KR101266019B1

KR101266019B1 - 신경 자극을 위한 시스템

Info

Publication number: KR101266019B1
Application number: KR1020077028479A
Authority: KR
Inventors: 마이클 알. 트레이시; 앤소니 디우발디
Original assignee: 에디컨인코포레이티드
Priority date: 2005-06-07
Filing date: 2006-05-24
Publication date: 2013-05-22
Also published as: US20110264163A1; KR20080028866A; EP1893283A2; BRPI0611808A2; CN104474633B; US8583256B2; JP5188963B2; US7979137B2; MX2007015456A; EP1893283B1; WO2006132810A3; CA2611241A1; EP2383015B1; JP2008541986A; CA2611241C; WO2006132810A2; EP2383015A1; CN104474633A; AU2006255708A1; US20050277998A1

Abstract

신경을 자극하기 위한 시스템 및 방법, 시스템은 사전결정된 포유동물의 신경을 자극할 수 있는 주파수를 갖는 제 1 파형을 발생하도록 구성된 제 1 파형 발생기, 포유동물의 조직을 통과할 수 있는 주파수를 가지는 반송 파형을 발생하도록 구성된 제 2 파형 발생기, 제 1 파형 및 반송 파형을 변조하여 변조된 파형을 생성하도록 구성되고, 제 1 및 제 2 파형 발생기에 전기적으로 결합된 변조 장치 및 변조 장치에 전기적으로 결합되고, 포유동물의 피부에 실질적으로 인접하게 배치되며, 포유동물의 피부에 변조된 파형을 인가하도록 구성된 전극을 포함한다.

파형 발생기, 변조 장치, 패치, 겔, 마이크로프로세서, 센서 장치

Description

신경 자극을 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR NERVE STIMULATION}

관련 출원에 대한 상호참조

본 출원은 2004년 2월 11일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/543,722호를 우선권으로 주장하는 2005년 1월 26일자로 출원된 동시계류중인 미국 특허 출원 제 11/043,830호의 부분 연속 출원이다.

발명의 분야

본 발명은 일반적으로, 신체 내부의 신경을 자극하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 음부 신경을 자극하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

여성은 1천 1백만명 이상이 실금을 앓는 것으로 추산된다. 실금의 한가지 유형은 스트레스 요실금(SUI)이며, 이 경우, 여성은 웃음, 재채기, 압박 및 규칙적 운동 같은 정상적인 일상적 활동 및 운동 도중에 무의식중에 소변을 흘리는 경험을 한다. SUI는 질 벽을 골반근 및 치골과 연결하는 조직 또는 인대의 기능 결함에 의해 유발될 수 있다. 일반적 요인은 골반근의 반복적 변형, 출산, 골반근 긴장(tone)의 손실 및 에스트로겐 손실을 포함한다. 이런 결함은 요도의 부적절한 기능을 초래한다. 다른 유형의 실금과는 달리, SUI는 방광의 문제가 아니다.

스트레스 실금이 통상적으로 해부학적 결함의 결과인 경우에, 다른 유형의 실금 즉, 절박 실금(urge incontinence)은 신경학적인 이유에 기초하며, 일반적으로 배뇨근 불안정 또는 "방광 경련"으로서 나타난다. 이 때문에, 수술 교정이 수행되지 않는 것이 일반적이다. 요실금은 요 누설을 초래하지 않을 수 있지만, 양 상태는 다른 방식으로 유사한 증상을 가지며, 유사한 치료 형태를 갖고, 이는 일반적으로 거동 변경(절박 지각을 감소시키기 위한 학습된 전략, 계획적 배뇨, 카페인 같은 방광 자극 물질의 회피 및 생리학적 피드백을 갖거나 갖지 않는 골반근 운동) 및 약물 요법치료(통상적으로, 옥시부티닌이나 톨테로딘 같은 항콜린성 보조제)의 조합을 포함한다. 이들 치료는 평생 요법치료를 필요로 한다. 불행히, 거동 변경은 결과를 유지하기 위해 지속적 노력을 필요로하며, 가용 약물은 다수의 환자들에 대해 현저한 부작용이 있어 연간 80%가 요법치료를 중단한다. 대안적 요법치료는 상태를 수용하도록 생활 습관을 변화시키는 것-"사고"를 피하기 위한 빈번한 배뇨 및 보호 패드 또는 속옷의 착용이며, 이는 상태의 심각성에 의존한다.

치료를 위한 다른 접근법은 천골 및/또는 음부 신경의 자극이다. 천골 척수 신경 뿌리는 신경 뿌리 구멍을 통해 측방향으로 나가도록 쌍으로 분리된다. 이들 뿌리의 주된 도착지는 천골신경얼기이다. 이 얼기로부터 신경은 하지 및 골반 장기의 운동 및 감각 신경분포를 제공한다. 구체적으로, 천골신경얼기는 다섯 개의 천골 신경 쌍, 천골 척수 신경(S1 내지 S5)으로 분기한다. 이들 신경은 대퇴 및 다리의 하부 부분, 발, 대부분의 외부 생식기 및 항문 주변 영역에 제공된다. 음 부 신경은 음부 얼기의 가장 큰 가지이며, 제 2, 제 3 및 제 4 천골 신경의 전방 주 분파로부터 유도된 몸감각, 몸운동 및 자율신경 요소로 구성된다. 음부 신경은 방광에 보다 근접하고, 그 자극은 방광을 신경자극하며, 따라서, 그 수축을 제거 또는 약화한다. 적어도 하나의 알려진 상업적 장치가 천공 신경 다발내로 연장된 바늘을 통해 천골 신경을 자극한다. 그러나, 이 장치는 신경의 일정한 자극을 제공하기 위해 연속 신호를 공급한다. 이 장치의 다양한 단점은 침해적 특성 및 신체의 다른 영역에 대한 불필요한 자극 효과를 포함하며, 그 이유는 천골 신경이 전체적으로 자극되고, 신체의 다수의 다른 영역이 이런 자극에 의해 신경자극되기 때문이다(즉, 다리 경련 등을 초래함).

