KR101237395B1

KR101237395B1 - 피부 감각기관의 전기 자극방법 및 장치

Info

Publication number: KR101237395B1
Application number: KR1020077011264A
Authority: KR
Inventors: 진스 스코우엔보그
Original assignee: 메간 메디컬, 아이엔씨.
Priority date: 2004-10-19
Filing date: 2005-10-19
Publication date: 2013-02-27
Also published as: CN101124010B; EP1809370A1; AU2005296341B2; HK1118024A1; EP1809370A4; ES2645676T3; JP4950055B2; US8386005B2; AU2005296341A1; CA2584722C; US20100280573A1; US8086322B2; CA2584722A1; EP1809370B1; US20060085056A1; WO2006043885A1; CN101124010A; JP2008516724A; KR20070112760A

Abstract

본 발명에 의한 전극 판은 딱딱하거나 유연한 전기적인 비 전도성 판을 포함한다. 비 전도성 판은 앞면, 뒷면, 피부의 얇은 A δ /C 섬유의 전기적인 자극을 위한 바늘 모양(a pattern of needle like(NL))의 전극, 앞면 위에 위치한 피부의 큰 Aβ 섬유의 전기적인 자극을 위한 전도성 판(CP) 전극을 포함한다. 앞면에는 피부에 부착을 위해서 접착제(adhesive)가 제공되어 있다. 그 밖에도 전극 판의 제조 방법과 전극 판과 그것에 연결된 자극기에 의해서 피부 섬유를 전기적으로 자극하는 방법이 기재되어 있다.

전극 판 , CP 전극봉, NL 전극봉, 전도체, 조립체, 자극, 자극기

Description

피부 감각기관의 전기 자극방법 및 장치{METHOD AND MEANS FOR ELECTRICAL STIMULATION OF CUTANEOUS SENSORY RECEPTORS}

본 발명은 피부 감각기관의 전기적인 자극을 위한 전극 판(electrode plate)에 관한 것으로, 특히 가려움(itch)이나 통증의 안정, 다른 의료용 치료나 동물 치료, 미용 목적을 위해 한정된 피부 범위 내에서 피부 Aβ 섬유와 피부 Aδ/C 섬유의 반복적인 자극을 위한 전극 판 및 이 전극 판의 사용과 치료방법에 관한 것이다.

다른 것과 경쟁적으로 상호 작용하는 피부 내의 다른 감각 능력(In the skin different sensory qualities interact competitively with one another)(Schmidt R F 1971).

척추동물의 중앙 신경 시스템에서 프리시냅스 억제(Presynaptic inhibition in the vertebrate central nervous system). Ergebn. Physiol.63:20-101; Melzack R et al.(1965).

통증 메커니즘(Pain mechanism): 새로운 이론. 통증 지각과 반응이 인지되기 전 피부로부터 감각 입력을 조절하는 게이트 조절 시스템(A gate control system modulates sensory input from the skin before it evokes pain perception and response). Science 150: 971-979; McMahon S B et al.(1992).

가려움의 해석(Itching for an explanation). Trends in Neurosci. 15/12:497-501; Ward L et al.(1996).

실험적으로 유발된 가려움과 통증에 있어서 유독하거나 독성이 없는 반자극제 영향의 비교(A comparison of the effects of noxious and innocuous counterstimuli on experimentally induced itch and pain). Pain 64:129-138.

진행 중의 통증을 억제하는 기계적인 자극(Mechanical stimulation inhibits ongoing pain(Wall P D et al.(1960).

통증, 가려움, 그리고 진동. A.M.A.Archives of Neurology 2: 365-375; Sjolund B H et al.(1990).

피부를 통하여 이식된 말초 신경의 전기적 자극(Transcutaneous and implanted electric stimulation of peripheral nerves). In: J. Bonica(ed) : Management of Pain, 2^nd edition, Lea & Fegiber, Philadelphia, p 1852-1861.

70년대에 개발된 촉각과 통증 경로 사이의 상호작용을 이용한 경피성 전기 신경 자극[To utilize the interactions between tactile and pain pathways, transcutaneous electrical nerve stimulation (TENS)].[Flowerdew et al.(1997); Osiri et al,(2003)]. 이 방법은 신경이 자극되도록 피부 위에 부착된 표면 전극을 사용한다. 자극 강도(intensity)에 따라서, Aβ 섬유로 분류되고 촉각 정보를 전달하는 주된 큰 신경 섬유들은 활성화된다. 경피성 전기 신경 자극(이하, 'TENS'라 칭한다)의 다른 형태는 병원에서 알려지고 자주 사용된다. 전통적인 TENS는 촉각 Aβ 섬유들에 대해 고 주파수 자극을 사용한다. 다른 TENS의 형태는 근육들로부터 깊은 구심성 신경(afferents)을 활성화하기 위해서 개발되었다(Sjolund et al. 1990). 이 경우 TENS는 근육 수축(contraction)을 유발하는 강도에 있어서 낮은 주파수가 적용된다. 두 방법들은 비록 작용 메커니즘이 다르게 보여지지만 무통각(analgesia)을 제공하는 것으로 보인다(Sjolund et al.1990). 그러나 TENS는 C 섬유로 분류된 비 미엘린화된(non-myelinated) 섬유들의 자극에 있어 적절하지 않다. TENS 사용에 있어서 C 섬유들을 활성화하는데 필요한 역전류(threshold current)는 매우 높고 따라서 내성(tolerated)이 생길 수 없다. TENS 의 치료효과는 Flowerdew 와 Goadsby(1997), Osiri et al (2003)에 의해 요약된다.

아픈 자극에 반응하는 시스템(nociceptive system)(여기에는 가려움을 포함한다)의 하부 양식(submodalities), 예를 들면 Aδ/C 섬유들의 저 주파수 전기 자극, 즉 얇은 미엘린화된(myelinated) 섬유들과 비 미엘린화된(non-myelinated) 섬유들 사이에서 발견된 특히 강한 상호작용들은 아마도 양 생체조건 안에서(in vivo) 아픈 자극에 반응하는 C 섬유 전송의 지속적인 억압 작용(durable depression)의 원인일 것이다.(Sjolund B H. 1985).

쥐(rats)에 있어서, 굴곡부 반사(flexion reflex)를 유발하는 C 섬유의 말초 신경 자극 억제(Peripheral nerve stimulation suppression). Part 1 : 연속된 자극의 매개변수. J. Neurosurg.63:612-616; Sjolund B H(1988).

쥐(rats)에 있어서, 굴곡부 반사(flexion reflex)를 유발하는 C 섬유의 말초 신경 자극 억제(Peripheral nerve stimulation suppression). Part 2 : 피부와 근육의 구심성 신경(afferent nerves)의 낮은 비율의 연쇄(train) 자극 매개변수. J.Neurosurg. 68 : 279-283; Klein T et al. (2004).

인체(in humans)(J.Neurosci. 24:964-71)와 생체 조건 밖에서(in vitro)의 척수 준비(spinal preparation)에 있어서 아픈 자극에 반응하는 장기간의 기능 강화(potentiation)와 장기간의 기능 저하(depression)의 인식된 상호관련성(Perceptual correlates)(Sandkuhler et al,1997).

더욱이, 독성 있는 기계적인 자극은 촉각 Aβ와 스크래칭(scratching)과 같은 아픈 자극에 반응하는 C 섬유들을 강하게 활성화하여 가려움(itch)을 감소시킨다. 이들 상호작용들은 체성감각 시스템(somatosensory system), 예를 들면 척수의 배각(dorsal horn of the spinal cord) 내에서 여러 단계로 일어난다(Melzack et al. 1965, Cervero F et al.1979).

"substantia gelatinosa Rolandi of the cat's spinal cord"(Quart. J. Exp. Physiol.64:297-314)와 "the thalamus"(Olausson B et al. 1994)에 기재된 뉴런들의 전자 생리 연구(electrophysiological study).

고양이에 있어서, 감마 아미노뷰트르산(gamma-aminobutyric acid) 메커니즘에 의해 전달된(mediated) 아픈 자극에 반응하는 시상 세포(thalamic cells)들의 등쪽난 억제(Dorsal column inhibition)(Acta Physiol. Scand.152:239-247.). 시상세포들은 국소해부적으로(topographically) 잘 조직화되어 있다. 그러므로 가려움과 통증을 느끼는 몸의 부위에 연관된 부위를 국부적으로 자극하는 것이 중요하다.

가려움과 통증의 안정을 위해 Aδ와 C 섬유를 포함한 얇은 구심성 섬유들을 자극할 수 있도록 새로운 기술, 즉 피부 영역 자극(Cutaneous Field Stimulation:CFS)(이하, 'CFS'라 칭한다)이 소개되었다.(Schouenborg, 1995; Nilsson et al, 1997, Nilsson and Schouenborg, 1999; Nilsson et al, 2003, 2004).

