KR101559341B1 - 전기 자극 장치 및 교체형 패치 유닛 - Google Patents

전기 자극 장치 및 교체형 패치 유닛 Download PDF

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장종민
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Abstract

전기 자극 장치 및 교체형 패치 유닛이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자극 장치는 교체형 패치 유닛, 및 상기 교체형 패치 유닛과 탈착가능하게 기계적 및 전기적으로 결합되는 본체 유닛을 포함하고, 상기 교체형 패치 유닛은, 사용자의 머리에 접하여 상기 사용자의 머리에 전류를 가하는 적어도 하나의 전극부를 포함하고, 상기 본체 유닛은, 상기 교체형 패치 유닛의 사용 상태를 검출하고, 상기 교체형 패치 유닛의 사용 상태가 비사용 상태이면 상기 교체형 패치 유닛의 상기 적어도 하나의 전극부에 상기 전류를 제공한 후 미리 정해진 기준 사용 시간이 경과하면 상기 교체형 패치 유닛의 사용 상태를 기사용 상태로 변경하도록 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

전기 자극 장치 및 교체형 패치 유닛{ELETRICAL STIMULATION DEVICE AND REPLACEABLE PATCH UNIT}
본 발명은 전기 자극 장치 및 교체형 패치 유닛에 관한 것으로, 보다 자세하게는 사용자의 머리에 전기 자극을 가하기 위한 전기 자극 장치 및 교체형 패치 유닛에 관한 것이다.
경두개 직류 전기 자극(transcranial Direct Current Stimulation; tDCS)을 이용한 뇌 전기 자극 기술은 인지 능력 향상과, 우울증 및 ADHD(Attention Deficit Hyperactivity Disorder) 등의 정신 질환 치료 등에 효과가 있다고 알려져 있다.
따라서, 뇌 전기 자극 기술을 일상 생활에서 이용할 수 있다면, 뇌 기능을 향상시킬 수 있으며, 신경 간의 연결을 활성화하거나 억제시킴으로써 지속적인 정신 질환의 치료가 가능할 수 있다.
등록특허공보 제10-1473433호, 2014.12.10
종래의 tDCS 장치는 전기 자극을 가하기 위한 적어도 하나의 전극을 포함하고 있으며, 각각의 전극은 사용자의 머리의 피부에 접하는 패치 레이어와 상기 패치 레이어에 전류를 전달하는 전극 레이어를 포함한다. 패치 레이어는 전류의 도통을 위한 전해질을 포함하며, 이로 인해 패치 레이어와 전극 레이어 사이의 계면 상에서 산화환원 반응이 일어날 수 있다. 이러한 산화환원 반응은 패치 레이어를 점진적으로 산성화 또는 염기성화시키고, tDCS 장치의 반복 사용에 의해서 패치 레이어의 pH 지수가 임계 범위를 벗어나게 되면, 사용자는 패치 레이어와 접하는 머리의 피부에 화상 또는 손상을 입을 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 사용자가 전기 자극 장치 사용 시 머리의 피부에 화상 또는 손상을 입는 것을 방지할 수 있는 전기 자극 장치 및 교체형 패치 유닛을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자극 장치는 교체형 패치 유닛, 및 상기 교체형 패치 유닛과 탈착가능하게 기계적 및 전기적으로 결합되는 본체 유닛을 포함하고, 상기 교체형 패치 유닛은, 사용자의 머리에 접하여 상기 사용자의 머리에 전류를 가하는 적어도 하나의 전극부를 포함하고, 상기 본체 유닛은, 상기 교체형 패치 유닛의 사용 상태를 검출하고, 상기 교체형 패치 유닛의 사용 상태가 비사용 상태이면 상기 교체형 패치 유닛의 상기 적어도 하나의 전극부에 상기 전류를 제공한 후 미리 정해진 기준 사용 시간이 경과하면 상기 교체형 패치 유닛의 사용 상태를 기사용 상태로 변경하도록 제어하는 제어부를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 교체형 패치 유닛은 상기 사용 상태와 상응하는 퓨즈를 더 포함하고, 상기 본체 유닛의 제어부는 상기 퓨즈의 연결 상태를 기초로 상기 사용 상태를 검출하고, 상기 교체형 패치 유닛의 상기 적어도 하나의 전극부에 상기 전류를 제공한 후 상기 미리 정해진 기준 사용 시간이 경과하면 상기 교체형 패치 유닛의 퓨즈에 과전류를 제공하여 상기 교체형 패치 유닛의 퓨즈가 끊어지도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 교체형 패치 유닛은 복수의 도전성 패드를 더 포함하고, 상기 교체형 패치 유닛의 상기 복수의 도전성 패드 중 제1 및 제2 패드는 상기 퓨즈와 연결되고, 제3 및 제4 패드는 상기 적어도 하나의 전극부와 연결될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 