어드밴스드 바이오닉스(Advanced Bionics)라 지칭되는 회사는 특히, 천골 신경이 아닌 음부 신경을 목표로 하는 삽입가능한 자극 장치를 갖는다. 이 장치는 음부 신경 부근에 이식되지만, 역시 침해적이며, 상술한 바와 같이 일정한 신호를 공급하고, 따라서, 동일한 단점을 갖는다.

따라서, 실금을 치료하기 위해 음부 신경을 자극하기 위한 개선된 장치 및 방법이 필요하다.

본 발명은 사전결정된 포유동물의 신경을 자극할 수 있는 주파수를 갖는 제 1 파형을 발생하도록 구성된 제 1 파형 발생기와, 포유동물의 조직을 통과할 수 있는 주파수를 갖는 반송 파형(carrier waveform)을 발생하도록 구성된 제 2 파형 발생기와, 제 1 및 제 2 파형 발생기에 전기적으로 결합되어 제 1 파형 및 반송 파형을 변조하여 변조된 파형을 생성하도록 구성되는 변조 장치와, 변조 장치에 전기적으로 연결되고 포유동물의 피부에 실질적으로 인접 배치되며, 변조된 파형을 피부에 인가하도록 구성된 전극을 포함한다.

제 1 파형 발생기 및 전극은 피부에 패치를 고정하기 위해 그 위에 접착제를 갖는 패치 장치내에 배치될 수 있다. 대안 실시예에서, 장치는 전극과 실질적으로 전기 접촉하는 위치로부터 포유동물의 조직내의 도관을 통해, 사전결정된 신경에 실질적으로 인접할 수 있는 사전결정된 신경에 보다 근접한 위치로 연장되는 전기 전도성 겔을 추가로 포함한다. 또 다른 실시예에서, 사전결정된 신경은 음부 신경이며, 패치는 실질적으로 포유동물의 신체의 복부 또는 음부 영역에 배치된다.

또 다른 실시예에 따라서, 제 1 파형은 실질적으로 10 내지 40Hz 범위내의 주파수를 가지며, 정방파일 수 있다. 또한, 반송 파형은 실질적으로 10 내지 400kHz의 범위 내이며, 사인 파형(sinusoidal waveform)일 수 있다.

대안 실시예에서, 신경 자극 장치는 제 1 및 제 2 파형 발생기에 의한 제 1 파형 및 반송 파형의 발생을 제어하도록 구성되는 마이크로프로세서를 추가로 포함한다. 또한, 이는 바이오피드백(biofeedback) 데이터를 무선 수신하도록 구성된 수신 장치를 추가로 포함할 수 있으며, 수신 장치는 바이오피드백 데이터를 마이크로프로세서에 제공하기 위해 마이크로프로세서에 전기적으로 연결된다. 또 다른 실시예에서, 장치는 포유동물의 신체내에 이식되는 적어도 하나의 피드백 장치를 추가로 포함하며, 적어도 하나의 피드백 장치는 포유동물의 신체내의 하나 이상의 생리학적 상태를 감지하도록 구성된 적어도 하나의 센서 장치를 포함한다. 또한, 바이오피드백 장치는 센서 장치에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 전송 장치를 포함하며, 바이오피드백 장치가 센서 장치로부터 신호를 수신하고 이 신호를 나타내는 바이오 피드백 데이터를 포유동물의 신체의 외부의 지점으로 무선 전송하도록 구성된다. 또 다른 실시예에서, 바이오피드백 데이터는 수신기 장치를 경유하여 마이크로프로세서에 전송되고, 마이크로프로세서는 적어도 부분적으로 바이오피드백 데이터에 기초하여 제 1 및 제 2 파형 발생기를 제어한다. 다른 실시예에서, 바이오피드백 데이터는 방광 압력 및/또는 복부 압력을 나타낼 수 있다.

또한, 본 발명은 사전결정된 신경을 자극할 수 있는 주파수를 가지는 제 1 파형을 발생하는 단계와, 포유동물의 조직을 통과할 수 있는 주파수를 가지는 반송 파형을 발생하는 단계와, 제 1 파형을 반송 파형으로 변조하여 변조된 신호를 생성하는 단계와, 변조된 신호를 포유동물의 피부에 인가하는 단계를 포함하는 사전결정된 포유동물의 신경을 자극하기 위한 방법을 제공한다.

이 방법은 포유동물의 신체내에 적어도 하나의 센서를 이식하는 단계와, 이식된 센서를 사용하여 신체내의 하나 이상의 생리학적 특성을 감지하는 단계와, 감지된 생리학적 특성을 나타내는 바이오피드백 데이터를 무선 전송하는 단계와, 바이오피드백 데이터를 사용하여 제 1 및 제 2 파형 발생기에 의한 제 1 파형 및 반송 파형의 발생을 제어하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

또한, 실질적으로 10 내지 40Hz 범위 내의 주파수를 갖는 제 1 파형을 발생하도록 구성되는 제 1 파형 발생기와, 실질적으로 10 내지 400kHz의 범위 내의 주파수를 갖는 반송 파형을 발생하도록 구성되는 제 2 파형 발생기와, 제 1 파형 및 반송 파형을 변조하여 변조된 파형을 생성하도록 제 1 및 제 2 파형 발생기에 전기적으로 연결된 변조 장치와, 변조된 파형을 포유동물의 피부에 인가하기 위해 포유동물의 피부에 실질적으로 인접하게 배치되며, 변조 장치에 전기적으로 연결된 전극을 포함하는 신경 자극 장치가 제공된다.

이들 및 본 발명의 다른 특징 및 장점은 본 발명의 원리를 예를 통해 예시하는 첨부 도면과 연계하여 하기의 상세한 설명을 읽음으로써 명백히 알 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 경피 전송 장치의 개략적 예시도.

