[논문]피부의 색소치료를 위한 펄스 광 시스템의 개발

전종백; 탁한호

doi:10.6109/jkiice.2021.25.1.81

피부의 색소치료를 위한 펄스 광 시스템의 개발
Development of a Pulse Light System for Treating Skin Pigmentation 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.25 no.1, 2021년, pp.81 - 87

전종백 (NuRi&G Engineering Co., Ltd) , 탁한호 (Department of Electronic Engineering, Gyeongnam National University of Science and Technology)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 다양하게 피부치료가 가능한 V-IPL 방식을 도입하여 피부치료 시스템을 설계하여 실험하였고, 또한 병변에 따라 플래쉬 램프를 순차적으로 점등시키는 새로운 방식인 방전 방식을 이용하였으며, 기존의 LC 가변방식과 스위칭소자의 스위칭모드 제어방식을 활용하여 펄스 형상제어를 시스템에 구성하였다. 그 결과 마이크로프로세서를 이용하여 펄스폭이 1[㎛]까지 가변이 가능하였고, 깊이와 넓이에 따른 병변에 플래쉬 램프를 순차 점등시키므로써 펄스형상 및 펄스모양을 보다 다양하게 할 수 있었다. 그리고 펄스폭을 약 1~100[ms]까지 다양하게 긴 펄스를 만들 수 있었으며, 기존의 제품은 One pulse(pulse width : 1~40ms)이지만 제안한 제품은 Three pulse(pulse width : 1~100ms)로 특별한 차이가 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study the skin care system was designed and tested by introducing V-IPL(Variable-Intense Pulse Light) methods that allow various skin treatments. The discharge method, a new method of switching on the flash lamp sequentially according to the lesions, was used. Pulse shape control is implemented in the system using the conventional LC variable method and the switching method control method of the switching element. As a result, the pulse width could be varied up to 1[㎛] by using a microprocessor, and by turning on the flash lamp sequentially along the lesions the depth and width, the pulse shape and pulse shape could be more diverse. We could also make long pulses of up to 1~100[ms] in various pulse width. And the special differences between the existing system and the proposed system in this study are as follow. Existing system is one pulse(pulse width : 1~40ms) and proposed system is three pulse(pulse width : 1~100ms).

주제어

표/그림 (14)

그림 Fig. 1 Proposed total algorithm
그림 Fig. 2 Total block diagram
그림 Fig. 3 Waveform of signals
그림 Fig. 4 Display of setting GUI
그림 Fig. 5 Experimental system
그림 Fig. 6 Optimal skin color
그림 Fig. 7 Delay value of optimal periods according to skin color
그림 Fig. 8 Pulse width of experimental
그림 Fig. 9 Trigger voltage waveform of flash lamp
그림 Fig. 10 Compare of lamp current & V-IPL beam
그림 Fig. 11 Compare of lamp current & V-IPL beam (superposition)
그림 Fig. 12 Output of discharge delay time flash lamp
그림 Fig. 13 Pulse width of flash lamp discharge delay time
표 Table. 1 Result of experiment