CFS는 국소해부적으로(topographically) 제한되고 참을 수 있는 얇은(Aδ 와 C) 피부 섬유의 전기적인 자극을 허용하지만, Aβ 섬유들의 자극에는 사용되지 않는다. CFS는 2cm 간격으로 규칙적으로 고정된 바늘 모양의 전극들이 다중 배열되어 있는 탄성 고무판을 사용한다. 각 전극은 판으로부터 2.0mm 돌출된 약 2.0mm 직경의 상승된 "멈춤 장치(stop-device)"에 의해 둘러쌓여 있다. 전극 팁(tip)은 일반적으로 멈춤 장치로부터 0.3mm정도 돌출한다.

피부에 대하여 전극 판을 천천히 가압할 때, 전극 팁은 표피(epidermis)와 일부 진피(dermis) 표면 내의 감각기관(receptors)에 가까이 삽입된다(Kruger et al,1985). 전극들은 전기적으로 분리된 표피의 각질(horny) 층을 가로지르고, 전류 밀도(current density)는 날카로운 전극 팁 근처에서 높기 때문에, 피부 신경 섬유들을 자극하기 위해 요구되는 전압과 전류는 작은데, 각각 일반적으로 10V 보다 작 고 0.8mA까지의 범위이다.

전류밀도가 거리에 따라 급속하게 감소함에 따라, 국부적인 자극이 이루어진다. 전극들은 일정한 전류 자극기와 연결되어 연속적으로 자극되고, 각 전극은 5-45min의 치료 기간동안 1-10Hz(진동기간 1.0ms)의 주파수가 적용된다. 자가 점착성 표면 (TENS) 전극은 양극으로 되고, 보통 바늘 모양의 전극 판으로부터 약 5~30cm 정도 떨어져서 위치한다. CFS의 치료효과는 Nilsson et al.,2004에 의해 요약된다.

단단한 전극 판 위의 바늘들의 배열은 선행 기술에 알려져 있다. 이들 기술에서 피부 만입부(indentation)를 조절하는 것은 바로 바늘들의 길이이다. 이는 대부분의 신체 부위가 곡선 모양이라는 사실 때문이다. 그러한 전극 판들은 한정된 피부 깊이에 있어서, 다중 바늘 전극의 조절된 피부 침투를 허용하지는 않는다.

현재 기술의 단점은 다음과 같다.

1. 다른 감각 양상(modalities)과 Aδ/C 섬유들의 강한 효과 사이의 강한 상호작용이 있다면, 동일 장치에서 Aβ 섬유 자극(TENS와 같은)과 Aδ/C 섬유 자극(CFS와 같은)의 효율적인 결합에 있어 상당한 이익이 된다. Aδ/C 섬유 자극의 회피(aversiveness)는 동시 발생하는 A/β 섬유 자극에 의해 가려질 수 있다. 그러나 다중 판들에서 허용될 수 있는 방법(tolerable way)인 Aβ 섬유들의 효과적인 자극과 한정된 피부 영역 내에서 바늘 모양의 전극 모형들을 이용한 Aδ/C 섬유들의 연속된 자극을 결합할 수 있는 방법은 알려져 있지 않다. 더욱이, 하나의 치료 에서 TENS와 CFS를 조합하는 방법은 알려져 있지 않다.

2. CFS가 시행되는 동안, 따끔한(pricking) 통증이 유발된다. CFS 진행시, 처음에는 불편하고 민감한 피부를 갖는 아이나 어른들은 참지 못한다. 현재 기술에서는 자극 강도를 점차적으로 증가하는 것 이외에는 이 문제의 해결책은 없다.

3. 피부 Aδ/C 섬유 자극을 위한 알려진 장치는 피부에 쉽게 적용할 수 없다. 예를 들면 CFS 기술은 피부에 전극 판을 부착하기 위해 붕대(bandage)를 이용한다. 어떤 상황에서 이것은 비현실적이고 따라서 의사 지시에 대한 환자의 수용 상태(patient compliance)는 감소한다. 이 방법은 전극 세트(ensemble)의 부착을 쉽게 하고 동시에 상당히 효과가 있는 붕대에 의존함 없이 피부의 한정된 깊이에 전극 팁을 유지한다.

4. 전극 판을 사용하는 Aδ/C 섬유들의 다중 채널(multi-channel) 전극 자극을 위한 알려진 방법은 판에 의해 덮여진 피부 영역으로부터 습기가 증발하는 것을 허용하지 않는다. 이것은 판과 피부 사이에 습기가 축적되게 한다. 이것에 의해 활성 전극과 기준 전극 사이에 전기적인 펄스가 단락될 수 있다. 더욱이, 이것은 전극 판들 아래, 예를 들면, 소석고(plaster of paris)의 장기간 사용을 막는다. 이는 피부가 종종 소석고의 밑에서 매우 가렵게 되기 때문이다. 이것은 명백한 단점이다.

5. 선행 기술에서 알려진 전극들은 WO 93/23112에 기재된 것처럼 CFS 판으로부터 돌출되고, 전극을 둘러싼 멈춤 장치의 전극과는 다른 전도성 물질로 만들어진다. 이 배열은(arrangement) 제조과정 동안 만들어진 돌출된 전극 팁의 길이와 함께 정확성을 감소시킨다. 피부에서의 깊이를 조절하는 것이 중요하기 때문에, 이것은 명백히 단점이다.

본 발명의 목적은 앞에서 언급한 단점의 적어도 일부를 교정하는 것이다.

특히, 본 발명의 목적은 효율적인 방법으로 큰 피부 영역에서 Aβ 섬유와 Aδ/C 섬유들을 연속적으로 자극하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 그러한 자극을 위한 수단들을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 발명의 요약된 연구, 청구항 및 바람직한 실시예를 묘사하는 많은 도면들로부터 명백하게 되는 것이다.

피부의 Aδ/C와 Aβ 섬유 자극의 조합은 통증과 가려움을 효과적으로 완화시키는 것으로 알려져 있다. 중앙 신경 시스템에서 촉각과 아픈 자극에 반응하는 경로 사이의 상호작용 때문에, 피부의 Aδ/C와 Aβ 섬유들이 조합된 자극은 자극 치료법이 허용될 수 있게 한다.

본 발명은 이 중요한 원리를 구체화한 방법과 수단들을 제공한다. 앞에서 언급한 조합된 자극을 제공하는 본 발명의 수단들은 두 종류의 전극을 적재하는 전극 판, 피부의 얇은 Aδ/C 섬유의 피부 내(intracutaneous) 자극을 위한 바늘 모양의(NL) 전극, 피부의 큰 Aβ 섬유들의 경피성(transcutaneous) 자극을 위한 전도 판(CP) 전극 등이다. 상기 전극 판은 피부에 쉽게 부착할 수 있다. 본 명세서에서 접촉 부위에서 피부에 인접한 판의 표면은 앞면이고, 반면에 반대 면은 뒷면으로 한다.

NL과 CP 전극들은 일정 패턴으로 장착되고, 특히 일정한 배열로 전극 판의 앞면에 설치되며 판으로부터 수직으로 세워져 있다. CP 전극들은 NL 전극들에 가까이 근접하여 배열되어 있는 것이 좋고, 특히 이 방법에서는 사실상 하나의 NL 전극의 주위에 가까이 위치한 2~4 개 CP 전극들 각각과 하나의 NL 전극 사이의 거리들의 평균 거리는 하나의 NL 전극의 주위에 가까이 위치한 2~4개의 NL 전극들 각각과 하나의 NL 전극 사이의 거리들의 평균 거리보다 짧도록 한다. 특히 50%에서 75% 또는 그 이상 짧게 한다.

바람직한 실시예에서, 전극 판은 접촉 부위에서 피부로부터 습기가 증발되는 것이 가능하도록 설계된다. 바람직한 배열은 2열 또는 그 이상의 열에 맞게 CP 전극을 배열하는 것이고, 각 열(row)은 3개 또는 그 이상의 CP 전극들이 바람직하게도 동일 간격으로 배치되도록 구성되며, 각 쌍의 열은 동일 간격으로 배치된 NL 전극의 열에 의해서 공간이 생기게 된다. 예를 들면 CP와 NL 전극의 패턴은 그 주변의 방향에서 감소하는 패턴 밀도 방식과 같이 불규칙하다. CP 전극과 주변에 있는 NL 전극 사이의 바람직한 수평 거리는 1~20mm이다. 더 바람직하게는 5~20mm이다. NL 전극은 0.1mm 이상의 피부 침투 능력을 가지는 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 0.2 또는 0.3mm에서 10mm까지 또는 그 이상의 피부 침투 능력을 가진다.

