ch13 14 16

전기 · 광선 치료학



Preliminary

Chapter 13



고전압 맥동 전류 자극 치료

High Voltage Pulsed

Galvanic Current Stimulation

(HVPGCS)

고전압 맥동 전류 자극 치료

• 고전압(High Voltage)과 저전류(Low Current)를

특징으로 하는 단상형 짝정점 맥동파(Twin Peak

Monophasic Wave)를 이용한 치료



• 맥동기간은 μs 단위로 짧지만, 전압은 수 백 V에

이르는 높은 전압을 사용



• 1945년 Bell Telephone Laboratories의 Haislip과

그의 동료들에 의해 최초로 만들어짐



• 고전압 맥동 전류 자극 치료(High Voltage Pulsed

Current Stimulation, HVPCS)

파형과 맥동 빈도

• 파형

– 단상 짝정점파(Twin Peak Monophsic Wave)

– 급격히 상승하고, 서서히 하강

– 단일 맥동이 신경을 자극하기에 너무 짧은 시

간을 갖고 있기 때문에 두 개의 위상을 하나의

맥동으로 만들어 사용



• 맥동 빈도

– 주파수(pps) : 초당 출현하는 파형 수

– 1~140pps

맥동 기간과 맥동간 간격

• 맥동 기간에 비해 맥동간 간격이 매우 김

(맥동 기간: 맥동간 간격=1:99)



• 맥동 기간

– 정점강도(Peak Current)의 50%에 이를 때까지

의 시간 혹은 첫 번째 맥동의 전체 시간을 의미

강도

• 정점 전류(Peak Current)

– 기저선(0)에서 상승하기 시작하여 최대 강도에

이르렀을 때의 전류 강도

– 정점 전류는 전압크기에 비례



• 평균 전류(Average Current)



• 고전압 전류

– 전압이 100~150V 이상인 전류

맥동 전하

• 각각의 맥동에서 조직에 전달되는 전기 에

너지 양

• 실전하(Net Charge)

– 알짜 전하

– 이상파에서는 0, 단상파에서는 0보다 큼

• 총전하(Total Charge)

• 전하의 양은 맥동 기간에 비례

맥동 기간을 정점 전류의 50%에

이르는 시간으로 정한 예

고전압 맥동 직류에서 맥동 기간을 첫 번째

맥동 전체 시간으로 정한 예

고전압 맥동 전류의 특성

맥동 기간(Pulse Duration),

맥동 폭(Pulse Width)

• 화학적 효과 및 열 효과

– 맥동 기간에 비례

– 맥동기간이 μs로 짧고 맥동간 간격이 긴 맥동 전

류에서는 거의 일어나지 않음

• 신경 섬유의 종류에 따라 다른 맥동 기간 적용

– 맥동 기간이 400 μs 이상

• 감각신경섬유, 운동 신경 섬유, 통각 섬유들이 동시 자

극

– 맥동 기간이 짧을 경우(몇 μs )

• 감각신경 섬유 →운동신경 섬유 →통각섬유

정점 전류

• 전류 침투 깊이

– 전류 강도에 비례





• 조직 저항

– 정점 전류가 높을 수록 조직의 저항 감소

– 고전압에 의한 높은 전류는 피부 저항을 낮춤

– 낮은 조직 저항 → 열 및 화학 작용이 없음

맥동 빈도

• 맥동 기간이 맥동 간격보다 훨씬 짧을 경

우 맥동 빈도를 높이면서 평균 전류를 높

일 수 있음



• 근수축 형태와 근피로에 영향을 줌

맥동 전하

• 단상파

– 전극을 댄 부위의 조직에서 화학적 효과 및 열 효과

발생

– 맥동 기간을 짧게 하고 맥동 간 간격을 길게 하면 조

직에 전하의 축적을 적게 할 수 있음



• 고전압 맥동 전류

– 전하의 축적이 아주 적음

– 화학적 효과 및 열 효과가 거의 없음



• 조직 손상과 심장의 전기적 활동 방해와

관련

맥동의 상호 관계

맥동 맥동

강도 상호 관계

빈도 기간

맥동 전하와

고정 증가 고정

평균 전류 증가

상 맥동 전하와

고정 고정 증가

태 평균 전류 증가



증가 고정 고정 평균 전류 증가

치료기

고전압 맥동 전류 자극 치료기

맥동 빈도 선택과 파형 및 맥동 기간

• 맥동 빈도 선택 스위치

– 일반적으로 1~140pps의 범위에서 선택 가능

하도록 만들어져 있음

• 파형 및 맥동 기간

– 일반적으로 파형 및 맥동 기간은 고정되어 있

음

– 맥동 내 간격(Intrapulse Interval) 선택 스위치

가 있음

맥동 유형 선택

• 연속 맥동(Continuous Pulse)

