KR101149530B1

KR101149530B1 - 동물실험용 소형 뇌신경 자극 전극시스템

Info

Publication number: KR101149530B1
Application number: KR1020090124540A
Authority: KR
Inventors: 박세익; 황용섭; 윤호
Original assignee: 주식회사 엠아이텍
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2012-05-25
Also published as: KR20110067792A

Abstract

본 발명의 동물모델 실험용 소형 뇌신경 자극 전극시스템은 지지대(20)를 결합하는 지지대 결합부(42)와, 상기 지지대 결합부(42)의 수직 하부에 자극전극(6)을 결합하도록 형성된 자극전극 삽입부(44)가 형성되며, 상기 자극전극(6)에 전기를 공급하는 연결선(22)이 결합되도록 형성된 전극 홀더(40)와, 상기 연결선(22)이 결합된 상기 전극 홀더(40)가 중공부(64)에 삽입되는 전극홀더 삽입부(62)가 형성되어 상기 동물모델의 두개골에 고정되는 앵커(60)를 포함하되, 상기 전극 홀더(40)와 상기 전극홀더 삽입부(62)의 중공부(64)는 서로 대응하는 형상으로 형성된다.

본 발명에 의하면, 자극전극을 고정하는 전극 홀더와, 이 전극 홀더가 삽입되는 앵커와, 전극 홀더와 앵커의 조립체를 덮는 커버로 이루어지므로, 구성이 비교적 간단하며, 자극전극을 고정하는 전극 홀더를 앵커에 삽입하여 체결하고, 무연땜납으로 자극전극을 고정 유지하여 동물모델의 뇌 절개부위의 목표부위(target site)에 삽입하고, 앵커를 나사체결하여 안착시키고, 전극 홀더와 앵커의 결합체를 커버로 덮은 후, 봉합함으로서, 동물모델이 자연스럽게 이동한다하더라도, 실험기간 동안 자극전극을 안정적으로 고정하여, 실험을 신뢰성 있게 수행할 수 있는 효과를 가진다.

동물 실험, 심부뇌자극, 자극전극, 앵커, 3차원 정위 삽입

Description

동물실험용 소형 뇌신경 자극 전극시스템{Miniaturized Brain Stimulating Electrode System for Animal Study}

본 발명은 동물실험용 소형 뇌신경 자극 전극시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 운동장애 및 통증치료를 위한 차세대 심부뇌자극기를 개발함에 있어서, 동물의 자연스러운 행동실험을 위한 자극기를 동물에 안착시킴으로써 실험기간 동안 뇌신경을 자극하는데 쓰이는 자극전극을 안정적으로 고정하여, 신뢰성있는 실험의 수행을 가능하도록 하는 동물실험용 소형 뇌신경 자극 전극시스템에 관한 것이다.

일반적으로 파킨스씨병, 통증, 간질 등의 병변에 의한 운동장애 및 통증치료를 위한 치료제를 개발하기 위해서, 이들 병변을 인위적으로 만든 동물모델을 이용하고 있고, 이 동물모델의 특정 뇌신경을 자극하면서 병증의 호전 정도를 조사하는 동물실험을 수행하고 있다. 하지만, 이러한 동물모델을 이용한 심부뇌자극을 실행한 후에는 동물모델이 생물학적으로 안전해야 하므로, 생체에 영향이 없어야 하고, 자극전극과 전기자극에 의한 뇌세포의 파괴가 없어야 하며, 사용 재료 및 전기 자극은 생체에 적용하기에 안전해야 한다.

한편, 동물모델로서는 통상적으로 실험용 쥐를 이용하며, 이상의 안전성 기준을 충족하면서 뇌신경을 자극하기 위하여 도 1에 도시된 바와 같은 종래의 뇌심부자극기를 사용하여, 먼저 힌쥐의 두개골(1)을 절개하고, 5㎛의 파릴렌(parylene)이 코팅된 텅스텐의 금속전극(6)을 두개골에 고정된 생체에 적합한 스테인리스 스틸 재질의 앵커(2)를 관통하여 뇌의 목표부위(target site)(3)에 삽입하고, 소량의 치과용 시멘트(dental cement)(4)로 매립하여, 안정적으로 고정한 후, 실리콘 일라스토머로 몰딩된 백금-이리듐 합금 재질의 연결선을 전극과 압착하여 연결하고, 연결선의 반대 부분은 피부 밑으로 위치시킨 후 동물의 등 뒤로 관통하여 외부도 노출이 되며, 이 노출부 끝단에는 자극기과 결합할 수 있는 소켓을 포함한다. 연결선을 위치시키고 난 후, 앵커 및 전극이 이식된 머리 부분은 봉합사를 이용하여 두피를 봉합함으로써 감염의 위험을 줄여준다. 자극기는 도 2에 도시된 바와 같은 고정기구(10)로서 실험용 쥐의 등에 장착된다. 고정기구(10)는 힌쥐가 압박감을 느끼지 않을 정도의 소프트한 탄성체로 구성된 테더(tether) 밴드(14)로서, 그 상부에는 자극기가 위치하는 새들(saddle)(12) 위를 덮어 동물이 행동실험을 수행할 때 자극기를 안정하게 고정하는 역할을 한다.

