KR100911240B1

KR100911240B1 - 무선 전력 전송 방식 심부 뇌자극 장치

Info

Publication number: KR100911240B1
Application number: KR1020070046404A
Authority: KR
Inventors: 이언; 최상혁; 알 엘리오트 제임스
Original assignee: 가천의과학대학교 산학협력단
Priority date: 2007-05-14
Filing date: 2007-05-14
Publication date: 2009-08-06
Also published as: KR20080100561A; US8504166B2; US20110112602A1; WO2008140242A1

Abstract

본 발명은 무선 전력 전송 방식 심부 뇌자극 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 환자가 착용하는 모자에 구비되는 송전안테나로부터 무선으로 전송되는 마이크로파를 수신하고 이를 전력으로 변환하여 환자의 뇌에 이식된 전극을 구동시키도록 구성되어, 인체의 외부로부터 무선으로 전송되는 전력을 이용하여 비정상적인 운동 및 감각 기능을 교정할 수 있는 심부 뇌자극 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 무선 전력 전송 방식 심부 뇌자극 장치는, 전력을 공급하는 전원부와, 상기 전원부로부터 공급되는 전력을 마이크로파(microwave)로 발신하는 송전부와, 뇌신경 자극 기능을 작동시키기 위한 명령 신호를 송신하는 명령신호송신부와, 상기 송전부 및 명령신호송신부를 제어하는 제어부로 구성되어, 환자가 머리에 착용하는 모자에 구비되는 모자 모듈과; 환자의 뇌신경에 접촉이 되도록 두피 이하 두개골을 관통하여 이식되며, 상기 모자 모듈로부터 마이크로파를 수신하여 직류 전력으로 변환하고, 상기 변환된 전력을 이용하여 상기 모자 모듈로부터 전송된 명령 신호에 따라 상기 뇌신경을 자극하는 이식 모듈을 포함하여 구성되는 점을 특징으로 한다.

심부 뇌자극(DBS), 파킨슨병, 강박장애, 무선 전력 전송, 마이크로파

Description

무선 전력 전송 방식 심부 뇌자극 장치{Deep brain stimulation device having wireless power transmission mechanism}

도 1은 종래기술에 따른 심부 뇌자극기를 인체에 삽입한 상태를 보여주는 모식도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 전송 방식 심부 뇌자극 장치의 개괄적인 구성과 적용 상태를 나타내는 상태도.

도 3은 도 2에 도시된 무선 전력 전송 모듈의 부품 사시도.

도 4는 도 3에 도시된 렉테나의 구조를 나타내는 도면.

도 5는 도 4에 도시된 렉테나의 등가 회로도.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 전송 방식 심부 뇌자극 장치의 상세 구성을 나타내는 블록도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2 : 모자 3 : 모자 모듈

4 : 이식 모듈 10 : 심부 뇌자극 장치

12 : 두피 31 : 제어부

32 : 송전부 33 : 발진부

34 : 송전안테나 35 : 명령신호송신부

36 : 전원부 41 : 박막필름

42 : 수전부 43 : 전력 및 신호처리부

44 : 전력조절기 45 : 명령신호수신부

46 : 자극핀 47 : 자극용 전극

145 : 전극침 146 : 전선

150 : 전원부 420 : 렉테나

421 : 다이폴 425 : 쇼트키다이오드

현대사회의 복잡성으로 인하여 현대인은 사고 또는 질병에 잘 노출되어 인간고유의 기능 또는 운동 능력을 상실하곤 하는데, 의학만으로는 이러한 환자를 치유하는데 한계성을 가지고 있다. 이러한 한계점을 극복하기 위해 최근 공학분야의 기술이 의학분야에 접목된 의공학 분야의 발전을 가져 왔으며, 이로 인하여 건강관리시스템의 많은 영역에 획기적인 변화를 가져오고 있다.