도 2는 도 1의 장치에 의해 발생된 예시적 파형을 예시하는 도면.

도 3은 바이오피드백 메커니즘을 추가로 포함하는 도 1의 장치의 개략적 예시도.

도 4는 도 3의 장치와 연계하여 사용될 수 있는 예시적 이식가능한 센서를 예시하는 도면.

도 5a는 비팽창 상태에 있는 팽창가능한 케이지내의 도 4의 센서 장치를 예시하는 도면.

도 5b는 팽창 상태에 있는 팽창가능한 케이지내의 도 4의 센서 장치를 예시하는 도면.

도 6은 이식가능한 센서 장치의 대안 실시예를 예시하는 도면.

도 7a 내지 도 7c는 도 5a 및 도 5b의 이식가능한 센서 장치의 다양한 전개 단계를 예시하는 도면.

도 8은 방광내에서 전개되고, 미부가 요도내로 연장되어 있는 도 5a 및 도 5b의 이식가능한 센서 장치를 예시하는 도면.

도 9는 도 3의 시스템과 연계하여 사용될 수 있는 제 1 및 제 2 이식가능한 센서 장치를 예시하는 도면.

도 10a는 이식가능한 센서 장치의 대안 실시예를 예시하는 도면.

도 10b는 이식가능한 센서 장치의 또 다른 실시예를 예시하는 도면.

본 발명의 상세한 설명 이전에, 본 발명은 첨부 도면 및 설명에 예시된 부분들의 배열 및 구조의 세부사항에 그 용례 또는 용도가 제한되는 것이 아니라는 것을 언급해둔다. 본 발명의 예시적 실시예는 다른 실시예, 변형예 및 개선예로 구현되거나 그에 통합될 수 있으며, 다양한 다른 방식으로 실시 또는 수행될 수 있다. 예로서, 비록, 본 발명이 여성의 신경 자극에 관하여 상세히 설명되지만, 이는 남성에 사용하도록 쉽게 구성될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 여기에 설명된 본 발명의 원리, 장치 및 방법은 해산 및 분만 동안 신경의 자극 같은 다양한 다른 신경을 자극하기 위한 용례를 가질 수도 있다. 부가적으로, 여기에 설명된 기술은 하기의 상태에 기여하거나, 영향을 주는 신경 시스템의 다양한 구성요소에 적용될 수 있다 : 스트레스 요실금 및 변실금, 성적 기능장애, 간질 방광염, 골반통 같은, 그러나, 이에 한정되지 않는 만성 통증 및 야뇨증.

여기에 설명된 한가지 본 발명의 고유한 양태는 음부 신경이 자극되는 방식 이며, 이는 신경에 근접하게 신체내에 삽입된 바늘이나 다른 침해적 요소를 경유하는 대신 경피적이다. 이는 환자를 위한 편안함의 명백한 장점을 갖지만, 또한, 다른 신경이나 맥관을 오류로 손상시킬 수술의 위험을 제거한다. 이 시스템은 방광 수축 같은 신체내에서 감지되는 생리학적 상태에 대응하는 바이오피드백 데이터에 부분적으로 기초하여 제어되는 음부 신경에 대한 직접적, 그러나, 바람직하게는 선택적 자극을 제공한다.

상술한 바와 같이, 신체내의 신경 및 근육 양자 모두를 자극하기 위해 표면 전극이 사용되는 것은 공지되어 있다. 그러나, 부딪히게 되는 한가지 문제점은 인가된 전기 신호의 넓게 확산되는 경향이며, 이는 비의도적 근육 및 신경과 목표 근육 및 신경들에 영향을 주고, 이는 바람직하지 못한 경우가 많다. 또한, 이 신호 분산을 고려하여, 인가된 전류 레벨은 목표 부위에서 적절한 전류 밀도를 보증하도록 현저히 증가되어야만 한다. 전기 신호의 경피 인가와 연계된 다른 과제는 음부 신경이 10 내지 40Hz 수준의 낮은 저주파수 신호에 의해 자극된다는 사실이다. 그러나, 이런 저주파수 신호는 신체 조직을 자체적으로 통과할 수 없으며, 따라서, 직접적 경피 인가가 불가하다. 이들 과제 중 다수는 이제 상세히 설명될 본 발명에 의해 극복된다.

도 1은 본 발명에 따른 예시적 경피 신호 전송 장치(100)를 개략적으로 예시한다. 신호 전송기는 환자의 피부의 표면, 바람직하게는 하복부 영역 또는 하부 천골에 제거가능하게 고정될 수 있는 경피 패치(101) 등의 내부에 수납되는 것이 바람직하다. 이 패치는 임의의 적절한 접착성 붕대 등일 수 있다.

신호 전송기(100)는 미국 미네소타주 엘크 리버 소재의 사임벳 사(CYMBET^TM Corp.)에 의해 공급되는 모델 넘버 CPF141490L 리튬 이온 필름 배터리 같은 적절한 전원(102)과, 이 배터리에 전기적으로 결합되어 그에 의해 전력을 공급받는 제 1 파형 발생기(104) 및 제 2 파형 발생기(106)를 포함한다. 이들 파형 발생기는 모델 넘버 NE555로 미국 텍사스주 달라스의 텍사스 인스트루먼츠(Texas instruments)에 의해 판매되는 것들 같은 임의의 적절한 유형으로 이루어질 수 있다. 제 1 파형 발생기(104)는 음부 신경을 포함하는 신체내의 신경을 자극하는 것으로 알려진 약 10-30Hz 범위 내의 주파수를 가지는 제 1 파형 또는 신호를 발생한다. 상술한 바와 같이, 피부에 인가되는 이런 저주파수 신호는 신경을 자극하기에 충분한 전류 밀도로 자체적으로 피부 조직을 통과하여 음부 신경에 도달할 수 없다. 따라서, 텍사스 인스트루먼츠에 의한 On-Semi MC1496 같은 진폭 변조기(108)에 제 1 파형과 함께 인가되는 반송 파형을 발생하기 위해 제 2 파형 발생기(106)가 제공된다. 제 1 파형은 약 10 내지 40Hz의 주파수를 가지는 정방파인 것이 바람직하며, 제 2 파형은 10 내지 400kHz 범위의 주파수를 가지는 시누소이달 신호인 것이 바람직하다. 본 기술의 숙련자는 제 2 파형(반송파)(204)를 사용한 이 제 1 파형(202)의 변조는 실질적으로, 도 2에 도시된 구조를 갖는 변조된 파형 또는 신호(206)를 초래한다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다.

