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소율 한
5 years ago
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1 한국산학기술학회논문지 Vol. 11, No. 8 pp , 2010 정원기 1*, 김영석 1 1 전주대학교전기전자정보통신학부 Development of a Microcurrent acupuncture point treatment equipment Won Ki Jung 1* and Young Suk Kim 1 1 School of Electrical Engineering, Jeonju University 요약마이크로컨트롤러 AVR를이용하여미세전류경혈치료기를개발하였다. 이치료기는정현파, 삼각파, 구형파, DC를출력할수있다. 정현파, 삼각파등의주파수범위는 Hz이고 DC의출력범위는 μa 이며출력시간은 1-30 분으로조절가능하다. Abstract We developed a Microcurrent acupuncture point treatment equipment using micro-controller AVR. This equipment can generate a sine wave, triangle wave, square wave and DC. The frequency range of waves like the sine wave and the triangle wave is Hz and the output range of DC is μa. The duration is controllable between a minute to 30 minutes. Key Words : Microcurrent, Micro-controller, Acupuncture point 1. 서론 미세전류 (Microcurrent) 치료기는인체가거의느낄수없는정도의수십 μa 정도의저전류를사용하면서도통증을치료하며근육과신경의조직손상회복에놀라운효과를나타내는새로운형태의치료기이다. 기존의 TENS 나간섭파치료기등의치료는통증을그자극의역치 (threshold) 만큼가해통증을잊게만들거나통증전달의경로를차단시키는방법이다. 그러나, 미세전류치료는인체내에흐르는생체전기 (Bio-current) 를이용하여통증의원인이되는신경, 근육, 조직의손상을복구, 회복시키는원리이다. 생체전기란부상전류, Healing Current 라고도알려져있는데식물의잘려진부위에서전류가발생하고동물에서도비슷한전류가흐름을 Becker가발견하면서알려졌다. Cheng은이전류가 ATP( 아데노신삼인산 ) 을생성하고세포막을이동하며단백질을생성하여상처나통증을자연치유한다고보고하였다. 상처가생기거나통증이있으면이러한생체전기가자연발생하여 상처를치유하지만인위적으로이런전류를만들어서통증이있는곳이나경혈에흘려주면더빨리통증이치유되며침술의효과를더증대시킨다 [1-5]. 본논문에서는생체전기와비슷한크기인 μa 의미세전류를생성하고이것을펄스파혹은삼각파로변조하여경혈및신경에자극을주어통증의원인이되는신경, 근육, 조직의손상을복구, 회복시키는의료기기를만들었다. 이미세전류치료기는개인의피부저항에따라인체에흐르는전류가달라지는것을보정하여치료기에명시된정확한전류를인체에흐르도록할수있으며단방향혹은양방향으로전류가흐르도록스위치로선택할수도있다. 이미세전류를생성하고변조하기위해서 AVR 마이크로컨트롤러임베디드기술을사용했으며언어로는 C언어를사용하고컴파일러는코드비젼을사용했다. 2. 미세전류치료기의설계및제작 * 교신저자 : 정원기 (wjung@jj.ac.kr) 접수일 10년 05월 25일수정일 (1차 10년 07월 14일, 2차 10년 08월 02일 ) 게재확정일 10년 08월 10일 2958