– 전 치료 기간에 걸쳐 연속적으로 맥동 발생

– 강도는 일정

• 교대 맥동(Reciprocate Pulse)

– 일정한 간격을 두고 맥동이 단속되는 방법

• 맥동 경사(Surge Pulse Mode)

– 한 묶음(Series)의 연속파에서 미리 지정한 강

도까지 서서히 강도를 증가

전극 교대와 전극

• 전극 교대(Pad Mode)

– 활성 전극 두 개를 사용할 때 일정한 간격을 두

고 한 활성 전극과 다른 활성 전극에서 교대로

통전

– 전류 강도 일정

• 전극

– 활성 전극(Active Electrode)

• 패드 전극(Pad Electrode) 사용

• 탐침 전극, 구강 전극, 질전극, 항문 전극, 굴림 전극

– 비활성 전극(Dispersive Electrode)

• 환자 회로를 만들어 주는 전극

Chapter 14

경피 신경 전기 자극 치료(TENS)

(Transcutaneous Electrical Nerve Stimulation)

경피 신경 전기 자극기의 특성

• 경피 신경 자극

– 저전압의 변형된 직류 전류나 맥동 전류 사용

• 경피 신경 자극 치료 시 중요 고려 사항

– 전류 파형

– 맥동 빈도

– 맥동 기간

– 자극 강도 및 치료 시간

– 자극 부위

– 전극 배치 방법

파형

• 이용되는 파형

– 단상 직사각형파(Monophasic Retangular Wave)

– 비대칭 이상 직사각형파(Asymmetrical Biphasic

Rectangular Wave)

– 대칭성 이상 직사각형파(Symmetrical Biphasic

Rectangular Wave)

– 변형 가시파(Modified Spike Wave)

– 단상 직사각형 고빈도파(Monophasic

Rectangular High Frequency Carrier)

– 정현파(Sine Wave)

경피 신경 전기 자극법에서 사용되고

있는 두 가지 형태의 기본 전류

경피 신경 자극 치료에서

사용되고 있는 여러 파형

맥동 빈도와 맥동 기간, 자극 강도

• 맥동 빈도

– 10~200pps 범위

– 선택 조절 사용 가능

• 맥동 기간

– 10~600μs의 다양한 범위

– 50~500μs (비대칭성 이상 직사각형파)

– 10~100μs (단상 직사각형파)

• 자극 강도

– 0~100mA 범위

전극

• 다양한 크기와 형태

– 재료에 따라

• 패드 전극, 탄소 실리콘 전극, 일회용 종이 전극, 카

라야검전극(Karaya gum electrode)

– 모양과 크기에 따라

• 추형(Snap), 핀형(pin), 정사각형, 직사각형, 바나나

형

– 치료부위의 특성에 알맞은 것을 선택하여 사용

채널 형태와 전원

• 채널 형태

– 단일 채널(Single Channel)

– 이중 채널(Double Channel)

– 다채널(Multi-Channel)

• 전원

– 건건지와 일반 전기용

치료 시간

• 일반적으로 1일 1회 30분~1시간 씩 시행

• 치료시간은 경피 신경 전기 자극으로 통증

이 소실된 후 30분 내지 1시간 정도로 하는

것이 바람직

Chapter 16

고주파 심부 투열 치료

(High Frequency Current, HFC)

고주파 전류

High Frequency Current, HFC

고주파

• 고주파(High Frequency Current, HFC)

