KR101350440B1 - 본태성 진전 억제를 위한 휴대용 감각 자극 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 본태성 진전 억제를 위한 휴대용 감각 자극 시스템에 관한 것으로서, 내장된 배터리 또는 전원기기로부터 전원을 공급받아 구동하며, 구동스위치가 ON상태로 전환되는 경우, 공급받은 전원을 자극설정모듈(120)로 인가하는 전원모듈(110)과, 전원모듈(110)로부터 전원을 공급받되, 입력받은 전원공급량, 전기자극의 강도 및 시간데이터와 대응하는 전류를 발생시키도록 감각자극용 전극(200)을 제어하는 자극설정모듈(120)로 구성되는 본체(100); 및 본체(100)로부터 인가받은 전원공급량, 전기자극의 강도 및 시간데이터와 대응하는 전류를 본태성 진전이 발생중인 환부로 인가하는 감각자극용 전극(200);를 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 사용자 입력에 따른 전원공급량, 전기자극의 강도 및 시간데이터와 대응하는 전류를 본태성 진전이 발생중인 환부로 인가하되, 환자의 근육을 수축시키지 않고 통증 및 불편함을 느끼지 않는 크기의 sub-motor threshold의 자극을 본태성 진전이 발생중인 환부로 인가함으로써, 본태성 진전을 억제 및 완화시키는 효과가 있다.

Description

본태성 진전 억제를 위한 휴대용 감각 자극 시스템{A PORTABLE SENSORY STIMULATION SYSTEM FOR THE SUPPRESSION ESSENTIAL TREMOR}

본 발명은 본태성 진전(essential tremor: 수전증) 억제를 위한 휴대용 감각 자극 시스템에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 일상생활 동작 중 진전 발생시 휴대용 자극기를 이용한 감각 자극을 통해 진전의 중상을 완화시키는 기술에 관한 것이다.

흔히 수전증이라고 알려져 있는 본태성 진전은 아직 그 원인이 파악되고 있지 않으며, 전체 인구의 0.3% 내지 1.7%, 40세 이상에서는 5.5%, 65세 이상에서는 10.2%의 높은 발병률을 보이고 있다.

본태성 진전의 발생에 대해서는 유전적인 원인과 환경적인 원인 등 여러가지 가능한 원인들이 제시되고 있으나, 명확히 밝혀진 바가 없어 본태(本態)라는 용어를 사용하고 있으며, 나이가 들어감에 따라 질환의 정도가 심해지고 시간이 경과함에 따라 다양한 부위로 확대 될 수 있다.

주로 활동에 의해 심해지는 양상을 보이는 본태성 진전은 일상생활에 지장을 많이 주고 삶의 질을 저하시킨다고 알려져 있으며, 환자의 자존감과도 연관되고 있는바, 많은 환자들이 심한 정신 사회학적 기능장애를 경험 하고 있다.

또한, 본태성 진전을 치료하기 위해 다양한 약물 치료 방법이 시행되고 있으나 환자의 30%는 약물에 만족할 만한 효과를 보이지 않거나, 치료효과가 있더라도 부작용이 발생하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 개선하기 위해 산업계에서 다양한 연구개발이 이루어지고 있으며, 최근 FES(Functional Electrical Stimulation) 기법을 통해, 진전이 발생할 때 반복적으로 활성화되는 주동근(agonistic muscle)의 반대방향의 힘을 발생하는 길항근(antagonistic muscle)을 수축시켜서 진전의 크기를 줄이고자 하는 시도가 이루어지고 있다.
한편, 저주파 치료기와 관련해서는 대한민국 등록실용 제2009-0047794호(휴대용 디지털 저주파 치료기) 외에 다수의 선행문헌이 공개된바 있다.