예를 들자면, 심장박동조절기 및 심실근육 세동제거기는 수백명의 목숨을 구했으며 심장병 치료의 혁신적인 역할을 해오고 있다. 또한 심장박동조절기의 기술을 이용하여, 외과의사는 현재 비정상적인 뇌기능을 조절하기 위해 심부 뇌자극(Deep Brain Stimulation, DBS) 장치를 환자의 뇌에 이식하고 있다.

비정상적인 신체 행동 또는 정신적인 장애는 파킨슨병(Parkinson's Disease, PD) 또는 강박장애(Obessive-Compulsive Disorder, OCD)와 같은 뇌의 비정상적인 기능으로부터 유래한다. 파킨슨병은 손발이 떨리고 행동이 느려지면서 근육이 굳어지는 것이 주 증상인 만성 퇴행성 뇌질환이며, 강박장애를 가진 사람은 자신들이 접촉하는 어떤 것들로부터 오염되지도 모른다는 공포 때문에 외출도 꺼려하는 정신 질환이다.

현재 신경외과 의사는 파킨슨병, 강박장애 및 우울증과 같은 중대한 건강상의 문제점을 치료하기 위해 심부 뇌자극 장치를 사용하고 있다. 심부 뇌자극 장치를 이용하는 치료 방법은 외과적 방법으로 강박장애를 치료하는 유일한 희망이며, 파킨슨병을 치유하는데 효과가 입증된 방법이다. 이 방법은 환자의 뇌 기능을 정상화하기 위해 뇌신경의 일정부분을 억압하거나 자극할 수 있는 전극을 뇌의 심층부에 이식하는 과정이 필요하다.

파킨슨병을 가진 80명 이상의 환자를 통해 얻어진 결과를 프랑스의 그레놀 대학병원의 Alim-Louis Benabid가 1993년에 보고한 이래로 폭발적으로 심부 뇌자극장치가 시술되기 시작하여, 전세계적으로 약 3만건의 유사한 수술이 현재까지 수행되어 왔으며 그 결과도 대단히 성공적이다. 심부 뇌자극 장치는 정확한 뇌신경 위 치에 이식된 전극을 통해 뇌신경에 전류 펄스를 인가하여 질병의 주요현상인 떨림증을 멈추게 하고 곱은 근육을 이완시키는 작용을 한다.

그러나 비록 심부 뇌자극 장치가 현존하는 질병을 통제하는데 많은 기여를 하고는 있지만, 전원 공급이나 데이터 전송 그리고 프로그래밍을 위해서는 인간의 몸체 내에 전선을 사용함으로써 발생되는 다수의 문제점들을 가지고 있다.

도 1은 종래기술에 따른 심부 뇌자극 장치를 인체에 삽입한 상태를 보이는 모식도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 심부 뇌자극 장치는 뇌신경 위치에 이식되어 뇌신경에 전기 자극을 가함으로써 비정상적인 뇌 기능을 회복시켜주는 전극침(146)과, 전극침(146)에 전선(150)을 통해 연결되어 전극침(146)으로 전력을 공급해주는 전원부(160)로 구성된다.