바람직하게도 본 발명의 전극 판은 그것이 굽혀지도록 하기 위해서 유연하다. 전극 판 전부가 유연함을 필요로 하는 것이 아니라 그것의 일부, 특히 CP와 NL 전극의 열 사이에 위치한 부분이 유연함을 필요로 한다. 본 발명의 전극 판의 두께는 그것의 앞 뒷면의 길이 확장과 비교하여 일반적으로 작고, 1:3에서 1:10 혹은 1:15나 그 이상의 비율로 이루어진다. 게다가, 유연한 전극 판은 바람직하게도 탄력 있게 확장 및/또는 압축된 부분을 포함하고, 특히 CP와 NL 전극의 열 사이에 위치한 부분을 포함한다.

본 발명 전극 판의 중요부분에서 "전극 판부재" 라는 용어를 사용하고, 이것은 폴리우레탄(polyurethane), 폴리에스터(polyester) 혹은 폴리카보네이트(polycarbonate)와 같은 폴리머(polymer) 물질을 포함한다. 대체 가능하거나 추가적으로, 그것은 비 직물(non-woven) 혹은 의료용 석고(plaster)와 같은 직물(woven) 물질로 구성되거나 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 양상에 따르면, 전극 판은 만입부(indents), 그루브(groves), 푹 파인 곳(dimples), 채널(channels)이나 이와 유사한 얕은 함몰부(shallow depressions)를 포함하고, CP 전극과 피부 영역의 접합부에 전극 판을 유지하기 위한 접착제(adhesive)가 제공되며, 바람직하게도 CP 전극들의 행(columns)은 등 거리상에(equidistantly) 위치한다. 일반적으로 평평한 판의 주요 평면에 대하여 구부러진(skew) 방향으로 확장된 함몰부(depressions)의 벽 부분(portions)들은 유연하고 탄력 있으며, 특히 전극이 설치되고/설치되거나 전극 열에서 같은 종류의 전극들 사이에서 설치된 벽 부분들은 보다 더욱 유연하고 선택적으로 탄력 있다.

앞에서 언급된 특징들은 전극 판 및/또는 그것의 주변(circumference)의 뒷 면에 붕대, 리본, 접착 밴드, 또는 이와 유사한 전통적인 고정수단에 의지하지 않고 전극 판이 몸의 일부를 보호하도록 허용한다.

본 발명의 다른 바람직한 관점에 따르면, 전극 판은 함몰부 사이에 설치된 이랑(ridges), 커롯(calottes), 반구체(hemispheres), 원뿔(cones), 둥근 상부를 가진 원뿔 또는 이와 유사한 것과 같은 상승부(elevations)가 제공되어 있다. 이러한 상승부에서, NL 전극은 전극 판의 일반 평면에 실제적으로 수직 방향으로 돌출되도록 위치하고, 따라서 전극 판이 적용되도록 의도된 피부 영역에서 대략 수직 방향이다. 이것은 피부에 최적의(optimal) 접촉을 제공한다. 바람직하게도, 상승부는 전극 판이 피부에 접촉한 위치에 있을 때 상승부에 집중된 압력을 일으키기 위하여 전극 판 표면의 나머지 부분들로부터 구별된다. 그 압력은 NL 전극들이 원하는 깊이까지 침투하도록 하고, 바람직하게도 전극 판으로부터 확장된 NL 전극에 의한 길이에 상응한다. CP 전극들은 앞에서 언급된 종류의 함몰부와 같은 상승부들 사이 부분에 위치하고, 조건(proviso)에 따라 NL 전극들의 가까이 근접한 곳에 배열된다.

따라서 본 발명의 전극 판부재는 물결 모양으로 주름 잡힌(corrugated) 시트과 같은 물결(wavy) 형태를 가진다. 시트에서 골(valley) 부분이 함몰부로 간주되는지 혹은 마루(crest) 부분이 상승부로 간주되는지는 중요하지 않고, 판(plate element)이 피부에 적용되는 경우 가장 먼저 피부에 접촉하는 판의 부위에 NL 전극봉이 위치하고, 반면에 CP 전극들의 경우 그것들이 위치하는 면의 반대 면에 압력이 적용된 후 오직 피부에 접촉하는 판의 부위에만 위치한다는 전극들의 형태가 중요하다.

본 발명의 유연한 전도성 있는 판의 디자인에 있어서, 그것의 앞면의 함몰부에 접착제가 제공된 고르지 않은(uneven) 표면은 NL 전극의 원하는 피부 침투(penetration)가 설치부의 끝 단에서 풀어진 뒷면에 대해 외부 압력이 적용된 후에도 계속 유지되는 것을 보증한다. 본 발명의 전도성 있는 유연한 전극 판의 앞면은 판이 피부에 접촉하여 적용되었을 때 일시적으로 평평하게 된다. 그리고 만약 판이 원형(circular)이나 타원형(oval configuration)의 모양일 경우, 뒷면에 압력이 적용됨으로써 그것의 원주(circumference)의 한 지점에서, 모서리 중 하나를 따라 먼저 피부에 접촉하게 되고 그 후에 피부에 연속적으로 접촉한 부분들에 압력을 적용하고 유지하는 동안 피부 위에서 그것들은 "기복이 생긴다(rolling)". 전극 판 뒷면의 압력이 약해졌을 때, 전극 판은 그것의 기본 형태(conformation)를 나타내고, 형태의 변화에 따라 적어도 부분적으로 피부를 변화시키며 전극 판은 긴장된(tensioned) 상태로 유지된다. 전극 판과 피부에서 생성된 긴장상태는 NL 전극 자체나 그 위치에서 가압된 NL 전극의 베이스(base) 주위에 있는 전극 벽 부위를 유지하도록 한다. 그것의 유연하고 선택적으로 탄력 있는 성질(nature) 때문에 전극 판은 실제적으로 평평하지 않은 피부 영역, 즉 사람얼굴, 어깨, 팔꿈치, 무릎 등에 대해서도 적용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 관점에 따르면, CP 전극들에 접촉하고 있는 접착제(adhesive)는 전기적으로 전도성 있는 접착제이다. 대안적으로 CP 전극들과 전도성 또는 비전도성 접착제는 전극 판의 앞면에 있는 함몰부(depressions)의 다른 위치를 점유한다. 이 경우, 접착제는 피부에 전극 판을 부착하기 위해서 주로 혹은 배타적으로 사용된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 관점에 따르면, 전극 판은 하나 또는 그 이상의 기준(reference) 전극들이 제공되고, 및/또는 그러한 전극들과 조합되어 있다. CP 전극들은 NL 전극들을 위한 기준 전극들로써 기능을 하는 것이 바람직하다. 바람직하게도 전기적으로 전도성 있는 접착제는 피부에 하나 또는 그 이상의 기준 전극들을 부착하기 위해서 사용된다. 하나 또는 그 이상의 기준 전극은 보통 양극(anode)이고, 반면에 NL 전극은 음극(cathode)으로 형성된다.

본 발명의 추가적인 바람직한 관점에 따르면, 본 발명의 전극 판은 판이 적용된 위치에 있을 때, 피부로부터 습기가 증발하는 것이 허용되도록 그것의 앞면과 뒷면이 서로 이어지게 하기 위해서(communicating) 다중 구멍(holes or bores)들이 제공되어 있다. 대안적으로 전극 판은 개방된 작은 구멍들(pores)을 가진 물질로 만들어질 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 관점에 따르면, 전극 판의 NL, CP 전극들은 전기적인 선들에 의해 연결된 다중 채널 자극기(multi-channel stimulator)에 의해 제어된다. 다중 채널 자극기는 원하는 경우 전극의 개별적인 열들(rows), 그룹들(groups), 심지어 개별적인 각 종류의 전극을 분리하여 제어할 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 전극들은 연속적으로 자극되고, 주변의 전극 판과 바늘 모양 전극 세트는 다른 세트들의 자극에 수반되어 동시에 자극된다. 이는 머리의 대부분인 뇌간(brain stem)에 있는 삼차신경 핵(trigeminus nucleus) 자극의 경우에 있어서, 척수(spinal cord) 내의 Aβ 섬유 입력의 도착신호(arrival)가 Aδ/C 섬유로부터 나오는 신호에 맞추어 중복되게 하도록 위함이다. 자극이 있는 경우, Aδ/C 섬유와 Aβ 섬유 내의 다양한 입력 신호는 다중 채널 자극기 유닛을 프로그래밍함으로써 얻어질 수 있다. 예를 들면 피부를 긁거나 몸에 신호를 전달할 때 발생하는 감각 입력 패턴을 흉내 내는 것(mimicking)은 전도성 있는 판의 한 면에서 다른 면으로 연속적으로 전극을 자극함으로써 얻어질 수 있다.

전극 판에서 상대적으로 높은 자극 전류를 사용함으로써, 근육의 구심성 신경(afferents)은 자극될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 전극 판은 깊은 곳에 있는 조직(deep tissue)으로부터의 구심성 신경들과 피부의 Aδ/C 섬유들의 자극을 조합함으로써 사용될 수 있다. 그것은 또한 높은 강도 진동에 의해서 깊이 위치한 신경들을 자극하는 것이 가능하고, 낮은 강도 진동에 의해서 피부의 Aβ 섬유들을 자극하는 것이 가능하다. 이는 CP 전극들을 통하여 실행된다(administered).