교체형 패치 유닛은 상기 사용 상태를 저장하는 제어부를 더 포함하고, 상기 본체 유닛의 제어부는 상기 교체형 패치 유닛의 제어부로부터 상기 사용 상태를 리드하고, 상기 교체형 패치 유닛의 상기 적어도 하나의 전극부에 상기 전류를 제공한 후 상기 미리 정해진 기준 사용 시간이 경과하면 상기 교체형 패치 유닛의 제어부에 상기 사용 상태로서 기사용 상태를 라이트하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 교체형 패치 유닛은 복수의 도전성 패드를 더 포함하고, 상기 교체형 패치 유닛의 상기 복수의 도전성 패드 중 제1 및 제2 패드는 상기 제어부와 연결되고, 제3 및 제4 패드는 상기 적어도 하나의 전극부와 연결될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 교체형 패치 유닛은 제1 형상의 복수의 도전성 패드를 더 포함하고, 상기 본체 유닛은 상기 교체형 패치 유닛의 상기 복수의 도전성 패드와 각각 전기적으로 연결되고 상기 제1 형상을 수용 가능한 제2 형상의 복수의 도전성 패드를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 교체형 패치 유닛 또는 상기 본체 유닛 중 적어도 하나는 자성 물질을 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 본체 유닛은 상기 교체형 패치 유닛의 상기 적어도 하나의 전극부에 미리 정해진 양의 상기 전류를 제공하는 전류 제공부를 더 포함하고, 상기 본체 유닛의 제어부는 상기 교체형 패치 유닛의 상기 사용 상태에 따라 상기 전류 제공부를 인에이블(enable) 또는 디스에이블(disable)시킬 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 교체형 패치 유닛은 전기 자극 장치의 본체 유닛과 탈착가능하게 기계적 및 전기적으로 결합되는 교체형 패치 유닛으로서, 퓨즈, 및 사용자의 머리에 접하여 상기 사용자의 머리에 상기 전류를 가하는 적어도 하나의 전극부를 포함하고, 상기 퓨즈가 끊어지지 않았으면 상기 본체 유닛으로부터 상기 적어도 하나의 전극부에 상기 전류가 제공되고, 상기 퓨즈가 끊어졌으면 상기 본체 유닛으로부터 상기 적어도 하나의 전극부에 상기 전류가 제공되지 않는다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 교체형 패치 유닛은 전기 자극 장치의 본체 유닛과 탈착가능하게 기계적 및 전기적으로 결합되는 교체형 패치 유닛으로서, 사용 상태를 저장하는 제어부, 및 사용자의 머리에 접하여 상기 사용자의 머리에 상기 전류를 가하는 적어도 하나의 전극부를 포함하고, 상기 사용 상태가 비사용 상태이면 상기 본체 유닛으로부터 상기 적어도 하나의 전극부에 상기 전류가 제공되고, 상기 사용 상태가 기사용 상태이면 상기 본체 유닛으로부터 상기 적어도 하나의 전극부에 상기 전류가 제공되지 않는다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 교체형 패치 유닛 및 이를 포함하는 전기 자극 장치를 제공함으로써 사용자가 전기 자극 장치(특히, 전극)를 반복 사용할 수 없도록 하고, 산화환원 반응에 의해서 전기 자극 장치의 전극이 산성화 또는 염기성화되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 교체형 전기 자극 장치의 전극의 pH 지수는 안전 범위 내에서 유지되므로, 사용자가 패치 레이어와 접하는 머리의 피부에 화상 또는 손상을 입는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자극 장치의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 교체형 패치 유닛의 결합부의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 도 1의 본체 유닛과 교체형 패치 유닛의 결합 방식의 일 예를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 4는 도 1의 본체 유닛과 교체형 패치 유닛의 결합 방식의 다른 예를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 5는 도 1의 본체 유닛의 전류 제공 모듈의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 6은 도 1의 교체형 패치 유닛의 결합부의 변형예의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 7은 도 1의 본체 유닛의 전류 제공 모듈의 변형예의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 8은 도 1의 전기 자극 장치의 사용 예를 도시하는 도면이다.