이와 같이 구성된 심부 뇌자극 장치는, 건전지와 같은 전원이 구비된 전원부(160)를 복부 또는 가슴에 꿰매어 넣고, 피부를 이용하여 원격으로 전원을 온 또는 오프할 수 있도록 시술되기 때문에 임상적으로는 간단한 방법이지만, 환자에게는 참기 힘든 불편함을 제공하고, 또한 피부 밑에 설치된 전선(150)이 단락되거나 복부 또는 가슴에 내장된 건전지의 전원이 모두 소모된 경우에는 해당 부품의 교체 및 수리를 위해 외과적 수술을 되풀이 해야 하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술에 따른 심부 뇌자극 장치의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 본 발명의 목적은, 유선으로 전력을 공급하는 별도의 전원 장치 를 인체 내에 이식하는 대신 인체 외부로부터 마이크로파로 전송되는 전력을 이용하여 환자의 뇌신경을 전기적으로 자극하도록 구성하여, 전원 계통의 교체 및 수리를 위한 추가적인 외과 수술을 필요로 하지 않는 심부 뇌자극 장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서의 본 발명은, 전력을 공급하는 전원부와, 상기 전원부로부터 공급되는 전력을 마이크로파(microwave)로 발신하는 송전부와, 뇌신경 자극 기능을 작동시키기 위한 명령 신호를 송신하는 명령신호송신부와, 상기 송전부 및 명령신호송신부를 제어하는 제어부로 구성되어, 환자가 머리에 착용하는 모자에 구비되는 모자 모듈과; 환자의 뇌신경에 접촉이 되도록 두피 이하 두개골을 관통하여 이식되며, 상기 모자 모듈로부터 마이크로파를 수신하여 직류 전력으로 변환하고, 상기 변환된 전력을 이용하여 상기 모자 모듈로부터 전송된 명령 신호에 따라 상기 뇌신경을 자극하는 이식 모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방식 심부 뇌자극 장치를 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 전송 방식 심부 뇌자극 장치의 개괄적인 구성과 적용 상태를 나타내는 상태도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 전송 방식 심부 뇌자극 장치(10)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 크게 환자의 머리 부위에 이식되는 이식 모듈(4)과, 환자의 머리에 착용되는 모자(2) 내부에 구비되어 이식 모듈(4)에서 소요되는 전력을 무선으로 전송해주는 모자 모듈(3)로 구성된다.

모자 모듈(3)은, 마이크로파(microwave)를 발신하는 송전안테나(34)를 구비 하여 이식 모듈(4)의 구동을 위해 소요되는 전력을 이식 모듈(4) 측으로 무선으로 전송해준다. 여기서, 모자 모듈(3)에는 송전안테나(34)의 전력 송신을 포함한 모듈 전체의 기능을 제어하는 제어부(31; 도 6 참조)와, 이식 모듈(4) 측으로 뇌신경 자극 기능을 작동시키기 위한 명령 신호를 송신해주는 명령신호송신부(35; 도 6 참조)를 포함할 수 있다.

한편 이식 모듈(4)은, 심부 뇌신경에 접촉이 되도록 두피 이하 두개골을 관통하여 이식되어 환자의 신경계에 전기적인 자극을 가하는 자극핀(46)과, 두피 조직 아래의 두개골 뼈에 장착되는 박막필름(41)과, 박막필름(41) 상에 구비되어 자극핀(46)을 구동하기 위한 전력을 모자 모듈(3)로부터 수신하는 수전부(42)를 포함하여 구성된다. 또한, 수전부(42)와 연결되어 수전부(42)에서 출력되는 직류 전류를 변조시키고, 모자 모듈(3)로부터 수신된 명령 신호를 처리하는 전력 및 신호처리부(43)가 구비된다.

여기서, 박막필름(41)은 가요성 소재로 이루어진 박막 구조로서 주연부에 나사체결구(41a)가 다수 형성되어 두피 조직 아래의 두개골 뼈에 나사로 체결되며, 자극핀(46)은 박막필름(41)의 하면 중앙에 연결되어 신경자극을 위한 위치에 고정된다.

이와 같이 모자 모듈(3)의 송전안테나(34)와 이식 모듈(4)의 수전부(42)로 무선 전력 전송 모듈을 구성하여 무선으로 전력을 전송함으로써, 환자의 신체 내에 별도의 전원을 구비하지 않고도 자극핀(46) 구동을 위한 전력을 자체적으로 조달할 수 있다.

도 3은 도 2에 도시된 무선 전력 전송 모듈의 부품 사시도로서, 이식 모듈(4)과 모자 모듈(3) 간에 이루어지는 무선 전력 전송의 개념을 보이고 있다.

본 발명에 따른 무선 전력 전송은 전력 에너지를 무선 전송에 유리한 마이크로파로 변환시켜 그 에너지를 전달하는 전파 전송을 이용하는 방법으로서, 모자 모듈(3)의 송전안테나(34)로부터 이식 모듈(4)의 수전부(42) 측으로 마이크로파를 전송하고, 박막필름(41)에 구비된 수전부(42)에서 수신된 마이크로파를 필요한 전력으로 변환시키는 방식이다.