Aδ/C 섬유 자극을 위한 NL 전극들은 피부의 Aδ/C 섬유들을 활성화하기 위해서 충분한 전류 밀도를 제공하는 어떤 형태를 가질 수 있다. 바람직하게도, 날카로운 팁(tip)을 가진 얇은 실린더 모양의 전극이 NL 전극으로써 사용된다. NL 전극들은 전극 판 내부나 판 위에 배열된 고리(straps)나 선(wires)과 같은 전기적으로 전도체인 물질에 접촉된다. 이 경우 NL 전극들은 절연되고, 전도체들은 앞에서 언급된 다중 채널 자극기와 같은 전기적인 자극기 유닛에 차례로 연결된다.

비록 더 작은 수의 NL 전극들이 어떤 목적(applications)을 만족시킬지라도, NL 전극들의 수는 3개 이상이어야 한다. 전극들의 숫자에는 상한으로 제한이 없지만, 하나의 전극 판 당 백 개 또는 이백 개 이상의 전극들은 환자를 치료하는 경우 거의 필요로 하지 않는다. 특히 NL 전극들은 바람직하게 평평하고 원형인 베이스를 가지고, 회전 대칭인 타원형이며, 특히 팁(tip) 부분을 가진 전극은 실린더 형인데 이는 피부의 침투에 적당하도록 하기 위함이며, 전극은 수직으로 베이스(base)에 결합되어 있다.

베이스나 전극은 전기적으로 전도성 있는 물질로 이루어져 있고, 바람직하게는 스테인리스강, 은 도금된 청동(silver-plated bronze), 크롬 피복 강(chromium clad steel)과 같은 물질로 이루어져 있다. 탄소나 전기적으로 전도성 있는 폴리머(polymers)와 같은 비 금속성 전도 물질의 사용 또한 본 발명의 범위 내이다. 이 종류의 NL 전극들은 전극에 의해 피부 침투 깊이를 잘 조절하고, 전극 판 위에 쉽게 설치되도록 제공된다.

팁과 베이스 사이의 전극부재의 길이는 조건과 치료받을 피부 영역에 따라 0.05에서 5.0mm 사이이고, 바람직하게는 약 0.3mm 정도이다. 예를 들면, 본 발명의 금속성 NL 전극들은 선반(lathe)에서 스테인리스강(stainless steel blanks)으로부터 가공되거나, 원하는 깊이에 맞게 잘린 상업적으로 이용 가능한 바늘 모양의 스테인리스강으로 만들어진다.

NL 전극들은 상업적으로 이용가능하며 전기적으로 전도성 있는 아교(glue)(예를 들면 AMEPOX-MC 사의 Eco-solder)나 점 용접 또는 납땜 등을 이용하여 전극 판의 내부나 전극 판의 상부에 있는 전기적으로 전도성 있는 전도체에 끈끈하게 부착될 수 있다. 팁(tip)을 제외하고, NL 전극은 전류 누수를 피하기 위해 절연된다. 예를 들면, 절연(Insulation)은 실리콘 폴리머나 폴리에스테르 중 하나와 같은 얇은 폴리머 막(coat)에 의해 제공될 수 있다.

그러므로 본 발명의 전극 판은 동일 피부 영역 내에서 피부의 Aβ 섬유들과 Aβ/C 섬유의 독립적 자극에 조합된 국부적으로 연속하는(또는 반복하는) 다중 사이트를 위한 수단(means)을 제공한다. 이는 가려움을 감소시키는 다른 양상(modalities)과 통증의 완화 사이의 CNS에서의 강한 상호작용을 얻을 수 있다는 이점이 있다. Aδ/C 섬유 입력신호(따끔거리는 느낌)의 Aβ 섬유 자극(흥분되는 느낌)(buzzing feel)의 "차폐" ("masking") 효과 때문에, 본 발명에 기재된 기술은 어린 아이의 경우와 같이 민감한 피부에 자극을 주는 것도 가능하게 한다.

본 발명의 전극 판은 피부 또는 근육이나 피부의 구심성 섬유들로부터 깊이 위치한 구심성 신경들 사이에서 Aβ와 Aδ/C 섬유들의 반복된 자극의 어떤 조합 설비(provision)을 허용하기 때문에, 다른 형태의 상호 작용들이 가능하게 된다. 예를 들면, 전극 판의 자극 세기를 증가시킴으로써, 깊이 위치한 구심성 신경 자극과 피부의 Aδ/C 섬유 자극을 조합하는 것이 가능하다. 그러한 자극은 근골격(musculo-skeletal) 통증을 치료하는데 특히 이점이 있다.

본 발명의 NL 전극의 바람직한 길이는 0.1mm 이상이고, 더 바람직게는 0.2 또는 0.3mm 에서 10mm 또는 그 이상일 수 있다.

본 발명에 따르면, 감각 신경, 특히 피부의 감각 신경을 자극하는 방법은,

-CP와 NL 전극이 제공된 자극 표면을 포함하여 제어된 연속적인 전기 자극을 표피와 피부를 통해서(경피) 투여하는 수단을 제공하는 단계;

-상기 경피 투여용 전극이 상기 표피를 통하여 침입하도록 하고, 표피 투여용 전극이 피부에 근접하도록 상기 자극면을 시술 피부 영역에 근접한 관계로 장착하며, 제어된 연속적인 표피 및 경피 투여를 위하여 상기 피부에 적용되었거나 상기 수단에 제공된 도전 수단에 의해 상기 피부와 함께 상기 후자의 전기적인 도전 접촉을 증가하는 단계; 및

-상기 전극을 통하여 상기 피부 영역에 연속적인 전기 자극을 반복적으로 제공함으로써 감각 신경을 자극하는 단계;를 포함한다.

상기 NL 전극의 침투 깊이는 바람직하게 0.1mm 이상이고, 더 바람직하게는 0.2 또는 0.3 mm 에서 10mm 또는 그 이상일 수 있다.

상기 장착은 자극면의 반대면에 힘을 가함으로써 피부에 대하여 가압 되고, 그것에 의하여 상기 수단이 일시적으로 평평해져 상기 자극면의 함물부에 제공된 접착제가 상기 피부 표면의 일부에 접촉하도록 하는 단계를 포함한다. 압력이 약해짐에 따라, 전기적인 자극의 침투를 위한 수단은 그것의 기본적인 외형(configuration)을 띠게 되고, 그것에 의해 피부 내의 침투를 위한 전극 위의 압력이 증가한다.

본 발명의 전극 판은 환자의 가려움과 통증을 억제하는 내생(endogenous) 메커니즘의 활성화와 같이 다양한 용도를 갖는다. 전극 판은 통증이나 가려움을 느끼는 조직과 연관된 감각기관(receptor)에 정확한 자극을 가하는 것을 가능하게 한다; 전극 판은 미용(cosmetic) 목적이나 상처 난 피부의 치료를 빠르게 하도록 하는 피부의 혈관화(vascularization) 증가; 약을 사용할 수 없는 다른 이유가 있고 경기에 참여하는 개나 말과 같은 동물들의 치료를 가능하게 한다. 연구에 있어서, 감각 입력의 어떤 조합의 전기적인 자극을 허용하고 중앙 신경 시스템 내의 다른 감각 채널들 사이에 상호작용을 연구한다.

본 발명은 다수의 실시예를 설명한 도면들을 기준으로 좀 더 자세하게 설명될 것이다. 특히 명확하게 하기 위해서 도면의 NL 전극들은 비율화(scale) 되지 않고, 그것의 길이나 직경은 둘 다 매우 확장되었다.

도 1은 본 발명의 전극 판의 제 1 실시 예에 대한 투시도.

도 2a-2c는 베이스를 포함하는 NL 전극들에 대한 투시도.

도 3은 도 1 실시예의 앞면에 대한 평면도로서, 스크린 프린트된 전극 배선들과 함께 보인 도면

도 4는 본 발명의 전극 판의 제 2 실시예로서, 작용되지 않은 상태에서 NL과 CP 전극들의 행을 가로지른 단면을 나타낸 도면.

도 5는 동일 관점의 작용된 상태에서 도 4의 전극 판의 부분도.

도 6은 본 발명의 전극 판의 제 3 실시예에 대한 투시도.

도 7은 CP와 NL 전극들의 행의 전기 배선과 함께 보인 도 6의 전극 판의 앞면에 대한 평면도.

도 8은 벤팅 구멍 패턴이 제공된 도 7과 같은 관점에서 도 6의 전극 판을 나타낸 도면.

도 9는 본 발명의 전극 판의 제 4 실시예에 대한 투시도.

도 10은 도 8의 전극 판의 앞면을 나타낸 평면도.

