KR100990414B1 - 췌장 장애를 치료하기 위한 자율 신경의 자극 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 췌장 장애를 치료하기 위한 환자의 미주 신경의 부위를 자극하는 방법 및 장치를 제공한다. 한 개 이상의 전극은 환자의 자율 신경 한 곳 이상에 커플링된다. 상기 부위는 복강 신경총, 상 장간막 신경총 및 흉부 내장 신경을 포함할 수 있다. 전극을 이용하여 전기 신호를 미주 신경의 부위에 인가하여, 췌장 장애를 치료한다.

Description

췌장 장애를 치료하기 위한 자율 신경의 자극 방법{AUTONOMIC NERVE STIMULATION TO TREAT A PANCREATIC DISORDER}
본 발명은 일반적으로 이식가능한 의료기에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 자율 신경을 자극하여 췌장 장애(들)를 치료하기 위한 방법, 장치 및 시스템에 관한 것이다.
인간 신경계(HNS)는 총체적으로 중추 신경계(CNS)라고 하는 뇌와 척수로 이루어져 있다. 중추 신경계는 신경 섬유로 구성되어 있다. 그외 인체 부위에서의 신경망은 말초 신경계(PNS)를 구성하고 있다. 뇌 신경이라고 하는 일부 말초 신경은 직접 뇌에 연결되어 있으며, 시력, 눈 운동, 청력, 안면 운동 및 촉감과 같은 다양한 뇌의 기능을 제어한다. 자율 신경계(ANS)라고 하는 그외 말초 신경계는 혈관의 직경, 장 운동 및 많은 내부 장기의 활동을 제어한다. 자율적인 기능은 혈압, 체온, 심장 박동 및 자발적 제어없이 이루어지는 모든 무의식적인 기초 활동을 포함한다.
다른 인간 신경계와 마찬가지로, 신경 신호는 뇌와 인체의 다른 부위를 연결하는 말초 신경을 따라 상하로 이동한다. 뇌 및 말초 신경에서의 신경로 또는 신경 경로는 마이엘린이라고 하는 피복으로 싸여있다. 마이엘린 피복은 신경을 따라 이동하는 전기적 펄스를 절연시킨다. 신경 다발은 마이엘린 피복을 포함하는 직경이 좀더 큰 A 및 B 섬유와, 직경이 훨씬 작으며 마이엘린이 피복되어 있지 않는 C 섬유를 포함하고 있으며, 최대 100,000개 또는 그 이상의 여러가지 유형의 각 신경 섬유로 구성되어 있다. 특히 여러가지 유형의 신경 섬유는 다양한 크기, 전도 속도, 자극 역치 및 마이엘린화 상태(즉, 마이엘린화되었거나 마이엘린화되어있지 않음)를 가지고 있다.
췌장은 평균적으로 약 6인치 길이의 비교적 작은 장기이다. 췌장은 상복부에 인접하여 위치되어 있으며, 작은 내부 영역에 연결되어 있다. 췌장은 척추 가까이 신체 후부에 위치되어 있다. 췌장은 깊게 들어가 있어서 췌장 관련 장애를 진단하기 어렵다. 연구자들은 췌장 관련 장애의 최신 진단 및 치료 기술 분야를 개선시키고자 하고 있다.
췌장은 단백질, 지방 및 탄수화물이 장을 통해 체내로 흡수되기 전에 이들의 소화를 보조하는 효소들을 만든다. 부가적으로, 췌장은 인슐린을 생산하는 엔도르핀 세포 부위를 형성한다. 일반적으로 인슐린은 신체의 주 에너지원인 글루코스의 사용 및 저장을 조절한다. 따라서, 췌장은 체내에서 외분비 기능과 내분비 기능의 2가지 매우 중요한 역할을 수행한다.
췌장에는 2가지 타입의 조직, 즉 대부분의 내분비 세포 클러스터와 외분비 조직 덩어리, 및 조합된 관이 있다. 이 관은 소화 과정을 보조하기 위해 소장으로 전달되는 소화 효소가 함유된 알카리 체액을 생산한다. 인슐린, 글리코겐 및 다양한 호르몬을 생산하는 여러 내분비 세포 클러스터는 외분비 조직에 산재되어 있다. 인슐린과 글리코겐은 혈당 수치의 조절자로서 제공되는 중요한 요소이다. 예를 들면, 인슐린은 혈중에 글루코스 수치 상승에 반응하여 일차적으로 분비된다. 이후, 인슐린은 혈중 글루코스 수치를 감소시키도록 반응한다. 이러한 인슐린에 의한 통제는 글루코스 수치를 조절하기 위해 췌장에 의해 제공된다. 부적절한 인슐린 생산과 관련된 장애가 당뇨병이다.
또한, 외분비선의 적절한 분비 기능을 저해하는 다른 췌장 장애도 발생할 수 있다. 그러나, 혈당 수준 장애를 일으키는, 췌장의 내분비 활성과 관련된 장애가 보다 흔하다. 췌장 장애로 인한 글루코스 수준 장애를 겪고 있는 환자는 백만명에 이르는 것으로 추산된다. 췌장 관련 장애는 흔히 여러가지 약물 및/또는 생물학적 화합물, 예컨대 호르몬, 인공 인슐린 등을 이용하여 치료하고 있다. 최신 치료 방법의 문제점은 이들 장애를 치료하기 위해 사용되는 약물에 대해 많은 사람들이 내성을 보인다는 것이다. 또한, 호르몬 요법 및 그외 치료법은 매우 바람직하지 않는 여러가지 부작용을 초래할 수 있다. 나아가, 기존 치료 방법은 특정 환자에게 한정된 결과를 제공할 수 있다. 약물 요법에 비하여, 이러한 질환 및 장애 치료에 효과적인 침습적인 의료 시술 및/또는 호르몬 치료법은 상당히 제한적이다.
본 발명은 전술한 한가지 이상의 문제로 인한 효과를 해결하거나 부분적으로 경감시키는 것에 관한 것이다.
발명의 개요
본 발명의 일측면은 췌장 장애를 치료하기 위하여 환자의 자율 신경을 자극하는 방법을 포함한다. 한 개 이상의 전극이 환자의 복강 신경총(celiac plexus)의 한 곳 이상에 커플링된다. 췌장 장애를 치료하기 위하여, 전극을 이용하여 복강 신경총 부위에 전기 신호를 인가한다.
본 발명의 다른 측면은, 췌장 장애를 치료하기 위하여 환자의 미주 신경 부위를 자극하는 다른 방법을 제공한다. 한 개 이상의 전극은 환자의 한 곳 이상의 복강 신경총에 커플링된다. 또한, 전기 신호 발생기를 제공한다. 상기 전기 신호 발생기는 한 개 이상의 전극과 커플링된다. 전기 신호는 상기 전기 신호 발생기를 이용하여 발생된다. 췌장 장애를 치료하기 위해 전극에 전기 신호를 인가한다.
또다른 측면으로, 본 발명은 췌장 장애를 치료하기 위해 환자의 미주 신경 부위를 자극하는 방법을 포함한다. 한 개 이상의 전극은 환자의 상기 미주 신경의 복강 신경총, 상 장간막 신경총(superior mesenteric plexus), 흉부 내장 신경중 한 곳 이상과 커플링된다. 췌장 장애를 치료하기 위해 전극을 이용하여 전기 신호를 미주 신경의 하나 이상의 가지에 인가한다.
구체적인 구현예에 대한 상세한 설명
본 발명의 예시적인 구현예를 설명한다. 본 명세서에 실제 구현과 관련된 모든 특징들이 언급되어있는 것은 확실히 아니다. 이러한 실제 구현예의 개발시, 수많은 구현-특이적인 결정(implementation-specific decision)은 구현마다 다양한 디자인-특이적인 목표를 달성하도록 행해져야 한다. 이러한 개발 노력은 어쩌면 복잡하고 시간이 많이 걸리지만, 그럼에도 불구하고 본원이 유용한 기술분야의 당업자들에게 일반적으로 이해되는 것으로 인정될 것이다.
하기 설명에 특정 용어가 사용되며, 청구항은 특정 시스템 구성을 나타낸다. 당업자에게 자명한 바와 같이, 구성은 여러가지 명칭으로 나타낼 수 있다. 본원에서는 명칭만 다르고 기능은 동일한 구성들은 구별하지는 않는다. 하기 설명 및 청구항에서, 용어 "포함하는"은 비제한적 사용되며, 따라서 "비제한적으로 포함하는"의 의미로 해석되어야 한다. 또한, 용어 "커플링된다" 및 "커플링된다"는 직접적인 또는 간접적인 전기적 연결 중 어느 하나를 의미하는 것으로 의도된다. 예를 들면, 제1 기구가 제2 기구에 커플링되어 있다면, 연결은 직접적인 전기 연결을 통한 것일 수 있거나, 또는 다른 기구, 생물학적 조직 또는 자기장을 통한 간접적인 전기 연결을 통한 것일 수 있다. "직접 접촉", "직접 부착" 또는 "직접 커플링"은, 사이에 실질적인 감쇠 매질(attenuating medium) 없이 제1 부재의 표면이 제2 부재의 표면에 접촉된 것을 의미한다. 실질적으로 전기적 연결을 감쇠시키지 않는 체액과 같은 물질의 존재는 직접 접촉을 손상시키지는 않는다. 용어 "또는"은 그와 반대되는 구체적인 사용이 명확하게 언급되어 있지 않다면 포괄적인 의미(즉, "및/또는")로 사용된다.
본 발명의 구현예는 미주 신경의 가지, 상 장간막 신경총 및/또는 흉부 내장 신경과 같은 자율 신경의 자극에 의한 췌장 장애(들)의 치료를 제공한다.
뇌 신경의 자극은 그중에서도 간질과 그외 운동 장애, 우울증과 그외 신경 정신병적 장애, 치매, 혼수 상태, 편두통, 비만, 섭식 장애, 수면 장애, 심장 장애(예, 울혈성 심부전 및 심방 세동), 고혈압, 내분비 장애(예, 당뇨병 및 저혈당) 및 통증 등의, 수많은 신경계 장애를 치료하기 위해 성공적으로 사용되고 있다. 예로, 미국 특허 4,867,164; 5,299,569; 5,269,303; 5,571,150; 5,215,086; 5,188,104; 5,263,480; 6,587,719; 6,609,025; 5,335,657; 6,622,041; 5,916,239; 5,707,400; 5,231,988; 및 5,330,515를 참조한다. 뇌 신경의 자극이 전술한 상태에 대한 적절한 치료 방법일 수 있음은 인정하지만, (전부는 아니지만) 다수 뇌 신경의 구체적인 신경 경로는 상대적으로 미확인된 상태라는 사실은 해당 장애에 대한 효과를 예측하기 어렵게 한다. 비록 이러한 경로들이 공지되었다고 하더라도, 특정 장애에 영향을 미치는 특정 경로에 활력을 주는 정확한 자극 파라미터는 예측하기 어렵다. 즉, 지금까지 뇌 신경 자극과 특히 미주 신경의 자극은 췌장 장애 치료에 사용하기 적절한 것으로 판단되지 않았다.