도시된 바와 같이, 송전안테나(34)는 마이크로파 안테나로서, 이식 모듈(4)의 수전부(42) 측으로 마이크로파를 전송해주는데, 공간에 전파를 직접 전송하는 데에 유리하도록 도파관의 끝단부를 나팔 모양으로 넓힌 혼안테나(horn antenna)인 것이 바람직하다. 여기서, 전송되는 마이크로파는 수전부(42)의 회로 크기를 소형화하고 송전안테나(34)와 수전부(42) 사이의 공기층 및 두피 조직을 통과하기 쉽도록 전력은 2 watt 이내이고 주파수는 X-band(10 GHz) 보다 적은 저전력, 저주파수 특성을 가지는 것이 바람직하다. 단, 3 GHz 이하의 주파수는 피부 조직의 수산기(水酸基; hydroxyl group(OH))와 공명 커플링(resonant coupling)되어 전력이 감쇠될 수 있으므로 마이크로파의 주파수를 3 ~ 10 GHz로 설정하는 것이 가장 바람직하다.

한편, 송전안테나(34)로부터 전송되는 마이크로파를 수신하는 수전부(42)는 두피조직과 두개골 사이에 위치하는 박막필름(41)의 상면에 구비되는 다수의 렉테 나(rectenna; 420)로 구성된 렉테나 어레이로서, 수신된 마이크로파를 변환하여 직류 전력을 생성한다. 여기서, 수전부(42), 즉 렉테나 어레이는 입력되는 마이크로파의 편파(polarization) 현상에 무관하게 최대의 결합(coupling) 효율과 평균 전력 획득을 위해 박막필름(41)의 상면 중심을 기준으로 방사형으로 배치되는 것이 바람직하다. 수전부(42)를 구성하는 렉테나(420)의 구조 및 구체적인 작동에 대해서는 후술하여 상세히 설명하기로 한다.

수전부(42)에서 생성된 직류 전력은 전력 및 신호처리부(43;도 2 참조)를 거쳐 뇌 신경을 자극하기 위한 펄스 전류로 변조된 후, 박막필름(41)의 하면 중앙에 연결된 자극핀(46)으로 공급된다.

자극핀(46)은 행동 대뇌피질의 미세한 통로 내에 이식되어 하단부가 심부 뇌신경에 접촉하게 되는데, 그 몸체의 재질은 인체내의 유체에 반응하지 않고 거부반응이 없는 재료로 구성되는 것이 바람직하며, 특히 생리학적으로 인체에 적응이 잘되는 폴리머 또는 세라믹 재질로 구성되는 것이 좋다.

또한, 자극핀(46)의 하단에는 신경세포를 자극하기 위한 전압을 전달하는 자극용 전극(47)이 다수개 착설되어 있으며, 그 표면은 상부부터 팁 영역까지 절연물이 코팅되어 인체로의 누전을 방지해준다. 여기서, 자극핀(46) 내에 설치되는 다수의 자극용 전극(47)은 절연 코팅된 금선으로 제조한다.

상기의 자극핀(46)은 심부 뇌자극을 위해 뇌의 내부에 매식되는 유일한 부분이며, 두피조직과 두개골 사이에 위치하는 박막필름(41) 상에 구비된 수전부(42)는 자극핀(46)의 기능을 수행하기 위해 필요되는 전력을 생산하기 위해 모자 모듈(3) 로부터 전송되는 마이크로파와 결합한다. 결국 공기층을 사이에 두고 서로 대향하여 설치된 송전안테나(34)와 수전부(42)를 이용하여 무선으로 전력을 전송함으로써, 이식 모듈(4)에서 사용되는 전력을 안정적으로 공급하는 효과를 얻을 수 있다.