도 9는 도 1의 교체형 패치 유닛의 전극부의 개략적인 구성 및 개략적인 동작을 도시하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 전기 자극 장치에 대해 설명하기로 한다.
이하에서 언급되는 “전기 자극”은 경두개 직류 전기 자극(transcranial Direct Current Stimulation; tDCS), 경두개 교류 전기 자극(transcranial Alternating Current Stimulation; tACS), 경두개 랜덤 노이즈 자극 (transcranial Random-Noise Stimulation; tRNS) 등과 같은 경두개 전기 자극(transcranial Current Stimulation; tCS)을 나타낼 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자극 장치의 개략적인 구성을 도시하는 도면이고, 도 2는 도 1의 교체형 패치 유닛의 결합부의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자극 장치(1000)는 본체 유닛(100), 교체형 패치 유닛(200)을 포함한다.
본체 유닛(100)과 교체형 패치 유닛(200)은 탈착가능하게 기계적 및 전기적으로 결합될 수 있다. 전기 자극 장치(1000)를 사용하고자 하는 때에 사용자는 본체 유닛(100)과 교체형 패치 유닛(200)을 결합하여 전기 자극 장치(1000)를 사용할 수 있다. 그리고, 교체형 패치 유닛(200)의 미리 정해진 기준 횟수 사용이 완료(complete)되었으면, 사용자는 본체 유닛(100)으로부터 기사용한 교체형 패치 유닛(200)을 제거하고, 본체 유닛(100)에 비사용한 교체형 패치 유닛(200)을 새롭게 결합하여 전기 자극 장치(1000)를 다시 사용할 수 있다.
본체 유닛(100)은 교체형 패치 유닛(200)과 기계적 및 전기적으로 결합되는 결합부(130)를 포함한다. 본체 유닛(100)은 후술하는 바와 같이 교체형 패치 유닛(200)에 전류를 전달하는 전류 제공 모듈(120)을 더 포함한다. 본체 유닛(100)의 전류 제공 모듈(120)의 세부적인 구성 및 동작은 이하에서 도 5를 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
교체형 패치 유닛(200)은 기판(210), 기판(210) 상에 배치된 전극부(220) 및 결합부(230)를 포함한다.
기판(210)은 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board; PCB)일 수 있다. 기판(210) 상에는 전기 자극을 위한 회로 배선이 그 표면 또는 내부에 형성될 수 있다. 기판(210)은 플렉시블(flexible)하게 구성될 수 있다. 기판(210)의 일 면 상에는 전극부(220)가 배치되고, 다른 면 상에는 결합부(230)가 배치될 수 있다.
전극부(220)는 사용자(대상체)의 머리에 접하여 사용자의 머리에 전류를 가한다. 사용자는 후술하는 바와 같이 전기 자극 장치(1000)를 머리에 착용하거나 머리에 부착할 수 있으며, 이에 따라 전극부(220)가 사용자의 머리에 접할 수 있다. 전극부(220)의 세부적인 구성 및 동작은 이하에서 도 8 및 도 9를 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
교체형 패치 유닛(200)은 본체 유닛(100)과 기계적 및 전기적으로 결합되는 결합부(230)를 포함한다. 교체형 패치 유닛(200)의 결합부(230)는 본체 유닛(100)의 결합부(130)와 결합할 수 있다.
도 2를 참조하면, 교체형 패치 유닛(200)의 결합부(230)는 복수의 패드(231) 및 퓨즈(232)를 포함한다.
복수의 패드(231)는 본체 유닛(100)의 결합부(130)와 전기적 연결을 위한 것이다. 복수의 패드(231)는 서로 이격되어 배치될 수 있다. 각각의 패드(231)는 서로 이격되어 배치된 (그리고, 전기적으로 연결된) 복수의 세그먼트를 포함할 수 있다.
복수의 패드(231) 중 몇몇 패드(231)는 퓨즈(232)와 연결되고, 나머지 몇몇 패드(231)는 전극부(220)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 패드(231) 중 제1 및 제2 패드(231)는 퓨즈(232)와 연결되고, 제3 및 제4 패드(231)는 각각 전극부(220)와 연결될 수 있다.