변조된 신호(206)는 피부에 직접적으로 변조된 파형을 인가하는 미국 테네시주 힉손 소재의 카타누가 그룹 인크(Chattanooga Group, Inc.)로부터의 DURA-STICK Self Adhesive Electrodes 같은 적절한 표면 전극에 제공된다. 본 기술의 숙련자가 쉽게 이해할 수 있는 바와 같이, 변조된 신호의 사용은 제 1 파형의 고주파수 특성으로 인해 조직을 통한 이 파형의 전송을 가능하게 하며, 또한, 변조된 신호의 저주파수 인벨로프로 인해 음부 신경에 의해 검출(및 응답)될 수 있게 한다.

일 실시예에서, 표면 전극으로부터 목표 신경으로의 자극 에너지의 전도는 표면 전극으로부터 목표 신경으로 전체적으로 또는 부분적으로 연장할 수 있는 전도관의 배치에 의해 증가될 수 있다. 전도관은 덴마크의 콘투라(Contura)로부터의 Aquamid(R) 주입형 겔 같은 가교결합된 폴리아크릴아미드 겔일 수 있다. 이식된 겔은 배선 또는 강철 전극 같은 강체 임플란트에 비해 장점을 제공한다. 이들 장점 중 일부는 전달의 용이성, 보다 적은 침해성 및 겔이 강체이지 않으며 환자의 신체에 잘 부합될 수 있다는 것에 기인한 환자의 쾌적성이다. 상술한 바와 같이, 주입된 겔 도관의 명백한 장점은 표면 전극으로부터 목표 조직으로의 주변 조직 보다 매우 전도성이 높은 고전도성 경로이다. 이는 에너지 분산을 감소시키고, 표면 전극과 목표 신경 사이의 에너지 전달 효율을 증가시킨다.

상술한 신호 전송 장치는 절박 실금을 치료하기 위한 폐루프 시스템을 생성할 뿐만 아니라, 음부 신경 자극이 선택적으로 이뤄지는 시스템을 제공하도록 다양한 바이오피드백 메커니즘을 통합하는 시스템에 사용되고, 음부 신경 자극에 알려진 대로 시도한 경우에서와 같이 일정하게 인가하는 것과는 반대로 필요할 때에만 인가되는 것이 바람직하다. 이런 시스템은 또한 바람직하게는 신체 내부에 이식되는 하나 이상의 센서 장치(115)를 추가로 포함한다. 센서 장치는 바람직하게는 선 택된 생체 생리학적 특성을 감지하는 적어도 하나의 센서(120)(도 3)와, 보다 완전히 후술될 바와 같이, 추가 처리를 위해 신체 외부의 센서에 의해 수집되는 데이터 또는 정보를 다시 전송하는 데이터 전송 장치(122)를 포함한다.

이제, 도 3을 참조하면, 신호 전송기(100)는 배터리(102)에 전기적으로 연결되어 그에 의해 전력을 공급받는 미국 캘리포니아주 서니베일 소재의 맥심 세미컨덕터스(Maxim Semiconductors)로부터의 MAX1472 같은 수신 장치(310)를 추가로 포함하는 보다 큰 신호 제어 장치(300)의 일부이다. 수신 장치는 하나 이상의 센서(115)로부터 데이터를 수신하고, 이 데이터를 마이크로콘트롤러(312) 등에 제공한다. 마이크로콘트롤러는 이 데이터를 수신하여 분석하고, 이 데이터에 기초하여 제 1 및 제 2 파형 발생기(104, 106)에 대한 입력을 제공하여 신호 전송기(100)에 의한 신호 전송을 제어하도록 프로그램되어 있다. 예로서, 바이오피드백 센서(115)는 후술된 바와 같이 방광내에 이식된 압력 센서일 수 있다. 시간에 걸쳐 방광내에서 측정된 압력이 방광 수축의 존재 및 크기를 나타내기 때문에, 이런 측정이 경직성 방광근 활동(방광내의 압력의 느리고, 항정적인 상승을 초래하는 정상적 방광 수축에 비해)을 나타낼 때, 피드백 신호는 수신 장치로 전송되고, 후속하여 마이크로콘트롤러로 전송될 수 있다. 이 신호의 수신에 기초하여, 마이크로콘트롤러는 파형 발생기를 경유하여, 전극이 변조된 신호를 전송하게 한다. 음부 신경에 의한 신호의 수신은 경직성 근육 수축을 실질적으로 제거하도록 방광근을 신경자극한다.

이제, 도 4, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 예시적 바이오피드백 장치(115)를 이제 상세히 설명한다. 양호한 실시예에서, 이식가능한 바이오피드백 장치(115)는 전원(402), 하나 이상의 센서 부품(404) 및 전자 인터페이스(406)를 포함하는 다수의 전자 부품으로 구성되며, 이들 각각은 전기적으로 서로 연결되고, 기계적으로, 본 기술 분야에 잘 알려진 방식으로 인쇄 회로 기판(407)에 장착된다. 하나 이상의 센서 부품(404)은 신체내부의 사전결정된 생리학적 특징을 감지하고, 전기적 인터페이스(406)에 이런 특성을 나타내는 신호 또는 데이터를 전송한다. 시스템은 감지된 생리학적 특성에 관련된 데이터를 저장하기 위한 데이터 저장 요소를 포함할 수 있지만, 또한, 상술한 바와 같이, 변조된 신호의 발생을 제어하기 위해 사용될 수 있도록 환자의 신체의 외부로 데이터를 전송하기 위한 전송기(409)를 포함할 수도 있다. 도 5a 및 도 5b 양자 모두에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 바이오피드백 장치(115)는 실질적으로 접혀질 수 있는(collapsible) 하우징(510) 또는 케이지에 의해 둘러싸여진다.