도 4는 도 3에 도시된 렉테나의 구조를 나타내는 도면이고, 도 5는 도 4에 도시된 렉테나의 등가 회로도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 렉테나(420)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 반파장 다이폴(421)에, 필터 역할을 하는 다수의 콘덴서(422, 423, 424)와 쇼트키(schottky) 장벽을 이용한 정류 작용을 하는 쇼트키다이오드(schottky diode; 425)를 접속한 구조로서, 공간을 통해 전파되어온 마이크로파 전력을 수신하여 직류 전류로 변환해준다. 이를 등가 회로 모델로 치환하여 그 작동 과정에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 5에 도시된 바와 같이, 정상 모드로 동작하는 경우, 마이크로파 전력이 반파장 다이폴(421)을 통해 입력되면 쇼트키다이오드가 포함된 정류 회로(C2)를 통과하면서 직류 전력으로 변환된 후 부하측으로 출력되며, 역방향 모드로 동작하는 경우에는 입력된 직류 전력이 정류 회로(C2)를 통과하면서 마이크로파로 변환되어 반파장 다이폴(421)을 통해 공간으로 전파된다. 여기서, 반파장 다이폴(421)과 정류 회로(C2) 사이에 구비되는 저주파필터(low-pass filter; C1)는 정류 과정에서 발생하는 고주파가 다이폴(421)을 통해 재방사되어 통신을 방해하는 현상을 방지해준다.

이와 같이 구성된 렉테나(420)는 다이폴(421)의 길이 또는 개수에 따라 결합되는 주파수대가 결정되므로, 송전안테나(34)로부터 송신되는 마이크로파와의 결합 효율을 최대한 높이기 위하여, 마이크로파의 주파수대를 고려하여 적절한 길이 및 개수의 다이폴을 가지는 렉테나를 조합하여 수전부(42)의 렉테나 어레이를 형성하는 것이 바람직하다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 전력 전송 방식 심부 뇌자극 장치의 상세 구성을 나타내는 블록도이다.

이하, 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 무선 전력 전송 방식 심부 뇌자극 장치(10)의 전체 구성 및 작동 과정을 상세히 설명하기로 한다.

앞에서도 설명한 바와 같이, 본 발명의 심부 뇌자극 장치(10)는 환자가 착용하는 모자(2) 내부에 구비된 모자 모듈(3)과 환자의 뇌에 이식하는 이식 모듈(4)로 구성되어 있다.

모자 모듈(3)의 경우에는 모듈 전체에 전력을 공급해주는 전원부(36)와, 마이크로파 전력을 전송하는 송전부(32)와, 이식 모듈(4)의 뇌신경 자극 기능을 작동시키기 위한 명령 신호를 송신해주는 명령신호송신부(35) 및 제어부(31)를 포함하고 있는데, 제어부(31)는 송전부(32)의 마이크로파 송신 기능을 제어하거나 명령신호송신부(35)를 통해 이식 모듈(4)에 신경자극용 명령신호(7)를 전송한다. 또한 송전부(32)는 전원부(36)로부터 전력을 공급받아 이식 모듈(4)로 전송할 마이크로파를 발생시키는 발진부(33)와, 발진부(33)에서 생성된 마이크로파를 이식 모듈(4) 측으로 발신하는 송전안테나(34)로 구성된다.

한편, 뇌에 이식되는 이식 모듈(4)은 자극용 전극(47)이 구비된 자극핀(46)과, 모자 모듈(3)의 송전안테나(34)로부터 두피(12)를 통과하여 전송되는 마이크로파 전력을 수신하고 수신된 마이크로파 전력을 직류 전력으로 변환하는 수전부(42)와, 수전부(42)로부터 직류 전력을 공급받아 전체 회로 및 자극핀(46) 등에서 사용할 수 있도록 변조하는 전력조절기(44)와, 모자 모듈(3)의 명령신호송신부(35)로부터 명령신호를 전송받는 명령신호수신부(45)를 포함한다.