퓨즈(232)의 연결 상태는 교체형 패치 유닛(200)의 사용 상태에 상응한다. 교체형 패치 유닛(200)의 사용 상태는 비사용(unused) 상태와 기사용(used) 상태로 구분될 수 있다. 퓨즈(232)가 연결되어 있으면(즉, 끊어져있지 않으면) 교체형 패치 유닛(200)은 비사용 상태이며, 본체 유닛(100)과 결합되면 본체 유닛(100)에 의해 교체형 패치 유닛(200)이 동작한다. 여기서, 교체형 패치 유닛(200)의 동작이란, 사용자의 머리에 전류를 가하는 동작을 나타낸다. 그러나, 퓨즈(232)가 연결되어 있지 않으면(즉, 끊어졌으면) 교체형 패치 유닛(200)은 기사용 상태이며, 본체 유닛(100)과 결합되어도 교체형 패치 유닛(200)이 동작하지 않는다. 본체 유닛(100)의 결합부(130)가 교체형 패치 유닛(200)의 결합부(230)와 전기적으로 연결되면, 본체 유닛(100)의 제어부(122)는 제1 및 제2 패드(231)를 통해서 퓨즈(232)의 연결 상태를 검출할 수 있다.
퓨즈(232)는 상대적으로 녹는 점이 낮은 납, 주석 등과 같은 금속 중 하나 또는 그 결합을 포함하는 합금으로 구성될 수 있다. 또는, 상대적으로 녹는 점이 높은 텅스텐, 황동 등과 같은 금속을 가늘게 가공하여 퓨즈(232)로 이용할 수도 있다. 퓨즈(232)의 허용 전류는 실시예에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
제3 및 제4 패드(231)는 본체 유닛(100)의 전류 제공부(121)로부터 미리 정해진 양(예를 들어, 1mA)의 전류를 전달받고, 전극부(220)에 상기 전류를 제공할 수 있다.
도 3은 도 1의 본체 유닛과 교체형 패치 유닛의 결합 방식의 일 예를 개략적으로 도시하는 도면이고, 도 4는 도 1의 본체 유닛과 교체형 패치 유닛의 결합 방식의 다른 예를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 일 예에서, 본체 유닛(100)의 결합부(130)의 표면 상에 복수의 패드(131a)가 배치되고, 교체형 패치 유닛(200)의 결합부(230)의 표면 상에도 복수의 패드(231a)가 배치될 수 있다. 복수의 패드(131a, 231a)는 결합부(130, 230)의 표면 상에 전체적으로 노출되어 배치되거나, 결합부(130, 230) 내에 일부 삽입되고 결합부(130, 230)의 표면 상에 부분적으로 노출되어 배치될 수 있다.
복수의 패드(131a, 231a)는 도전성 물질을 포함할 수 있다. 복수의 패드(131a, 231a)는 도전성 실리콘, 도전성 테이프, 도전성 와이어, 도전성 필름, 도전성 페이스트(paste)와 같은 물질 중 하나 또는 그 결합, 또는 본 발명이 속하는 기술분야에서 잘 알려진 물질로 구성될 수 있다.
본체 유닛(100)의 결합부(130) 또는 교체형 패치 유닛(200)의 결합부(230) 중 적어도 하나는 자성 물질(135, 235)을 포함할 수 있다. 본체 유닛(100)의 결합부(130)와 교체형 패치 유닛(200)의 결합부(230)는 상기 자성 물질(135, 235)에 의해 작용하는 인력(또는, 자력)에 의해서 기계적으로 결합할 수 있다. 기계적 결합에 의해, 본체 유닛(100)의 결합부(130)의 복수의 패드(131a)와 교체형 패치 유닛(200)의 결합부(230)의 복수의 패드(231a)가 각각 접속하고, 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
도 4를 참조하면, 다른 예에서, 본체 유닛(100)과 교체형 패치 유닛(200) 결합력을 증대시키기 위하여, 본체 유닛(100)의 결합부(130)의 복수의 패드(131b)와 교체형 패치 유닛(200)의 결합부(230)의 복수의 패드(231b)는 서로 상호작용할 수 있는 형상을 가질 수 있다.