바람직하게는, 바이오피드백 시스템(하우징 제외)은 약 0.65 내지 10mm의 직경(d) 및 약 0.65 내지 10mm의 길이(l)의 전체 크기를 갖는다. 양호한 실시예에서, 센서 부품은 환자의 방광내의 압력을 측정하기 위한 마이크로 미니어쳐 압전 저항 압력 트랜스듀서이다. 적절한 트랜스듀서는 미국 일리노이주 샤움버그 소재의 Motorola로부터의 MPX 계열 압력 센서이다. 다른 적절한 부품은 압력 센서로부터 데이터를 취득, 여과 및 저장하기 위해 사용될 수 있는 미국 텍사스주 달라스의 Texas Instruments, Inc.로부터의 MSP430F149 마이크로콘트롤러와 임의의 적절한 생체친화성 리튬 배터리 같은 전원을 포함한다. 비록, 특정 적절한 전자 부품이 상술되었지만, 또한, 다수의 다른 것들도 존재하며, 본 발명에 통합될 수 있다. 언급한 바와 같이, 전자 부품은 인쇄 회로 기판상에 장착되는 것이 바람직하다. 후속하여, 부품 및 회로 기판은 방광내의 유체 환경 같은 환경으로부터 그들을 보호하기 위해 실리콘 또는 다른 적절한 커버내에 덮혀지거나 캡슐화될 수 있다.

이제, 다시 도 5a 및 도 5b에 상세히 예시된 바와 같은 하우징(510)을 참조하면, 양호한 실시예에서, 하우징은 니티놀, 스테인레스 스틸 또는 티타늄 합금 같은 적절한 금속이나, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 같은 적절한 생체친화성 폴리머로 이루어진 접혀질 수 있는 케이지다. 절첩가능한 케이지는 환자의 요도를 통한 삽입을 가능하게 하도록 충분히 작은, 도 5a에 도시된 접혀진 상태로 존재할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 추가로 후술될 바와 같이, 방광내로 삽입되고 나면, 케이지는 요도내로 다시 통과할 수 없으며, 따라서, 물리적 제거가 필요할 때까지 방광내에 잔류하도록 충분히 큰 크기를 갖는 도 5b에 도시된 팽창 상태를 취할 수 있다. 하우징 또는 케이지는 외력에 의해 압축되지 않을 때, 그 팽창된 상태(도 5b)로 복귀한다. 전자 부품 및 인쇄 회로 기판은 생체친화성 접착제를 사용하는 방식 등의 임의의 적절한 방식으로 케이지에 기계적으로 고착될 수 있다. 하우징은 그로부터 외향으로 연장하는 미부 요소(tail element ; 512)를 추가로 포함한다. 이 미부 요소(512)는 도 4에 도시된 전송기 구조 대신 장치를 위한 전송기로서 동작할 수 있다. 추가로 후술될 바와 같이, 이 미부 요소(512)는 또한, 필요시, 부가적인 센서 요소를 포함할 수도 있다.

다른 실시예에서, 팽창가능한 케이지는 미국 뉴저지주 섬머빌 소재의 에티콘 인크(Ethicon, Inc.)로부터의 Ethisorb(R)(폴리글락틴 및 폴리 디옥사논으로 형성된 흡수성 합성 복합물) 같은 흡수성 재료나 흡수성 및 비흡수성 재료의 조합으로 이루어질 수 있다. 흡수성 재료는 이식가능한 장치가 일시적 데이터 취득을 위해 사용되고, 후속하여, 충분한 데이터가 수집된 이후, 비침해적 방식으로 신체로부터 제거될 수 있도록 적어도 2-3일 같은 사전결정된 시간 기간 이후 용해되는 것이 바람직하다.

상술한 접혀질 수 있는 케이지에 대한 대안으로서, 하우징은 요도를 통한 방광내로의 삽입을 가능하게 하도록 요도의 직경 보다 작은 자체 외경을 가지는, 접혀질 수 있는 구조 이외의 안정한 구조를 가질 수 있다(도 6 참조). 또한, 하우징은 스크류 나사, 가시부 등 같은, 그로부터 외향 연장하는 하나 이상의 돌출부(602)를 구비할 수 있으며, 이는 내부로 추진 또는 구동됨으로써 방광의 측벽에 부착될 수 있다. 또 다른 대안 실시예에서, 이식가능한 장치는 방광 벽에 봉합되거나, 적절한 생체친화성 접착제를 사용하여 방광에 부착될 수 있다.

장치(115)를 이식하기 위해, 하우징(510)이 압축되고, 팁 또는 원위 단부(703)가 방광(704)내에 배치될 때까지 요도(702)를 통해 삽입되는 단일 또는 다중 도관 카테터(700)내에 탑재된다. 카테터는 폴리(Foley) 카테터 같은 요도내 용례에 적합한 임의의 카테터일 수 있다. 형광 검사, 초음파 또는 다른 적절한 본 기술의 숙련자에게 공지된 기술이 사용되어 방광내에 이식가능한 시스템의 전달 및 배치를 도울 수 있다. 다중 도관 카테터가 사용되는 경우, 다른 도관은 이식가능한 시스템을 배치하는 동안, 방광을 충전 또는 배수, 약물 전달, 가시화를 위한 억 세스의 제공 또는 압력 감시를 위해 사용될 수 있다. 추진 로드 등 같은 축출 요소(706)가 하우징 및 장치 배후의 주 도관내로 삽입되고, 카테터의 원위 단부가 방광 내에 적절히 배치되고 나면, 축출 요소가 도 7b 및 도 7c에 도시된 화살표 방향으로 카테터의 원위 단부를 향해 이동되어, 장치 및 하우징을 카테터의 원위 단부로부터 방광내로 축출한다. 이식가능한 시스템이 카테터를 벗어날 때, 접혀질 수 있는 케이지(510)는 더 이상 그 접혀진 상태로 유지되지 않으며, 그 완전히 팽창된 상태로 팽창하게 된다. 비록, 카테터를 사용하는 것이 설명되었지만, 방광경 또는 유사 수술 도구내의 작업 채널을 경유한 배치나, 복강경 또는 개복 수술 방법을 경유한 배치 같은 다른 적절한 이식 방법도 사용될 수 있다. 방광내에서 전개되고 나면, 팽창가능한 케이지는 장치가 방광 목부내에 체류하거나 달리 요도내로 통과하는 것을 방지하지만, 또한, 소변이 자유롭게 이를 통해 흐를 수 있게 하도록 크기설정된다. 도 8은 방광(704)내에서 완전히 전개된 장치를 예시한다.