그런데 이상과 같은 종래의 심부뇌자극기는 동물이 실험기간 동안 머리 움직임이나 수술부위를 앞발로 긁을 때, 전극과 연결선의 이음매 부분이 단선이 빈번하 게 발생한다. 또한 자극기와 연결되는 소켓은 실험동물이 철창에서 관리 될 때, 철창에 끼어 단선되는 경우도 빈번히 발생한다. 위에서 기술한 전기적 단선은 실험수행을 불가능하게 하며, 동물실험이 상당한 장기간의 시간이 필요하므로 시간적 경제적 비효율성을 초래하게 된다. 또한 사용된 금속재질의 앵커는 동물 행동실험 이후의 양전자 방사 단층 X선 촬영법(PET)이나 핵자기공명장치(MRI)를 이용한 실험에서 영상이 외곡되는 현상을 초래하게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 자극전극을 보다 안정적으로 고정하여 신뢰성있는 실험 수행이 가능하도록 하는 동물실험용 소형 뇌신경 자극 전극시스템을 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 동물모델 실험용 소형 뇌신경 자극 전극시스템은 지지대를 결합하는 지지대 결합부와, 상기 지지대 결합부의 수직 하부에 자극전극을 결합하도록 형성된 자극전극 삽입부가 형성되며, 상기 자극전극에 전기를 공급하는 연결선이 결합되도록 형성된 전극 홀더와, 상기 연결선이 결합된 상기 전극 홀더가 중공부에 삽입되는 전극홀더 삽입부가 형성되어 상기 동물모델의 두개골에 고정되는 앵커를 포함하되, 상기 전극 홀더와 상기 전극홀더 삽입부의 중공부는 서로 대응하는 형상으로 형성된다.

전극 홀더는 자극전극 삽입부의 중심에 자극전극이 삽입되도록 형성된 자극전극 삽입홈과, 자극전극 삽입홈의 하부에 연결선과 전기적 접촉하도록 형성된 땜납수용부와, 연결선이 땜납수용부에 결합되도록 전극홀더의 측면에 형성된 연결선 결합 개방부를 포함한다.

앵커의 전극홀더 삽입부에는 전극 홀더에 결합되는 연결선을 인출하는 연결선 출구와, 나사결합공을 구비하는 프랜지부를 포함하고, 전극 홀더의 측면에는 한 쌍의 분리홈이 서로 대향하여 형성되며, 앵커의 중공부에 전극 홀더가 삽입되면, 분리홈들을 노출하도록 분리홈 노출부가 형성되며, 이때 분리홈 노출부의 일측은 연결선이 연결되는 연결선 출구와 연통하도록 구성된다.

본 발명에 있어서, 전극 홀더와 앵커의 각각에 서로 대응되도록 제공되는 고정부재에 의해 전극 홀더가 앵커에 삽입되어 서로 결합되며, 전극 홀더와 앵커의 결합체를 덮는 커버를 더 포함하고, 커버와 앵커의 각각에 서로 대응되도록 제공되는 체결부재에 의해 커버와 결합체가 서로 결합되며, 전극 홀더와 앵커의 각각에 서로 대응하도록 제공되는 가이드부재에 의해 전극 홀더가 앵커에 삽입되는 것을 용이하게 한다.