– 100,000Hz 이상의 교류 전류

• 물리 치료에 적용되는 고주파

– 진동 폭(Oscillation Impulse)이 매우 짧음

– 맥동 기간

• 0.001ms

• 감각 신경 및 운동 신경 자극이 거의 없음

– 이온 운동이 거의 일어나지 않음

– 전기화학적 반응, 전기 분해 현상이 없음

– 열에너지로 변환

• 심부 투열 치료(Diathermy)

• 심부 가열(Deep Heating)

물리

주파수(Frequency)

• 심부 투열 치료(Medical Diathermy)

– 1MHz 이상 고주파 전류 사용

• 주기(Period, T)

– 어떤 현상이 일정한 시간 간격을 두고 반복해

서 일어날 때 그 간격의 최단값을 의미

• 주파수(Frequency)

– 단위 시간당 진동 (1/τ, τ=Time )

– 진동 전류

• 인덕턴스와 콘덴서로부터 얻을 수 있음

• f= Frequency (HZ), L=Inductance (H),

1

C=Condenser (F) f 

2LC

파장(Wavelength)

• 파장

– 파(Wave)에서 동일 위상에 있는 서로 인

접한 두 점간의 거리

– 한 순환의 진동 거리

– 주파수에 반비례

– λ= 파장, ν=빛의 속도, f=주파수





f

파장

전자파 스펙트럼의 종류와 특징

고주파 전류의 종류



심부 투열 치료기 주파수 파장





장파(LWD) 1MHz 300m





단파(SWD) 10~100MHz 30~3m





극 초단파(MWD) 300~300MHz 1~0.1m

단파 및 극 초단파

심부 투열 치료기의 주파수와 파장

주파수 파장

13.66MHz 22m

단파 심부 투열 치료기 27.12MHz 11m

40.98MHz 7.5m

439.9MHz 69.0cm

극 초단파 심부 투열 치료기 915MHz 33.0cm

2456MHz 12.25cm

전자파(EM)의 형태

• 횡파(Transverse Wave)로 전달

• 전기장과 자기장의 진동이 번갈아 가며 전

자 에너지 전달

– 전자파 진행 → 전기장의 변화 → 자기장의 변화

→전기장의 변화 →자기장의 변화 →…

– 전기장과 자기장 진동 방향은 전자파 진행 방향

에 수직

• 전기장과 자기장(field)

– 전기력이나 자기력이 전해지는 공간

횡파

• 파의 이동방향과 매질의 진동방향이 수직

• 예

– 빛, 전자기파, 수면파, 지진파의 S파와 L파

전자기파(Electromagnetic Wave)

전기장(Electric Field)

• 전기장(E)

– 전하에 전기력이 작용하는 영역

– 전하(Q)에 작용하는 힘(F)의 비 F Q

– 단위 : N/C (Newton per Coulomb) E  k 2

Q r

– 전기력 선에 비례

– 전하의 크기에 비례, 거리(r)의 제곱에 반비례

• 전기력선

– 전기장의 방향을 화살표로 나타낸 것

– 양전하에서 시작해서 음전하로 들어감

– 전기장이 강한 곳일수록 전력선 밀집

전기력선의 방향

등전위선(면)

• 전기장내에서 전위가 같은 점을 연결하여

얻어지는 선(면)

• 전기장의 방향과 수직

• 전기력선과 수직

자기장(Magnetic Field)

• 자기장

– 자극 이나 전류가 지나는 도선 주위에 생기는

자기력이 작용하는 공간

– 움직이는 전하, 전류 사이에 작용하는 힘

– 자력선 형성

• 자력선(magnetic force line)

• 자기장에서 자력을 나타내는 가상적인 선

• N극에서 출발, S에서 끝남

• 가장 짧은 거리에서 형성

• 서로 교차되지 않음

• 오른나사 법칙

[코일의 구조]









[솔레노이드에 의한 자계]

[암페어의 오른손 법칙] [플래밍의 오른손 법칙]





• 자기장의 세기

(B: 자기장 세기, I: 전류, r: 수직거리, k: 비례상수)