AI 본문요약
AI-Helper

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제안 방법

및 구현하였다.[7] 시스템의 기본 설계사양은 피부에 낮은 파장으로 표피손상을 줄이면서 에너지 간격조절이 가능하고, 원치 않는 조직에 손상을 줄일 수 있도록 최적의 파라미터로 에너지밀도, 펄스시간, 펄스폭, 지연시간을 다양하게 조절이 가능하도록 설계하였다.[8, 9]
또한 기존의 IPL 시스템과는 구동방식이 다르게 Atmega 128 One-Chip 마이크로프로세서를 이용하여 1[㎛]까지 정밀하게 3개의 플래쉬 램프를 순차적으로점등시키는 다중 방전방식의 V-IPL 시스템을 설계 및 제작하여 지연시간에 따른 펄스세기(램프전류), 펄스폭등에 관하여 연구하였고, PFN(Pulse Forming Nnetwork) 의 메쉬(램프) 수에 따른 펄스 모양을 비교 분석하였다.
보다 다양하게 할 수 있었다. 또한 펄스 폭을 약 1~100[㎳]까지 다양하게 긴 펄스를 만들 수 있었고, 기존의 제품은 One pulse(pulse width : 1~40ms) 이지만본 연구에서 제안한 특성은 Three pulse(pulse width : 1~100ms)로 특별한 차이가 있었다. 그리고 다단 메쉬의경우 1단이나 3단 메쉬보다 펄스폭이 약 10%, 15% 좁지만, 피크치가 15%, 5%, 출력에너지가 17%, 5% 높으므로 단위면적당 물질에 작용하는 에너지밀도가 기존의 제품보다 다소 높았다.
875가 되므로 본연구에서 사용한 공진기는 안정된 공진조건을 만족하게 된다. 또한 펄스당 레이저의 출력이 수 [J]로서 빔 프로파일러(pyroelectric detector)가 손상을 입을 수 있으므로 투과율 99%의 빔 스플리트를 이용하여 레이저 빔 프로파일러를 계측하였다.
본 연구에서는 DC 30KV, 전압비 1000:1인 IWATSU 사의 모델 HV-P30를 사용하여 측정하였고, 전류는 직접 제작한 전류비가 1000:1인 Rogowski coil로 측정하였다. 전체 커패시턴스는 1200[µF], 인덕턴스는 900[µH]에 입력전압은 520[V]를 인가했을 경우 전류 피크값은 1, 3, 6 단에 각각 550[A], 650[A], 660[A]이고, FWHM(full width at half maximum)은 2.
본 연구에서는 다양하게 피부 치료가 가능한 V-IPL 방식을 도입하여 피부치료 시스템을 설계하여 실험하였고, 또한 병변에 따라 플래쉬 램프를 순차적으로 점등시키는 새로운 방식인 방전 방식을 이용하였으며, 기존의 LC 가변방식과 스위칭소자의 스위칭모드 제어방식을 활용하여 펄스 형상제어를 시스템에 구성하였다.
본 연구에서는 피부미용을 위하여 여드름 박테리아 등을 치료하는 색소치료용과 모세혈관 확장증 등에 사용하는 혈관치료용 및 피부노화·안면홍조 등의 광 치료용과 체모 제거를 위한 체모 제거용 등으로 다양하게 피부치료가 가능한 V-IPL 방식을 도입하여 시스템을 설계 및 구현하였다.[7] 시스템의 기본 설계사양은 피부에 낮은 파장으로 표피손상을 줄이면서 에너지 간격조절이 가능하고, 원치 않는 조직에 손상을 줄일 수 있도록 최적의 파라미터로 에너지밀도, 펄스시간, 펄스폭, 지연시간을 다양하게 조절이 가능하도록 설계하였다.
반면에 가장 큰 단점은 저주파 특성이 좋지 못한 점이지만 본 연구에서 회로의 동작 특성분석 및 응용이 주로 고주파 대역의 한정된 영역에서 이루어지므로 본 실험에서는 가능하다. 스트로브 신호가 있는 경우로 측정 주파수대역이 직류까지 가능한 로고스키 코일의 전류 측정 방법을 제시하고, 실제 구성된 회로를 통하여 직류성분을 포함한 광대역의 대전류 신호를 측정하였다.
시스템의 기본 설계사양은 피부에 낮은 파장으로 표피손상을 줄이면서 에너지 간격조절이 가능하고, 원치 않는 조직에 손상을 줄일 수 있어 멜라닌 세포에 의한 과 색소 침착이 우려되는 한국인 치료 등에 안전하고, 최적의 파라미터인 에너지밀도, 펄스시간, 펄스폭, 지연시간을 다양하게 조절이 가능하도록 설계하였다, 기존의 IPL 시스템과는 구동방식이 다르게 1[㎛]까지 정밀하게 3개의 플래쉬 램프를 순차 점등시키는 다중방전 방식의 V-IPL 시스템을 설계하기 위한 전체적인 블록 다이어그램은 그림 2와 같다.
금으로 코팅한 레이저의 원통형 공진기(cavity)는 램프에서 방사되는 빛을 타원형 cavity나 원통형 석영 cavity보다는 효과적으로 로드에 빛을 전달시키기 어렵다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 논문에서는 cavity의 중앙에 로드를 설치하고, 그 주위에 120° 각도로 아주 근접하게 램프를 설치하여 손실을 최대한으로 줄일 수 있게 설계하였다.
레이저는 특정 매질에서 나오는 빛을 이용하는데 비하여 일반적인 V-IPLe 다양한 파장의 빛 (515~1200nm)을 강한 펄스 형태로 주기적으로 발생 시켜 전혀 별개의 피부질환을 부작용 없이 동시에 치료할 수 있는 방식이지만 이러한 시스템도 피부색에 따라 문제점을 안고 있다. 이를 개선하기 위해 본 연구에서는 전기충격에 대한 보호등급은 1급 B형, 파장길이는 560[nm], 590[nm], 640[nm], 755[nm], 출력의 세기는 20J/㎠~ 45J/㎠, 펄스폭은 0.5ms~15ms, 펄스주파수는 1㎐~3 ㎐, 냉각 방식은 내순환 수냉식, 환경 온도는 실온 5℃~ 45℃, 다파장을 이용하여 펄스를 출력시켜 광을 조사하였고, 펄스정보를 주면 동작하는 게이트 펄스 발생 회로를 오실로스코프로 검출하는 형태로 시스템을 설계하였다.

