시험을 진행하였다. 그림 5.
1일차에 원형 절제 창상부위를 좌우로 구분하여 각 군 별 조사조건에 맞추어 LED 광조사 모듈을 통해 광조사하고이 때 반대편에 영향이 가지 않도록 광조사 사이드커버를 이용하여 다른 Group에 영향이 가지 않도록 하였다. 3일차와 5일차는 호흡 마취제인 Sevoflurane (세보프란, 하나제약주식회사, Korea)을 사용하여 마취를 유도한 후 호흡마취기를 통하여 산소와 Sevoflurane 의 농도를 조절하며 마취를 유지하면서 광조사 1일차와 동일한 방법으로 광조사를 실시하였다.
LED 모듈 조사 파장, 조사 방법과 조사 에너지량[J]에 따른 흉터 치료 효과와 시험 재료는 그림 3. 시험용 수컷 쥐(SKH1-hairless, 주식회사 오리엔트바이오호남 社, 대한민국, 7주령 30∼35g)에 직경 6 mm 원형 절제 창상(Excision model)을 유발하여 그림 4. 의 14 mm 높이 광 조사 가이드 커버로 그림 1, 2 의 LED 모듈을 고정 한 후 DC 파워서플라이(Yokogawa, GS610)를 이용하여 2가지 전원 인가 방법(CW Mode: Countius mode, PW Mode: pulse mode(period 36 ms, pulse width 35 ms)으로 표 2. 광 조사 조건에 따라 조사 하였다.
는 흉터 치료효과 확인을 위한 시험군 모식도와 조사 방법에 대한 계략도를 나타내었다. A-F까지 그룹을 분류하고 원형 창상을 유발한 첫째 날부터 격일 되는 1일, 3일, 5일에 표 2.의 조건으로 각각 광을 조사 하였으며 시험용 수컷 마우스는 7일째 되는 일에 CO₂ 챔버를 사용하여 희생시켰다.
LED 모듈은 흉터에 조사 될 때 단파장 스펙트럼을 발광하지만, 반치폭(FWHM: full width at half maximum)의 범위에 따라서 632 nm와 870 nm의 파장이 섞여 다른 파장을 발광할 수 있으므로 LED 모듈의 분광분포를 측정하여 확인하였다. 그림 6.
의 14 mm 높이 광 조사 가이드 커버로 그림 1, 2 의 LED 모듈을 고정 한 후 DC 파워서플라이(Yokogawa, GS610)를 이용하여 2가지 전원 인가 방법(CW Mode: Countius mode, PW Mode: pulse mode(period 36 ms, pulse width 35 ms)으로 표 2. 광 조사 조건에 따라 조사 하였다. 이때 원형 절제 창상 부위가 LED 모듈의 절반 영역이므로 그림 4.
광학적특성평가장비 내 장착된 LED 모듈을 회전시키며 고정된 디텍터로 복사선 속(Wθ), 첨두파장[nm]을 측정하였다.
결과적으로 피부창상 치유 유효성 검증에서 그룹 B, 그룹 E, 그룹 F를 제외 하고, 광을 조사하지 않은 그룹 A보다 흉터 치료에 효과를 보인 것은 그룹 C와 그룹 D이다. 그룹 C와 D는 LED 모듈(632 nm + 870 nm)을 이용하여 PW 모드로 조사되었다. 그룹 C와 그룹 D는 조사 시간에서만 차이를 가지는데, 1회에 200 s(조사에너지는 18.