I

B k

r

자기력

• 전하가 크고, 전하의 움직임이 빠를 수록 커

짐

• 자기장과 수직일 때 최대

• 종류

– 인력

• 같은 방향으로 전류가 흐르는 두 도선 사이에서 발

생하는 힘

– 척력

• 다른 방향으로 전류가 흐르는 두 도선 사이에서 발

생하는 힘

두 도선 사이에 발생하는 자기력

솔레노이드에서의 전자기장

• 코일 내부

– 균일한 전기장 발생

• 코일 외부

– 전자장 형성

고주파 전류의 생물리학

분자 운동(Molecular Activity)

• 고주파 전류에 의한 조직의 분자 운동

– 열 발생

• 전환열(Conversion Heat)

– 조직 분자들이 진동하면서 서로 마찰되어 열에

너지로 전환

• 체적 가열(Volume Heating)

– 조직의 특정 부위에 에너지 전달하여 열 발생

시킴

• 조직 구성 분자

– 이온 분자, 분극 분자, 비분극 분자

이온 분자(Ionic Particle)

• 고주파 전류 적용

– 이온의 이동방향이 매번 바뀌어 상쇄

– 이온들이 순간적으로 앞뒤로 운동할 때 인접한

다른 분자들과 충돌하여 열 발생

– 전기 화학 반응 일어나지 않음

분극 분자(Polar Molecule)

• 극성

– 전체는 전기적으로 중성

– 한 쪽은 양전하, 다른 쪽은 음전하를 띔 (쌍극자)

• 분극 현상

– 전장이 작용하면 양전하는 음극 쪽으로, 음전하

는 양극 쪽으로 끌려가는 현상

– 전류의 방향이 바뀜에 따라 회전운동을 함

– 회전 운동에 따른 마찰에 의해 열 발생

고주파 전류에 의한 분극 분자의

회전 운동

비분극 분자(Nonpolar Molecule)

• 전하를 띄지 않음

• 빠르게 진동하는 전장에 영향 받음

– 궤도를 돌던 전자의 뒤틀림이 일어남

– 전자 구름(Electron cloud)의 이동

– 원자나 분자가 직접 열을 발생시키지는 않지만,

이웃 분자들과 상호작용을 일으켜 열 발생시킴

비분극 분자에서 전자 뒤틀림

전기장의 유전체

• 유전체(Dielectric)

– 두 전극 사이에 절연체가 들어가 진공일 때 보다 정전

용량(capacitance)가 증가하게 되는데 이때 절연체를

유전체라 함

– 고주파 심부 투열 치료에서 이상적인 유전체

• 흡수로 인한 에너지 상실이 없고 전기장에서 분극 및 재분극

이 되는 것

– 유전 상수(dielectric constant, ε)

• 두 전극 사이가 진공일 때와 유전체를 넣었을 때 정전 용량 비

(유전율)

• 유전체 종류, 주파수, 온도, 전압 등에 의해서 변화

• 수분 함량에 비례, 주파수에 반비례

– 유전율이 높을 수록 정전용량 증가

조직의 수분 함량과 유전율

조직 수분 함량 유전 상수(ε)



혈액 80% 80



근육 72~75% 72~76



뇌 68% 68



지방 15% 15



피부, 뼈 5~16% 5~16

온도 20°C일 때 주파수에

따른 유전 상수 변화

자기장의 유전체

• 투과(Permeability)

– 자기장을 형성시키는 솔레노이드 등의 내부에 들어가

인덕턴스(Inductance)를 변화 시키는 능력

– 물질에 의해 생성된 인덕턴스와 물질 없이 생성된 인덕

턴스의 비율

– 투과가 1에 가까워지면 자기장 에너지가 전달 되면서

자기력선이 찌그러짐

• 국소 전류(Eddy Current)

– 변화하는 자기장 내에 있는 도체에서 자력선이 도체를

통과할 때 자력선과 직각을 이루며 형성되는 원형의 전

류

– 조직에서 열 발생 시킴

코일 전자장에 의해

조직 내에 유도된 국소 전류

굴절(Refraction)

• 굴절

– 전기장안에 유전체가 있을 때 유전체 경계면에

서 전력선이 휘어지는 현상

– 물질의 유전율과 전도도가 달라지는 경계면에

서 발생

• 임상적 영향

– 전기장내에 금속과 같이 전도도가 좋은 물질이

있을 경우, 금속의 표면에서 심한 굴절이 일어

나 전하가 많이 축적되어 열이 과도하게 발생

하여 인접 조직에서 화상 및 괴사가 발생할 수

있음

전기장내에 전도도가 높은 물체가

놓여 있을 때 전기력선의 방향

반사(Reflection)