도 11은 도 10과 같은 관점에서 도 8의 변형 실시예를 나타낸 도면.

도 12는 CP 전극들의 진동 모드를 설명한 다이어그램(diagram).

도 13은 NL 전극들의 진동 모드를 설명한 다이어그램(diagram).

[예 1] 본 발명의 전극 판의 실시예들

본 발명의 전극 판의 제 1 실시예는 도 1과 도 3에 도시되어 있다. 평평한 전극 판(10)은 그것의 앞면에 있는 폴리머 물질로 이루어진 판부재(1), 각각 베이스(3)와 팁(5)을 가진 전극부재(2)를 포함하고 직사각형 배열의 NL 전극(2,3,5), U열 상의 CP 전극(4) 등을 포함한다. 4개의 NL 전극(2,3,5)은 U열들 사이에서 공간을 두고 있다. 또한 CP 전극(4)은 각 3개의 전극을 포함한다. 각 CP 전극(4)은 이웃하는 열에 있는 NL 전극(2,3,5)의 두 쌍으로부터 같은 거리에 있다.

연속된 자극을 제공하기 위하여 NL과 CP 전극의 행 또는 열은 전기적으로 연결되어 있다. 그러나 제어된 전기적인 펄스를 제공하는 알려진 종류의 다중 채널 자극기에, 케이블 묶음(11)의 형태와 같이 상응하는 전기적인 연결장치를 배열함으로써 같은 종류의 전극들이 원하는 대로 조합된 것과 각 개별적인 전극을 독립적으로 자극하는 것이 가능하다(도 3). 각 NL 전극(2,3,5)은 인쇄된 전도성 금속 밴드(6)에 의해 판부재(1)의 하나의 긴 면을 따라 위치한 납땜 판(8)에 연결된다. 그리고 각 CP 전극(4)은 상응하는 밴드(7)에 의해 연결된다. 납땜 판 위의 금속 밴드(6,7)의 말단 부분은 절연된 구리선(도시되지 않음)을 통하여 각 NL 전극(2,3,5)과 각 CP 전극에 개별적으로 펄스 DC 전류를 제공할 수 있는 자극기 유닛에 연결된 다.

NL 전극들 사이에 위치한 접착력 있는 물질인 패치(patches)(9)는 전극 판(10)이 피부에 접촉하는 것을 보증한다. 전기적인 리드(leads)(6,7)는 폴리머 물질의 얇은 층에 의해 피부에 대하여 절연되고, 베이스 플레이트(3)와 전극의 팁(5)으로부터 확장된 짧은 부분을 제외한 전극부재(2)의 대부분 또한 피부에 대하여 절연된다. 추가적으로 접착제나 그것을 대신한 붕대, 리본, 석고 등을 이용하여 선택된 피부에 전극 판(10)을 고정할 수 있다.

피부 속에 침투하는 최대 깊이, 즉 자유 길이(free length)는 NL 전극부재에서 팁과 베이스 사이의 거리 또는 팁과 판부재 표면 사이의 거리이며, 이는 조건과 치료될 피부 영역에 따라 약 0.05~0.5mm 사이의 범위이다. 바늘 모양의 전극에서 팁으로부터 그것의 베이스까지의 바람직한 길이는 약 0.3mm이다. 본 발명의 NL 전극은 피부의 Aδ/C 섬유들을 활성화하기 위해 효율적으로 높은 전기적인 전류 밀도를 제공하는 어떠한 형태를 가질 수 있다.

전기적인 자극이 시행되는 동안 피부속에 완전히 삽입된 NL 전극을 유지하는 것 뿐만 아니라 편리함을 위해, NL 전극은 이랑(ridges)과 마디(burls) 같은 명확히 구별되는 상승부(elevations)가 제공된 전극 판 위에 설치된다. NL 전극은 이 상승부의 윗 부분에 설치되고 상승부의 윗 부분이나 이랑(ridge)으로부터 돌출된다. CP 전극은 상승부에 의해 둘러 쌓인 골(valley)이나 함몰부에 설치된다. 함몰 부는 전극 판이 피부에 끈끈하게 붙을 수 있게 하기 위한 접착제가 제공된다. 부착 과정에서, 전극 판의 공간 넓이(spatial dimension)는 변화된다. 전극 판은 피부에 끈끈하게 붙도록 평평하게 된다. 아래의 실시예에서 피부에 대한 부착은 이 원리를 기초로 한다.

함몰부와 상승부 사이의 고도 차이는 1mm 이상이어야 하고 10mm보다 작아야 한다. 1mm보다 작은 고도 차이는 오직 매우 조금 상승된 영역에 유용하다. NL 전극들은, 예를 들면 파동들의 마루(crests) 부분과 유사한 상승부로부터 돌출되고, 전극 판이 적용되었을 때 앞면의 이 부분이 피부에 먼저 접촉한다.

전극 판은 직사각형, 원형, 타원형과 같은 어떤 모양을 가질 수 있고, 10cm²과 400cm²사이의 크기를 가지는 것이 바람직하다. 판의 앞면과 뒷면 사이의 거리인, 판부재의 두께는 부분에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 전기적인 전도성 판에 고정된 바늘 모양의 전극들이 있는 판의 윗부분이나 마루부분은 상대적으로 딱딱한 것이 유리하고, 상기 윗부분이나 마루부분으로부터 골이나 함몰부까지 확장된 경사부는 탄성을 띠는 것이 유리하다.

일반적으로 사실상 평평한 전극 판들은 평평한 피부 영역에 적용(application) 하는 것이 적당한 반면에, 본 발명의 전극 판들은 팔, 등, 다리, 특히 무릎, 어깨, 팔꿈치와 같은 평평하지 않은 신체 부위에도 적용된다. 본 발명의 전극 판의 앞면은 전극 판이 적용될 피부 영역의 형태를 반영한(mirrors) 모양을 가질 수 있다. 이 문제는 전극 판의 앞면, 특히 상승부와 움푹 들어간 곳(dimple) 사이 부분을 잡아당겨 펼쳐서(stretchable) 적용함으로써 해결될 수 있다.

본 발명의 전기적으로 전도성 있는 접착제는 판부재의 함몰부 바닥에 적용된다. 판부재를 피부에 부착하도록 고정하는 접착제의 접착 강도와 피부에 판부재가 적용되었을 때 전극 판의 평평함에 의해 생성되는 피부로부터 판이 멀어지도록 밀어내는 판의 탄성력(resilient tension)은 판부재의 상승된 부분을 유발하고 피부에 대하여 NL 전극이 가압 되도록 한다.

본 발명의 두 번째 실시예에 따른 전극 판은 도 4와 도 5에 도시되어 있다. 이는 각각 피부에 적용되기 전과 적용된 상태를 나타낸다. 다음의 설명은 전극 판의 앞면에서의 정렬에 관련된다.

전극 판(20)은 중간부(22')에 의해 연결된 마루부분(22)과 골부분(22'')을 포함하는 물결 모양의(wavy) 폴리머 판부재(22,22',22'')를 포함한다. 제 1 전기 전도성 구리 밴드(23)는 마루부분(22) 내의 깊숙한 곳(recesses)에 고정된다. 팁(25)을 가지고 있고 밴드(23)의 자유면(free face)에 납땜 되어진 은 도금된 구리 NL 전극부재(24)는 전극 판부재(22,22',22'')의 일반 평면 X-X에 대하여 사실상 수직으로 설치되어 있다.

제 2 전기 전도성 구리 밴드(26)는 골부분(22'') 내의 깊숙한 곳에 고정된다. 접착 특성(properties)을 갖는 전기 전도성 물질의 CP 전극(27)은 제 2 밴 드(26)에 등거리로 부착된다. 폴리머 물질의 얇은 절연 층(28)은 팁(25)으로부터 확장된 NL 전극부재(24)의 일 부분과 CP 전극(27)의 앞면을 제외하고, 전극 판부재(22,22',22'')의 앞면에 적용된다. 상기 전극 판부재(22,22',22'')는 폴리우레탄(polyurethane)이나 실리콘 고무와 같은 유연하고 탄성 있는 압축성/신장성(compressible/extendable) 물질로 구성된다. 마루부분(22)과 골부분(22'')의 벽은 그것의 중간부분(22')의 벽보다 사실상 두껍다. 중간부분(22')에서는 주로 굽힘(bending) 및/또는 늘림(stretching) 및/또는 압축 (compression)등이 발생한다.

도 5는 전극 판(20)이 피부에 적용된 후의 상태를 도시한다. 적용 과정에서 전극 판부재(22,22',22'')의 앞면이 피부에 접하게 된다. 전극 판부재(22,22',22'')의 뒷면에 가해진 적당한 압력에 의해 전극 판은 평평해지고, NL 전극 부재(24)는 각질(horny) 층(30)을 포함한 표피(31) 속으로 삽입되어 그것의 날카로운 팁(25)에 의해 진피(32) 속으로 확장된다. 피부에 대한 접착성 CP 전극의 접촉에 의해, 전극 판(20)은 탄성을 띠는 폴리머 물질로 된 전극 판부재(22,22',22'')를 통한 압력 하에서 NL 전극 부재(23)가 유지되는 위치에 확고히 고정된다. 그러므로 전극 판은 조직(30,31,32)에 확고히 고정된다.