본 발명의 일 구현예에서, 방법, 장치 및 시스템은 췌장 장애에 전기 신호를 이용하여 뇌 신경과 같은 자율 신경, 예컨대 미주 신경을 자극한다. 신경의 "전기 신호"는 환자의 신체 및 환경에서 생성되지 않는, 인공 소스, 예컨대 이식된 신경자극기로부터 인가되는 전기적 활성(즉, 구심성 및/또는 원심성 활동 전위)을 의미한다. 본 발명은 미주 신경(뇌 신경 X)의 자극을 이용하여 췌장 장애를 치료하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법 및 장치에 사용하기에 통상적으로 적합한 신경자극기 형태는, 예컨대 본 출원과 동일한 양수인에 양도된 미국 특허 5,154,172에 개시되어 있다. 신경자극기는 NeuroCybernetic Prosthesis(NCP®, Cyberonics, Inc., Houston, Texas, 본 출원의 양수인)를 참조할 수 있다. 신경자극기에 의해 발생된 전기 자극의 특정 파라미터는, 통상적인 방식으로 외부 프로그래머를 이용하는 것과 같이, 이식가능한 전기 의료기에 프로그래밍할 수 있다.
본 발명의 구현예는 췌장 관련 장애를 치료하기 위해 자율 신경의 부위에 전기 자극을 제공하다. 저혈당 상태, 고혈당 상태 및/또는 그외 당뇨병 관련 장애, 또는 췌장 관련 장애는 이식가능한 의료기에 의해 제공되는 전기 자극을 이용하여 치료할 수 있다.
일반적으로, 당뇨병은 2개의 카테고리, 즉 1형 당뇨병과 2형 당뇨병으로 나뉘어진다. 1형 당뇨병은 어린이와 청소년들에서 일반적으로 진단되는 당뇨병 타입이다. 1형 당뇨병은 처음에는 종말 당뇨병(terminal diabete)으로 알려졌다. 1형 당뇨병의 경우, 체내에서 인슐린이 생산되지 않는다. 인슐린은 신체가 당을 이용하는데 필수적이다. 1형 당뇨병과 관련있는 상태로는, 저혈당, 고혈당, 케톤산증, 및/또는 장 질환(celiac disease)을 포함할 수 있다. 1형 당뇨병의 합병증으로는 심혈관 질환, 망막증, 신경 손상, 신장 손상 등을 포함할 수 있다. 2형 당뇨병은 보다 일반적인 당뇨병 형태이다. 2형 당뇨병의 경우, 체내에서 인슐린을 충분히 생산하지 못하거나, 또는 세포가 인슐린을 인식하지 못한다. 그 결과 눈, 신장 및 신경 및/또는 심장 손상이 발생될 수 있다. 본 발명의 구현예에 의해 제공되는 전기 자극을 별도로 또는 화학 자극, 생물학적 자극 및/또는 자기 자극과 병행하여 이용하여, 췌장 관련 장애(들)를 치료할 수 있다.
복강 신경총과 같은 미주 신경의 부위를 췌장의 기능(들)에 영향을 미치도록 자극하여, 췌장 관련 장애(들)를 치료할 수 있다. 나아가, 흉부 내장 신경 및/또는 상 장간막 신경총을 췌장 작용에 영향을 미치도록 자극하여, 췌장 관련 장애를 치료할 수 있다. 부교감 신경계인, 미주 신경 부위의 자극을 이용하여, 췌장의 내분비 작용 및/또는 외분비 작용의 과도한 응답(hyperresponsive) 반응을 변형시킬 수 있다.
흉부 내장 신경과 같은 교감 신경의 전기 자극을 이용하여 췌장 자극을 제공함으로써, 췌장 부위와 관련있는 활성 수준을 증가시킬 수 있다. 이러한 유형의 자극을 이용하여 췌장의 내분비 활성 및/또는 외분비 활성을 증가시킴으로써, 췌장 관련 장애(들)를 치료할 수 있다. 미주 신경의 다양한 가지 및/또는 흉부 내장 신경과 같은 다양한 신경으로부터 조합될 수 있는 신경 형성 영역을 자극하여 췌장에 활력을 줄 수 있다. 이러한 자극은 췌장 관련 장애(들)이 치료될 수 있도록 췌장의 기능성에 영향을 주기 위해 제어할 수 있다. 아울러, 본 발명의 구현예를 사용하여, 췌장 관련 장애를 치료하기 위한 화학 치료, 자기 치료 및/또는 생물학적 치료와 같은 그외 치료법을 강화시킬 수 있다.
본 발명은 첨부한 도면과 함께 하기 상세한 설명을 참조하여 이해될 수 있으며, 도면에서 동일한 인용 숫자는 동일한 요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따라 췌장 장애 환자를 치료하기 위하여 뇌 신경을 자극하는 이식가능한 의료기의 양식화된 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따라 환자의 미주 신경을 자극하기 위해 환자의 신체에 이식된 신경자극기와 외부 프로그래밍 유저 인터페이스를 일 예로 나타낸 것이다.
도 3A는 췌장, 간, 미주 신경 및 내장 신경의 양식화된 도이다.
도 3B는 췌장, 미주 신경, 흉부 내장 신경, 미주 신경의 복강 가지 및 상 장간막 신경총의 양식화한 도이다.
도 4A는 본 발명의 일 예에 따라 전기 신호를 뇌 신경에 인가하였을 때 도 2의 신경자극기로 발화하는 동안 특정 시간대에 해당 위치에서의 전압 그래프로서, 발화 신경원(firing neuron)의 전기 신호를 예시한 것이다.
도 4B는 역치 이하의 탈분극 펄스 및 부가 자극을 미주 신경에 적용하였을 때, 도 2의 신경자극기로 발화하는 동안 특정 시간대에 해당 위치에서의 전압 그래프로서, 발화 신경원의 전기 신호 반응을 예시한 것이다.
도 4C는 본 발명의 일 예에 따라 도 2의 신경자극기에 의한 특정 시간대에 해당 위치에서의 전압 그래프로서, 역치 이하의 탈분극 펄스 및 부가 자극 등의 신경원을 발화시키기 위한 미주 신경에 대한 자극을 예시한 것이다.
도 5A, 5B 및 5C는 본 발명의 일 예에 따라 췌장 장애를 치료하기 위하여 미주 신경을 자극하기 위한 전기 신호를 발생시키는 웨이브 형태를 예시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 예에 따라 췌장 장애를 치료하기 위한 이식가능한 의료기를 양식화한 블럭도이다.
도 7은 본 발명의 일 예에 따라 췌장 질환을 치료하는 방법을 나타낸 플로우차트이다.
도 8은 본 발명의 다른 예에 따라 췌장 질환을 치료하기 위한 대체 방법을 나타낸 플로우차트이다.
도 9는 본 발명의 일 예에 따라 도 8의 검출 프로세스를 수행하는 단계를 보다 자세하게 나타낸 플로우차트이다.
도 10은 본 발명의 일 예에 따라 도 8에 나타낸 췌장 장애와 관련된 데이타를 토대로 특정 자극 타입을 결정하는 단계를 보다 자세하게 나타낸 플로우차트이다.
본 발명은 다양한 변형 및 대체 형태를 허용하며, 이의 구체적인 구현예는 도면을 예를 들어 나타내며, 본원에 구체적으로 설명되어 있다. 그러나, 구체적인 구현예에 대한 설명은 언급된 특정 형태로 본 발명을 한정하는 것으로 의도되지 않으며, 반대로 본 발명은 첨부된 청구항으로 정의된 바와 같이 본 발명의 사상 및 범위에 속하는 모든 변형, 등가 및 대안을 포괄하는 것으로, 이해되어야 한다.
도 1에서, 본 발명의 일 구현예에 따라, 신경자극을 이용하여 췌장 장애를 치료하기 위해, 이식가능한 의료기(IMD, 100)는 환자의 자율 신경(105)과 같은 신경에 자극을 제공한다. 용어 "자율 신경"은 뇌 신경 섬유, 좌뇌 신경 및 우뇌 신경을 포함한 뇌 신경의 주간 또는 모든 가지의 임의 부위 및/또는 인체의 내장 조절과 관련있는 신경계의 임의 부위를 의미한다. IMD(100)는 환자의 뇌(125)를 연결하는 자율 신경(105)내 신경 가지(120)에 전기 신호(115)를 전달할 수 있다. 신경 가지(120)는 환자의 췌장계에 전기 신호(115)를 제공한다. 신경 가지(120)는 췌장 기능의 부교감신경 조절 및/또는 교감신경 조절과 관련있는 신경 가지(120)들 중 하나일 수 있다.
IMD(100)는 하나 이상의 전극(140, l-n)과 커플링된 리드(lead)(135)를 통해 전기 신호(115)를 신경 가지(120)에 전달함으로써 신경 자극을 인가할 수 있다. 예를 들어, IMD(100)는 미주 신경의 복강 가지 및/또는 흉부 내장 신경에 커플링된 신경 가지(120)에, 전극(들)(140, 1-n)을 이용하여 전기 신호(115)를 적용함으로써, 자율 신경(105)을 자극할 수도 있다.
본 발명의 일 구현예와 부합하여, IMD(100)는 환자에게 전기 신경자극 요법을 제공함으로써, 환자의 췌장 기능과 관련있는 질병, 장애 또는 상태를 치료할 수 있는, 신경자극기일 수 있다. 이러한 과제를 달성하기 위해, IMD(100)는 환자 신체의 적정 위치에 이식할 수 있다. IMD(100)는 전기 펄스 신호를 포함할 수 있는 전기 신호(115)를 자율 신경(105)에 인가할 수 있다. IMD(100)는 환자의 저혈당 상태, 고혈당 상태, 그외 당뇨병 상태, 호르몬 불균형 상태 및/또는 그외 췌장 관련 장애와 같은 췌장의 하나 이상의 특징으로 규정되는 전기 신호(115)를 발생시킬 수 있다. 이러한 췌장 특징들은 미리 결정된 범위에 속하는 하나 이상의 해당 수치와 비교할 수 있다. IMD(100)는 자율 신경(105)의 신경 가지(120) 또는 신경 다발에 전기 신호(115)를 인가할 수도 있다. 전기 신호(115)를 인가함으로써, IMD(100)는 환자의 췌장 기능을 치료하거나 제어할 수 있다.
본 발명에 사용할 수 있는 IMD(100)는, 환자의 신경 구조를 자극할 수 있는, 특히 미주 신경과 같은 환자의 자율 신경을 자극할 수 있는, 신경자극기와 같은 모든 다양한 전기 자극 기구를 포함한다. IMD(100)는 제어된 전류 자극 신호를 전달 할 수 있다. IMD(100)는 자율 신경의 자극, 특히 미주 신경의 자극(VNS) 측면에서 언급되지만, 당업자라면 본 발명이 이로 한정되지 않음을 알 것이다. 예로, IMD(100)는 다른 자율 신경, 교감 또는 부교감, 구심성 신경 및/또는 원심성 신경, 및 환자의 하나 이상의 뇌 구조물과 같은 그외 신경 조직에 자극을 인가할 수 있다.