교체형 패치 유닛(200)의 결합부(230)의 각각의 패드(231b)는 구 형상을 갖고, 본체 유닛(100)의 결합부(130)의 각각의 패드(131b)는 구 형상을 수용가능한 형상(즉, 구 형상이 삽입될 수 있는 홈 또는 트렌치)을 가질 수 있다. 보다 자세하게는, 본체 유닛(100)의 결합부(130)의 각각의 패드(131b)는 홈 또는 트렌치의 표면의 적어도 일부 상에 형성될 수 있다. 본체 유닛(100)과 교체형 패치 유닛(200) 사이의 탈착이 용이하도록, 홈 또는 트렌치는 탄력적인 물질로 구성될 수 있다. 또는, 이와 반대로, 본체 유닛(100)의 결합부(130)의 각각의 패드(131b)가 구 형상을 갖고, 교체형 패치 유닛(200)의 결합부(230)의 각각의 패드(231b)가 구 형상을 수용가능한 형상을 가질 수도 있다. 도 4에서는 구 형상을 예시적으로 도시하였으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니고, 반구, 사면체, 원통형 등을 포함하는 임의의 다면체 형상이 적용될 수 있다.
도 3 내지 도 4에서는 자력을 이용한 본체 유닛(100)과 교체형 패치 유닛(200)의 기계적 결합을 설명하였으나, 실시예에 따라 돌기 또는 홈을 이용하는 방식, 슬라이딩 가이드를 이용하는 방식, 회전 결합을 이용하는 방식 등의 다양한 기계적 결합 방식이 적용될 수 있다.
이하에서는 도 5를 참조하여 본체 유닛(100)의 전류 제공 모듈(120)의 세부적인 구성 및 동작을 설명하기로 한다. 도 5는 도 1의 본체 유닛의 전류 제공 모듈의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 전류 제공 모듈(120)은 전류 제공부(121) 및 제어부(122)를 포함한다.
전류 제공부(121)는 교체형 패치 유닛(200)의 전극부(220)에 전류를 제공한다. 보다 자세하게, 전류 제공부(121)는 교체형 패치 유닛(200)의 결합부(230)의 제3 및 제4 패드(231)를 통해서 교체형 패치 유닛(200)의 전극부(220)에 상기 전류를 제공한다.
전류 제공부(121)는 전원 공급부(예를 들어, 배터리)로부터 공급된 제1 전압을 제2 전압(예를 들어, 10V)으로 부스팅(boosing)하고, 이를 이용하여 미리 정해진 양(예를 들어, 1mA)의 전류를 제공할 수 있다. 이를 위해, 전류 제공부(121)는 전압 부스터 회로 및 정전류 회로(예를 들어, CRD(Current Regulator Diode) 등)를 포함할 수 있다.
제어부(122)는 전류 제공 모듈(120)의 동작을 총체적으로 제어한다. 예를 들어, 제어부(122)는 프로세서, 마이크로 프로세서(Micro Processor), 마이크로 컨트롤러(Micro Controller), 중앙 처리 장치(Central Processing Unit; CPU), MPU(Micro Processing Unit), MCU(Micro Controller Unit) 등으로 구성될 수 있다. 제어부(122)는 후술하는 제어 동작을 수행하기 위한 펌웨어(firmware)를 포함할 수 있다.
제어부(122)는 전류 제공부(121)에 제어 신호(EN)를 전송하여 전류 제공부(121)의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(122)는 교체형 패치 유닛(200)의 사용 상태에 따라 전류 제공부(121)에 서로 다른 제어 신호(EN)를 전송할 수 있다. 교체형 패치 유닛(200)의 사용 상태가 비사용 상태이면, 제어부(122)는 제1 레벨(예를 들어, HIGH)의 제어 신호(EN)를 전송하여 전류 제공부(121)의 동작을 인에이블(enable)시킬 수 있다. 이에 따라, 전류 제공부(121)가 교체형 패치 유닛(200)의 전극부(220)에 전류를 제공한다. 교체형 패치 유닛(200)의 사용 상태가 기사용 상태이면, 제어부(122)는 제2 레벨(예를 들어, LOW)의 제어 신호(EN)를 전송하여 전류 제공부(121)의 동작을 디스에이블(disable)시킬 수 있다. 이에 따라, 전류 제공부(121)가 교체형 패치 유닛(200)의 전극부(220)에 전류를 제공하지 않는다.
제어부(122)는 교체형 패치 유닛(200)의 퓨즈(232)의 연결 상태를 기초로 교체형 패치 유닛(200)의 사용 상태를 판단할 수 있다.