상술한 바와 같이, 도 6에 도시된 것 같은 팽창가능한 케이지를 사용하지 않는 대안 실시예가 적절할 수도 있다. 이런 장치의 이식 방법은 상술한 바와 유사하며, 카테터내의 축출 요소가 사용되어 돌출 요소(602)를 방광의 벽내로 구동하고, 그에 의해, 장치를 방광에 고정할 수 있다.

본 발명의 목적을 위해, 장치(115)는 전극의 동작을 제어하기 위해 사용되는 일정한 피드백을 제공하도록 연장된 시간 기간 동안 방광내에 잔류하는 것이 바람직하다. 일정한 피드백이 사용되지 않는 경우(즉, 도 1), 그럼에도 불구하고, 여기에 설명된 이식가능한 센서가 사용되어 정확한 진단 및/또는 적절한 치료를 수행 하는데 유용한 데이터를 획득할 수 있다. 예로서, 장치는 1-2일 동안 방광내에 잔류할 수 있고, 방광 압력 측정은 매 1/2초 마다 취해질 수 있다. 후속하여, 방광 기능을 억세스하기 위한 피드백을 제공하도록 방광 압력 변화의 유형 및 주파수가 분석될 수 있다. 예로서, 시간에 걸쳐 측정된 소포(vesicle) 압력은 배뇨 시간 및 주파수를 나타낼 수 있으며, 과활동성 방광 또는 방광 과충전의 지표를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 센서 요소(들)는 연장된 수면 모드에서 동작하도록 설계되며, 압력 등의 측정을 위해 고정된 시간 간격으로 "각성(waking up)" 한다. 충분한 데이터가 수집되고 나면, 장치는 후속하여 이식가능한 장치를 회수하기 위해 방광내로 카테터를 삽입함으로써, 또는, 장치를 회수하기 위해 방광경 또는 기타 적절한 기구의 작업 채널을 사용하여 방광으로부터 제거될 수 있다. 카테터 또는 방광경가 방광내에 삽입되고, 장치가 파지되어 카테터 또는 방광경 채널내로 당겨지며, 후속하여, 신체로부터 제거된다.

이러한 사정에서, 바이오피드백 장치는 데이터를 전송하지 않고 저장하기 위하여, 전송기에 추가하여, 또는 그 대신, 데이터 저장 장치(408)(도 4)를 추가로 포함할 수 있다. 후속하여, 데이터가 바람직하게는, RS232 인터페이스 같은 하드 와이어 접속을 경유하여 또는, 예로서, 무선 주파수 취득을 경유하여, 마이크로프로세서에 대한 ENDEC HSDL-7001 및 IrDA 송수신기 HSDL-3202 인터페이스 같은 적외선 데이터 취득 유닛을 경유한 무선 방식같은 임의의 적절한 방식으로, PC 기반 소프트웨어 어플리케이션에 데이터를 업로딩함으로써, 검색 및 조작될 수 있다.

바이오피드백 데이터를 사용하는 도 3을 다시 참조하면, 수신기(310)는 하나 이상의 바이오피드백 장치(115)로부터 피드백 데이터를 수신할 수 있다. 도 9에 도시된 일 실시예에서, 도 4에 연계하여 예시 및 설명된 것과 유사한 제 2 이식가능한 센서 장치(902)가 환자의 질관을 통해 삽입되도록 설계되고, 따라서, 도시된 바와 같은 "탬폰-형" 장치 또는 케이싱내에 캡슐화되는 것이 바람직하다. 이 케이싱(912)은 바람직하게는 탬폰과 유사하게, 단순히 말려지거나, 솜으로 둘러싸여 진다. 복부 압력을 감지하는 제 2 이식가능한 장치와, 방광 압력을 감지하는 제 1 이식가능한 장치를 사용하여, 배뇨 압력(방광 조직의 벽의 근육 라이닝의 압력)이 복부 압력으로부터 방광 압력을 감산함으로써 결정될 수 있다. 배뇨 압력의 상승은 환자가 긴장, 기침, 재채기, 웃음 등의 동작을 하는 경우 발생하고, 이들 압력의 검출은 다양한 방광 및 하부 요도 질환 상태의 진단에 충분하게 주기적으로 이루어진다. 예로서, 배뇨 압력 증가의 주파수는 절박 실금의 평가를 위한 중요한 데이터를 제공한다.

대안 실시예에서, 두 이식가능한 장치 중 하나가 나머지에 데이터를 전송하며, 이는 그후, 수신기(310)로 양 데이터의 집합을 무선 전송한다.