전극 홀더의 지지대 결합부는 지지대와 나사결합되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 전극시스템에 의하면, 자극전극을 고정하는 전극 홀더와, 이 전극 홀더가 삽입되는 앵커와, 전극 홀더와 앵커의 조립체를 덮는 커버로 이루어지므로, 구성이 비교적 간단하며, 자극전극을 고정하는 전극 홀더를 앵커에 삽입하여 체결하고, 땜납으로 자극전극을 고정 유지하여 동물모델의 뇌 절개부위의 목표부위(target site)에 삽입하고, 앵커를 나사체결하여 안착시키고, 전극 홀더와 앵커의 결합체를 커버로 덮은 후 봉합함으로서, 동물모델이 자유롭게 이동한다 하더라 도, 실험기간 동안 자극전극을 안정적으로 고정하여, 실험을 신뢰성있게 수행할 수 있는 효과를 가진다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일 실시예의 동작을 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 동물실험용 소형 뇌신경 자극 전극시스템의 구성을 나타내는 분해 사시도이고, 도 4는 도 3의 전극 홀더의 하부 저면도이고, 도 5는 도 3의 A-A선을 따라 취한 단면도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명은 동물모델 실험용 소형 뇌신경 자극 전극시스템은 지지대(20)(도 9)를 결합하는 지지대 결합부(42)와, 상기 지지대 결합부(42)의 수직 하부에 자극전극(6)을 결합하도록 형성된 자극전극 삽입부(44)가 형성되며, 상기 자극전극(6)에 전기를 공급하는 연결선(22)이 결합되도록 형성된 전극 홀더(40)와, 상기 연결선(22)이 결합된 상기 전극 홀더(40)가 중공부(64)에 삽입되는 전극홀더 삽입부(62)가 형성되어 상기 동물모델의 두개골에 고정되는 앵커(60)를 포함한다.

전극 홀더(40)는 원통상으로 테플론 등의 부도체로 제작되며, 앵커(60)의 전극홀더 삽입부(62)는 그 중공부(64)가 이러한 전극 홀더(40)의 형상에 대응하도록 원통상으로 형성된다. 전극홀더(40)의 외주면에는 가이드홈(56)이 제공되며, 앵커(60)의 전극홀더 삽입부(62)에는 그 중공부(64)에 전극 홀더(40)의 쐐기형의 가이드홈(56)에 삽입되는 쐐기형의 가이드돌기(72)가 형성되어, 전극 홀더(40)가 앵 커(60)에의 삽입을 유도한다. 이와 반대로, 전극홀더(40)의 외주면에 가이드돌기를 형성하고, 전극 홀더 삽입부(62)의 중공부(64)에 가이드홈을 형성하여도 마찬가지이다. 이와 같이 본 발명의 전극시스템의 일 실시예는 전극 홀더(40)와 전극홀더 삽입부(62)의 중공부(64)가 서로 대응하는 형상으로 구성됨에 따라 안정적으로 결합되며 가이드홈(56)hk 가이드돌기(72)로 구성된 가이드부재에 의해 회전이 방지된다. 비록 구체적인 도면으로 예시하지는 않았지만, 본 발명 전극시스템의 다른 실시예로서, 예를 들어 전극 홀더(40)의 단면이 원형이 아닌 타원형 또는 각형이라면, 전극홀더 삽입부(62)의 중공부(64)의 형상은 이에 대응하는 형상으로 형성됨은 물론이며, 이 경우, 가이드홈(56)과 가이드돌기(72)는 없어도 되는 것으로, 본 발명은 전극 홀더(40)의 형상에 따라 앵커(60)의 전극홀더 삽입부(62)는 그 중공부(64)의 형상이 변경된다.

전극 홀더(40)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 자극전극 삽입부(44)의 중심에 자극전극(6)이 삽입되도록 형성된 자극전극 삽입홈(46)이 형성되어 자극전극(6)이 삽입되며, 자극전극(6)은 연결선(22)과 전기적 접촉한 상태에서 자극전극 삽입홈(46)의 하부에 형성된 땜납수용부(48)에 땜납을 채워 넣음으로서 고정된다. 한편, 연결선(22)은 전극 홀더(40)의 측면에 형성된 연결선 결합 개방부(50)를 통해 땜납수용부(48)에 결합된다.

앵커(60)의 전극홀더 삽입부(62)에는 전극 홀더(40)에 결합되는 연결선(22)을 인출하는 연결선 출구(66)와, 나사결합공(78)을 구비하는 프랜지부(76)가 제공된다.

한편, 전극 홀더(40)의 측면에는 한 쌍의 분리홈(52)이 서로 대향하여 형성되고, 앵커(60)의 전극홀더 삽입부(62)에는 분리홈(52)들을 노출하도록 분리홈 노출부(68)가 형성됨에 따라, 전극홀더 삽입부(62)의 중공부(64)에 전극홀더(40)가 삽입되면, 전극홀더(40)의 분리홈(52)이 분리홈 노출부(68)에 정렬되어 있으므로, 드라이버 등의 공구를 이용하여 전극 홀더(40)를 앵커(60)로부터 분리한다. 분리홈 노출부(68)의 일측은 연결선(22)이 연결되는 연결선 출구(66)와 연통한다.