이를 위해, 본체 유닛(100)과 교체형 패치 유닛(200)의 결합 시, 교체형 패치 유닛(200)의 결합부(230)의 제1 패드(231)가 전류 제공 모듈(120)의 전원 전압 단자(VCC)에 연결되고, 제2 패드(231)가 제어부(122)의 퓨즈 검출 단자에 연결될 수 있다. 퓨즈(232)가 연결되어 있으면 전원 전압 단자(VCC)로부터 전류가 도통되어, 퓨즈 검출 신호(FUSE DET)가 제1 레벨을 나타내게 된다. 이와 다르게, 퓨즈(232)가 연결되어 있지 않으면 전원 전압 단자(VCC)로부터 전류가 도통되지 않으므로, 퓨즈 검출 신호(FUSE DET)가 제2 레벨을 나타내게 된다. 따라서, 제어부(122)는 퓨즈 검출 신호를 이용하여 교체형 패치 유닛(200)의 퓨즈(232)의 연결 상태를 검출할 수 있다.
한편, 제어부(122)는 교체형 패치 유닛(200)의 기준 횟수(예를 들어, 1회) 사용이 완료되었다고 판단되면, 교체형 패치 유닛(200)의 퓨즈(232)가 끊어지도록 할 수 있다. 제어부(122)는 교체형 패치 유닛(200)의 전극부(220)에 전류가 제공된 후 시간의 경과를 카운트할 수 있고, 미리 정해진 기준 사용 시간이 경과하면 기준 횟수 사용이 완료되었다고 판단할 수 있다. 교체형 패치 유닛(200)의 퓨즈(232)가 끊어지면, 상술한 바와 같이, 본체 유닛(100)과 교체형 패치 유닛(200)이 결합되어도 교체형 패치 유닛(200)이 동작하지 않게 된다.
이를 위해, 본체 유닛(100)과 교체형 패치 유닛(200)의 결합 시, 교체형 패치 유닛(200)의 결합부(230)의 제2 패드(231)가 스위치(Q1)를 통해서 전류 제공 모듈(120)의 접지 단자(GND)와 연결될 수 있다. 제어부(122)는 퓨징 신호(FUSING)를 이용하여 상기 스위치(Q1)를 온오프시킬 수 있다. 제어부(122)는 교체형 패치 유닛(200)의 기준 횟수 사용이 완료되었다고 판단되면 상기 스위치(Q1)를 턴온(turn-on)할 수 있고, 이에 따라 제1 패드(231) 및 제2 패드(231) 사이에 연결된 퓨즈(232)가 단락됨으로써 퓨즈(232)에 허용 전류보다 큰 과전류가 제공될 수 있다. 그리고, 퓨즈(232)는 과전류에 의해서 끊어지게 된다.
도 6은 도 1의 교체형 패치 유닛의 결합부의 변형예의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다. 설명의 편의를 위하여, 도 2와 동일한 구성요소에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 6을 참조하면, 교체형 패치 유닛(200)의 결합부(230`)는 복수의 패드(231) 및 제어부(233)를 포함한다.
예를 들어, 복수의 패드(231) 중 제1 및 제2 패드(231)는 제어부(233)와 연결되고, 제3 및 제4 패드(231)는 각각 전극부(220)와 연결될 수 있다.
제어부(233)는 교체형 패치 유닛(200)의 사용 상태를 저장한다. 예를 들어, 제어부(233)는 프로세서, 마이크로 프로세서, 마이크로 컨트롤러, 중앙 처리 장치, MPU, MCU 등으로 구성될 수 있다. 제어부(233)는 교체형 패치 유닛(200)의 사용 상태를 저장하기 위한 저장 공간(예를 들어, 레지스터 또는 EEPROM, 플래시 메모리 등)을 포함할 수 있다. 교체형 패치 유닛(200)이 비사용 상태이면, 교체형 패치 유닛(200)은 본체 유닛(100)과 결합되어 동작할 수 있다. 교체형 패치 유닛(200)이 기사용 상태이면, 교체형 패치 유닛(200)은 본체 유닛(100)과 결합되어도 동작하지 않는다. 본체 유닛(100)의 결합부(130)가 교체형 패치 유닛(200)의 결합부(230`)와 연결되면, 본체 유닛(100)의 제어부(122)는 제1 및 제2 패드(231)를 통해서 제어부(233)로부터 교체형 패치 유닛(200)의 사용 상태를 리드(Read)할 수 있다.
