Journal of the Korean Society of Radiology (한국방사선학회논문지)

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Design of PWM-Based Photo Irradiation System for Acne Treatment

여드름 치료를 위한 PWM 기반 광 조사 시스템 설계

  • Kim, Chang-Su (Department of Biomedical Engineering, Konyang University Hospital) ;
  • Lim, Hyun-Soo (Department of Biomedical Engineering, Chungnam National University)
  • 김창수 (건양대학교병원 의공학과) ;
  • 임현수 (충남대학교 의과대학 의공학과)
  • Received : 2012.04.27
  • Accepted : 2012.06.22
  • Published : 2012.06.30
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Abstract

As one of photo dynamic therapies, the existing LED photo irradiation method with 635 nm continuous wave has most frequently been used for acne treatment, it suffered from a low energy efficiency and generation of a large amount of heat in tissues requiring improvement measures. In this thesis, a LED photo irradiation system for acne treatment has been designed using PWM(Pulse Width Modulation) mode to enhance the energy efficiency and prevent thermal destruction in tissues. System configuration consisting largely of timer module, PWM module, and photo transfer device has been designed with the use of 1 W LED at a wavelength of 660 nm for the photo transfer device to increase skin penetration depth for treatment of acne. Frequency and wave form generated by using PWM control was verified along with confirmation of output energy of 660 nm LED and surface temperatures of tissues, followed by evaluation of stable energy outputs and stability of tissues. The results indicated that whereas power loss was high and thermal destruction in tissues was exhibited when C.W mode was used to obtain the optical energy of 1 W LED at a wavelength of 660 nm for acne treatment, realization of PWM mode allowed lowering of power consumption for LED through pulse width modulation, and no occurrence of thermal destruction in tissues, suggesting that PWM mode is safer and more effective for treatment of acne than C.W mode.

광 역학치료(Photodynamic therapy: PDT) 중 하나인 기존의 LED 광 조사는 연속파(Continuous wave: C.W) 방식의 635 nm 파장으로 여드름 치유에 가장 많이 사용되어 왔으나, 이 방식은 에너지효율이 낮고 생체조직에 열이 많이 발생하여 개선의 방안이 필요했다. 본 논문에서는 에너지효율을 높이고 여드름 치료를 위하여 생체조직에서의 열적 파괴현상을 방지하기위해 PWM(펄스 폭 변조: Pulse Width Modulation)을 활용한 여드름 치료용 LED 광 조사장치를 설계하였다. 시스템 구성은 크게 Timer 모듈, PWM 모듈, 광학전달 장치로 크게 세구성하여 설계하였으며, 여드름 치료를 위한 피부 투과 깊이를 높이기 위하여 광학전달 장치는 660 nm 파장의 1 W LED를 사용하였다. PWM 제어를 이용하여 발생된 주파수와 파형을 확인하고, 660 nm LED의 출력에너지 및 생체조직의 표면온도를 확인하여 안정적인 에너지출력과 생체조직의 안정성에 대해 평가하였다. 그 결과 여드름 치료를 위한 660 nm 파장의 1 W LED 광 에너지를 얻기 위하여 C.W 방식으로 사용하였을 경우 전력손실이 높고 생체조직에서의 열적 파괴현상을 보였으나, PWM 방식을 구현함으로써 펄스 폭 변조를 통하여 LED의 전력소모를 낮추었고, 생체조직의 열적 파괴현상이 나타나지 않아 여드름 치료를 위해 사용할 경우 C.W 방식보다 PWM 방식이 더 안전하고 효과적일 것으로 사료된다.

Keywords

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