여기서, 수전부(42)는 전술한 바와 같이 두피조직과 두개골 사이에 고정된 박막필름(41) 상에 방사형으로 배열된 렉테나 어레이로 구성되는 것이 바람직한데, 이 경우 각 렉테나(420)의 다이폴(421) 및 이에 접속된 쇼트키다이오드(425)를 통해 마이크로파 전력을 수신하여 직류 전류로 변환하게 된다.

또한, 전력조절기(44)에서 출력되는 전력은 심부 뇌 자극을 위해 요구되는 전력은 최소 200Hz에서 60 내지 500μsec의 펄스 폭을 가지는 펄스파로서 그 크기는 0 에서 ±10 볼트 사이인 것이 바람직하다.

이와 같이 본 실시예에 따른 무선 전력 전송은 모자 모듈(3)에 포함된 발진부(33)에 의해 생성된 마이크로파를 송전안테나(34)를 통해 이식 모듈(4)의 수전부(42)로 전송하고, 수전부(42)에서 전송된 마이크로파 전력을 직류 전류로 변환한 후, 전력조절기(44)에 의해 수전부(42)에서 출력되는 직류 전류를 시스템 구동에 필요한 소정의 전압을 가진 직류 전류 및 뇌신경 자극을 위한 펄스 전류로 변조하여 이식 모듈(4)의 회로 전체 및 자극용 전극(47) 등에 공급한다. 즉, 이식 모 듈(4)의 구동에 필요한 전력이 유선으로 직접 전송되는 것이 아니라, 모자 모듈(3)로부터 피부 조직의 두께를 통과하여 전송된 마이크로파와 결합하는 렉테나 어레이에 의해 생성된다.

한편, 모자 모듈(3)에는 이식 모듈(4)의 뇌신경 자극 기능을 온/오프 할 수 있는 스위치(미도시)가 제어부(31)와 연결되도록 구비되어, 제어부(31)에서 스위치 작동에 따라 발진부(33)를 구동시키는 동시에 명령신호송신부(35)를 통해 이식 모듈(4)의 명령신호수신부(45)로 신경자극용 명령신호를 전송하고, 명령신호수신부(45)를 통해 수신된 신경자극용 명령신호에 따라 전력조절기(44)가 작동하여 자극용 전극(47)으로 펄스 전력을 공급함으로써 뇌신경을 자극시키도록 구성된다.

여기서, 상기한 명령신호송신부(35) 및 명령신호수신부(45)를 구비하지 않고, 발진부(33)의 구동에 따라 송전안테나(34)로부터 발신된 마이크로파 전력을 수전부(42)에서 수신하여 직류 전력으로 변환시킴과 동시에, 전력조절기(44)가 즉시 작동하여 자극용 전극(47)으로 펄스 전력을 공급하도록 구성할 수도 있다.

상술한 구조를 가지는 심부 뇌자극 장치(10)가 이식된 환자는 단지 머리에 이식된 박막필름(41)에 근접하는 모자(2)를 쓰고 자유롭게 이동할 수 있으며, 파킨슨병 환자의 손 떨림증과 같이 환자의 뇌 신경에 이상 징후가 발생하는 경우, 본인 또는 타인에 의해 즉시 모자(2)에 구비된 스위치를 작동시켜 모자 모듈(3)의 전력을 두피 조직 하부에 위치하는 수전부(42), 즉 렉테나 어레이로 마이크로파 형태로 전송하고, 전송된 마이크로파 전력으로부터 펄스 전류를 생성하여 자극핀(46)을 작동시킴으로써 뇌의 비정상 현상을 해소시킬 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 심부 뇌자극 장치는, 복부 또는 가슴에 꿰매어 넣고 피부를 통해 원격으로 전원을 온 또는 오프하는 종래의 심부 뇌자극기와 비교해 볼 때, 무선 방식으로 전력을 전송할 수 있는 특징을 가지고 있고, 따라서, 환자의 인체 내에 이식된 건전지 및 기타 요소를 교체하기 위해 외과적 수술이 필요하지 않는 점이 장점이라 할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 무선 전력 전송 방식 심부 뇌자극 장치는, 무선으로 전력을 전송 받아 작동하는 심부 뇌 자극(DBS) 장치를 구현하여 뇌신경 계통의 비정상적인 기능을 지닌 환자의 기능을 정상화시키고, 약화된 신경계의 기능을 강화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 인체 내에 별도의 전원 장치를 구비하지 않아 전원 및 전선 등의 교체를 위한 추가 수술이 필요 없고 한번의 시술만으로 영구적인 작동이 가능하기 때문에, 제품의 유지 비용을 대폭 절감할 수 있고 반복된 수술로 인한 환자의 고통을 경감하는 효과도 있다.