도 7은 도 1의 본체 유닛의 전류 제공 모듈의 변형예의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다. 설명의 편의를 위하여, 도 5와 동일한 구성요소에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 7을 참조하면, 전류 제공 모듈(120`)은 전류 제공부(121) 및 제어부(122)를 포함한다.
제어부(122)는 전류 제공 모듈(120)의 동작을 총체적으로 제어한다. 제어부(122)는 교체형 패치 유닛(200)의 제어부(233)로부터 교체형 패치 유닛(200)의 사용 상태를 리드하여 판단할 수 있다. 이를 위해, 본체 유닛(100)과 교체형 패치 유닛(200)의 결합 시, 교체형 패치 유닛(200)의 결합부(230`)의 제1 패드(231)가 제어부(122)의 상태 리드 단자(STATE READ)에 연결되고, 제2 패드(231)가 제어부(122)의 상태 라이트 단자(STATE WRITE)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제어부(122)의 상태 리드 단자에 입력되는 신호가 제1 레벨이면 교체형 패치 유닛(200)의 사용 상태가 비사용 상태임을 나타내고, 제2 레벨이면 교체형 패치 유닛(200)의 사용 상태가 기사용 상태임을 나타낼 수 있다. 교체형 패치 유닛(200)의 사용 상태가 비사용 상태이면, 제어부(122)는 제1 레벨의 제어 신호(EN)를 전송하여 전류 제공부(121)의 동작을 인에이블시킬 수 있다. 그리고, 제어부(122)는 교체형 패치 유닛(200)의 기준 횟수(예를 들어, 1회) 사용이 완료되었다고 판단되면, 상태 라이트 단자를 통해서, 교체형 패치 유닛(200)의 제어부(233)에 교체형 패치 유닛(200)의 사용 상태로 기사용 상태를 라이트(WRITE)하여 저장할 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 구성요소가 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자극 장치(1000)의 필수적인 구성요소는 아니어서, 전기 자극 장치(1000)는 그보다 많은 구성요소를 포함하거나, 그보다 적은 구성요소를 포함하는 장치로 구성될 수 있다.
또한, 전기 자극 장치(1000)(본체 유닛(100) 및 교체형 패치 유닛(200))의 전체적인 형상이 도 1 내지 도 4에 도시된 실시예에 제한되는 것은 아니다. 본체 유닛(100)은 반구, 사면체, 원통형 등을 포함하는 임의의 다면체 형상으로 구성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 다르게, 교체형 패치 유닛(200)의 전극부(220)의 적어도 일부는 기판(210) 상에 배치되지 않을 수 있다. 그리고, 교체형 패치 유닛(200)의 결합부(230)와 전극부(220)를 연결하는 배선은 복수의 전극부(220)의 거리가 조절 가능하도록 (늘어날 수 있는) 구불구불한 형태로 구성될 수 있다.
이하에서는 도 8 및 도 9를 참조하여 교체형 패치 유닛(200)의 전극부(220)의 세부적인 구성 및 동작을 설명하기로 한다. 도 8은 도 1의 전기 자극 장치의 사용 예를 도시하는 도면이고, 도 9는 도 1의 교체형 패치 유닛의 전극부의 개략적인 구성 및 개략적인 동작을 도시하는 도면이다.
도 8을 참조하면, 사용자(대상체)는 머리에 전기 자극 장치(1000)를 부착할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 다르게, 사용자는 머리에 전기 자극 장치(1000)를 착용할 수도 있다. 사용자가 머리에 전기 자극 장치(1000)를 부착함에 따라, 전극부(220)가 사용자의 머리에 접할 수 있다. 전극부(220)는 사용자의 머리의 이마에 인접하여 접할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
전극부(220)는 후술하는 바와 같이 복수 개(제1 전극부(220a) 및 제2 전극부(220b))로 구성될 수 있다. 복수의 전극부(220)를 이용하여, 전기 자극 장치(1000)는 사용자의 머리의 복수의 부분(위치 또는 영역)에 전류를 가할 수 있다. 예를 들어, 하나의 전극부(220a)는 사용자의 머리의 좌측에 인접하여 접할 수 있고, 다른 전극부(220b)는 사용자의 머리의 우측에 인접하여 접할 수 있다. 실시예에 따라, 복수의 전극부(220)는 각각 독립적으로 동작하도록 제어될 수 있다.