일반적으로 수용되는 뇌 신경의 임상적인 표시에 있어서, 제10 뇌 신경은 뇌(125)의 줄기로부터 나오는 미주 신경이다. 미주 신경은 두개공(formina of skull)을 통해 나와 머리, 목 및 몸통 부위로 연결된다. 미주 신경은 두개 외부로 나올 때 좌 및 우 가지로 갈라진다. 좌 및 우 미주 신경 가지는 감각 신경 섬유와 운동 신경 섬유 둘 다를 포함한다. 미주 감각 신경 섬유의 세포체는 신경절 그룹에서 뇌(125)의 외측에 위치된 신경원에 부착되어 있으며, 미주 운동 신경 섬유의 세포체는 뇌(125)의 회백질에 있는 신경원(142)에 부착되어 있다. 미주 신경은 말초 신경계(PNS)의 일부분인 부교감 신경이다. 뇌 신경의 체성 신경 섬유는 의식 활동에 관여하며, 피부와 골격근을 CNS와 연결시킨다. 이들 신경의 자율 신경 섬유는 무의식 활동에 관여하며, CNS를 심장, 폐, 위, 간, 췌장, 비장 및 장과 같은 내장 장기와 연결시킨다. 즉, 미주 신경의 자극(VNS)을 제공하기 위해, 전기 신호의 자극이 각각 미주 신경의 한쪽 가지 또는 양쪽 가지에 인가되는 형태로 한방향 또는 양방향으로 환자의 미주 신경을 자극할 수 있다. 예로, 전극(140, 1-n)의 커플링은 좌측 미주 신경 및 우측 미주 신경으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 뇌 신경에 전극을 커플링하는 것을 포함한다. 용어 "커플링"은 실질적인 고정, 인접한 위치화 등을 포함할 수 있다. 전극(140, 1-n)을 환자의 미주 신경 가지에 커플링시킬 수 있다. 신경 가지(120)는 좌측 미주 신경의 주간, 우측 미주 신경의 주간, 미주 신경의 복강 신경총, 상 장간막 신경총 및/또는 흉부 내장 신경으로 이루어진 군으로부터 선택할 수 있다.
전기 신호(115)를 선택한 자율 신경(105)에 인가하는 단계는, 구심성 활동 전위, 원심성 활동 전위, 구심성 과분극 및 원심성 과분극으로 이루어진 군으로부터 선택된 반응을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. IMD(100)는 췌장 장애를 치료하기 위한 원심성 활동 전위를 발생시킬 수 있다.
IMD(100)는 전기 신호 발생기(150)와, 신경 자극을 야기하기 위하여 전기 신호(115)를 발생시키도록 전기 신호 발생기에 작동가능하게 커플링된 제어기(155)를 포함할 수 있다. 자극 발생기(150)는 전기 신호(115)를 발생시킬 수 있다. 제어기(155)는 전기 신호(115)를 자율 신경(105)에 인가하여 췌장 장애를 치료하기 위해 환자에 전기 신경 자극 요법을 제공하도록 고안되어 있을 수 있다. 제어기(155)는 자극 발생기(150)가 전기 신호(115)를 발생시켜, 미주 신경을 자극하도록 지시할 수 있다.
전기 신호(115)를 발생시키기 위해, IMD(100)는 배터리(160), 기억장치(165) 및 통신 인터페이스(170)를 더 포함할 수도 있다. 보다 상세하게는, 배터리(160)는 재충전가능한 전원 배터리(power-source battery)일 수 있다. 배터리(160)는 전기 조작 및 자극 기능을 포함하여 IMD(100)의 운영을 위한 동력을 제공한다. 일 예로, 배터리(160)는 리튬/티오닐 클로라이드 셀일 수 있으며, 다른 예로, 리튬/탄 소 모노플루오라이드 셀일 수 있다. 기억장치(165)는, 일 예로 운영 파라미터 데이타, 상태 데이타 등의 다양한 데이타 뿐만 아니라 프로그램 코드를 저장할 수 있다. 통신 인터페이스(170)는 외부 유닛에 전기 신호의 전송과 수신을 제공할 수 있다. 상기 외부 유닛은 IMD(100)를 프로그래밍할 수 있는 기기일 수 있다.
단일 기구 또는 한 쌍의 기구일 수 있는 IMD(100)가 이식되며, IMD(100)는 리드(들)(135)에 전기적으로 커플링되어, 예컨대 미주 신경의 좌 및/또는 우 가지 상에 이식된 전극(들)(140)과 차례로 커플링된다. 일 예로, 전극(들)(140, 1-n)은 감지 전극(들) 한 세트와 별개의 자극 전극(들) 한 세트를 포함할 수 있다. 다른 예로, 상기 동일한 전극은 자극 및 감지하도록 배치될 수 있다. 특정 타입의 전극 또는 전극의 조합은 주어진 적용에 바람직한 바에 따라 선택할 수 있다. 예로, 미주 신경과의 커플링에 적합한 전극이 사용될 수 있다. 전극(140)은 이극성의 자극 전극 한쌍을 포함할 수 있다. 본 발명이 유익한 기술 분야의 당업자라면 수많은 전극 디자인을 본 발명에 사용할 수 있음을 알 것이다.
전극(들)(140, l-n)을 이용하여, 자극 발생기(150)는 췌장 장애 환자에게 치료적 신경 자극을 제공하도록 선택된 자율 신경(105)에 미리 결정된 순서로 전기 펄스를 인가할 수 있다. 상기 선택된 자율 신경(105)이 미주 신경이면, 전극(들)(140, l-n)은 환자의 미주 신경에 직접적인 자극을 이행하기 위한 한 개 이상의 신경 전극을 포함할 수 있다. 대안적으로, 신경 전극은 직접적인 자극을 위해환자의 미주 신경의 가지에 이식하거나, 또는 상기 가지에 인접하여 위치시킬 수 있다.
IMD(100)의 구체적인 예는 프로그래밍 가능한 전기 신호 발생기일 수 있다. 이러한 프로그래밍 가능한 전기 신호 발생기는 전기 신호(115)를 프로그램으로 규정할 수 있다. 전류의 세기, 펄스의 진동수 및 펄스 폭으로 이루어진 군으로부터 선택된 한가지 이상의 파라미터를 이용함으로써, IMD(100)로 췌장 장애를 치료할 수 있다. IMD(100)로 췌장 장애의 증상을 검출할 수도 있다. IMD(100)는 증상 검출에 반응하여, 전기 신호(115)의 인가를 개시할 수도 있다. 예로, 췌장 장애의 증상을 검출하기 위해 센서를 사용할 수도 있다. 췌장 장애를 치료하기 위하여, IMD(100)는 1차 치료기간 동안 전기 신호(115)를 인가할 수 있으며, 2차 치료기간 동안 전극(140)을 이용하여 자율 신경(105)에 2차 전기 신호를 추가적으로 인가할 수 있다.
일 예로, 상기 방법은 췌장 장애의 증상을 검출하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 자율 신경(105)에 대한 전기 신호(115)의 인가는 증상의 검출에 대한 반응으로 개시된다. 다른 예로, 증상의 검출은 환자에게서 수행할 수 있다. 이는, 환자가 췌장 장애의 증상을 경험하는, 주관적인 관찰 결과를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 증상은 환자에서 췌장 장애 테스트를 수행함으로써 검출할 수 있다.
상기 방법은 단일 치료법 또는 복수의 치료법의 수행하에 실시할 수 있다. "치료법"은 본원에서 특히 전기 신호(115)의 파라미터, 신호를 인가하는 지속 기간, 및/또는 신호의 작업 사이클(duty cycle)을 참조할 수 있다. 일 예로, 자율 신경(105)에 대한 전기 신호(115)의 인가는 1차 치료기간 동안 실시되며, 2차 치료 기간 동안에는 전극(140)을 이용하여 뇌 신경에 2차 전기 신호를 인가하는 단계를 더 포함할 수 있다. 다른 예로, 상기 방법은, 증상이 검출되면 2차 치료기간이 개시되는, 췌장 장애의 증상을 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 1차 장기 치료기간에 1차 전기 신호의 수용과 2차 단기 치료기간의 2차 전기 신호의 수용이, 환자에게 이로울 수 있다. 의료 실무자가 바람직하다고 판단한 경우라면 3차 이상의 치료기간을 사용할 수 있다.
도 1에 나타낸 IMD(100)의 구체적인 예를 도 2에 나타낸다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 전극(226, 228)과 같은 복수 개의 전극으로 구성될 수 있는 전극 어셈블리(225)는, 본 발명의 예시적인 구현예에 따라, 미주 신경(235)과 같은 자율 신경(105)과 커플링할 수 있다. 리드(135)는 전극 어셈블리(225)와 커플링되어 있으며, 가슴 및 목의 운동성과 더불어 유연성을 유지시키면서 고정되어 있다. 리드(135)는 근처 조직과의 봉합 연결에 의해 고정될 수 있다. 전극 어셈블리(225)는 자율 신경(105)에 전기 신호(115)를 전달하여, 췌장 장애 치료에 바람직한 신경 자극을 야기할 수 있다. 전극들(226, 228)을 이용하여, 미주 신경(235)과 같은 선택된 신경이 환자 체내(200)에서 자극될 수 있다.
도 2에 목(경부) 부위에서 좌측 미주 신경(235)을 자극하는 시스템이 예시되어 있지만, 본 발명이 유용한 기술분야의 당업자는 좌측 미주 신경 뿐만 아니라 또는 좌측 미주 신경 대신에 우측 경부 미주 신경 또는 모든 자율 신경에 신경을 자극하기 위한 전기 신호(105)를 인가할 수 있으며, 이는 본 발명의 범위에 포함됨을 이해할 것이다. 이의 일 예로, 전술한 바와 같이 실제 리드(135) 및 전극 어셈블 리(225)는 동일한 또는 다른 전기 신호 발생기와 커플링될 수 있다.
특정 환자에 대한 건강 전문가가 외부 프로그래밍 유저 인터페이스(202)를 사용하여, 신경자극기(205)와 같은 IMD(100)를 최초로 프로그래밍하거나/하고 다시 프로그래밍할 수 있다. 신경자극기(205)는 프로그래밍할 수 있는 전기 신호 발생기(150)를 포함할 수 있다. 의사가 일련의 전기 펄스의 전기적 파라미터 및 타이밍 파라미터를 프로그래밍할 수 있도록, 외부 프로그래밍 시스템(210)은 컴퓨터와 같은 프로세서-기반 컴퓨터 연산 기구, 개인용 정보 단말기(personal digital assistant, PDA) 또는 그외 적정 컴퓨터 사용 기구를 포함할 수 있다.
외부 프로그래밍 유저 인터페이스(202)를 이용하여, 외부 프로그래밍 시스템(210)의 유저는 신경자극기(205)를 프로그래밍할 수 있다. 신경자극기(205)와 외부 프로그래밍 시스템(210) 사이의 통신은 당업계에 공지된 다양한 기존 기법들을 이용하여 달성할 수 있다. 신경자극기(205)는 완드(wand)와 같은 외부 프로그래밍 유저 인터페이스(202)와 신경자극기(205) 사이에는 무선으로 통신되는 신호를 용인하는 트랜스시버(예, 코일)를 포함할 수 있다.
헤더(220)에 전도성 연결기가 장착된 케이스(215)가 있는 전기신경자극기(205)는, 이식하는 외과의가 환자 흉부의 피부 바로 밑에 형성시킨 포켓 또는 강에 이식할 수 있으며, 예로 페이스메이커 펄스 발생기를 이식할 수 있다. 바람직하기로는 전극 한 쌍을 포함하는 자극 신경 전극 어셈블리(225)가, 바람직하기로는 한 쌍의 리드 전선으로 구성된 피복된 전기 전도성 리드 어셈블리(135)의 말단 끝에 전도되게 연결되어 있으며, 그 근위 말단은 케이지(215)의 연결기에 부착되어 있다. 전극 어셈블리(225)는 환자 목에서 미주 신경(235)과 외과적으로 커플링된다. 전극 어셈블리(225)는 바람직하기로는 본원에 원용에 의해 그 전체가 포함되는 Bullara의 1986년 3월 4일자 미국 특허 4,573,481에 언급된 전극 쌍과 같은, 이극성 자극 전극 쌍(226, 228)을 포함한다. 당업자라면, 수많은 전극 디자인들을 본 발명에 사용할 수 있음을 이해할 것이다. 2개의 전극(226, 228)은 바람직하기로는 미주 신경 주위를 둘러싸며, 전극 어셈블리(225)는 본 출원과 동일한 양수인으로부터 양도받은 Reese S. Terry, Jr.의 1990년 12월 25일자 미국 특허 4,979,511에 개시된 바와 같은 나선형의 고정 밧줄(230)에 의해 신경(235)에 고정된다.