본 발명의 세 번째 실시예는 도 6~8에서 보여진다. 전극 판(40)의 전극 판부재(41,41',41'')는 얇고 유연하며, 확장성 있고 압축성 있는 폴리카보네이트(polycarbonate)로 이루어져 있다. 베이스(43) 위에 설치된 NL 전극(42)의 행 columns) AI, BI, CI 등은 판부재(40)의 마루부분(41) 위에 위치한다. 반면에, CP 전극(44)의 행(column) ai, bi, ci 등은 옆 벽부분(41')에 의해 마루부분(41)으로부터 분리된 골(valley)의 바닥 부분(41'')에 위치한다.

전극 배열의 형태는 도 1의 그것과 상응한다. 판부재(41,41',41'')는 피부에 적용되었을 때 그것의 뒷면에 가해진 압력에 의해 평평하게 될 수 있다. 평평하게 하는 과정에서, 얇은 벽 부분(41')은 마루 부분(41)이 피부의 표면에 접근하도록 하기 위해서 굽혀질 것이다.

평평하게 하는 과정에서, 이웃하는 마루 부분(41)에 위치한 NL 전극들(42) 사이의 거리, 예를 들어 AI와 AII에 위치하는 한 쌍의 NL 전극들 사이의 거리의 증가는 피부의 탄성을 띠는 성질에 의해 완화된다(absorbed). 전극 판(40)이 피부 위에서 그것의 한 모서리가 부착되기 시작함에 의해 구부러지는 것(rolling)은 이러한 거리의 증가를 최소로 할 것이다.

도 7은 도 6에서 나타난 실시예의 앞면에 대한 평면도이다. NL 전극(42)과 CP 전극(44)의 행(columns)의 전기적인 연결부(45,47)는 각각 파선(dashed lines)에 의해 지시된다. 상기 연결부(45,47)의 끝부분은 NL 전극들(42)의 행 I, II 등의 위치에 있는 50, 51, 52, 53의 원형 부위(eyes)와 CP 전극들(44)의 행 i, ii 등의 위치에 있는 54, 55, 56의 원형 부위(eyes)에 납땜으로 연결된다.

상기 원형 부위(50,51,52,53,54,55,56)는 제어부(자극기)가 개별적인 전극의 행(column)에 대해 연결되도록 하는 전기적인 전도체의 고정을 위하여 배열된다. 접착제 패치(patches)(47)는 환자의 피부에 전극 판부재(40)가 끈끈하게 고정되도록 CP 전극들(43)에 인접한 골부분(41)에 적용된다.

도 8은 피부로부터 나온 습기를 발산하기 위해서(for venting off) 전극 판부재(41,41',41'')의 앞면과 뒷면이 서로 연결되도록 하는 다수의 작은 구멍(58)이 있다는 것을 제외하고 도 7과 똑같다.

도 9와 도 10은 발명의 네 번째 실시예의 전극 판(60)을 나타낸 것이다. 다수의 마디(burls)(62)는 전극 판부재(61)에서 3개의 행 K-M 과 4개 열의 직사각형 배열 모양으로 위치한다. NL 전극의 뾰족한 부분(63)은 각 마디(62)의 상부에 위치한다. NL 전극(63)의 직사각형 패턴 또는 배열 사이의 공간에는 2개의 행인 k, l과 3개 열들의 CP 전극들(64)이 직사각형 모양의 배열로 존재한다.

접착력 있는 패치들(65,65',66,66')의 배열은 판부재(61)의 상부 마디/NL 전극(62,63)의 행들 사이와 마디/NL 전극의 행들 사이에 위치한 지역과 판부재(61)의 긴 모서리 상에서 존재한다. 이는 각각 도 10에서 보여진다.

도 11에서 보여진 전극 판(70)은 도 9와 도 10의 변형예를 나타낸다. 판부재(71)는 마디(72) 상에 설치된 NL 전극(73)에 대하여 사실상 더 많은 수의 CP 전극(74)이 제공된다. CP 전극(74)은 두 행들 r, s와 7개 열들의 직사각형 배열 상에 위치한다. NL 전극(73)은 3개의 행들 R-T과 4개의 열들의 직사각형 배열 상에 위치 한다. 마디들/NL 전극의 행들 사이에 위치한 접착력 있는 패치(patches)는 75, 75'로 명시되고, 반면에 판부재(71)의 긴 모서리에 인접하여 위치한 패치는 76, 76'로 명시된다. 향상된 부착력을 위하여 CP 전극(74)은 전기적으로 전도성 있는 접착제에 의해 덮여 있다.

본 발명에서 NL 전극들은 예를 들면, 스테인리스 강을 선반(lathe)에서 가공함으로써 만들 수 있지만, 상업적으로 이용할 수 있는 스테인리스 강 니들을 원하는 길이에 맞게 잘라서 만들 수 있다. NL 전극들은 상업적으로 이용 가능한 전기 전도성 아교(예를 들어, AMEPOX-MX 사에서 나온 Eco-solder)나 사용된 물질에 의존하는 점 용접이나 납땜 등에 의해 전기적으로 전도성 있는 고리(straps)나 전선들에 부착된다.

CP 전극들은 Aβ 섬유들의 국소 자극을 위해 사용되고, 또한 NL 전극(보통 음극)을 통하여 전류 파동을 제공하는 기준 전극(보통 양극)의 역할도 할 수 있다. CP 전극들은 피부에 양호한 전기적인 접촉을 보증하기 위한 충분히 큰 접촉 부위 또는 형성되거나 덮여질 수 있는 본 발명 내에서 사용되는 전기적인 전도성 있는 접착제(Uni-plate 사.USA)를 필요로 하지 않는 어떤 적절한 형태를 가진다.

피부에 접하거나 또는 전기 전도성 접착제가 접촉할 수 있는 CP 전극의 전기 전도성 있는 부분은 1mm²보다 크고 10mm²보다 작은 것이 바람직하다. 도 6과 도 9의 전극 판과 같이, NL 전극의 설치를 위한 상승부가 제공된 전극 판에서 CP 전극은 상승부들 사이의 함몰부나 골(valley)에 위치한다. 이 경우에 있어서, 앞에서 언급된 전도성 접착제는, 피부에 본 발명의 전극 판을 부착하거나, CP 전극과 피부 사이의 양호한 전기적인 접촉을 제공하도록 사용된다.

전도성 접착제는 단위 CP 전극당 적어도 100mm²의 앞면에 도모된다. 전극 판의 상부에 전기적 전도성 접착제가 사용될 때, 각 전극 판을 덮고 있는 접착제는 피부와 양호한 접촉을 보증하도록 적어도 100mm²의 피부 면에 제공된다. 전기 전도성 접착제를 대신하거나 이에 추가하여, 전기적으로 비전도성인 접착제는 피부 상에서 전극 판을 보호하기 위해서 CP 전극에 의해 덮여 지지 않은 함몰부에 제공될 수 있다.

CP 전극들의 연결을 위한 전기적으로 전도성 있는 고리나 전선들은 스크린 인쇄(screen printing)에 의해 전극 판의 앞면에 적용될 수 있다. 의료용 석고와 같은 엮여서 조직되거나 조직되지 않은(woven or non-woven) 물질의 전극 판부재가 또한 사용될 수 있다. 판 부재의 앞면에 있어서 CP 전극을 선택적으로 포함하는 인쇄 회로는 단일 과정에서 제공될 수 있고, 다음의 두 번째 과정에서 부분적으로 또는 전체적으로 절연된다.

원한다면, 이러한 종류의 전극 판부재에는 NL 전극의 설치를 위해 폴리머 물질로 된 상승부가 제공될 수 있다. 하나의 CP 전극을 제공하기 위해서 본 발명의 전극 판의 앞면 전체를 전기적으로 전도성 있는 접착제로 덮는 것이 가능하다. NL 전극은 접착제로 덮여지지 않은 부분에(in island) 위치할 것이다.

[예 2] 자극기에 의한 전극 판의 제어

본 발명의 실시예에서, 예를 들어 폴리에스테르와 같은 얇고 유연한 박판(sheet)에 결합된 전기적으로 전도성 있는 고리는 다중 채널 자극기에 CP 전극과 NL 전극을 연결하기 위해 사용된다. 이 고리들은 전극봉과 다중 채널 자극기의 접촉 지점을 제외하고, 예를 들어 플라스틱 비전도성 필름에 의해 전기적으로 절연된다.