전극 홀더(40)의 상부 외주면에는 복수개, 즉 4개의 고정홈(54)이 형성되며, 고정홈(54)에 대응하도록 전극 홀더 삽입부(62)에 4개의 고정돌기(74)가 제공되어, 전극 홀더(40)가 앵커(60)에 삽입되면 고정돌기(74)가 고정홈(54)에 체결됨에 따라 전극 홀더(40)와 앵커(60)가 서로 결합된다. 고정부재로서의 고정홈(54)과 고정돌기(74)는 이와 반대로 전극홀더 삽입부(62)와 전극 홀더(40)에 각각 형성되어도 마찬가지이다.

한편, 전극 홀더(40)의 지지대 결합부(42)에는 도 9에 도시된 바와 같은 지지대(20)의 나사부(24)와 나사결합되도록 나사부(58)가 형성되며, 지지대(20)는 나사결합 및 분리를 용이하게 실행하도록 양각의 각형 나사부재(26)가 형성되어 있지만, 음각의 각형으로 구성할 수 있음은 물론이다.

본 발명의 도 7에 도시된 바와 같이 전극 홀더(40)와 앵커(60)의 결합체를 커버(80)로서 덮어서 체결하며, 체결부재로서 커버(80)의 내부에는 체결돌기(82)가 형성되고, 이에 대응하도록 앵커(60)의 전극홀더 삽입부(64)의 외주면에 체결홈(70)이 제공되어 서로 결합되며, 이와 반대로 커버(80)에 체결홈을 형성하고 전 극홀더 삽입부(64)에 체결돌기를 형성할 수도 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 전극시스템은 도 8에 도시된 바와 같은 3차원 뇌정위수술기구(stereotaxic frame)를 이용하여 동물모델의 두개골에 시술한다.

먼저, 전극 홀더(40)의 자극전극 삽입홈(46)에 자극전극(6)의 삽입한 후, 연결선(22)을 자극전극(6)과 전기적으로 접촉하고, 전극 홀더(40)의 땜납수용부(48)에 땜납을 채워넣어 고정한 다음, 자극전극(6)과 연결선(22)이 전기적으로 접촉된 전극 홀더(40)를 앵커(60)의 중공부(62)에 삽입하여 전극 홀더(40)와 앵커(60)를 서로 결합한다. 이어 전극 홀더(40)의 나사부(58)에 지지대(20)의 나사부(24)를 나사결합한 다.

이어서, 도 8에 도시된 바와 같이, 지지대(20)를 뇌정위수술기구에 부착한 후, 목표 부위를 찾는다. 잘 알려진 바와 같이, 정위(stereotaxy)란 방사선 영상의 공간(image space)과 실제의 물리적 공간(physical space)를 일치시키고 뇌의 필요한 부위를 지도화(mapping)하는 것을 의미하므로, 원하는 해부학적 목표물 혹은 병소에 대한 삼차원 공간 좌표값을 이용하여 수술 시 목표물에 정확히 접근할 수 있도록 하는 것이므로, 이러한 뇌정위수술기구를 이용하여 목표부위를 찾은 것에 대한 상세한 설명은 본 실시예에서는 생략하였다. 목표부위에 자극전극(6)을 꽂은 후, 앵커(60)의 프랜지부(76)에 형성된 나사결합공(78)에 나사조임하여 고정시킨 다음, 나사부재(26)를 회전하여 전극 홀더(40)와 지지대(20)의 나사결합을 해제하여 전극 홀더(40)와 지지대(20)를 분리하고, 전극 홀더(40)와 앵커(60)의 결합체를 커버(80)로 덮고 동물모델의 두개골에 매립한 다음 절개부위를 봉합함으로서, 동물 모델이 자유롭게 이동한다 하더라도, 실험기간 동안 자극전극을 안정적으로 고정하여 안착하고 있으므로, 실험을 신뢰성있게 수행한다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 동물모델용 소형 뇌신경 자극 전극시스템의 하나의 바람직한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않는 것이므로, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 종래의 심부뇌자극기의 구성을 나타내는 개략도이고,