일 예로, 자가-크기 조정(self-sizing) 가능하고 유연한 전극 어셈블리(225)(상기에서 인용한 Bellara 특허에서 상세히 언급되어 있음)의 개방형 나선 디자인은 신경의 기계적 외상을 최소화하며, 신경과의 체액 교체를 허용한다. 전극 어셈블리(225)는 신경의 형태와 일치되어, 자극 접촉 면적을 크게 하고 낮은 자극 역치를 제공한다. 구조적으로, 전극 어셈블리(225)는 백금, 이리듐, 백금-이리듐 합금 및/또는 이들의 산화물과 같은 전도체의 전극 리본(미기재) 2개를 포함한다. 전극 리본은 2개의 나선 전극의 탄성중합성 몸체 부위의 내표면에 각각 붙어 있으며, 2개의 나선형 루프로 이루어진 3-루프 나선형 어셈블리를 포함할 수 있다.
일 예에서, 리드 어셈블리(230)는, 2개의 전도성 부재가 각각 하나의 전도성 전극 리본에 커플링되어 있는, 2가지 별개의 리드 전선 또는 동축 케이블을 포함할 수 있다. 전극에 리드 전선 또는 케이블을 커플링시키는 적합한 방법은, 다른 공 지된 커플링 기법을 사용할 수도 있지만, 본 출원과 동일한 양수인에게 양도받은 Steven Maschino 등의 1996년 7월 2일자 미국 특허 5,531,778에 설명된 것과 같은 스페이서 어셈블리를 포함한다. 각 루프의 탄성중합성 몸체 부위는 바람직하기로는 실리콘 고무로 구성되며, 세번째 루프는 전극 어셈블리(225)에 대한 고정 밧줄로서 기능한다.
일 예로, (도 1의) IMD(100)의 전극(들)(140, l-n)은 환자 신체(200)에서 어떠한 타겟 증상의 파라미터를 감지 또는 검출할 수도 있다. 예컨대, 환자의 미주 신경에 커플링된 전극(140)은 췌장 기능과 관련된 인자를 검출할 수 있다. 전극(들)(140, l-n)은 췌장 장애 상태를 감지 또는 검출할 수 있다. 예로, 췌장 기능의 활성과 관련있는 대표적인 환자 신체의 파라미터에 대한 감지 신호를 제공할 수 있는, 센서 또는 그외 모든 부재를 배치시킬 수 있다.
일 예로, 신경자극기(205)는 프로그래밍한 시간 주기(예, 5분 마다)로 전기 편향 신호를 전달하도록 프로그래밍할 수 있다. 대안적인 예로, 신경자극기(205)는 현상 검출시 또는 다른 현상 발생시에 전기적인 편향 신호를 개시하도록 프로그래밍하여, 치료법을 전달할 수 있다. 이러한 검출을 토대로, 환자로부터 관찰된 파라미터를 나타내는, 하나 이상의 센서로부터 수취된 신호(들)에 반응하여, 환자의 프로그래밍된 요법을 결정할 수 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 전극(들)(140, l-n)을 본 발명의 일부 구현예에 사용하여, 전극 어셈블리(225)를 통하여 미주 신경(235)에 전기 자극 요법을 수행하도록 촉발시킬 수 있다. 이렇게 하여 감지된 신체 신호를 이용하여 자극 요법을 촉발시키거나 개시하는 것을, 집행의 "능동", "촉발된" 또는 "피드백" 모드라고 한다. 본 발명의 다른 구현예는 연속적인, 주기적인 또는 간헐적인 자극 신호를 이용한다. 이러한 신호는 프로그래밍된 온/오프 작업 사이클에 따라 미주 신경(각각은 신호의 연속 적용된 형태임)에 적용할 수 있다. 요법 전달을 촉발시키기 위해 센서가 사용되지 않을 수도 있다. 이러한 전달 유형을 "수동" 또는 "예방적" 치료 모드라고 한다. 능동 및 수동적인 전기 편향 신호 둘다는 본 발명에 따른 단일 신경자극기에 의해 조합되거나 전달될 수 있다.
전기 신호 발생기(150)는 본 출원의 양수인이 Register of Copyrights, Library of Congress로부터 저작권을 취득한 유형의 프로그래밍 소프트웨어나 본원에 기재된 내용을 기반으로한 다른 적합한 소프트웨어를 이용하여 프로그램을 설정할 수 있다. 프로그래밍 완드(미기재)를 사용하여 외부 프로그래밍 유저 인터페이스(202) 및 전기 신호 발생기(150) 사이에 무선 주파수(RF) 통신을 만들 수 있다. 완드 및 소프트웨어는 신경 자극기(205)가 이식된 후 전기 신호발생기(150)와의 비침습적인 통신을 허용한다. 완드는 내부 배터리에 의해 동력을 제공받을 수 있으며, 통신에 충분한 동력을 표시하기 위해 "동력 작동" 라이트가 장착될 수 있다. 다른 표시 라이트를 제공하여, 데이타 이동이 완드와 신경자극기(205) 사이에 이루어짐을 나타낼 수도 있다.
신경자극기(205)는 미주 신경 가지 및/또는 자율 신경계의 어느 한 곳에 미주 신경 자극(VNS) 요법을 제공할 수 있다. 신경자극기(205)는 수동으로 또는 자동적으로 활성화되고, 전극(들)(226, 228)을 통해 선택된 뇌 신경에 전기 편향 신 호를 전달할 수 있다. 신경자극기(205)는 활성화되었을 때 전기 신호(115)를 연속으로, 주기적으로 또는 간혈적으로 전달하도록 프로그래밍될 수 있다.
한편, 도 3A 및 3B에, 췌장, 간, 우측 미주 신경, 좌측 미주 신경, 미주 신경의 복강 가지, 상 장간막 신경총 및 흉부 내장 신경에 대한 다양한 양식화된 개략도가 예시되어 있다. IMD(100)를 이용하여, 복강 신경총의 부위를 포함하여 미주 신경과 같은 자율 신경의 부위를 자극할 수 있다. 부가적으로, 인체의 교감 신경간의 부분으로부터 나온 흉부 내장 신경의 부위를 자극할 수 있다. 도 3A-3B에 예시된 개략도는 쉽고 명확한 설명을 위해 단순화된 것이다. 당업자라면 다양한 상세 사항이 명확화를 위해 단순화되었음을 알 것이다.
도 3A와 3B를 동시에 참조하여, 복강 신경절은 췌장을 활성화시킨다. 복강 신경절은 미주 신경의 여러 부위와 흉부 내장 신경 사이의 교차점이다. 복강 신경절에서 나오는 신경은 췌장에 직접 접촉할 수 있다. 복강 신경절과 복강 신경총은 교감 자율 신경 섬유와 췌장에 신경을 공급하는 미주 신경 섬유가 수렴되는 부위이다. 우측 미주 신경과 좌측 미주 신경을 포함하는 부교감 신경을 자극하여 췌장 여러 부위를 작동시킬 수 있다. 예로, 미주 신경의 부교감성 특징들에 내분비 양태 및/또는 외분비 양태에 영향을 미칠 수 있도록 자극을 줄 수 있다. 부교감성 자극 유형으로 인해, 미주 신경의 가지를 자극하면 췌장 관련 과다활성형 장애의 감소를 야기할 수 있다. 예컨대, 저혈당 상태는 미주 신경의 복강 가지의 자극에 의해 치료할 수 있다. 이러한 신경 자극은 췌장의 활성을 감소시키기 위한 부교감성 효과를 가져오며, 따라서 췌장에서 생산되는 인슐린, 호르몬, 소화 효소 및/또 는 글리코겐의 수준을 통제할 수 있다. 이는 바람직한 혈중 글루코스 수치 상승을 야기할 수 있다. 따라서, 췌장의 부교감성 자극을 수행하여 저혈당을 치료할 수 있다.
복강 신경절을 지나 흉부 내장 신경 부위의 자극을 수행하여 췌장의 작용을 "활성화시킬 수 있다". 예로, 흉부 내장 신경의 교감 특징들은 췌장의 내분비 작용을 자극하여, 충분한 인슐린 및 글리코겐, 및/또는 여러가지 타입의 호르몬을 생산할 수 있다. 예를 들면, 흉부 내장 신경과 같은 교감 신경의 자극은 글루코스 생산을 자극하기에 충분하게 췌장을 흥분시킬 수 있으며, 그에 따라 체내 인슐린 수치가 증가되어 고혈당 상태를 통제할 수 있다. 부가적으로, 흉부 내장 신경의 자극을 이용하여, 호르몬 및/또는 소화 효소와 같은 췌장의 그외 내분비 활성을 촉진시킬 수 있다.
나아가, 호르몬의 과다 생산과 관련있는 장애는, 이러한 장애(들)를 치료하기 위해 미주 신경의 복강 신경총을 자극함으로써, 그리고 호르몬 생산을 낮추는 미주 신경의 부교감 작용을 이용함으로써 치료할 수 있다. 자율 신경 자극을 이용한 췌장의 치료는 원심적인 방식으로 수행하여, 췌장의 작동에 직접적인 영향을 미칠 수 있으며/있거나 구심적인 방식으로 수행하여, 인체내 전체 신경계 피드백 시스템을 이용하여 췌장을 작동시킬 수 있다. 일 예로, 원심성 섬유와 구심성 섬유의 자극을 실질적으로 동시에 수행하여, 췌장 장애를 치료할 수 있다.
본 발명의 구현예는, 우측 미주 신경, 좌측 미주 신경 및/또는 흉부 내장 신경과 같은 교감 신경의 어느 부위와 전극의 작동가능한 커플링을 제공한다. 상기 전극은 본원에 언급된 신경의 여러 부위들에 작동가능하게 커플링될 수 있다. "작동가능하게 커플링된"이라는 용어는 전극에 전달되는 전기 신호가 본원에 언급된 신경을 자극시키도록 인가될 수 있도록, 전극의 신경과의 직접적인 커플링, 또는 전극이 신경에 근접하게 배치되는 것을 포함할 수 있다.
본원의 전기 자극 치료를 이용하여 별도로 또는 다른 유형의 치료와 병행하여, 췌장 관련 장애를 치료할 수 있다. 예로, 췌장 관련 다양한 장애를 치료하기 위해, 전기 자극 치료를 다양한 약물과 같은 화학적 제제와 병행하여 적용할 수 있다. 따라서, 인슐린 주사나 정제 또는 그외 약물을 환자가 복용할 수 있는데, 이러한 약물의 효과는 본원에 언급된 다양한 신경 부위에 전기 자극을 가함으로써 강화시켜, 당뇨병과 같은 췌장 관련 장애를 치료할 수 있다. 나아가, 전기 자극은 호르몬과 같은 생물학적 제제 관련 요법(들)과 병행하여 수행할 수 있다. 따라서, IMD(100)에 의해 제공된 자극을 인가함으로써, 호르몬 요법을 강화시킬 수 있다. 또한, 전기 자극 치료는 자기 자극 치료법 및/또는 생물학적 치료법과 같은 다른 유형의 치료법과 병행하여 수행할 수 있다. 화학 치료, 자기 치료 및/또는 생물 치료와 전기 자극을 병행하여, 특정 약물 및/또는 생물학적 제제와 관련된 부작용을 감소시킬 수 있다.