2 2.1 미세전류치료기의설계사양및시스템블록도미세전류치료기를만들기위해서마이크로컨트롤러를사용했으며그들의설계사양은표 1과같다. CPU 항목사양비고 프로그램 I/O [ 표 1] 미세전류치료기설계사양 ATmega128-16A (16 MHz) C 언어, 코드비젼 PORTA PORTD PORTE (4-7) PORTG 16 MHz 수정발진자사용 DAC0800(8 비트 ) 의입력과연결 LCD(16X2) 모듈화면출력 포트E : 4개의입력스위치 Buzzer 그림 1은전체시스템의블록도이며 ATmega 128의 E 포트에 4개의스위치를달아서파형의모드변환및주파수, 작동시간의변화등을할수있게하였다. 시스템클럭은 16 MHz의수정발진자를사용하여공급하였으며 C 언어로작성된프로그램을 Codevision으로컴파일한후 AVR ISP를통해플래쉬메모리에다운로드했다. 전원은 OP amp에 +15V, -15V를공급하고 ATmega128 및 DAC 에 +5V를같이공급할수있는 SMPS을사용하였다. 서아날로그출력으로바뀌고이것은다시로타리셀렉터에연결된저항들에의해서출력전류가변화될수있게했다. 로타리셀렉터 (JR1) 에연결된저항들과 OP amp의출력사이에전류측정용저항 R60과전류보정용가변저항 R65가연결되어있는데이것은인체의피부저항에따라서인체에흐르는전류가미세전류치료기에명시된전류값과달라지는것을보정하기위함이다. 즉, 로타리셀렉터에의해서 40 μa가인체에흐르도록선택하였다하더라도인체의피부저항에따라약간크거나작은전류가흐를수있다. 그러면, R60 양단의전압차를 LM741 로 10배증폭해서이출력값을 ATmega128의 ADC로디지털화한후이것을전류로환산하여 LCD 창에나타내고 40 μa보다크거나작으면가변저항 R65를조정하여정확하게 40 μa가되도록한다. 이렇게한번가변저항으로조정을하면로타리셀렉터로 60 μa, 80 μa, 100 μa, 200 μa로전류를바꾸더라도더이상의조정은필요하지않았다. 이회로는 SW15에의해단극성 (unipolar) 과양극성 (bipolar) 중하나를선택할수있으며 SW15가 on이면출력전압의범위는약 0 ~ +10V이고 SW15가 off이면출력전압의범위는약 -10 ~ +10V이다. 최종출력전류는출력잭 PJ_1을통하여경혈침에연결되며이시스템은이런출력잭이 4개가있으며회로도에는생략되어있다. [ 그림 2] 미세전류치료기의회로도 [ 그림 1] 미세전류경혈자극기의시스템블록도 2.2 미세전류치료기의전체회로도및구현 [6-7] 그림 2는 ORCAD로그린미세전류치료기의전체회로도중 1개의출력채널에해당하는일부회로이다. ATmega128의 A 포트를통해서나오는디지털출력은 8비트 D/A 변환기 DAC0800 및 OP amp LM358을거쳐 그림 3은전체회로도에따라제작된 PCB 기판에부품들을장착한회로기판의사진이다. PCB 기판의부품및부분회로에대한설명은다음과같다. (1) ATmega128 MCU 전체프로그램을 ISP 커넥터를통해플레쉬메모리에저장시스템의전체적인제어역할시스템 reset 스위치 2959

한국산학기술학회논문지제 11 권제 8 호, 2010 (2) DAC(8 비트 ) ATmega128 MCU에서출력되는디지털신호를아날로그신호로변환 (3) OP Amp DAC의출력전류를전압으로변환 (4) LCD 커넥터 LCD 모듈과연결되는커넥터 본미세전류치료기의 PCB기판은연결커넥터를통하여외부케이스에부착된단자들과쉽게연결될수있도록설계되었으며

(5) 전류보정용가변저항 개인의피부저항에따라달라지는전류의보정 (6) 전원커넥터본기기전체 on/off 스위치를외부로연결할수있는커넥터 SMPS를연결할수있는커넥터 (7) 설정스위치 SW1 - SW4의 4개스위치로시스템모드설정을위해사용 (8) 셀렉터극성스위치신호의단극성및양극성의선택스위치 (9) 전류변환셀렉터 off, 40 μa, 60 μa, 80 μa, 100

3 한국산학기술학회논문지제 11 권제 8 호, 2010 (2) DAC(8 비트 ) ATmega128 MCU에서출력되는디지털신호를아날로그신호로변환 (3) OP Amp DAC의출력전류를전압으로변환 (4) LCD 커넥터 LCD 모듈과연결되는커넥터 본미세전류치료기의 PCB기판은연결커넥터를통하여외부케이스에부착된단자들과쉽게연결될수있도록설계되었으며 4개의신호출력부를가지고있다. 4개의신호출력부는각각로타리셀렉터가연결되어있어서전류를변화시킬수있다. 출력되는파형의형태및주파수등이 LCD 창에표시된다. 또, 출력파형의모드는 LED로도표시되게하였다. 그림 4는실제제작된제품의사진이다. (5) 전류보정용가변저항 개인의피부저항에따라달라지는전류의보정 (6) 전원커넥터본기기전체 on/off 스위치를외부로연결할수있는커넥터 SMPS를연결할수있는커넥터 (7) 설정스위치 SW1 - SW4의 4개스위치로시스템모드설정을위해사용 (8) 셀렉터극성스위치신호의단극성및양극성의선택스위치 (9) 전류변환셀렉터 off, 40 μa, 60 μa, 80 μa, 100 μa, 200 μa, 6단계변환가능 (10) 신호출력커넥터출력신호를외부로연결할수있는커넥터 [ 그림 4] 실제제작된제품의사진 2.3 미세전류치료기의스위치개념도그림 5는 AVR의 port E에연결되어있는 4개의스위치의사용법을나타내는개념도이다. SW1을누를때마다주파수설정모드인모드 1, 파형설정모드인모드 2, 동작시간의설정모드인모드 3으로모드가변경된다. 모드 1인상태에서 SW3을누르면주파수가증가하고 SW4 를누르면주파수가감소한다. 모드 2인상태에서 SW3 을누르면정현파, 삼각파, 구형파, DC로차례로파형을변화시킬수있다. 모드 3인상태에서 SW3을누르면동작시간이증가하고 SW4를누르면동작시간이감소한다. SW2는전체시스템을 on/off 한다. [ 그림 3] PCB 기판의사진 [ 그림 5] 스위치개념도 2960