도 2는 도 1의 자극기를 동물모델에 장착하는 고정기구를 나타내는 사시도이고,

도 3은 본 발명의 동물실험용 소형 뇌신경 자극 전극시스템의 구성을 나타내는 분해 사시도이고,

도 4는 도 3의 전극 홀더의 하부 저면도이고,

도 5은 도 3의 A-A선을 따라 취한 단면도이고,

도 6은 앵커의 외주에 형성된 덮개체결홈에 결합되는 돌기가 형성된 커버의 내부를 나타내는 사시도이고,

도 7는 본 발명 전극시스템에 커버를 덮고 동물모델의 두개골에 매립한 상태도이고,

도 8은 도 3의 본 발명 전극시스템을 시술하기 위한 3차원 뇌정위수술기구를 도시하는 사시도이고,

도 9는 도 8의 지지대를 나타내는 사시도이다.

<도면의 주요 부호에 대한 부호의 설명>

6 : 자극전극 20 : 지지대

22 : 연결선 24 : 나사부

40 : 전극 홀더 42 : 지지대 결합부

44 : 자극전극 삽입부 46 : 자극전극 삽입홈

48 : 땜납수용부 50 : 연결선 결합 개방부

52 : 분리홈 54 : 고정홈

56 : 가이드홈 58 : 나사부

60 : 앵커 62 : 전극홀더삽입부

64 : 중공부 66 : 연결선 출구

68 : 분리홈 노출부 70 : 덮개체결홈

72 : 가이드돌기 74 : 고정돌기

76 : 프랜지부 78 : 나사결합공

80 : 커버 82 : 체결돌기

Claims

동물 실험용 소형 뇌신경 자극 전극시스템으로서,

지지대를 결합하는 지지대 결합부와, 상기 지지대 결합부의 수직 하부에 자극전극을 결합하도록 형성된 자극전극 삽입부가 형성되며, 상기 자극전극에 전기를 공급하는 연결선이 결합되도록 형성된 전극 홀더와,

상기 연결선이 결합된 상기 전극 홀더가 중공부에 삽입되는 전극홀더 삽입부가 형성되어 동물모델의 두개골에 고정되는 앵커를 포함하되,

상기 전극 홀더와 상기 전극홀더 삽입부의 중공부는 서로 대응하는 형상으로 형성되는

동물모델 실험용 소형 뇌신경 자극 전극시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 전극 홀더는

상기 자극전극 삽입부의 중심에 자극전극이 삽입되도록 형성된 자극전극 삽입홈과,

상기 자극전극 삽입홈의 하부에 연결선과 전기적 접촉하도록 형성된 땜납수용부와,

상기 연결선이 상기 땜납수용부에 결합되도록 상기 전극 홀더의 측면에 형성 된 연결선 결합 개방부를 포함하는

동물모델 실험용 소형 뇌신경 자극 전극시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 앵커의 전극홀더 삽입부에는

상기 전극 홀더에 결합되는 연결선을 인출하는 연결선 출구와,

나사결합공을 구비하는 프랜지부를 포함하는

동물모델용 소형 뇌신경 자극 전극시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 전극홀더의 측면에는 한 쌍의 분리홈이 서로 대향하여 형성되고,

상기 앵커의 중공부에 상기 전극 홀더가 삽입되면, 상기 분리홈들을 노출하도록 분리홈 노출부가 형성된

동물모델용 소형 뇌신경 자극 전극시스템.
제 4 항에 있어서,

상기 분리홈 노출부의 일측은 상기 연결선이 연결되는 연결선 출구와 연통하 도록 구성되는

동물모델용 소형 뇌신경 자극 전극시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 전극 홀더와 상기 앵커의 각각에 서로 대응되도록 제공되는 고정부재에 의해 상기 전극 홀더가 상기 앵커에 삽입되어 서로 결합되는

동물모델용 소형 뇌신경 자극 전극시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 전극 홀더와 상기 앵커의 결합체를 덮는 커버를 더 포함하고,

상기 커버와 상기 앵커의 각각에 서로 대응되도록 제공되는 체결부재에 의해 상기 커버와 상기 결합체가 서로 결합되는

동물모델용 소형 뇌신경 자극 전극시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 전극 홀더와 상기 앵커의 각각에 가이드부재가 서로 대응하도록 제공되는 가이드부재에 의해 상기 전극 홀더가 상기 앵커에 삽입되는 것을 안내하는

동물모델용 소형 뇌신경 자극 전극시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 전극 홀더의 지지대 결합부는 지지대와 나사결합되는

동물모델용 소형 뇌신경 자극 전극시스템.