그러나, 이 방법에서는 길항근의 수축을 일으킬 수 있는 motor threshold 이상의 강한 자극을 인가해야 하므로, 환자에게 통증을 유발하고 불편함을 초래하는 등의 문제점이 있다. 또한, 길항근의 전기자극이 주동근의 활성화와 정확히 타이밍을 맞추어야 하므로, 제어가 매우 어렵고 시스템의 속성이 변화하면 제어파라메터를 다시 Tuning해야 한다. 따라서, 진전부위의 통증발생을 억제하고, 일상생활 활동 중 간편하게 진전을 완화시킬 수 있는 보조 치료 시스템이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 사용자 입력에 따른 전원공급량, 전기자극의 강도 및 시간데이터와 대응하는 전류를 본태성 진전이 발생중인 환부에 인가함으로써, 진전을 억제시킴에 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명은 환자의 근육을 수축시키지 않고 통증 및 불편함을 느끼지 않는 크기의 sub-motor threshold의 감각성 자극을 본태성 진전이 발생중인 환부로 인가함으로써, 본태성 진전을 억제 및 완화시킴에 그 목적이 있다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 본태성 진전 억제를 위한 휴대용 감각 자극 시스템은, 내장된 배터리 또는 전원기기로부터 전원을 공급받아 구동하며, 구동스위치가 ON상태로 전환되는 경우, 공급받은 전원을 자극설정모듈(120)로 인가하는 전원모듈(110)과, 전원모듈(110)로부터 전원을 공급받되, 입력받은 전원공급량, 전기자극의 강도 및 시간데이터와 대응하는 전류를 발생시키도록 감각자극용 전극(200)을 제어하는 자극설정모듈(120)로 구성되는 본체(100); 및 본체(100)로부터 인가받은 전원공급량, 전기자극의 강도 및 시간데이터와 대응하는 전류를 본태성 진전이 발생중인 환부로 인가하는 감각자극용 전극(200);를 포함한다.

그리고, 전술한 바와 같은 시스템을 기반으로 하는 본 발명의 본태성 진전 억제를 위한 휴대용 감각 자극 방법은, 본체의 구동스위치가 ON상태로 전환되는 경우, 전원모듈로부터 공급받은 전원을 자극설정모듈로 인가하는 (a) 단계; 본체의 자극설정모듈이 입력되어 있는 자극제어 파라미터에 대응하는 자극을 감각자극용 전극이 본태성 진전이 발생중인 환부로 인가하는 (b) 단계를 포함한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 사용자 입력에 따른 전원공급량, 전기자극의 강도 및 시간데이터에 대응하는 전류를 본태성 진전이 발생중인 환부로 인가함으로써, 진전을 억제시키는 효과가 있다.

그리고, 본 발명에 따르면, 환자의 근육을 수축시키지 않고 통증 및 불편함을 느끼지 않는 크기의 sub-motor threshold의 자극을 본태성 진전이 발생중인 환부로 인가함으로써, 본태성 진전을 억제 및 완화시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 본태성 진전 억제를 위한 휴대용 감각 자극 시스템을 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 본태성 진전 억제를 위한 휴대용 감각 자극 시스템을 설치한 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 본태성 진전 억제를 위한 휴대용 감각 자극 시스템의 실시예를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 본태성 진전 억제를 위한 휴대용 감각 자극 시스템을 통해 진전이 완화되는 과정을 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 본태성 진전 억제를 위한 휴대용 감각 자극 시스템을 통해 본태성 진전이 발생중인 환부로의 자극 전과 자극 중 진전의 정도에 대한 결과를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 본태성 진전 억제를 위한 휴대용 감각 자극 시스템을 통해 본태성 진전이 발생중인 환부로의 자극 전과 자극 중 spiral drawing 결과를 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 본태성 진전 억제를 위한 휴대용 감각 자극 방법을 도시한 순서도.

본 발명의 구체적인 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 본태성 진전 억제를 위한 휴대용 감각 자극 시스템(S)을 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 본태성 진전 억제를 위한 휴대용 감각 자극 시스템(S)을 설치한 예시도 이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 본태성 진전 억제를 위한 휴대용 감각 자극 시스템(S)은 손목시계 형태로 제작된 본체(100)와, 본체(100)의 제어에 따라 인가받은 전류와 대응하는 자극을 본태성 진전이 발생중인 환부의 길항근(拮抗筋, antagonist)의 쌍에 동시에 인가시키는 감각자극용 전극(200)으로 구성된다.