본 논문은 LED 모듈을 이용한 흉터 치료 효과를 분석하고자 피부 창상 유효성 평가를 진행하였으며 인체 조사용 LED 광원은 부위나 용도에 따라 파장을 선정하는 것이 치료 효과를 향상시키는데 효과적이라는 사실은 많은 연구결과에서 이미 입증되었다[4-6]. 따라서 우리는 광조사 조건에 따라 6개의 그룹으로 시험을 진행하고 그 결과를 분석하였다. 결과적으로 피부창상 치유 유효성 검증에서 그룹 B, 그룹 E, 그룹 F를 제외 하고, 광을 조사하지 않은 그룹 A보다 흉터 치료에 효과를 보인 것은 그룹 C와 그룹 D이다.
, Korea) 5 mg/kg 을 근육 내 투여하였고, 진통처치로 Tramadol HCl (마리트롤, ㈜제일제약, Korea) 20 mg/kg 을 복강 내 투여하였다. 마우스 마취를 유도한 이후 포비돈과 알코올을 사용하여 등을 소독하고 복와위 자세로 보정하고 등쪽 피부에 6 mm biopsy punch 를 이용하여 네 개의 원형 절제창상을 유발하였다. 1일차에 원형 절제 창상부위를 좌우로 구분하여 각 군 별 조사조건에 맞추어 LED 광조사 모듈을 통해 광조사하고이 때 반대편에 영향이 가지 않도록 광조사 사이드커버를 이용하여 다른 Group에 영향이 가지 않도록 하였다.
실험 전 수컷 마우스(SKH1-hairless, ㈜오리엔트바이오호남, 대한민국)의 개체별 체중을 측정한 뒤 동물용 진정⋅진통⋅근육이완제 Xylazine (Rompun, Bayer korea Ltd., Korea) 10 mg/kg 와 동물용 마취제인 Ketamine (유한케타민 50주, ㈜유한양행, Korea) 100 mg/kg 을 복합하여 복강 내 투여하여 전신 마취하였다.
, Korea) 10 mg/kg 와 동물용 마취제인 Ketamine (유한케타민 50주, ㈜유한양행, Korea) 100 mg/kg 을 복합하여 복강 내 투여하여 전신 마취하였다. 이후항생처치로 Enrofloxacin (바이트릴 25 주, Bayer korea Ltd., Korea) 5 mg/kg 을 근육 내 투여하였고, 진통처치로 Tramadol HCl (마리트롤, ㈜제일제약, Korea) 20 mg/kg 을 복강 내 투여하였다. 마우스 마취를 유도한 이후 포비돈과 알코올을 사용하여 등을 소독하고 복와위 자세로 보정하고 등쪽 피부에 6 mm biopsy punch 를 이용하여 네 개의 원형 절제창상을 유발하였다.
창상 유발 후 7일째 육안 사진을 촬영하여 창상부의 육안적 계측을 실시하였다. 각 군별로 육안 사진 촬영 분석 결과 창상 유발 3일, 5일, 7일째에 창상부에서의 가피 형성 및 창상 크기 감소를 관찰하였다.
창상의 장축 길이를 측정하여 각 군별 차이를 비교하였다. 그룹 C (632 nm + 850 nm, 200 s) 군에서 창상부의 길이가 Day 1에 5.
표 3. 에서 LED 모듈 광학적 특성과 LED 모듈의 전원 인가 방법(CW Mode: Countius mode, PW Mode: pulse mode(period 36 ms, pulse width 35 ms), 조사 시간에 따른 조사에너지량을 계산 하였다. 또한 조사된 에너지량은 실제 원형창상부위에 가해진 에너지량으로 그림 4.
LED 모듈은 632 nm ± 2 nm 와 870 nm ± 2 nm 를 첨두파장으로 발광하는 2가지 타입의 LED 패키지를 이용하여 제작되었다. 회로 기판의 재질 또한 인체의 구강에 삽입됨을 고려하여 U자 형태의 배열을 갖도록 설계하였으며, Flexible PCB로 제작되어 구강 내 삽입 되었을 때에 사용자의 불편함을 감소시킬 수 있도록 하였다.