또 다른 실시예에서, 방광내의 제 1 이식가능한 장치는 도 10a에 도시된 바와 같은 하나 이상의 미부 요소에 통합된 하나 이상의 부가적인 센서(950)를 추가로 포함한다. 일 특정 구현예에서, 센서(들)는 방광 내부의 장치로부터 조임근을 통해, 요도관(702)을 내로, 도 8에 도시된 바와 같이 연장하도록 설계된 미부에 통합된 누설 검출 센서이다. 이 센서(들)는 유체의 압력을 검출하며, 따라서, 스트레스 실금 환자에서 발생하는 것 같은 소변 누설을 검출하고, 동시에, 방광내의 압 력 센서는 방광 압력을 측정한다. 따라서, 요도를 통한 유체 누설의 검출과 동시에 방광 압력의 상승이 발생하는 시간을 상관시킴으로써, 스트레스 실금 에피소드가 기록될 수 있다.

또한, 다수의 미부 요소(950a, 950b, 950c)가 방광내의 서로 다른 위치에서 압력을 기록하기 위해 도 10a에 도시된 바와 같이 다수의 센서 요소(952a, 952b, 952c)를 포함하고, 따라서, 보다 정확한 판독치를 제공할 수 있다.

상술한 바로부터, 본 발명의 특정 형태를 예시 및 설명하였지만, 본 발명의 개념 및 범주를 벗어나지 않고, 다양한 변형이 이루어질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의한 바를 제외하고는 제한되지 않는다.

Claims

포유동물에 사용하기 위한 신경 자극 장치에 있어서,

사전결정된 포유동물의 신경을 자극할 수 있는 주파수를 가지는 제 1 파형을 발생시키도록 구성된 제 1 파형 발생기;

포유동물의 조직을 통과할 수 있는 주파수를 가지는 반송(carrier) 파형을 발생시키도록 구성되는 제 2 파형 발생기;

상기 제 1 및 제 2 파형 발생기에 전기적으로 연결되고, 상기 제 1 파형 및 반송 파형을 변조하여 변조된 파형을 생성하도록 구성된 변조 장치;

상기 변조 장치에 전기적으로 연결되고, 포유동물의 피부에 실질적으로 인접하게 배치되며, 상기 변조된 파형을 포유동물의 피부에 인가하도록 구성되는 전극; 및

실질적으로 포유동물의 신체의 복부 또는 천골 영역(abdominal or sacral regions)에 위치되는 패치;를 포함하는 신경 자극 장치로서,

상기 사전결정된 신경은 음부(pudendal) 신경인, 신경 자극 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 파형 발생기와 전극은 피부에 패치를 고정하기 위해 접착제를 위에 구비하는 패치 장치내에 배치되는 신경 자극 장치.
포유동물에 사용하기 위한 신경 자극 장치에 있어서,

사전결정된 포유동물의 신경을 자극할 수 있는 주파수를 가지는 제 1 파형을 발생시키도록 구성된 제 1 파형 발생기;

포유동물의 조직을 통과할 수 있는 주파수를 가지는 반송(carrier) 파형을 발생시키도록 구성되는 제 2 파형 발생기;

상기 제 1 및 제 2 파형 발생기에 전기적으로 연결되고, 상기 제 1 파형 및 반송 파형을 변조하여 변조된 파형을 생성하도록 구성된 변조 장치;

상기 변조 장치에 전기적으로 연결되고, 포유동물의 피부에 실질적으로 인접하게 배치되며, 상기 변조된 파형을 포유동물의 피부에 인가하도록 구성되는 전극; 및

실질적으로 상기 전극과 전기 접촉하는 위치로부터, 포유동물의 조직내의 도관(tract)을 통해, 사전결정된 신경에 보다 근접한 위치로 연장하는 전기 전도성 겔;을 포함하는, 신경 자극 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 전기 전도성 겔은 상기 사전결정된 신경에 실질적으로 인접한 포유동물의 신체내의 위치로 연장하는 신경 자극 장치.
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제 1 항에 있어서,

상기 제 1 파형은 실질적으로 10 내지 40Hz의 범위 내의 주파수를 가지는 신경 자극 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 제 1 파형은 정방파(square wave)인 신경 자극 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 반송 파형은 실질적으로 10 내지 400kHz의 범위 내의 주파수를 가지는 신경 자극 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 반송 파형은 사인(sinusoidal) 파형인 신경 자극 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 파형 발생기에 의한 상기 제 1 파형 및 반송 파형의 발생을 제어하도록 구성된 마이크로프로세서를 추가로 포함하는 신경 자극 장치.
포유동물에 사용하기 위한 신경 자극 장치에 있어서,

사전결정된 포유동물의 신경을 자극할 수 있는 주파수를 가지는 제 1 파형을 발생시키도록 구성된 제 1 파형 발생기;

포유동물의 조직을 통과할 수 있는 주파수를 가지는 반송(carrier) 파형을 발생시키도록 구성되는 제 2 파형 발생기;

상기 제 1 및 제 2 파형 발생기에 전기적으로 연결되고, 상기 제 1 파형 및 반송 파형을 변조하여 변조된 파형을 생성하도록 구성된 변조 장치;

상기 변조 장치에 전기적으로 연결되고, 포유동물의 피부에 실질적으로 인접하게 배치되며, 상기 변조된 파형을 포유동물의 피부에 인가하도록 구성되는 전극;

상기 제 1 및 제 2 파형 발생기에 의한 상기 제 1 파형 및 반송 파형의 발생을 제어하도록 구성된 마이크로프로세서; 및

바이오피드백 데이터를 무선 수신하도록 구성된 수신 장치;를 포함하는 신경 자극 장치로서,

상기 수신 장치는 상기 마이크로프로세서에 상기 바이오피드백 데이터를 제공하도록 상기 마이크로프로세서에 전기적으로 결합되는, 신경 자극 장치.
제 11 항에 있어서,

포유동물의 신체내에 이식된 적어도 하나의 바이오피드백 장치를 추가로 포함하고,

상기 적어도 하나의 바이오피드백 장치는 포유동물의 신체내의 하나 이상의 생리학적 상태를 감지하도록 구성된 적어도 하나의 센서 장치를 포함하는 신경 자극 장치.
제 12 항에 있어서,