여기서, 길항근이란, 어떤 근육에 대해 다른 근육이 상반되는 운동, 즉 장력효과를 가지고 있으므로 역학적으로 대항하는 근육이다. 예를 들면, 동공의 괄약근과 산대근(散大筋), 팔이두근과 팔삼두근 등은 각각 굴근과 신근으로 상호 길항근인 것이다.

또한, 본 발명에 따른 본태성 진전 억제를 위한 휴대용 감각 자극 시스템(S)은 손목시계 형태로 제작되는 것에 국한되지 아니하고, 휴대가 가능하도록 설계 변경이 가능하다.

구체적으로, 본체(100)의 전원모듈(110)은 내장된 배터리 또는 전원기기로부터 전원을 공급받아 구동하며, 사용자의 조작에 의해 구동스위치(111)가 ON상태로 전환되는 경우, 내장된 배터리 또는 전원기로부터 공급받은 전원을 자극설정모듈(120)로 인가한다.

또한, 본체(100)의 자극설정모듈(120)은 전원모듈(110)로부터 전원을 공급받아 감각자극용 전극(200)으로 전류를 인가하되, 사용자의 조작에 의해 입력받은 자극제어신호와 대응하는 자극을 발생시키도록 감각자극용 전극(200)으로의 전원공급량을 제어하고, 감각자극용 전극(200)이 인가하는 전기자극의 강도를 제어한다.

이때, 자극설정모듈(120)은 사용자의 조작에 의한 설정버튼(121)의 감압 또는 조그셔틀(122)의 조작에 따라 자극제어신호를 입력받고, 입력받은 자극제어신호와 대응하는 전류의 세기로 본태성 진전이 발생중인 환부의 길항근 쌍에 자극을 인가하도록 감각자극용 전극(200)으로의 전원공급량을 제어한다.

또한, 자극설정모듈(120)은 자극의 세기를 단계별로 증가시키도록 구성되되, 타이머 스위치(123) 조작에 의해 입력받은 시간데이터와 대응하는 시간동안 감각자극용 전극(200)으로 전원을 인가하도록 구성된다.

그리고, 디스플레이모듈(130)은 자극설정모듈(120)로부터 인가받은 전원공급량, 전기자극의 강도 및 시간데이터를 수치화하여 디스플레이 한다.

한편, 감각자극용 전극(200)은 +전극(210)과 -전극(220)으로 구성되어 본태성 진전이 발생중인 환부의 길항근 쌍 각각에 부착되도록 복수개로 구성되며, 본체(100)의 전원라인 각각과 접속되어 본체(100)로부터 인가받은 전원공급량, 전기자극의 강도 및 시간데이터에 따른 전류와 대응하는 자극을 본태성 진전이 발생중인 환부의 길항근 쌍으로 인가한다.

이때, 감각자극용 전극(200)이 인가하는 자극의 패턴은 100Hz의 주파수와 300us의 펄스폭(pulse duration)으로 설정될 수 있고, 자극을 인가하기 위한 대상 근육인 길항근의 쌍은, 요측 수근굴근(flexor carpi radialis), 요측 수근신근(extensor carpi radialis), 이두박근(biceps) 또는 삼두박근(triceps) 중에 어느 하나의 근육 혹은 복수의 근육으로 설정될 수 있으나, 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니다.

한편, 도 3은 본 발명에 따른 본태성 진전 억제를 위한 휴대용 감각 자극 시스템(S)의 실시예를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하여 본 발명에 따른 본태성 진전 억제를 위한 휴대용 감각 자극 시스템(S)의 작동양태에 대해 살피면 아래와 같다.

도 3에 도시된 바와 같이, 손목시계 형태로 제작된 본체(100)를 사용자의 손목에 고정시키고, 복수개의 감각자극용 전극(200)을 본태성 진전이 발생중인 환부의 길항근 쌍에 각각 고정시킨다.