대상 데이터

광 조사 조건에 따라 조사 하였다. 이때 원형 절제 창상 부위가 LED 모듈의 절반 영역이므로 그림 4. 의 14 mm 높이 광 조사 가이드 커버를 이용하였으며 광 조사 시 LED 모듈의 조사 에너지량[J]은 LED 모듈의 광학적특성 분석으로 측정된 총 에너지의 1/2만이 사용되었다.
LED 모듈은 632 nm ± 2 nm 와 870 nm ± 2 nm 를 첨두파장으로 발광하는 2가지 타입의 LED 패키지를 이용하여 제작되었다.
은 첨두파장이 632 nm ± 2 nm 인 LED 패키지 10개를 병렬로 결선하여 제작되었으며, 시료의 입력정격전류는 DC 200 mA이다. 그림 2 는 632 nm LED 패키지 6개, 870 nm LED 패키지 4개를 사용하여 파장별로 병렬회로를 구성하여 제작하였으며 두 회로의 전원회로는 분리되어있다. 입력정격전류는 632 nm LED 패키지, DC 120 mA와 870 nm LED 패키지, DC 400 mA 이다.
은 첨두파장이 632 nm ± 2 nm 인 LED 패키지 10개를 병렬로 결선하여 제작되었으며, 시료의 입력정격전류는 DC 200 mA이다.
그림 2 는 632 nm LED 패키지 6개, 870 nm LED 패키지 4개를 사용하여 파장별로 병렬회로를 구성하여 제작하였으며 두 회로의 전원회로는 분리되어있다. 입력정격전류는 632 nm LED 패키지, DC 120 mA와 870 nm LED 패키지, DC 400 mA 이다. LED 모듈의 광학특성은 광학적특성평가장비(Neolight G500, ㈜파이맥스)를 이용하여 측정되었으며, 시료 중앙점과 디텍터의 측정거리는 0.

성능/효과

4 J로 계산되었다. LED 모듈(632 nm + 870 nm)을 PW 모드로 조사 하면 CW 모드로 조사 하는 에너지량의 97.1 % 수준의 값으로 2.8 % 가량 에너지 조사량이 적은 것으로 확인하였다. 반대로 에너지가 가장 적게 조사된 조건은 LED 모듈(632 nm)를 200 ms 동안 조사하였을 때 10.
창상 유발 후 7일째 육안 사진을 촬영하여 창상부의 육안적 계측을 실시하였다. 각 군별로 육안 사진 촬영 분석 결과 창상 유발 3일, 5일, 7일째에 창상부에서의 가피 형성 및 창상 크기 감소를 관찰하였다. 그림 8.
따라서 우리는 광조사 조건에 따라 6개의 그룹으로 시험을 진행하고 그 결과를 분석하였다. 결과적으로 피부창상 치유 유효성 검증에서 그룹 B, 그룹 E, 그룹 F를 제외 하고, 광을 조사하지 않은 그룹 A보다 흉터 치료에 효과를 보인 것은 그룹 C와 그룹 D이다. 그룹 C와 D는 LED 모듈(632 nm + 870 nm)을 이용하여 PW 모드로 조사되었다.
결론적으로 원형 창상 치유에는 단일 파장 632 nm ± 2 nm LED 모듈, 870 nm ± 2 nm LED 모듈을 이용하여 치유하는 것보다 복합파장 632 nm ± 2 nm 870 nm ± 2 nm을 이용하여 펄스모드로 조사하였을 때 광을 조사하지 않은 그룹 A보다 흉터의 길이 감소는 19 %, 흉터의 면적은 10 %가 더 감소하며 광 조사 군중에서 가장 높은 치유 효과가 있음을 확인하였다.
그룹 C (632 nm + 850 nm, 200 s) 군에서 창상부의 길이가 Day 1에 5.55±0.17 mm에서 3.62±0.21 mm로 34.8 % 감소하여 창상 부의 길이가 가장 많이 감소하였으며, 광을 조사하지 않은 그룹 A군은 Day 1에 5.96±0.15 mm에서 Day 7에 5.02±0.18 mm로 15.8 % 감소하였다.
그룹 C와 D는 LED 모듈(632 nm + 870 nm)을 이용하여 PW 모드로 조사되었다. 그룹 C와 그룹 D는 조사 시간에서만 차이를 가지는데, 1회에 200 s(조사에너지는 18.1 J)조사한 C 그룹이, 그룹 D는 조사시간 600 s(조사에너지량 54.4 J)로 조사된 그룹 D 와 비교하였을 때 약 3 3 % 밖에 되지 않는 조사에너지량으로 창상부 길이가 더 좋은 효과를 얻었다. 흉터 치료 효과가 광 조사 에너지량에 비례한다면 그룹 D는 그룹 C보다 더 좋은 효과를 보여야 하나 그렇지 않은 것으로 보아 조사 시간에 따른 에너지량이 높다고 치유효과가 높아진다고 할 수 없다.
단, 계산 된 조사에너지[J]는 PW 전원 입력이 시작된 순간부터 조사 마지막 순간까지 항상 같은 복사선속[W]을 방출하는 성능을 갖고 있다는 가정 하에 계산된 값이다. 원형 창상 부위에 조사된 에너지량은 LED 모듈 (632 nm + 870 nm)을 PW 모드로 600 s 동안 조사 하였을 때 56.0 J, CW 모드는 54.4 J로 계산되었다. LED 모듈(632 nm + 870 nm)을 PW 모드로 조사 하면 CW 모드로 조사 하는 에너지량의 97.
창상의 감소 면적 또한 그룹 A군이 30.4 % 만감소한 반면에 그룹 C군이 40.4 %가 감소하여 흉터 면적이 10 % 가량 더 많이 감소한 경향을 확인하였다.