대상 데이터

본 실험에 사용된 로고스키 코일은 지름 0.8[mm]의 에나멜 동선을 내경 52[mm], 두께 38[mm]의 트로이달구조이며, 2차측 자기인덕턴스는 4.3[mH], 직류 저항 성분은 0.5[#, 외부의 전압검출용 저항은 4.7[# 이고, 잡음을 줄이기 위해 외부저항과 직렬로 940[nF] 의 커패시턴스를 연결하였다.

성능/효과

결과적으로 본 논문에서 제안한 다양하게 피부 치료가 가능한 V-IPL 방식이 펄스가 하나인 기존의 제품보다 2개가 더 많은 3개로 피부에 나타난 다양한 병변을 치료하기 위해서 더 효과적이라는 것을 알 수 있다. 앞으로의 연구과제는 실제 병원에서 임상실험으로 색소치료용과 모세혈관 확장증 등에 사용하는 혈관치료용 및 피부노화 및 안면홍조 등과 광치료용, 체모제거를 위한 제모제거용 등으로 다양하게 피부 치료가 가능한 V-IPL 방식의 제품이 더 효과적임을 제시하고자 한다.
그 결과 마이크로프로세서를 이용하여 펄스폭이 1[µm]까지 가변이 가능하였고, 깊이와 넓이에 따른 병변에 플래쉬 램프를 순차 점등시키므로써 펄스형상 및 펄스 모양을 보다 다양하게 할 수 있었다. 또한 펄스 폭을 약 1~100[㎳]까지 다양하게 긴 펄스를 만들 수 있었고, 기존의 제품은 One pulse(pulse width : 1~40ms) 이지만본 연구에서 제안한 특성은 Three pulse(pulse width : 1~100ms)로 특별한 차이가 있었다.
그리고 공진기의 안정성은 0.875가 되므로 본연구에서 사용한 공진기는 안정된 공진조건을 만족하게 된다. 또한 펄스당 레이저의 출력이 수 [J]로서 빔 프로파일러(pyroelectric detector)가 손상을 입을 수 있으므로 투과율 99%의 빔 스플리트를 이용하여 레이저 빔 프로파일러를 계측하였다.
또한 펄스 폭을 약 1~100[㎳]까지 다양하게 긴 펄스를 만들 수 있었고, 기존의 제품은 One pulse(pulse width : 1~40ms) 이지만본 연구에서 제안한 특성은 Three pulse(pulse width : 1~100ms)로 특별한 차이가 있었다. 그리고 다단 메쉬의경우 1단이나 3단 메쉬보다 펄스폭이 약 10%, 15% 좁지만, 피크치가 15%, 5%, 출력에너지가 17%, 5% 높으므로 단위면적당 물질에 작용하는 에너지밀도가 기존의 제품보다 다소 높았다.

후속연구

반면에 가장 큰 단점은 저주파 특성이 좋지 못한 점이지만 본 연구에서 회로의 동작 특성분석 및 응용이 주로 고주파 대역의 한정된 영역에서 이루어지므로 본 실험에서는 가능하다. 스트로브 신호가 있는 경우로 측정 주파수대역이 직류까지 가능한 로고스키 코일의 전류 측정 방법을 제시하고, 실제 구성된 회로를 통하여 직류성분을 포함한 광대역의 대전류 신호를 측정하였다.
앞으로의 연구과제는 실제 병원에서 임상실험으로 색소치료용과 모세혈관 확장증 등에 사용하는 혈관치료용 및 피부노화 및 안면홍조 등과 광치료용, 체모제거를 위한 제모제거용 등으로 다양하게 피부 치료가 가능한 V-IPL 방식의 제품이 더 효과적임을 제시하고자 한다.

참고문헌 (9)

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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].

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