이어서, 본체(100)가 사용자의 조작을 통해 입력받은 전원공급량, 전기자극의 강도 및 시간데이터와 대응하는 전류를 각각의 감각자극용 전극(200)으로 인가한다.

그리고, 감각자극용 전극(200)이 본체(100)로부터 인가받은 전류와 대응하는 자극을 본태성 진전이 발생중인 환부의 길항근 쌍으로 동시에 인가한다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 자극의 강도를 서서히 높이면서 환자에게 적합한 sub-motor threshold stimulation을 설정하고, 일상생활 활동 중 진전 발생시 손목 부착형 자극 시스템의 스위치를 눌러 자극 시스템을 작동시키며, 진전 발생 부위 근육들(길항근의 쌍)에 대해 동시에 감각 자극을 발생시킴으로써, 감각 자극 발생 후 진전이 완화되고, 진전 완화 후 일정 시간이 지나면 그 작동이 자동 종료된다.

이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 본태성 진전 억제를 위한 휴대용 감각 자극 시스템을 이용한 진전 완화 효과 분석을 위한 실험결과에 대해 살피면 아래와 같다.

먼저, 피험자는 신경성 및 근골격 질환을 가지고 있지 않은 상태에서 본태성 진전 치료를 받고 있는 일반 외래 환자를 대상으로 시행하고, 환자의 심리적 요인을 최소화하기 위해 약간 어둡고 조용한 방에서 편한 자세로 의자에 등을 기대고 앉도록 하였다.

또한, 환자의 진전을 억제하기 위한 감각자극으로서 병원에 구비된 전기 자극기를 이용하였고, 자극 패턴은 100Hz의 주파수와 300us의 펄스폭(pulse duration)으로 설정하였으며, 감각 자극을 인가하기 위한 대상 근육은 flexor carpi radialis, extensor carpi radialis, biceps 그리고 triceps로 선정하였고, 각 근육별로 sub-motor threshold를 결정하기 위해 전기 자극기를 이용하여 다음과 같은 과정을 수행하였다.

환자가 감각을 느끼기 시작하는 perception threshold 이상부터 1mA 단위로 자극 강도를 증가시켜 환자가 불편함을 느끼는 pain threshold의 자극 강도를 확인하고, pain threshold의 자극 강도 보다 1mA 낮은 강도를 감각 자극으로 정의하여 실험 동안 그 자극 강도를 유지하며 진전이 완화되는지 확인하였다.

또한, 진전의 완화에 효과가 있는지 확인하기 위해 자극 전과 자극 중으로 나누어 postural tremor와 action tremor의 진전 정도를 측정하였고, Postural tremor 검사를 위해 Finger-to-Finger posture(팔꿈치를 어깨와 같은 높이에서 팔을 지면과 수평이 되도록 유지한 상태에서 눈을 뜨고 양 손의 집게 손가락을 서로 1cm가량 떨어뜨린 자세를 유지)와 out-stretch posture(양 팔을 지면과 평행이 되도록 쭉 뻗은 상태에서 눈을 뜨고, 자세를 유지) 검사를 시행하였다.

객관적인 측정을 위해 자이로 센서를 환자의 손가락 관절 부위에 장착하였고 검사 횟수는 자극 전과 자극 중 각각 15초 동안 10회씩 실시하였고, Action tremor 검사를 위해 spiral drawing 검사를 시행하였다.

도 5에 도시된 바와 같이, 모든 postural tremor 실험에서 자극 중 진전의 정도가 자극 전에 비해 완화 된 것을 볼 수 있다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 자극 전에 비해 자극 중 진전이 더 완화되어 있는 것을 확인할 수 있다.

이하, 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 본태성 진전 억제를 위한 휴대용 감각 자극 방법에 대해 살피면 아래와 같다.

먼저, 본체(100)의 구동스위치(111)가 ON상태로 전환되는 경우, 내장된 배터리 또는 전원기로부터 공급받은 전원을 자극설정모듈(120)로 인가한다(S10).