다른 실시예에서, 얇고 전기적으로 전도성 있는 전선은, 자극기에 CP 전극 및/또는 NL 전극을 연결하기 위해 사용되는 본 발명의 전극 판에 연결된다. 고리와 전선은 외부의 다중 채널 자극기(자극기 유닛)에 쉽게 접속하기 위해서 전극 판의 주변 벽에 위치한 자유 끝 단(free ends)을 제외하고 절연된다.

언급된 실시예에서, 접착력 있는 패치는 전기적으로 전도성 있는 물질로 만들어진다. 접착력 있는 패치는 판 위에 있는 CP 전극에 번갈아 접촉하고 절연된 전기적인 전도체에 의해 자극기 유닛에 연결된다. 대안적인 실시예에서, 함몰부에 위치한 비 전도성 접착제의 패치는, CP 전극과 피부의 양호한 전기적인 접촉을 보증하도록 하는 선택적으로 전기적인 전도성 있는 물질과 CP 전극이 서로 분리되어 유지되도록 한다.

[예 3] 배출구 구멍 뚫기( venting perforations )

본 발명의 폴리머 물질로 된 전극 판은 피부로부터 발산된(exuded) 습기가 증발되도록 하기 위해서 전극 판의 앞면과 뒷면이 연결될 수 있는 구멍(perforations)이 제공될 수 있다. 바람직하게는 전극 판의 앞면과 뒷면의 표면 중 1%에서 30%까지의 표면이 구멍으로 되어 있다. 대안적으로, 전극 판의 주된 구조는 구멍을 가지는 폴리우레탄과 같은 폴리머 물질로 만들어지고 이는 증기가 투과할 수 있다.

[예 4] 전극 판의 생산

본 발명의 전극 판은 상승된 온도에서 예를 들면, 얇은 폴리머 시트를 압축 주형함으로써 얻어질 수 있다. 유연한 물질(예, 얇은 폴리에스테르)로 만들어진 전극 판은 전극 판의 만곡(curvatures)에 적응할 수 있고, 의학적으로 사용될 수 있다. 전극 판의 강성은 그것이 평평하게 되었을 때, 판에서 장력을 일으키는데 있어 충분해야 한다. 강성은 적절한 두께의 폴리에스테르 시트를 선택함으로써 결정 되어질 수 있다.

상기에서 언급한 바에 따라, 만약 전극 판의 강성이 서로 다른 구역 사이에서 변화한다면 이는 이점이 된다. 예를 들면, 유연함이 요구되는 구역보다 바늘 모양의 전극이 판에 접하는 범위에서 더 높은 강성이 요구된다. 특히, 상승부의 마루 또는 팁부와 함몰부의 바닥부분 사이의 경사진 구역과 같은, NL 과 CP 전극이 전극 판에 접하는 위치 사이의 구역이 유연함을 요구한다. 두께가 감소하면 유연성이 증가하는 식으로 전극 판의 두께가 변화함에 따라 강성의 다양성(variations)이 제공되어 질 수 있다.

본 발명의 전극 판은 탄성적으로 유연하고, 확장하거나 당겨질 수 있는 앞에서 언급된 폴리에스테르 판과 같은 물질로 만들어질 수 있다. 이러한 종류의 바람직한 물질은 폴리우레탄이다. 예를 들면, NL 및/또는 CP 전극이 설치되는 전극 판 부분 내의 충분한 강성을 제공하기 위해서 폴리우레탄 모형은 유리나 탄소 섬유와 같은 강성 요소들이 제공될 수 있다. 강성 요소는 그것들의 배열 방향에 있어서 모형의 확장을 막는다.

한 실시예에서, 예를 들면 구리로 된 전기적으로 전도성 있는 고리는, NL과 CP 전극을 다중 채널 자극기에 연결하는 폴리에스테르로 된 얇고 유연한 시트에, 전통적인 스크린 인쇄(screen printing) 혹은 부식(etching) 기술을 이용하여 결합된다. 예를 들어, 이러한 종류의 폴리머 시트는 예를 들면, 압축 주형에 의해서 폴리에스테르로 만들어질 수 있다. 그러나, 전도성 있는 고리가 제공된 얇고 유연한 폴리에스테르 시트를 위해서 함몰부나 상승부는 필수적인 함몰부나 상승부에 압축-주조된 유동적인 물질을 부착함으로써 생성될 수 있다.

전기적으로 전도성 있는 고리를 절연하기 위해서, 얇은 플라스틱 필름은 예를 들면, 적외선 열에 의해 결합되어 앞면에 덮여 있다. 상기 폴리머 필름은 NL 전극과 CP 전극을 위한 접촉 지점을 덮어서는 안 된다. 다른 실시예에서, 구리로 된 얇은 전선은 전극을 자극기에 연결하기 위해서 전극 판의 뒷면에 부착된다. NL 전극은 전기적으로 전도성 있는 접착제를 사용하거나, 사용된 물질에 의존하는 용접이나 납땜에 의해 전기적으로 전도성 있는 고리나 전선에 연결될 수 있다. 바람직 하게는 CP 전극은 전기적으로 전도성 있는 고리들과 같은 물질로 이루어진다.

만약 전극 판의 탄력 있게 확장되는 범위를 원한다면, 폴리에스테르와 같은 적절한 물질을 선택하는 것 대신에, 전기적인 전도성 전선을 이루는 압축 주조된 시트가 핑거(fingers)를 생산하기 위해서 잘려질 수 있다. 각 핑거(finger)는 자극 유닛에 NL 전극과 CP 전극의 열(row)을 연결하는 다수의 전기적으로 전도성 있는 고리를 이룬다. 바람직하게도 핑거(finger)는 자극 유닛이 접촉되는 접촉 부분인 손 뿌리 모양(like the root of a hand)의 판의 한 면에 접촉한다.

각 핑거(finger)는 상승부와 함몰부의 열(row)을 포함한다. 핑거의 강성은 평평한 핑거(fingers) 상에서 생성되는 전극 판에서 요구되는 장력(tension)과 같은 것이어야 한다. 폴리우레탄이나 실리콘 고무와 같은 늘려질 수 있는 물질의 시트에 핑거를 고정하는 것은 전극 판의 뒷면 상에 핑거를 위치시키고 결합함으로써 이루어진다.

[예 5] 다중 채널 자극 유닛

NL 과 CP 전극은 연속적인 자극을 제공하는 자극기에 의해 분리되어 위치될 수 있다. 그러한 자극기는 상업적으로 이용 가능하다. 전극 판의 다중 채널 디자인 때문에 어떤 원하는 형태의 자극기가 생산될 수 있다. 다중 채널 자극기 유닛은 가능하면 작아야 하고, 다중 전선 케이블에 의해 전극 판에 연결된다. 1~3의 치료를 위해서 충분한 힘을 가진 충전가능한 배터리가 필요하다.

[예 6] 자극

자극은 CP 혹은 NL 전극(보통 음극)과 기준 전극(보통 양극) 중 하나를 통해 제공된다. 바람직하게는 CP 전극이 기준 전극봉으로써 사용된다. 전류가 항상 같은 CP 전극을 통하여 지나가는 것을 피하기 위해서, 자극기는 활동적인 것(음극)을 제외하고 기준 전극봉(양극)과 같은 다수 또는 모든 전극을 사용하도록 프로그램 된다. 예를 들면, 한 순간에(in one moment) 전류가 CP 전극(음극) 및/또는 NL 전극(음극)을 통하여 지나가고, 전극 판의 나머지 부분은 양극으로 된다. 그 후 자극 파동은 음극인 다른 CP 전극을 통하여 투여되고 나머지 CP 전극들은 양극이 된다.

본 발명의 실시예에서, CP 전극과 이것에 이웃하는 NL 전극을 통한 자극은 위상의 변화가 없고(phase-locked), Aβ 섬유 내에 제공되는 신호는 느리게 전도되는 Aδ/C 섬유에 제공되는 신호와 겹쳐지거나, 그 이전에 척수(spinal cord)에 도착한다. CP 와 NL 전극들의 쌍들이나 결합들은 일정하지 않은 패턴 혹은 규칙적인 패턴으로 연속적으로 자극된다. 다양한 패턴이 가능하다. 예를 들면, NL 전극과 CP 전극은 전극 판의 한 면에서 시작하고 다른 면에 진행되는 것이 연속적인 쌍 방식(pair-wise)으로 자극될 수 있고 이는 큰(sweeping) 자극을 감지하게 한다. 이러한 패턴은 피부를 긁거나 마사지할 때 자연적으로 발생하는 연속된 입력신호를 흉내내는 것이고(mimic), 만성적인 가려움이나 통증으로부터 고통받는 환자들에 의해 선호된다.