Claims

운동 및 감각 기능에 이상이 있는 환자의 뇌신경을 자극하여 뇌 기능을 정상화시키기 위한 심부 뇌자극 장치에 있어서,

전력을 공급하는 전원부(36)와, 상기 전원부(36)로부터 공급되는 전력을 마이크로파(microwave)로 발신하는 송전부(32)와, 뇌신경 자극 기능을 작동시키기 위한 명령 신호를 송신하는 명령신호송신부(35)와, 상기 송전부(32) 및 명령신호송신부(35)를 제어하는 제어부(31)로 구성되어, 환자가 머리에 착용하는 모자(2)에 구비되는 모자 모듈(3)과;

환자의 뇌신경에 접촉이 되도록 두피 이하 두개골을 관통하여 이식되며, 상기 모자 모듈(3)로부터 마이크로파를 수신하여 직류 전력으로 변환하고, 상기 변환된 전력을 이용하여 상기 모자 모듈(3)로부터 전송된 명령 신호에 따라 상기 뇌신경을 자극하는 이식 모듈(4);

을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방식 심부 뇌자극 장치.
제 1항에 있어서,

상기 모자 모듈(3)에서 발신되는 마이크로파는,

전력이 2 watt 이하이고, 주파수는 3 ~ 10 GHz 인 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방식 심부 뇌자극 장치.
제 1항에 있어서,

상기 모자 모듈(3)은 상기 이식 모듈(4) 측으로 마이크로파를 발신하는 송전안테나(34)를 포함하고,

상기 이식 모듈(4)은 상기 송전안테나(34)로부터 전송되는 마이크로파를 수신하여 직류 전력으로 변환하는 수전부(42)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방식 심부 뇌자극 장치.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 송전부(32)는,

상기 전원부(36)로부터 전력을 공급받아 마이크로파를 발생시키는 발진부(33)와;

상기 발진부(33)에서 생성된 마이크로파를 상기 이식 모듈(4) 측으로 발신하는 송전안테나(34);

로 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방식 심부 뇌자극 장치.
제 1항에 있어서,

상기 이식 모듈(4)은,

환자의 두피조직과 두개골 사이에 고정되는 박막필름(41)과;

상기 박막필름(41)의 하부에 연결되고, 심부 뇌신경에 접촉이 되도록 두피 이하 두개골을 관통하여 이식되어, 환자의 신경계에 전기적인 자극을 가하는 자극핀(46)과;

상기 모자 모듈(3)의 송전부(32)로부터 두피(12)를 통과하여 전송되는 전력을 수신하여 직류 전력으로 변환하는 수전부(42)와;

상기 수전부(42)로부터 직류 전력을 공급받아 전체 회로 및 상기 자극핀(46)에서 사용할 수 있도록 변조하는 전력조절기(44)와;

상기 모자 모듈(3)의 명령신호송신부(35)로부터 명령신호를 전송받는 명령신호수신부(45);

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방식 심부 뇌자극 장치.
제 6항에 있어서,

상기 수전부(42)는,

상기 박막필름(41) 상에 방사형으로 배열된 렉테나 어레이로 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방식 심부 뇌자극 장치.
제 3항 또는 제 5항에 있어서,

상기 송전안테나(34)는,

혼안테나(horn antenna)인 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방식 심부 뇌자극 장치.