이어서, 본체(100)의 자극설정모듈(120)이 입력받은 자극제어신호와 대응하는 자극을 발생시키도록 감각자극용 전극(200)으로의 전원공급량을 제어하고, 감각자극용 전극(200)이 본태성 진전이 발생중인 환부의 길항근 쌍으로 인가하는 자극의 강도를 제어한다(S20).

그리고, 감각자극용 전극(200)이 본체(100)로부터 인가받은 전원공급량 및 전기자극의 강도와 대응하는 전류를 본태성 진전이 발생중인 환부의 길항근 쌍으로 동시에 인가한다(S30).

한편, 제S20단계 이후, 본체(100)의 자극설정모듈(120)이 타이머 스위치(123) 조작에 의해 입력받은 시간데이터와 대응하는 시간동안 감각자극용 전극(200)으로 전원을 인가하고, 제S30단계로 절차를 이행한다(S40).

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등 물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

S: 본태성 진전 억제를 위한 휴대용 감각 자극 시스템
100: 본체 110: 전원모듈
111: 구동스위치 120: 자극설정모듈
121: 설정버튼 122: 조그셔틀
123: 타이머 스위치 130: 디스플레이모듈
200: 감각자극용 전극 210: +전극
220: -전극

Claims (8)

1. 본태성 진전 억제를 위한 휴대용 감각 자극 시스템에 있어서,
   내장된 배터리 또는 전원기기로부터 전원을 공급받아 구동하며, 구동스위치가 ON상태로 전환되는 경우, 공급받은 전원을 자극설정모듈(120)로 인가하는 전원모듈(110)과, 상기 전원모듈(110)로부터 전원을 공급받되, 입력받은 전원공급량, 전기자극의 강도 및 시간데이터와 대응하는 전류를 발생시키도록 감각자극용 전극(200)을 제어하는 자극설정모듈(120)로 구성되는 본체(100); 및
   상기 본체(100)로부터 인가받은 전원공급량, 전기자극의 강도 및 시간데이터에 따른 전류와 대응하는 자극을 본태성 진전이 발생중인 환부의 길항근 쌍으로 인가하는 감각자극용 전극(200);를 포함하되,
   상기 본체(100)는,
   상기 자극설정모듈(120)로부터 인가받은 전원공급량, 전기자극의 강도 및 시간데이터를 수치화하여 디스플레이하는 디스플레이모듈(130);을 더 포함하고,
   상기 감각자극용 전극(200)은,
   본태성 진전이 발생중인 환부의 길항근 쌍으로 인가하는 전기자극의 패턴을 100Hz의 주파수와 300us의 펄스폭(pulse duration)으로 설정하며, 본태성 진전이 발생중인 환부의 길항근 쌍으로 자극을 인가하되,
   자극을 인가하는 대상 근육은, 요측 수근굴근(flexor carpi radialis), 요측 수근신근(extensor carpi radialis), 이두박근(biceps) 또는 삼두박근(triceps) 중에 어느 하나의 근육이나, 복수의 근육으로 전기자극을 인가하는 것을 특징으로 하는 본태성 진전 억제를 위한 휴대용 감각 자극 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 자극설정모듈(120)은,
   상기 전원모듈(110)로부터 전원을 공급받아 상기 감각자극용 전극(200)으로 전류를 인가하되,
   설정버튼(121)의 감압 또는 조그셔틀(122)의 조작에 따라 자극제어신호를 입력받고, 입력받은 자극제어신호와 대응하는 전류의 세기로 본태성 진전이 발생중인 환부의 길항근 쌍에 자극을 인가하도록 상기 감각자극용 전극(200)으로의 전원공급량을 제어하는 것을 특징으로 하는 본태성 진전 억제를 위한 휴대용 감각 자극 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 자극설정모듈(120)은,
   상기 전원모듈(110)로부터 전원을 공급받아 상기 감각자극용 전극(200)으로 전류를 인가하되,
   타이머 스위치(123) 조작에 의해 입력받은 시간데이터와 대응하는 시간동안 상기 감각자극용 전극(200)으로 전원을 인가하는 것을 특징으로 하는 본태성 진전 억제를 위한 휴대용 감각 자극 시스템.
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