원심성 섬유 자극과 더불어, 부가적인 자극을 본원에 언급된 자극의 차단 유형과 병행하여 제공할 수 있다. 원심성 차단은 후술된 바와 같이 자극 신호의 과분극을 강화함으로써 실행할 수 있다. 췌장 장애를 치료하기 위해, 본 발명의 구현예를 채택하여, IMD(100)가 신호 차단과 병행하여 자극을 이행하도록 할 수 있 다. IMD(100)에 의한 자극을 이용하여, 부교감 신경 부위는 자극의 차단이 이루어지도록 저해되며, 이때 부교감 신경의 여러 부위가 자극을 받아, 환자 체내의 췌장 기전에 영향을 미칠 수도 있다. 이러한 방식으로, 구심성 자극 뿐만 아니라 원심성 자극을 IMD(100)에 의해 이행함으로써 다양한 췌장 장애를 치료할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 예에 따라 발화하는 동안 특정 시간에 주어진 위치에서의 전압 그래프로서, 발화 신경원(firing neuron)의 전기 신호 예를 양식화하여 나타낸 것이다. 전형적인 신경원의 휴지막 전위는 약 -70 mV이며, 이는 이온 채널 막 단백질에 의해 유지된다. 일부 신경원이 약 -55 mV의 발화 역치에 도달하게 되면, 그 부근의 이온 채널 단백질은 세포외 나트륨 이온의 신속한 유입을 허용하여, 약 +30 mV로 막을 탈분극시킨다. 이후, 탈분극 웨이브는 신경원을 따라 전파된다. 해당 위치가 탈분극된 후, 칼륨 이온 채널이 열려 세포내 칼륨 이온이 세포 외부로 배출되고, 막 전위가 약 -80 mV(과분극)로 낮아진다. 트랜스멤브레인 단백질이 나트륨 및 칼륨 이온을 초기 세포내 및 세포외 농도로 회복시키고, 다음 활동 전위를 형성하는데에는 약 1 msec가 걸린다. 본 발명은 휴지막 전위를 상승 또는 낮추어, 발화 역치 이상 또는 미만이 되게 하고, 그 결과 특정 신경원의 발화 속도를 증가 또는 감소시킬 수 있다.
도 4B에서, 본 발명의 일 구현예에 따른, 예시적인 전기 신호 반응이 도 2의 신경자극기에 의해 발화하는 동안 특정 시간대에 해당 위치에서의 전압 그래프로서 발화 신경원을 설명한다. 도 4C에 나타낸 바와 같이, 미주 신경(235)과 같은 뇌 신경(105)에 대한 역치 이하의 탈분극 펄스 및 부가적인 자극을 포함한 예시적인 자극을, 본 발명의 일 예에 따라 신경원 발화를 위해 적용할 수 있다. 도 4C에 예시된 자극은 도 2의 신경자극기에 의한 특정 시간대의 해당 위치에서의 전압 그래프로 표시된다.
신경자극기는 구심성 섬유, 원심성 섬유 또는 이들 모두를 포함할 수 있는 자율 신경(105)에 도 4C의 자극 전압을 인가할 수 있다. 이러한 자극 전압은 도 4B에 나타낸 반응 전압을 야기할 수 있다. 구심성 섬유는 양극단으로부터 뇌로 정보를 전송하고, 원심성 섬유는 뇌에서 양극단으로 정보를 전송한다. 미주 신경(235)은 구심성 섬유 및 원심성 섬유 둘 다를 포함할 수 있으며, 신경자극기(205)를 사용하여 이들 중 어느 하나 또는 둘 다를 자극할 수 있다.
자율 신경(105)은 교감 신경계, 부교감 신경계 또는 둘 다에서 정보를 전송하는 섬유를 포함할 수 있다. 교감 신경계에서 활동 전위를 유도하면, 부교감 신경계에 활동 전위의 차단에 의해 형성되는 전위와 유사한 결과가 나타나며, 그 반대의 경우도 나타난다.
다시 도 2에서, 신경자극기(205)는 미주 신경(235)의 자극에 대한 한 가지 이상의 프로그래밍된 파라미터에 따라 전기 신호(115)를 발생시킬 수 있다. 일 예로, 자극 파라미터는 전류 세기, 펄스 진동수, 신호 폭, 온-타임(on-time) 및 오프-타임(off-time)으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 이러한 자극 파라미터 각각에 대한 예시적인 범위는 표 1에 나타낸다. 자극 파라미터는 적합한 임의 파형일 수 있으며, 본 발명의 일 예에 따른 파형의 예를 도 5A-5C에 나타낸다. 구체적으로, 도 5A-5C에 예시된 파형은 명시된 범위와 비교되는, 환자의 낮은 혈당 수 치, 높은 혈당 수치, 소화 효소의 비정상적인 수준, 호르몬 불균형인 동안의 심박수 동요, 저혈당증, 고혈당증, 1형 당뇨병, 2형 당뇨병, 케톤산증, 장 질환 및 신장 장애 적어도 한가지와 관련된 관련된 인자로 규정할 수 있는 전기 신호(115)의 발생을 나타낸다.
본 발명의 일 예에 있어서, 신경자극기(205)에 의해 다양한 전기 신호 패턴을 사용할 수 있다. 이러한 전기 신호는 여러 타입의 펄스, 예컨대 진폭, 양극성, 진동수 등이 다양한 펄스를 포함할 수 있다. 예로, 도 5A의 예시적인 파형은, 전기 신호(115)를 진폭 고정, 일정한 양극성, 펄스 폭 및 펄스 주기로 특정화할 수 있음을 나타낸다. 도 5B의 예시적인 파형은, 전기 신호(115)를 가변적인 진폭, 일정한 양극성, 펄스 폭 및 펄스 주기로 특정화할 수 있음을 나타낸다. 도 5C의 예시적인 파형은, 전기 신호(115)를 비교적 서서히 방전되는 전류 크기를 갖는 고정된 진폭 펄스, 일정한 양극성, 펄스 폭 및 펄스 주기로 특정화할 수 있음을 나타낸다. 또한, 사인파 모양으로 변하는 파형과 같은 다른 타입의 신호를 사용할 수 있다. 전기 신호는 제어된 전류 신호일 수 있다.
표 1
파라미터 범위
출력 전류 0.1-6.0 mA
펄스 폭 10-1500 μsec
진동수 0.5-250 Hz
온-타임 1 sec 이상
오프-타임 0 sec 이상
진동수 스위프(Frequency sweep) 10-100 Hz
랜덤 진동수 10-100 Hz
온-타임 및 오프-타임의 파라미터를 사용하여, 온-타임 동안에 신경(105)을 자극하기 위해 반복적인 일련의 신호를 형성할 수 있는, 간헐적인 패턴을 규정할 수 있다. 이러한 시퀀스(sequence)를 "펄스 버스트(pulse burst)"라고 언급할 수 있다. 이러한 시퀀스는 신호가 발생되지 않는 기간 다음에 올 수 있다. 이 기간 동안, 신경은 펄스 버스트 중에 자극으로부터 회복된다. 이러한 자극 교대 기간과 작업하지 않는 기간의 온/오프 작업 사이클은, 오프-시간이 0으로 설정되어 연속적인 자극을 제공할 수 있는 비율을 가질 수 있다. 대안적으로, 자극이 하루에 한번 또는 보다 긴 간격으로 제공되는 경우, 작업하지 않는 시간은 1일 이상으로 길 수 있다. 그러나, 전형적으로 "오프-타임" 대 "온-타임" 비는 약 0.5 내지 약 10의 범위일 수 있다.
일 예로, 각 신호의 폭은 약 1 msec 이하, 예컨대 약 250-500 μsec으로 설정할 수 있으며, 신호 반복 진동수는 약 20-250 Hz 범위이도록 프로그램을 설정할 수 있다. 일 예로, 진동수 150 Hz를 사용할 수 있다. 불규칙적인 진동수도 사용할 수 있다. 진동수는 어느 쪽 진동수 스위프(sweep)에 의한 펄스 버스트 동안에 낮은 진동수에서 높은 진동수로 바뀔 수 있으며, 또는 그 반대일 수도 있다. 대안적으로, 버스트에서 인접한 개별 신호 사이의 간격은 2가지 인접한 신호들이 진동수 범위내 어떤 진동수를 형성할 수 있도록 무작위로 변경될 수 있다.
일 예로, 본 발명은 2개 이상의 뇌 신경 각각에 한 개 이상의 전극을 커플링하는 것을 포함할 수 있다. (이러한 측면에서, 2개 이상의 뇌 신경은 여러가지 명칭을 가지거나 또는 숫자로 표시되는 2개 이상의 신경을 의미하며, 특정 신경의 좌 및 우 버전을 의미하는 것은 아니다). 일 예에서, 하나 이상의 전극(140)은 미주 신경(235) 및/ 또는 미주 신경의 가지 각각과 커플을 이룰 수 있다. 전극(140)은 우측, 좌측 미주 신경의 주간, 복강 신경총, 상 장간막 신경총, 및/또는 흉부 내장 신경에 작동가능하게 커플링될 수 있다. 용어 "작동가능하게 커플링된"은 직접 또는 간접 커플링을 포함할 수 있다. 이러한 예 또는 각 신경 또는 2개 이상의 뇌 신경이 관여하는 다른 예에서, 각 신경은 2개의 신경 사이에 독립적일 수 있는 특정 활동 형태(activation modality)에 따라 자극될 수 있다.
자극에 대한 다른 활동 형태는 신경자극기(205)의 출력을 환자에게 허용될 수 있는 최대 크기로 프로그래밍하는 것이다. 자극은 미리 결정된 시간동안 순환하거나 또는 순환되지 않을 수 있으며, 이후에 무자극이 비교적 장기간 후속될 수 있다. 뇌 신경 자극 시스템이 완전히 환자 신체의 외부에 있는 경우에는, 미주 신경(235)과의 직접적인 접촉의 부재로 인한 감쇠와, 환자 피부의 추가적인 임피던스를 극복하기 위해 보다 높은 전류 세기가 필요할 수 있다. 외부 시스템은 전형적으로 이식가능한 시스템 보다 전력 소모가 더 크지만, 수술없이도 배터리를 교체할 수 있는 장점이 있다.
그외 간접 자극 유형을 본 발명의 구현예와 동시에 수행할 수 있다. 일 예로, 본 발명은 췌장 장애를 치료하기 위하여 비침습적인 경뇌 자기 자극(TMS)을 본 발명의 IMD(100)에 따라 환자의 뇌(125)에 제공하는 단계를 제공한다. TMS 시스템은 미국 특허 5,769,778, 6,132,361 및 6,425,852에 개시된 것을 포함한다. TMS를 사용하는 경우, 이는 보조 요법으로서 뇌 신경의 자극과 동시에 사용할 수 있다. 일 예로, TMS 및 직접적인 뇌 신경 자극 둘 다, 췌장 장애를 치료하기 위해 수행할 수 있다. 췌장 장애를 치료하기 위해 화학 자극과 같은 다른 유형의 자극을 IMD(100)와 병행하여 수행할 수 있다.