0.1~10Hz의 주파수(burst frequency) 범위의 연속되고 짧은 고 주파수 파동은 Aβ 섬유를 자극하기 위해서 CP 전극을 통하여 투입된다. 바람직한 매개변수들은 다음과 같다; 50~400Hz 범위의 내부 주파수, 100ms 이하의 CP 전극의 길이, 0.05~0.3ms 범위, 바람직하게는 0.1~0.2ms 범위의 파동 주기, 50mA이하, 바람직하게는 20mA이하의 전류 진폭. 깊은 곳의 구심성 섬유를 자극하기 위해서, 전류 강도는 더 많이 증가되어야 한다. Aβ 섬유 자극의 예가 도 12에 보여진다.

0.1~10ms 범위의 주파수의 단일 파동은 Aδ/C 섬유들을 자극하기 위해서 NL 전극을 통하여 투입된다. 바람직한 매개변수는 다음과 같다; 0.5~10ms 바람직하게는 1.0~5.0ms의 파동 주기, 2mA이하 바람직하게는 1.2mA이하의 전류 진폭. Aδ/C 섬유 자극의 예는 도 13에 보여진다.

자극기에 의한 자극에 대하여 환자가 적응하도록, 자극 강도는 치료의 첫 몇 분 동안 조금씩 증가된다. 자극에 대하여 환자가 적응하는 시간 동안 Aβ 섬유 자극의 상대 강도는 감소된다. 그러므로 이러한 특징은 본 발명의 전극 판을 조절하는 다중 채널 자극기에 의해 프로그램에 통합될 것이다.

[예 7] Aδ/C 섬유와 Aβ 섬유의 자극

본 발명의 전극 판은 4명의 건강한 성인을 대상으로 실험되었다. 전극 판은 직사각형의 배열상에 각 전극의 사이가 20mm인 4개의 NL 전극이 설치된 4개의 행(column)으로 이루어져 있다. 각 NL 전극의 행(column)은 전기적으로 전도성 있 는 접착제로 덮여진 단일 CP 전극(총 5개)으로 구성된 행(column)의 측면에 위치한다. NL 전극은 하나의 조각으로 만들어진다. 그것들의 작동 길이는 0.5mm이다. 전극 판은 각각의 NL 과 CP 전극의 행(column)에 개별적이고 연속적으로 파동을 공급할 수 있는 자극기에 의해 조절된다.

전극 판은 상기에서 설명된 방법으로 피부에 접한다. 전극 판을 피부에 완전히 부착하도록 고정하기 위해서 어떠한 고정 수단도 요구되지 않는다. NL 전극은 전극 당 1.0ms 주기, 1mA 이하의 진폭, 2Hz 의 주파수인 파동에 의해 자극된다. 이 실험에서 사람들은 CFS 의 자극과 매우 유사한 자극을 느낀 것으로 조사되었다. 또한 각 NL 전극의 주위에서 플레어(flare) 반응이 관찰되었다.

80Hz의 내부 주파수, 20mA이하의 파동 진폭, 0.2ms의 파동 주기의 특성을 가진 초당 10번의 연속적인 파동으로 CP 전극봉을 자극함으로써, 실험 대상자들은 흥분하는(buzzing feeling) 것으로 조사되었다. 이것은 본 발명의 전극 판은 자극적인(nociceptive) Aδ/C 섬유와 촉각(tactile) Aβ 섬유를 독립적으로 자극하는데 사용될 수 있다는 사실을 설명한다. 게다가, 실험된 모든 사람들에 있어서 NL 전극의 자극에 의한 통증은 이웃하는 CP 전극의 수반되는 자극에 의해 완전히 상쇄되고, NL 전극의 불쾌한(aversive) 느낌은 소멸된다.

Claims

앞면; 뒷면; 상기 앞면에 설치된 피부의 얇은 Aδ/C 섬유의 전기 자극을 위한 바늘 모양(NL)의 전극 및 피부의 큰 Aβ 섬유의 전기 자극을 위한 전도성 판(CP) 전극 패턴;을 가지는 강성 또는 유연한 비전도성 판부재를 포함하는 전극 판.
제 1 항에 있어서,

상기 NL 전극들 중 하나의 NL 전극에서부터 그 하나의 NL 전극 주위에 가장 가깝게 위치한 2~4개의 CP 전극까지의 거리들의 평균 거리를 상기 하나의 NL 전극에서부터 그 하나의 NL 전극 주위에 가장 가깝게 위치한 2~4개의 NL 전극까지의 거리들의 평균 거리보다 짧게 하기 위해서 상기 CP 전극은 NL 전극에 가까이 근접하여 배열되는 것을 특징으로 하는 전극 판.
제 1 항에 있어서,

상기 앞면과 뒷면을 연결하는 구멍(venting bores)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 판.
제 1 항에 있어서,

상기 전극 판을 피부에 부착하기 위하여 앞면의 일부에 위치한 전기 전도성 혹은 비전도성 접착제에서 선택된 접착제를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 판.
제 1 항에 있어서,

상기 NL 전극은 전기 전도성 베이스(base)와 이 베이스로부터 수직 방향으로 확장된 타원형의 전극부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 판.
제 5 항에 있어서,

상기 전극부재는 날카로운(pointed) 자유 단부(free end)를 가지는 것을 특징으로 하는 전극 판.
제 1 항에 있어서,

상기 NL과 CP 전극들 중 하나 혹은 NL과 CP 전극들의 그룹을 자극기 유닛에 연결하기 위해 하나 또는 여러 개의 NL 전극이나 CP 전극에 결합하는 전기적인 전도체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 판.
제 7 항에 있어서,

상기 전도체는 상기 전극 판의 앞면에 부착되는 것을 특징으로 하는 전극 판.
제 8 항에 있어서,

상기 전도체는 스크린 인쇄(screen printing)에 의해 상기 전극 판에 부착되 는 것을 특징으로 하는 전극 판.
제 1 항에 있어서,

상기 앞면 위의 상승부를 더 포함하고, 상기 NL 전극은 상기 앞면의 상승부에 설치되는 것을 특징으로 하는 전극 판.
제 10 항에 있어서,

상기 상승부는 단일 NL 전극이나 NL 전극의 열(rows)을 지탱하도록 설계된 것을 특징으로 하는 전극 판.
제 10 항에 있어서,

상기 전극 판의 유연성은 상기 NL과 CP 전극이 설치된 전극 판부재의 일부분 사이에 위치한 전극 판부재의 중간부(intermediate sections)에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 전극 판.
제 12 항에 있어서,

상기 중간부는 압축 및/또는 확장할 수 있는 것을 특징으로 하는 전극 판.
제 13 항에 있어서,

상기 중간부는 탄성적으로 압축 및/또는 확장할 수 있는 것을 특징으로 하는 전극 판.
제 4 항에 있어서,

상기 전기 전도성 접착제는 상기 CP 전극이 설치된 판부재의 일부분에 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 판.
제 15 항에 있어서,

상기 전기 전도성 접착제는 상기 CP 전극과 전기적으로 접촉하는 지점에 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 판.
제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항의 전극 판; 및 연속적인 자극을 위해 상기 NL과 CP 전극이 분리하여 위치 가능한 다중 채널 자극기 유닛;을 포함하는 사람의 피부에 전기적인 자극을 주기 위한 조립체.
제 17 항에 있어서,

상기 CP 전극은 NL 전극을 위한 기준(reference) 전극으로의 추가적인 기능을 하도록 상기 자극기 유닛에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 조립체.
제 17 항에 있어서,

상기 CP 전극은 기준 전극의 기능을 하도록 양극으로 되는 것을 특징으로 하는 조립체.
제 17 항에 있어서,

상기 자극기는 기준 전극으로서 기능을 하는 활동적인 CP 전극(들)을 제외하고, 대다수 혹은 전부의 CP 전극을 사용하기 위해 프로그램된 것을 특징으로 하는 조립체.
제 17 항에 있어서,

상기 CP 전극들 중 하나와 근처에 있는 NL 전극들 중 하나가 위상의 변화가 없는 것(phase-locked)을 특징으로 하는 조립체.
제 21 항에 있어서,

상기 연속적인 자극은 불규칙한 패턴인 것을 특징으로 하는 조립체.
제 21 항에 있어서,

상기 연속적인 자극은 규칙적인 패턴인 것을 특징으로 하는 조립체.
제 17 항에 있어서,

상기 자극기는 Aβ 섬유의 자극을 위한 0.1Hz 내지 10Hz의 주파수; 50Hz 내지 400Hz의 내부주파수; 100ms 이하의 단위 CP 전극의 길이; 0.05ms 내지 0.3ms의 파동 주기; 50mA 이하의 전류 진폭;의 특징을 가지는 연속된 파동으로 Aβ 섬유를 자극하는 CP 전극을 제공하는 것을 특징으로 하는 조립체.
제 17 항에 있어서,

상기 자극기는 0.1Hz 내지 10Hz의 주파수; 0.5ms 내지 10ms의 파동 주기; 2mA 이하의 전류 진폭;의 특징을 가지는 단일 파동으로 자극되는 NL 전극을 제공하는 것을 특징으로 하는 조립체.
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