SW1 : mode 1-3 까지변경 Mode 1 : 주파수설정 1Hz, 2Hz, 4Hz, 6Hz, 10Hz, 20Hz, 40Hz, 80Hz, 160Hz, 320Hz 10단계로변경가능 Mode 2 : 파형설정 Sin( 정현파 ), Tri( 삼각파 ), Squ( 구형파 ), DC( 직류 ) Mode 3 : 동작시간설정 1분 - 30분설정 SW2 : 동작 on

5 ms이고진동수는 80 Hz이다. 이진동수는 1 Hz에서 320 Hz 까지변경할수있다. 조규정에따라의료기기에대하여적용범위, 형상또는구조, 시험규격, 기재사항등을기준규격으로정하여고시하고있다 [8]. 미세전류경혈치료기는 [ 별표 ] 품목별전자의료기기기준규격의 31. 저주파자극기의기준을따르며다음과같다.

(4) 출력패러미터의제한 500 Ω 부하저항에서의출력전류는아래표의한계치를넘지않아야한다. 즉, 출력전류가 DC의경우 80 ma 이하, 400 Hz 이하의교류에서는 50 ma 이하이어야한다. A. 사인파출력파형 B. 삼각파출력파형 C. 구형파출력파형 D.

4 SW1 : mode 1-3 까지변경 Mode 1 : 주파수설정 1Hz, 2Hz, 4Hz, 6Hz, 10Hz, 20Hz, 40Hz, 80Hz, 160Hz, 320Hz 10단계로변경가능 Mode 2 : 파형설정 Sin( 정현파 ), Tri( 삼각파 ), Squ( 구형파 ), DC( 직류 ) Mode 3 : 동작시간설정 1분 - 30분설정 SW2 : 동작 on / off SW3 : 동작시간, 주파수, 파형모드등을증가시킴 SW4 : 동작시간, 주파수, 파형모드등을감소시킴 3. 출력파형의결과및평가 3.1 출력파형 그림 6은여러가지모드의출력파형이며오실로스코우프의전압축인 y축은 Volts/Div = 5V, 시간축인 x축은 Time/Div = 5 ms이다. 따라서, 진폭은약 5 2 = 10V이고주기는 = 12.5 ms이고진동수는 80 Hz이다. 이진동수는 1 Hz에서 320 Hz 까지변경할수있다. 조규정에따라의료기기에대하여적용범위, 형상또는구조, 시험규격, 기재사항등을기준규격으로정하여고시하고있다 [8]. 미세전류경혈치료기는 [ 별표 ] 품목별전자의료기기기준규격의 31. 저주파자극기의기준을따르며다음과같다. (1) 최소출력의제한및조절범위불연속조절인경우는 1 ma또는 1 V 이하단위로증감시켜야한다. (2) 출력의정확성펄스반복주파수, 진폭값은 ±10 % 허용오차이내의부하저항을사용하여측정할때 ±30 % 이상벗어나서는안된다. (3) 공급전압변동에대한안정성 ±10 % 범위의공급전압변동시에도출력진폭, 펄스폭또는주파수등은 ±10 % 이상변동되지않아야한다. (4) 출력패러미터의제한 500 Ω 부하저항에서의출력전류는아래표의한계치를넘지않아야한다. 즉, 출력전류가 DC의경우 80 ma 이하, 400 Hz 이하의교류에서는 50 ma 이하이어야한다. A. 사인파출력파형 B. 삼각파출력파형 C. 구형파출력파형 D. DC 파출력파형 본논문에서제작한미세전류경혈치료기는출력전류가최대 200 μa 정도이기때문에 (1) 과 (4) 번기준은충족하고있다. (2) 번기준의경우펄스반복주파수, 진폭값이 ±10 % 이하범위에서변한다. (3) 번기준의경우 SMPS을사용하기때문에공급전압이 ±10 % 정도변하여도 SMPS의출력전압은거의변하지않는다. 따라서, 진폭, 펄스폭, 주파수등도거의변하지않는다. 3.3 미세전류경혈치료기의특성 본논문에서제작한미세전류경혈치료기의특성을요약하면표 2와같다. [ 그림 6] 여러가지모드의출력파형 3.2 전자의료기기에대한식품의약품안전청의기준 식품의약품안전청 ( 이하식약청 ) 은의료기기법제 18 [ 표 2] 미세전류치료기의특성 항목 범위및특성 전류의크기 40 μa μa 전류의변조 사인파, 삼각파, 구형파, DC파 주파수의변경 1 Hz Hz 2961