도 1 및 2에 나타낸 바와 같은 자율 신경 자극을 제공하기 위한 시스템에서, 자극은 적어도 2가지 이상의 다른 형태로 제공될 수 있다. 뇌 신경 자극이 프로그래밍된 오프-타임 및 온-타임에만 전적으로 의존되어 제공되는 경우, 자극은 수동, 불활성 또는 비-피드백 자극으로서 언급할 수 있다. 반대로, 환자의 신체 또는 정서 변화에 따른 한가지 이상의 피드백 루프에 의해, 자극을 촉발시킬 수 있다. 이러한 자극은 활성 또는 피드백-루프 자극이라고 할 수 있다. 일 예로, 피드백-루프 자극은, 환자가 프로그래밍된 온-타입/오프-타임 사이클의 펄스 버스트 이외에 수동으로 활성화를 야기하는, 수동으로 촉발된 자극일 수 있다. 환자는 수동으로 신경자극기(205)를 활성화시켜 자율 신경(105)을 자극함으로써, 과도하게 높은 혈당 수치와 같은 췌장 장애의 갑작스러운 현상을 치료할 수 있다. 또한, 환자는 의사가 정한 한계 범위내에서 자율 신경에 인가된 신호의 강도를 변형시킬 수 있다. 예로, 환자는 신호 진동수, 전류, 작업 사이클 또는 이들의 조합을 변형시킬 수 있다. 한가지 이상의 구현예에서, 신경자극기(205)는 수동적인 활성화에 대한 반응으로, 비교적 오랜 시간동안 자극을 만들도록 프로그래밍될 수 있다.
환자에 의한 신경자극기(205)의 활성화는 예컨대 이식된 기기의 리드(reed) 스위치를 조작하기 위한 외부 제어 자석의 사용을 포함할 수 있다. 이식가능한 의료기의 수동 및 자동 활성화와 관련된 다른 임의 기법들은 본 출원과 동일한 양수인으로부터 양도받은 Baker, Jr. 등의 미국 특허 5,304,206("'206 특허")에 개시되 어 있다. '206 특허에서, 전기 신호 발생기(150)를 수동으로 활성화 또는 불활성화시키는 수단은 발생기 케이스의 내측면에 있으며, 환자가 이식 부위 상의 라이트 탭(light tap)을 검출하도록 고안된, 압전성 부재와 같은 센서를 포함할 수 있다. 환자 신체(200)에서, 전기 신호 발생기(150) 위치 위에서 고속 시퀀스로 인가된 하나 이상의 탭을, 전기 신호 발생기(150)의 활성화를 위한 신호로서 이식된 의료기(100)에 프로그래밍할 수 있다. 약간 긴 시간 간격으로 떨어져 있는 2개의 탭을, 예컨대 전기 신호 발생기(150)의 활동력을 없애고자 하는 의지를 표명하기 위해, IMD(100)에 프로그래밍할 수 있다. 환자는, 주치의가 지시하거나 입력한 프로그램으로 결정할 수 있는 수준으로, 기기의 조작에 주어진 한계를 제어할 수 있다. 또한, 환자는 다른 적합한 기술 또는 장치를 이용하여 신경자극기(205)를 활성화시킬 수 있다.
일부 예에서, 수동으로 개시한 자극 이외의 피드백 자극 시스템을 본 발명에 사용할 수 있다. 자동 신경 자극 시스템은 자극 리드와, 전극 어셈블리와 함께 헤더에 그 근위 말단이 커플링된 감지 리드를 포함할 수 있다. 센서는 상기 감지 리드의 원위 말단과 커플링될 수 있다. 상기 센서는 온도 센서, 호흡 파라미터 센서, 심장 파라미터 센서, 뇌 파라미터 센서 또는 다른 신체의 파라미터에 대한 센서일 수 있다. 또한, 센서는 신경, 예컨대 뇌 신경, 예컨대 미주 신경(235)의 활성을 감지하기 위한 신경 센서를 포함할 수 있다.
일 예로, 센서는 췌장 장애의 증상에 부합되는 신체 파라미터를 감지할 수 있다. 만약 센서가 의학적 장애의 증상을 검출하기 위해 사용되는 것이라면, 신호 분석 회로는 센서로부터 신호를 처리하고 분석하기 위해 신경자극기(205)에 통합될 수 있다. 췌장 장애의 증상이 검출되면, 처리된 디지탈 신호를 신경자극기(205)의 마이크로프로세서에 제공하여, 전기 신호(115)의 자율 신경(105)으로의 인가를 촉발시킬 수 있다. 다른 예로, 대상 증상의 검출이, 수동 자극 프로그램으로부터 여러가지 자극 파라미터를 포함한 자극 프로그램을 촉발시킬 수 있다. 이는 보다 강한 전류 자극 신호의 제공 또는 보다 높은 비율의 온-타임 대 오프-타임의 제공을 수반할 수 있다.
구심성 활동 전위에 대한 반응으로, 검출 통신기는 증상의 특징 변화를 나타내는 표시를 검출할 수 있다. 상기 검출 통신기는 증상의 특징 변화 표시에 대한 피드백을 제공하여, 전기 신호(115)를 조절할 수 있다. 상기 표시에 대한 피드백 제공에 대한 반응으로, 전기 신호 발생기(150)는 환자에서 약물의 효능을 증강시키기 위해 구심성 활동 전위를 조절할 수 있다.
신경자극기(205)는 장애 데이타를 저장하기 위한 기억장치(165)와 상기 데이타를 분석하기 위한 통상적인 절차를 이용할 수 있다. 상기 장애 데이타는 감지된 신체 파라미터 또는 감지된 파라미터를 표시하는 신호를 포함할 수 있다. 상기 통상적인 절차는 전기 신경자극이 바람직한지를 결정하기 위해 감지된 호르몬 활성을 분석하기 위한 소프트웨어 및/또는 팜웨어를 포함할 수 있다. 상기 통상적인 절차로 전기 신경자극이 바람직한 것으로 결정되면, 신경자극기(205)는 신경 구조, 예컨대 미주 신경(235)에 적절한 신경 신호를 제공할 수 있다.
특정 예에서, IMD(100)은 도 1-2에 개시된 전자 기기가 동봉되어 밀폐되어 있을 수 있는 주 몸체로서, 케이스(215)가 있는 신경자극기(205)를 포함할 수 있다. 상기 주 몸체는, 전도성 리드(들)(135)의 근위 말단을 연결하기 위한 말단 연결기가 있는 헤더(220)와 커플링될 수 있다. 상기 주 몸체는 티타늄 셸(shell)을 포함할 수 있으며, 상기 헤더는 투명한 아크릴 또는 폴리카보네이트와 같은 그외 단단한 생체친화적인 폴리머, 또는 신체에 이식가능한 임의 물질을 포함할 수 있다. 헤더의 전도성 리드 어셈블리(230)로부터 나오는 리드(들)(135)는 전극(140, l-n)의 원위 말단에 커플링될 수 있다. 전극(140, l-n)은, 리드(들)(135)를 미주 신경(235)의 조직에 작동가능하게 커플링시키는 다양한 방법을 이용하여, 미주 신경(235)과 같은 신경 구조와 커플링시킬 수 있다. 따라서, 전류는 리드(135)의 한쪽 말단으로부터 미주 신경(235)에 가까운 조직을 통해 전극(226)(도 2)과 같은 전극에, 전극(228)과 같은 제2 전극에, 그리고 리드(135)의 제2 말단으로 흐를 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 예에 따른 IMD(100)의 블럭도를 나타낸 것이다. IMD(100)는 IMD(100)의 다양한 조작을 제어할 수 있는 제어기(610)를 포함할 수 있다. 제어기(610)는 내부 데이타 및/또는 외부 데이타를 수신할 수 있으며, 자극 신호를 발생시켜 환자 체내의 표적 조직에 전달할 수 있다. 예로, 제어기(610)는 조작기에서의 매뉴얼 지침을 외부에서 수신할 수 있거나, 또는 내부 순환 및 프로그래밍을 기반으로 자극을 수행할 수 있다. 제어기(610)는 IMD(100)의 모든 기능에 실질적으로 작용할 수 있다.
제어기(610)는 프로세서(615), 기억장치(617) 등의 다양한 구성을 포함할 수 있다. 프로세서(615)는 다양한 소프트웨어 구성을 실행할 수 있는, 하나 이상의 미세제어기, 미세프로세서 등을 포함할 수 있다. 기억장치(617)는 수많은 타입의 데이타(예, 내부 데이타, 외부 데이타 지침, 소프트웨어 코드, 상태 데이타, 진단 데이타 등)을 저장할 수 있는 다양한 기억장치 부분을 포함할 수 있다. 기억장치(617)는 RAM(random access memory), DRAM(dynamic random access memory), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), 플래쉬 기억장치 등을 포함할 수 있다.
또한, IMD(100)는 자극 유닛(620)을 포함할 수 있다. 자극 유닛(620)은 자극 신호를 발생시켜, 리드를 통해 하나 이상의 전극에 전달할 수 있다. 리드 번호 122, 134, 137은 IMD(100)와 커플링될 수 있다. 치료법은 제어기(610)의 지시를 기반으로 자극 유닛(620)에 의해 리드(122)에 전달될 수 있다. 자극 유닛(620)은 자극 신호 발생기와 같은 다양한 회로, 리드에 의해 "나타난" 임피던스를 제어하기 위한 임피던스 제어 회로, 및 수행되는 자극 유형에 대한 지시를 수신하는 그외 회로를 포함할 수 있다. 자극 유닛(620)은 리드(122)를 통해 제어된 전류 자극 신호를 전달할 수 있다.
또한, IMD(100)은 전원(630)을 포함할 수 있다. 전원(630)은 자극 신호 전달 등의 IMD(100) 조작에 필요한 전력을 제공하기 위해 배터리, 전압 제어기, 축전기 등을 포함할 수 있다. 전원(630)은 일부 예로 재충전할 수 있는 전원 배터리를 포함한다. 다른 예로, 재충전할 수 없는 배터리가 사용될 수도 있다. 전원(630)은 전기 기기 조작 및 자극 기능 등의 IMD(100) 조작에 필요한 전력을 제공한다. 전원(630)은 리튬/티오닐 클로라이드 셀 또는 리튬/탄소 모노플루라이드 셀을 포함할 수 있다. 이식가능한 의료기 분야에서 공지된 다른 배터리도 사용할 수 있다.
또한, IMD(100)는 IMD(100)와 다양한 기기 사이의 통신을 조장할 수 있는 통신 유닛(660)을 포함한다. 특히, 통신 유닛(660)은 외부 유닛(670)으로부터 전기 신호를 전송 및 수용할 수 있다. 외부 유닛(670)은 IMD(100)의 여러가지 모듈 및 자극 파라미터를 프로그래밍할 수 있는 기기이다. 일 예로, 외부 유닛(670)은 데이타 수집 프로그램을 실행시킬 수 있는 컴퓨터 시스템이다. 외부 유닛(670)은 의사와 같은 의료전문가가 기지국에서 예컨대 병원에서 제어할 수 있다. 외부 유닛(670)은 컴퓨터일 수 있으며, 바람직하기로는 소형 컴퓨터 또는 PDA일 수 있지만, 대안적으로 전기 통신 및 프로그래밍할 수 있는 다른 모든 기기를 포함할 수 있다. 외부 유닛(670)은 이식가능한 기구의 운영을 프로그래밍하기 위해 IMD(100)에 다양한 파라미터와 프로그램 소프트웨어를 다운로드할 수 있다. 또한, 외부 유닛(670)은 IMD(100)로부터 다양한 상태 조건 및 그외 데이타들을 수신 및 업로드할 수 있다. 통신 유닛(660)은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 및/또는 이들의 조합일 수 있다. 외부 유닛(670)과 통신 유닛(660) 간의 통신은 무선, 또는 도 6에서 선(675)로 예시된 다른 유형의 통신을 통해 이루어질 수 있다.