상기 바이오피드백 장치는 상기 센서 장치에 전기적으로 결합된 적어도 하나의 전송 장치를 추가로 포함하고,

상기 바이오피드백 장치는 상기 센서 장치로부터 신호를 수신하고, 이 신호를 나타내는 바이오피드백 데이터를 포유동물의 신체의 외부의 지점으로 무선 전송하도록 구성되는 신경 자극 장치.
제 13 항에 있어서,

상기 바이오피드백 데이터는 상기 수신기 장치를 경유하여 상기 마이크로프로세서에 전송되고,

상기 마이크로프로세서는 적어도 부분적으로 상기 바이오피드백 데이터에 기초하여 상기 제 1 및 제 2 파형 발생기를 제어하는 신경 자극 장치.
제 13 항에 있어서,

상기 바이오피드백 데이터는 방광 압력을 나타내는 신경 자극 장치.
제 13 항에 있어서,

상기 바이오피드백 데이터는 복부 압력을 나타내는 신경 자극 장치.
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신경 자극 장치에 있어서,

실질적으로 10 내지 40Hz의 범위 내의 주파수를 가지는 제 1 파형을 발생하도록 구성되는 제 1 파형 발생기;

실질적으로 10 내지 400kHz의 범위 내의 주파수를 가지는 반송 파형을 발생하도록 구성되는 제 2 파형 발생기;

상기 제 1 및 반송 파형을 변조하여 변조된 파형을 생성하도록 상기 제 1 및 제 2 파형 발생기에 전기적으로 결합된 변조 장치;

포유동물의 피부에 상기 변조된 파형을 인가하기 위해, 포유동물의 피부에 실질적으로 인접하게 배치되며, 상기 변조 장치에 전기적으로 결합된 전극; 및

실질적으로 포유동물의 신체의 복부 또는 천골 영역에 위치되는 패치;를 포함하는 신경 자극 장치로서,

상기 사전결정된 신경은 음부(pudendal) 신경인, 신경 자극 장치.
제 27 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 파형 발생기와, 그리고 변조 장치는 피부에 패치를 고정하기 위한 접착면을 가지는 상기 패치내에 배치되는 신경 자극 장치.
제 27 항에 있어서,

상기 제 1 파형은 정방파인 신경 자극 장치.
제 29 항에 있어서,

상기 반송 파형은 사인 파형인 신경 자극 장치.
신경 자극 장치에 있어서,

실질적으로 10 내지 40Hz의 범위 내의 주파수를 가지는 제 1 파형을 발생하도록 구성되는 제 1 파형 발생기;

실질적으로 10 내지 400kHz의 범위 내의 주파수를 가지는 반송 파형을 발생하도록 구성되는 제 2 파형 발생기;

상기 제 1 및 반송 파형을 변조하여 변조된 파형을 생성하도록 상기 제 1 및 제 2 파형 발생기에 전기적으로 결합된 변조 장치;

포유동물의 피부에 상기 변조된 파형을 인가하기 위해, 포유동물의 피부에 실질적으로 인접하게 배치되며, 상기 변조 장치에 전기적으로 결합된 전극;

상기 제 1 및 제 2 파형 발생기에 전기적으로 연결된 마이크로프로세서; 및

상기 마이크로프로세서에 전기적으로 결합되고, 바이오피드백 데이터를 수신하고 이 바이오피드백 데이터를 상기 마이크로프로세서에 제공하도록 구성된 수신기 장치;를 포함하는, 신경 자극 장치.
제 31 항에 있어서,

포유동물내에 이식된 적어도 하나의 바이오피드백 장치를 추가로 포함하고,

상기 바이오피드백 장치는 포유동물의 신체 내부의 하나 이상의 생리학적 특성들을 감지하도록 구성되는 적어도 하나의 센서와, 상기 센서에 전기적으로 결합되어, 감지된 생리학적 특성들을 나타내는 신호를 수신하며 감지된 생리학적 특성들을 나타내는 바이오피드백 데이터를 제 2 위치에 전송하도록 구성되는 적어도 하나의 전송기를 포함하는 신경 자극 장치.
포유동물의 사전결정된 신체 부분을 선택적으로 자극하기 위한 경피 자극 장치에 있어서,

상기 사전결정된 신체 부분을 자극하도록 선택된 주파수를 가지는 제 1 파형을 발생하도록 구성된 제 1 파형 발생기와,

상기 사전결정된 신체 부분에 도달하도록 포유동물의 피부 및 조직을 통과할 수 있는 주파수를 가지는 제 2 반송 파형을 발생하도록 구성된 제 2 파형 발생기와,

상기 제 1 파형 발생기 및 제 2 반송 파형 발생기에 전기적으로 결합되고, 상기 제 1 파형 및 제 2 반송 파형을 변조하여 변조된 파형을 생성하도록 구성된 변조 장치와,

상기 변조 장치에 전기적으로 결합되며, 포유동물의 피부에 실질적으로 인접하게 배치되고, 포유동물의 피부에 상기 변조된 파형을 인가하도록 구성된 활성 전극과,

포유동물의 피부에 실질적으로 인접 배치되고, 상기 활성 전극에 의해 인가된 상기 변조된 파형을 수신하도록 구성된 복귀 전극을 포함하고,

상기 활성 전극 및 복귀 전극은 상기 인가된 변조된 파형의 적어도 일부가 실질적으로 포유동물의 피부를 통과하지 않고 상기 활성 전극으로부터 상기 복귀 전극으로 통과할 수 있도록 서로에 대하여 배치되는 경피 자극 장치.
제 33 항에 있어서,

상기 활성 전극 및 복귀 전극은 포유동물의 피부에 고정될 수 있는 패치내에 수납되는 경피 자극 장치.
제 33 항에 있어서,

상기 사전결정된 신체 부분은 신경 또는 신경의 일부인 경피 자극 장치.
제 35 항에 있어서,

상기 사전결정된 신체 부분은 음부 신경인 경피 자극 장치.
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