또, 이치료기는개인에따라피부저항이달라지더라도치료기에명시된일정한전류가인체에흐르도록하는전류보정기능을추가하였으며전류가단방향혹은양방향으로흐르는것을스위치로선택할수있다. 이치료기는아날로그방식이아닌디지털방식이기때문에부피가작고가격이싼장점이있다. [7] 윤덕용, AVR ATmega128 마스터, Ohm사, 2004. [8] http://www.kfda.go.

5 한국산학기술학회논문지제 11 권제 8 호, 2010 동작시간의변경 현재정보의표시 장점 1 분 - 30 분 LCD 창에파형, 주파수, 동작시간등을표시피부저항에따라서인체에흐르는전류가변하는것을보정하는기능 SW15에의해단극성과양극성의선택가능 4. 결론 본논문은 AVR 마이크로컨트롤러를이용하여인체에안전한 μa의미세전류를생성하는미세전류경혈치료기를개발하였다. 이미세전류는정현파, 삼각파, 구형파, DC로출력이되며정현파, 삼각파, 구형파의경우 Hz 까지주파수를변경할수있고출력시간을 1-30 분까지변경할수있다. 또, 이치료기는개인에따라피부저항이달라지더라도치료기에명시된일정한전류가인체에흐르도록하는전류보정기능을추가하였으며전류가단방향혹은양방향으로흐르는것을스위치로선택할수있다. 이치료기는아날로그방식이아닌디지털방식이기때문에부피가작고가격이싼장점이있다. [7] 윤덕용, AVR ATmega128 마스터, Ohm사, [8] 정원기 (Won Ki Jung) [ 정회원 ] < 관심분야 > 마이크로컨트롤러응용, 정보통신 1980 년 2 월 : 전북대학교물리학과 ( 이학사 ) 1983 년 2 월 : 고려대학교물리학과 ( 이학석사 ) 1994 년 2 월 : 고려대학교물리학과 ( 이학박사 ) 1988 년 9 월 ~ 현재 : 전주대학교전기전자정보통신공학부교수 김영석 (Young Suk Kim) [ 준회원 ] 2009 년 2 월 : 전주대학교전기전자정보통신공학부 ( 공학사 ) 참고문헌 [1] Picker RI, "Low-volt pulsed microamp stimulation" pp , Sep., [2] Chan HK, Fung DT, "Effects of low voltage microampere stimulation on tendon healing in rats" J. Orthop. Sports Phys. Ther., 37(7), pp , [3] Lambert MI, Marcus P, Burgess T et al "Electro-membrane microcurrent therapy reduces signs and symptoms of muscle damage." Med. Sci. Sports Exerc. 34(4), pp , [4] Cheng N, et al, "The effect of electronic current on ATP generation protein sythesis and membrane transport in rat skin" Clin. Ortho. 171 pp , [5] Becker RO, Selden G, "The Body elecric : Electromagnetism and the foundation of life. " Morrow Co [6] 신동욱, 오창헌, 알기쉽게배우는 AVR ATmega128, Ohm사, < 관심분야 > 마이크로컨트롤러응용, 정보통신 2962

개인용전기자극기의 안전성및성능평가가이드라인

개인용전기자극기의 안전성및성능평가가이드라인 2014. 3 목 차 1 서론 - 1 - - 2 - - 3 - 2 개인용전기자극기개요 - 4 - - 5 - - 6 - - 7 - - 8 - - 9 - - 10 - 범례 해설: GZJ [통증완화용경피전기신경자극기]: 100개 IPF [재활치료용전동식근육자극기]: 92개 NGX [근육운동용전동식근육자극기]: 28개