또한, IMD(100)는 환자의 췌장의 다양한 상태와 기능(들)의 특징을 검출할 수 있는 검출 유닛(695)을 포함한다. 예로, 검출 유닛(695)은 혈당 수치, 호르몬 수준 또는 췌장의 내분비 작용 및/또는 외분비 작용에 대한 식견을 제공할 수 있는 다른 유형의 표시를 결정할 수 있는 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 펌웨어를 포함 할 수 있다. 검출 유닛(695)은 글루코스 수치, 호르몬 수준 등을 측정할 수 있는 다양한 센서로부터 데이타를 판독하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 부가적으로, 상기 검출 유닛(695)는 외부 소스로부터 유래된 데이타를 판독할 수 있다. 외부 입력 정보는 호르몬 샘플링, 혈액 테스트, 혈중 글루코스 테스트 및/또는 그외 생리 테스트의 결과와 같은 데이타를 포함할 수 있다.
또한, 상기 검출 유닛(695)은 환자 유래의 입력 결과를 검출할 수 있으며, 또는 호르몬 불균형, 저혈당, 고혈당, 1형 당뇨병, 2형 당뇨병, 케톤산증, 장 질환, 신장 장애 등으로 인한 낮은 혈당 수치, 높은 혈당 수치, 소화 효소의 비정상적인 수준, 심박수 동요와 같은 췌장 관련 장애 발병을 표시하는 조작기를 검출할 수 있다. 검출 유닛(695)에 의해 판독된 데이타를 기초로, IMD(100)는 미주 신경 부위 및/또는 흉부 내장 신경에 자극 신호를 전달하여, 췌장의 기능에 작용할 수 있다.
또한, IMD(100)는 자율 신경의 여러 부위와 작동가능하게 커플링된 한 개 이상의 전극에 자극 신호를 인가할 수 있는 자극 타겟 유닛(690)을 포함할 수 있다. 자극 타겟 유닛(690)은 자극 신호를 복강 신경총, 상 장간막 신경총 및/또는 흉부 내장 신경에 인가할 수 있다. 이러한 방식으로, 자극 타겟 유닛(690)은 췌장 영역의 미리 결정해둔 부위를 타겟화할 수 있다. 따라서, 검출 유닛(695)에 의해 검출된 특정 타입의 데이타를 기반으로, 자극 타겟 유닛(690)은 구심성, 원심성 및/또는 구심성-원심성 조합 자극을 수행하기 위해 자율 신경의 특정 부위를 선택하여, 췌장 관련 장애를 치료할 수 있다. 따라서, 저혈당 상태, 소화 효소의 농도 및/또 는 고혈당 상태와 같은 췌장 관련 장애가 발생하거나, 또는 미리 결정한 치료 요법시, IMD(100)는 자극할 자율 신경의 다양한 부위를 선택할 수 있다. 보다 상세하게는, IMD(100)은 구심성, 원심성 또는 구심성-원심성 조합 자극을 수행하기 위한 자극에 대해 복강 신경총, 상 장간막 신경총 및/또는 흉부 내장 신경 중 하나 이상의 선택하여, 췌장 관련 장애를 치료할 수 있다.
도 6의 IMD(100) 블럭도에 예시된 하나 이상의 블럭은 하드웨어 유닛, 소프트웨어 유닛, 펌웨어 유닛 및/또는 이들의 임의 조합을 포함할 수 있다. 부가적으로, 도 6에 예시된 하나 이상의 블럭은 다른 블럭과 조합하여, 회로 하드웨어 유닛, 소프트웨어 알고리즘 등을 나타낼 수 있다. 또한, 도 6에 예시된 다양한 블럭과 관련된 임의 갯 수의 회로 또는 소프트웨어 유닛을 FPGA(field programmable gate array) ASIC 장치와 같은 프로그래밍 가능한 장치에 조합할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 예에 따른 췌장 장애를 치료하는 방법을 나타낸 플로우차트이다. 췌장 장애를 치료하기 위해 자극 기능 및/또는 차단 기능을 수행하도록 자율 신경의 한 곳에 전극을 커플링시킬 수 있다. 일 예로, 복수개의 전극을 자율 신경의 한 곳에 전기적으로 접촉된 형태로 또는 근처에 위치시켜, 상기 자율 신경의 부위에 자극 신호를 전달할 수 있다(블럭 710). IMD(100)는 이후 환자의 췌장 관련 장애(들)에 대한 한가지 이상의 특징을 토대로 젱어된 전기 신호를 발생시킬 수 있다(블럭 720). 이는, 낮은 혈당 수치, 높은 혈당 수치, 소화 효소의 농도, 호르몬 불균형 등의, 환자의 특정 상태를 기초로 미리 프로그래밍된, 사전 결정된 전기 신호를 포함할 수 있다. 예컨대, 의사는 환자의 췌장 장애 유형에 따라 환자 를 치료하기 위하여, 제공할 자극 유형(예컨대, 구심성, 원심성 또는 구심성-원심성 조합 자극)을 미리 프로그래밍할 수 있다. 다음으로, IMD(100)에서 환자의 췌장 시스템 하나 이상의 부분의 운영에 작용하기 위해, 제어-전류 펄스 신호와 같은 신호를 발생시킬 수 있다.
IMD(100)은 낮은 혈당 수치, 높은 혈당 수치, 호르몬 불균형, 소화 효소와 관련된 인자 등과 같은 인자들에 의해 결정된 바에 따라, 자율 신경의 부위에 자극 신호를 전달할 수 있다(블럭 730). 전기 신호의 적용은 좌측 미주 신경 및/또는 우측 미주 신경의 주간, 복강 신경총, 상 장간막 신경총 및/또는 흉부 내장 신경에 전달될 수 있다. 일 예로, 자극 신호의 적용은 췌장의 내분비 및/또는 외분비 기능의 활성을 약화 또는 증가시키기 위해 구심적인 작용을 촉매하도록 되어 있을 수 있다. 다른 예로, 자극 신호의 적용은 췌장 관련 장애를 치료하기 위해 뇌에서 다양한 췌장 시스템 부위로 송신되는 신호와 관련있는 차단 작용을 촉진시키도록 고안될 수 있다. 예로, 과잉-반응성은 뇌에서 췌장의 여러 부위로의 다양한 신호 전달을 차단함으로써 없앨 수 있다. 이는 제어된 전류 신호와 같은 특정 타입의 제어된 전기 신호를 자율 신경에 전달함으로써 달성할 수 있다. 또다른 예로, 췌장 장애를 치료하기 위해 원심적인 차단과 조합하여 구심성 섬유를 차단할 수 있다.
검출 프로세스와 같은 부가적인 기능을 본 발명의 구현예와 양립하여 사용할 수 있다. 신체 기능의 외부 검출 및/또는 내부 검출을 이용하여 IMD(100)의 작동을 조절할 수 있도록, 상기 검출 프로세스를 사용할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 구현예에 따른 방법의 블럭도를 예시한 것이다. IMD(100)에서 데이타베이스 검출 프로세스를 수행할 수 있다(블럭 810). 상기 검출 프로세스는, IMD(100)로 췌장 활동에 대한 여러가지 타입의 특징들, 예컨대 낮은 혈당 수치, 높은 혈당 수치, 소화 효소의 농도, 호르몬 불균형으로 인한 심박수 동요, 케톤 농도 등을 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 도 9 및 후술된 설명에서, 상기 검출 프로세스를 수행하기 위한 단계들을 보다 상세하게 설명된다. 상기 검출 프로세스 수행시, IMD(100)는 검출된 췌장 장애가 검출 프로세스 동안에 수행된 계측 결과를 토대로 치료하기에 충분히 중증인지를 결정할 것이다(블럭 820). 예를 들면, 혈중 글루코스 수치를 조사하여, IMD(100)에 의한 시술이 바람직한 미리 결정된 수치 보다 높은지를 결정할 수 있다. 장애가 IMD(100)로 치료하기에 부적합한 것으로 결정되면, 상기 검출 프로세스를 계속한다(블럭 830).
IMD(100)를 이용하여 장애가 치료하기에 적합한 것으로 결정되면, 상기 장애와 관련있는 데이타를 기초로 자극 유형을 결정한다(블럭 840). 자극 유형은 기억장치(617)에 저장될 수 있는 검색 표에서 검색 수행과 같은 여러가지 수단으로 결정할 수 있다. 대안적으로, 자극 유형은 외부 유닛(670)과 같은 외부 소스로부터 유래된 입력 정보나 환자에서 유래된 입력 정보에 의해 결정할 수 있다. 나아가, 자극 유형의 결정은 자극이 전달되는 위치를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 자극 신호 전달을 위해 이용할 수 있는 특정 전극을 선택한다. 자극 신호의 유형 결정에 대한 보다 자세한 설명은 도 10과 하기 내용에 기재되어 있다.
전달할 자극 유형을 결정하면, IMD(100)는 전기 신호의 하나 이상의 선택된 전극으로의 전달에 의한 자극을 수행한다(블럭 850). 자극이 전달되면, IMD(100) 는 자극의 결과를 모니터링 및 저장하거나/저장하고 컴퓨터로 처리할 수 있다(블럭 860). 예로, 계산 결과를 토대로, 자극을 위해 전달될 신호 유형으로의 조절을 수행할 수 있는 결정이 이루어질 수 있다. 나아가, 계산 결과는 부가적인 자극 전달의 필요성을 반영할 수 있다. 부가적으로, 자극 결과 데이타는 이후의 추출 및/또는 추가적인 분석을 위해 기억장치(617)에 저장할 수 있다. 또한, 일 예로, 실시간 또는 근 실시간 통신을 제공하여, 외부 유닛(670)에 자극 결과 및/또는 자극 로그(stimulation log)를 통지할 수 있다.
도 9는 도 8의 블럭 810의 검출 프로세스를 수행하는 단계에 대한 보다 상세한 블럭 설명도를 예시하고 있다. 시스템(100)은 환자의 췌장 기능들과 관련있는 하나 이상의 생명 신호를 모니터링할 수 있다(블럭 910). 예컨대, 낮은 혈당 수치, 높은 혈당 수치, 호르몬 불균형 인자, 소화 효소 관련 인자, 케톤, 뇨내 글루코스 농도 등을 검출할 수 있다. 이러한 검출은, IMD(100)과 작동가능하게 커플링될 수 있는 인간의 체내에 있는 센서로 수행할 수 있다. 다른 예로, 이러한 인자들은 외부 수단에 의해 수행될 수 있으며, 통신 시스템(660)을 통해 외부 장치를 IMD(100)에 제공할 수 있다.
다양한 생명 신호를 취득하면, 미리 결정된 저장된 데이타와 상기 생명 신호 데이타를 비교하는 비교를 수행할 수 있다(블럭 920). 예를 들면, 적극적인 행위가 필요한지 또는 단순히 추가적인 모니터링만으로도 충분한지를 결정하기 위해, 미리 결정된 여러가지 역치값과 혈중 글루코스 수치를 비교할 수 있다. 수집된 데이타를 저장된 이론적인 역치값과 비교한 결과를 기초로, IMD(100)는 장애가 존재 하지는 여부를 결정할 수 있다(블럭 930). 예로, 구심성 및/또는 원심성 자극 섬유가 자극되었는지를 결정하기 위해, 다양한 생명 신호를 취득할 수 있다. 도 9에 개시된 결정에 따라, IMD(100)는 장애가 도 8에 언급된 바와 같이 치료를 수행하기에 충분히 현저한지를 결정하기 위해 계속할 수 있다.