후속연구

이것은 CW 모드보다 PW모드가 특정 조건 하에서 CW 모드 에너지 보다 조직 내로 더 깊숙이 이동할 수 있으며 강력한 펄스의 첫 번째 부분이 상부 조직 층의 모든 발색단 분자를 포착하기에 충분한 광자를 포함할 수 있기 때문이다[7,8]. 피부 창상 유효성 효과는 반응에 대한 기간, 간격, 펄스 폭, 펄스 간격 등의 정확한 펄스 매개 변수 뿐만 아니라 연속파(CW 모드) 대 펄스파(PW 모드)의 영향은 추가 연구가 필요할 것으로 생각된다.

참고문헌 (8)

Maria Emilia de Abreu Chaves, "Effects of low-power light therapy on wound healing: LASER x LED", n Bras Dermatol, Vol. 89, No. 4, pp. 616-623 A, 2014

상세보기
Mester E, Mester AF, Mester A, "The biomedical effects of laser applications" Laser Surg Med, Vol 5, pp. 31-39, 1985.
Whelan H T, S m its RLJ, B uchman EV, Whelan NT, Turner SG, Margolis DA, Cevenini V, Stinson H, Ignatius R, Martin T, Cwiklinski J, Philippi AF, Graf WR, Hodgson BGL, Kane M, Chen G, Caviness J. Effect of NASA light-emitting diode irradiation on wound healing. J Clin Laser Med Surg 2001;19:305-314.

상세보기
Min-Joong Moon, Jie-Beom Lee, Jun-Mo Han, In-Seon Yeo, "Analysis of the optical properties of LED for S. mutans antifungal effect a nd m ouse f ibroblast activity u sing horizontal irradiance", The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers Vol. 62, No. 2, pp. 708-708, 2013
Sterenborg HJ, van Gemert MJ: Photodynamic therapy with pulsed light sources: A theoretical analysis. Phys Med Biol 41:835-49, 1996

상세보기
Min-Joong Moon, Kyun-Man Yoo, In-Seon Yeo, "Analysis of the Optical Properties of LEDs for Oral Care with S. mutans Inhibition and Fibroblast Activation Effects", Journal of the Korean Instiute of Iuminating and Electrical Instalation Enginers, Vol. 33, No. 7, pp. 1-12, 2019
D. Barolet, "Light-Emitting Diodes(LEDs) in dermatology," J. Semin. Cutan. Med. and Surg., vol. 27, pp. 227-238, 2008.

상세보기
Sterenborg HJ, van Gemert MJ: Photodynamic therapy with pulsed light sources: A theoretical analysis. Phys Med Biol 41:835-49, 1996.

상세보기

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증