• 전자파 진행 시 매질의 임피던스가 다른 물질에

부딪히면 경계면에서 반사되어 반대 방향으로 진

행

• 임피던스(Impedance)

– 매질의 전기적 성질에 따라 다름

– 매질의 전기적 성질은 주파수가 좌우

• 전자파의 에너지 반사

– 유전율, 전도도, 조직의 구조적 특성(조직의 밀도, 피하

지방 두께)에 따라 다름

– 주파수가 높아지면 유전율은 낮아지고, 전도도는 증가

하여 반사 증가

– 공기-피부 사이에서 에너지의 50%가 반사

• 최소화를 위해 915MHz 극초단파와 접촉형 전극 사용

조직 경계면의

반사계수(Reflection Coefficient)

전파(Transmission)

• 전자파

– 진공이나 공기 속에서는 빛과 같은 속도로 전파

– 매질을 만나면 전파 속도 느려짐

– 매질 속 전파 속도는 매질의 전자파 에너지 흡

수 정도에 영향 받음

전자파 흡수(Absorption)

• 유전율이 높고 전도도가 낮은 매질일수록

전자파 에너지 흡수량이 많음

• 수분 함유량이 많을수록 전기 에너지 흡수

더잘됨

• 심부투열치료

– 골격근에서 온도 상승 가능

침투 깊이(Penetration)

• 전자파 침투 깊이

– 원래 에너지의 63%를 흡수할 수 있는 깊이

– 임상

• 조직 온도를 치료 온도인 40~45°C까지 올릴 수 있는 깊이

• 주파수가 낮을 수록, 수분 함량이 적을수록 침투

깊이가 깊음

[조직에서 주파수에 따른 고주파 전류 침투 깊이]



주파수 침투 깊이

2450MHz 약 0.9cm

900MHz 약 1.8cm

12.25MHz 약 3.0cm

전류와 변위 전류

• 고이온 조직

– 수분을 많이 함유한 조직은 이온이 많이 있음

– 전류가 흐르면 열 발생이 많아짐

• 비분극 조직

– 수분 함량이 적어 이온에 의하기 보다 변위 전류

에 의해 열 발생

– 지방 조직

• 림프관, 혈관의 분포 때문에 전자장이 강하게 형성 됨

• 전기장의 밀도가 근육보다 높음

• 열 발생이 많음

전자장에서 전류(실선)와

변위 전류(점선) 분포

단파 심부 투열 치료



(Shortwave Diathermy, SWD)

단파 심부 투열 치료

• 단파(Shortwave)

– 고주파 전류 가운데 인체에 적용될 때 전도 전

류(Conduction Current)의 형태로 적용되는 전

자기파

– 심부 조직에 열(Heat)을 제공

단파 발생 장치

• 고주파 전류와 고전압 필요

• 고전압

– 변압기와 정류기를 이용

• 고주파 전류

– 진공관 장치(Vacuum Tube Apparatus)의 진동

회로(Oscillating Circuit)에서 발생

• 단파 발생 장치

– 전원 공급 회로, 진동 회로, 증폭기, 환자회로로

구성

단파 심부 투열 치료기의 구성 요소

전원 공급 회로

(Internal Power Supply Circuit)

• 구성

– 감압 변압기

• 저전압 교류 전류를 진동 튜브의 필라멘트(Lignt

filament)에 보내줌

– 승압 변압기

• 고전압 직류 전류로 바꾸어 진동 튜브 판(Plate)에

공급

– 정류관

• 교류 전류 → 직류 전류

진동 회로(Oscillator Circuit)

• 구성

– 진동 튜브(Oscillating tube)

• 고주파 전류 발생

– 격자 회로(Grid circuit)

• 진동튜브의 격자로 전압 내 보냄

• 코일과 콘덴서로 구성

• 정전 용량과 인덕턴스가 고정되어야 함

– 판회로(Plate circuit, Tank circuit)