도 10은 도 8의 블럭 840에 나타낸 자극 유형 결정 단계에 대한 보다 상세하게 설명한 플로우차트를 예시하고 있다. IMD(100)는 호흡 장애의 정량화할 수 있는 파라미터를 결정할 수 있다(블럭 1010). 예로, 이러한 정량화할 수 있는 파라미터는, 췌장 장애의 여러가지 증상, 예컨대 혈류내 과다 글루코스의 발생 빈도, 장애의 심각도, 장애나 증상이 있는지 여부에 대한 이원형의 분석, 생리적 측정 결과 또는 검출 결과, 또는 호르몬 농도 테스트와 같은 그외 테스트 결과를 포함할 수 있다. 이러한 정량화할 수 있는 파라미터를 기초로, 부교감 또는 교감 반응/자극이 적절한지를 결정할 수 있다(블럭 1020). 예를 들어, 표 2에 예시한 바와 같이, 매트릭스를 이용하여 반응에 대한 부교감 또는 교감 반응이 적절한지를 결정할 수 있다. 이러한 결정은 원심성, 구심성 또는 원심성-구심성 조합 자극이 수행되어야하는지에 관한 판단에 의해 오버레이할 수 있다.
표 2
원심성 구심성 원심성-구심성
부교감 O X X
교감 O O O
표 2에 예시된 결과는, 원심성 부교감 자극이 교감성 원심성-구심성 조합 자극과 병행하여 제공됨을 나타낸다. 결정되는 특정 유형의 정량화할 수 있는 파라 미터로, 적절한 치료가 부교감 차단 신호를 교감 비-차단 신호와 함께 실시하는 것일 수 있는지를 결정할 수 있다. 다양한 유형의 치료로, 표 2의 다른 조합을 수행할 수도 있다. 표 2에 예시된 매트릭스와 같은 다양한 매트릭스 조합을 IMD(100)에 의한 검색을 위해 기억장치에 저장할 수 있다.
부가적으로, 외부 장치는 이러한 계산을 수행할 수 있으며, IMD(100)에 결과 및/또는 그로 수반되는 지시를 전달할 수 있다. 또한, IMD(100)는 자극하기 위한 특이적인 신경 배치(batch)를 결정할 수도 있다(블럭 1030). 예로, 좌측 미주 신경 및/또는 우측 미주 신경의 주간, 복강 신경총, 상 장간막 신경총 및/또는 흉부 내장 신경을 자극하기 위해, 수행할 특정 자극 유형을 판단할 수 있다. 또한, IMD(100)는 전달할 치료 유형을 지시할 수도 있다. 예컨대, 검출된 정량화할 수 있는 파라미터(들)를 토대로, 전기 치료를 단독으로 또는 다른 유형의 치료와 병행하여 제공할 수 있다(블럭 1040). 예로, 자동으로 전기 신호가 전달되게 하는 결정이 이루어질 수도 있다. 대안적으로, 장애의 특정 유형에 따라, TMS(ranscranial magnetic stimulation)와 같은 자기 신호와 병행하여 전기 신호를 수행할 수 있는지에 대한 결정이 이루어질 수도 있다.
전기 자극 및/또는 자기 자극 이외에도, IMD(100)에 의한 전기 자극과 병행하여 화학 치료, 생물학적 치료 및/또는 그외 치료 유형을 전달할 것인지에 대해 결정이 이루어질 수 있다. 일 예로, 인슐린 관련 약물과 같은 화학 제제의 효능을 강화하기 위해 전기 자극을 이용할 수 있다. 따라서, 다양한 약물 또는 다른 화합물을 전기 자극 또는 자기 자극과 병행하여 전달할 수 있다. 수행될 자극 유형에 따라, IMD(100)는 다양한 췌장 장애를 치료하기 위해 자극을 전달한다.
본 발명의 구현예를 이용하여, 당뇨병과 같은 췌장 관련 장애를 치료하기 위해 여러가지 유형의 자극을 수행할 수 있다. 예컨대, 당뇨병, 저혈당 상태, 고혈당 상태, 호르몬 관련 장애 등을 자율 신경을 자극함으로써 치료할 수 있다. 본 발명의 구현예에 따른 자율 신경의 자극은 미주 신경 부위 및/또는 흉부 내장 신경과 같은 교감 신경을 자극하는 것을 포함할 수 있다. 본 발명의 구현예는 미리 프로그래밍된 자극 전달 및/또는 실시간으로 결정되는 제어된 자극 전달의 수행을 에 대한 실시간 결정을 제공한다. 예컨대, 혈당 수치 호르몬 농도 등의 다양한 검출 파라미터를 이용하여, 자극이 필요한지 및/또는 전달할 자극 유형을 결정할 수 있다. 부교감, 교감, 차단, 비-차단, 구심성 및/또는 원심성 자극 전달을 수행하여 다양한 췌장 관련 장애를 치료할 수 있다.
본 명세서에 개시되고 청구된 모든 방법 및 장치는 본 발명의 내용에 비추어 과도한 실험 없이도 실시하고 수행할 수 있다. 본 발명의 방법 및 장치는 특정 구현예로 설명되어 있지만, 당업자라면 첨부된 청구항에 의해 명시된 본 발명의 개념, 사상 및 범위에서 이탈되지 않으면서 본 명세서에 개시된 방법, 장치, 단계 또는 단계의 순서에 변형을 가할 수 있음을 이해할 것이다. 특히, 본 발명의 원리를 특정한 결과를 얻기 위해 미주 신경 이외의 선택된 뇌 신경에 적용할 수 있음은 자명하다.
본 명세서의 내용이 유용한 기술분야의 당업자라면 본 발명을 변형할 수 있으며 상이하지만 동등한 수단으로 실시할 수 있음이 자명하므로, 전술한 구체적인 구현예는 단지 예에 불과하다. 또한, 하기 청구항에 기재된 내용 이외의, 본 명세서에 나타낸 구체적인 구성 및 디자인으로 한정되지 않는다. 따라서, 전술한 구체적인 구현예들은 변형 또는 수정될 수 있으며, 이러한 모든 변화는 본 발명의 범위 및 사상에 속하는 것으로 간주된다. 이에, 본 발명의 보호 범위는 하기 청구항에 나타낸다.

Claims (22)

  1. 췌장 장애를 가진 환자를 치료하기 위한 신경자극 장치로서,
    상기 장치는 미주 신경의 복강 신경총, 상 장간막 신경총 및 흉부 내장 신경으로 이루어진 군으로부터 선택되는 환자의 자율 신경 중 한 곳 이상에 커플링하기 적합한 하나 이상의 전극을 포함하며,
    상기 신경자극 장치는 상기 하나 이상의 전극을 이용하여 상기 자율 신경 중 한 곳 이상에 전기 신호를 인가하여 췌장 장애를 치료하도록 추가적으로 구성된 것을 특징으로 하는 신경자극 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 전극은 환자의 복강 신경총의 한 곳 이상에 커플링하고, 상기 복강 신경총의 한 곳 이상에 전기 신호를 인가하여, 췌장 장애를 치료하기에 적합한 것을 특징으로 하는 신경자극 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 췌장 장애는 낮은 혈당 수치, 높은 혈당 수치, 소화 효소의 비정상적인 농도, 호르몬 불균형으로 인한 심박수 동요, 저혈당, 고혈당, 1형 당뇨병, 2형 당뇨병, 케토산증, 장 질환(celiac disease) 및 신장 장애 중 한가지 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 신경자극 장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 장치는 상기 복강 신경총의 한 곳 이상에 상기 전기 신호를 인가하여 췌장에서 생산되는 인슐린 농도, 호르몬 농도, 소화 효소의 농도 및 글리코겐 농도 중 한가지 이상을 조정하도록 추가적으로 구성된 것을 특징으로 하는 신경자극 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 신경자극 장치는 구심성 활동 전위, 원심성 활동 전위, 구심성 과분극, 역치 이하의 탈분극 및 원심성 과분극으로 이루어진 군으로부터 선택되는 생리 반응을 형성하기에 유효한 전기 신호를 상기 신경의 한 곳 이상에 인가하도록 추가적으로 구성된 것을 특징으로 하는 신경자극 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 장치는 원심성 활동 전위를 구심성 활동 전위와 병행하여 형성하기에 유효한 전기 신호를 상기 신경의 한 곳 이상에 인가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 신경자극 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 신경자극 장치는, 상기 하나 이상의 전극에 커플링되며 상기 전기 신호를 발생시키도록 구성된 프로그래밍 가능한 전기 신호 발생기를 추가로 포함하며, 상기 장치는 전기 신호를 하나 이상의 전극에 인가하도록 추가적으로 구성된 것을 특징으로 하는 신경자극 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 프로그래밍 가능한 전기 신호 발생기는 전류 세기, 펄스 진동수, 펄스 폭, 온-타임 및 오프-타임으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 파라미터로 상기 전기 신호를 규정하도록 구성되며, 상기 하나 이상의 파라미터는 췌장 장애를 치료하기 위해 선택되는 것을 특징으로 하는 신경자극 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 신경자극 장치는 췌장 장애의 증상을 검출하고, 상기 증상 검출에 반응하여 전기 신호의 인가를 개시하도록 추가적으로 구성된 것을 특징으로 하는 신경자극 장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 증상의 검출은 혈중 글루코스 수치, 혈중 글루코스의 높은 수치, 호르몬 불균형 인자, 소화 효소 관련 인자, 케톤 농도 및 뇨내 글루코스 농도 중에서 한가지 이상을 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경자극 장치.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 신경자극 장치는 1차 치료기간 동안 자율 신경에 1차 전기 신호를 인가하고, 2차 치료기간 동안 상기 하나 이상의 전극을 이용하여 자율 신경에 2차 전기 신호를 인가하여, 췌장 장애를 치료하도록 추가적으로 구성된 것을 특징으로 하는 신경자극 장치.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 신경자극 장치는 1시간 내지 6개월을 포함하는 상기 1차 치료기간 동안 전기 신호를 인가하도록 추가적으로 구성되며, 1개월 내지 10년을 포함하는 상기 2차 치료기간 동안 전기 신호를 인가하도록 추가적으로 구성된 것을 특징으로 하는 신경자극 장치.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 신경자극 장치는 상기 췌장 장애의 증상을 검출하도록 추가적으로 구성되며, 상기 증상의 검출은 혈중 글루코스 수치 인자, 혈중 글루코스 높은 수치 센서, 호르몬 불균형 센서, 소화 효소 관련 인자에 대한 센서, 케톤 센서, 뇨내 글루코스 수치 센서 중에서 한가지 이상을 이용하는 단계를 포함하며, 상기 2차 치료기간은 췌장 장애의 증상 검출에 반응하여 개시되는 것을 특징으로 하는 신경자극 장치.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 전극은 나선형 전극(spiral electrode) 및 패들 전극(paddle electrode)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 신경자극 장치.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 신경자극 장치는, 상기 전극을 이용하여 전기 신호를 상기 미주 신경의 하나 이상의 가지에 인가하여, 전기 자극을 상기 미주 신경에 대한 자기 자극, 화학적 자극 및 생물학적 자극 중에서 한가지 이상과 함께 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 신경자극 장치.
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