• 정전 용량과 인덕턴스를 만듦

– 격자 회로와 판 회로는 같은 주파수로 공명하여

고주파 유지

증폭기(Amplifier)와

환자 회로(Patient Circuit)

• 증폭기 (Amplifier)

– 고주파 교류 전류의 증폭

• 환자 회로

– 공명 회로(Resonant Circuit)

– 정전 용량과 인덕턴스로 구성

– 진동 회로와 환자 회로가 공명을 일으켜 진동

회로에서 발생한 유도 에너지가 인체에 최대로

전달

맥동 단파 치료

Pulsed Shortwave Diathermy, PSWD

맥동 단파 치료(PSWD)의 정의

• 27.12MHz의 주파수의 단파를 15~800pps

의 빈도로 맥동시켜 20~400μs의 기간 동안

내보내는 치료 방법

• 여러 가지 명칭으로 불림

– 맥동 전자장계(Pulsed Electromagnetic Field,

PEMF)

– 맥동 전자장 에너지(Pulsed Electromagnetic

Energy)

– 맥동 고주파 전류(Pulsed High Frequency

Current)

물리

• 맥동 단파

– 단파를 맥동시켜 20~400μs의 시간 동안 단파를 내보

냄

• 맥동 주기 또는 순화 시간(Cycle time)

– 한 맥동의 시작에서 다음 맥동의 시작까지의 시간

• 맥동 기간(Pulse duration)

– 맥동 주기 중 단파가 발생하는 기간

– 사각형 맥동 형성(Square pulse)

• 맥동 간 간격(Pulse interval)

– 단파가 발생하지 않는 나머지 기간

• 치료기의 출력은 정점 강도와 평균 강도로 구분

– 정점 강도는 높지만, 맥동 기간이 짧고 맥동간 간격이

커서 평균 강도는 낮음

맥동 단파의

맥동기간, 맥동간 간격, 맥동 주기

맥동단파 치료기의 종류에 따른 조건

맥동 빈도와 정점 강도에

따른 평균 강도

극초단파 심부 투열 치료



Microwave Diathermy, MWD

극초단파 심부 투열 치료 정의

• 극초단파(Microwave)

– 주파수가 300~3000MHz, 30000MHz 이고, 파장이

1cm~1m인 전자기파

– 전자기 복사(Electromagnetic radiation)

– 전류가 아니라 파(Wave)의 형태

– 심부 투열 치료에는 2450MHz를 가장 많이 사용

– 빛과 같은 속도로 진행

– 반사, 산란, 굴절, 흡수의 성질을 가짐

• 극초단파가 조직에서 선택적으로 흡수하는 성질

을 이용하여 특정 조직을 선택적으로 가열하는 치

료 방법

극초단파 발생 장치

• 구성

– 전원 공급 회로(Power Supply Circuit)

– 자전관(Magnetron)

• 극초단파 발생

– 도자(Transducer)

• 안테나(Antenna)

• 반사경(Reflector)

• 자전관에서 발생된 극초단파를 신체로 보내는 도구

극초단파 심부 투열 치료기의

구성요소

극초단파 투열기

전원 공급 회로

(Power Supply Circuit)

• 고전압 전류를 완전 정류하여 자전관으로

보내는 장치

• 구성

– 승압 변압기

– 정류기

– 저전압 교류 전류를 정류관 필라멘트와 자전관

으로 보내는 부분

자전관

(Magnetron Oscillator, Magnetron Tube Apparatus)

• 자전관

– 음극과 양극으로 구성된 수 cm의 파장을 가진 극초단

파를 발생시키는 필라멘트 조정 회로 장치(Filament

Control Circuit)

– 원리

• 금속에 원형의 구멍을 뚫어 중심부에 넣은 음극으로부

터 바깥쪽 금속 블록에 가한 양전위로서의 양극을 향해

전자 방출 시킴 → 방출된 전자는 토로코이드 운동을 하

게 되고, 결과적으로 양극에서 유도 전하 발생 → 유도

전자의 운동과 전자의 회전 운동 사이에 공명 현상이 나

타나면 전자가 가지고 있던 에너지가 유도 전하에 주어

져 유도 전하의 운동이 활성화 되어 큰 전기 진동이 발생

하여 극초단파 발생시킴

자전관의 구조

공동 공진기