도 9를 참조하면, 복수의 전극부(220a, 220b)는 각각 패치 레이어(221, patch layer) 및 전극 레이어(222, electrode layer)를 포함한다.
패치 레이어(221)는 사용자의 머리의 피부에 직접 접하는 레이어이다. 패치 레이어(221)는 단일층으로 구성될 수 있다. 패치 레이어(221)는 전극 레이어(222)로부터 전달된 전류를 사용자의 머리에 가한다. 이를 위해, 패치 레이어(221)는 전류를 전달하기 위한 전해질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 패치 레이어(221)는 전해질을 포함하는 스펀지 또는 하이드로겔(hydrogel)로 구성될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 전해질은 사용자의 피부와 공통되는 염소 이온(Cl-)을 포함할 수 있다. 패치 레이어(221)는 상대적으로 임피던스(impedance)가 높은 물질로 형성될 수 있다.
전극 레이어(222)는 패치 레이어(221) 상에 형성된다. 전극 레이어(222)는 사용자의 머리의 피부에 접하지 않는다. 전극 레이어(222)는 패치 레이어(221)에 전류를 전달하여, 패치 레이어(221)를 통해 사용자에게 전기 자극이 가해지도록 한다. 예를 들어, 전극 레이어(222)는 전도성 카본 시트(carbon sheet) 또는 전도성 실리콘으로 구성될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
일부 실시예에서, 각각의 전극부(220)는 복수의 세그먼트(segment)를 포함하고, 복수의 세그먼트가 서로 이격되어 동일한 기판(210) 상에 형성될 수도 있다. 각각의 세그먼트는 상술한 패치 레이어(221) 및 전극 레이어(222)를 포함할 수 있다. 세그먼트의 개수, 형상, 세그먼트 간의 간격 등은 실시예에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 복수의 세그먼트는 각각 독립적으로 제어될 수도 있을 것이다. 또는, 몇몇 개의 세그먼트가 하나의 군을 이루어 제어될 수도 있다.
전기 자극 장치(1000)의 동작시, 복수의 전극부(220) 중 제1 전극부(220a)는 애노드(anode)로 기능하고, 제2 전극부(220b)는 캐소드(cathode)로 기능할 수 있다. 그리고, 전극 레이어(222)로부터 패치 레이어(221)에 전류가 전달되는 때에 패치 레이어(221)와 전극 레이어(222) 사이의 계면 상에서 산화환원 반응(물 분해 반응)이 일어난다. 패치 레이어(221)는 전해질 외에 (용매로서 사용되는) 물을 더 포함할 수 있는데, 패치 레이어(221)의 물이 전극 레이어(222)로부터 제공되는 전자와 반응하여 수산화 이온(OH-)과 수소 분자로 분해될 수 있다(캐소드의 경우). 또는, 패치 레이어(131)의 물이 전자를 잃어 수소 이온(H+)과 산소 분자로 분해될 수 있다(애노드의 경우). 이에 따라, 캐소드 전극부(220b)의 경우, 수산화 이온에 의해서 패치 레이어(221)의 pH 지수가 점진적으로 높아질 수 있으며, 이와 유사하게, 애노드 전극부(220a)의 경우, 수소 이온에 의해서 패치 레이어(221)의 pH 지수가 점진적으로 낮아질 수 있다. 그리고, 전기 자극 장치(1000)의 반복 사용에 의해서 패치 레이어(221)의 pH 지수의 변화가 임계 범위를 벗어나게 되면, 사용자가 패치 레이어(221)와 접하는 머리의 피부에 화상 또는 손상을 입을 수 있다.
그러나, 본 발명의 실시예들에 따른 교체형 패치 유닛(200) 및 이를 포함하는 전기 자극 장치(1000)에 의하면, 사용자가 전기 자극 장치(1000, 특히 패치)를 반복 사용할 수 없기 때문에, 산화환원 반응에 의해서 전기 자극 장치(1000)의 전극이 산성화 또는 염기성화되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 교체형 패치 유닛(200) 및 이를 포함하는 전기 자극 장치(1000)에 의하면, 전기 자극 장치(1000)의 전극의 pH 지수를 안전 범위 내에서 유지시킬 수 있으므로, 결과적으로는 사용자가 패치 레이어(221)와 접하는 머리의 피부에 화상 또는 손상을 입는 것을 방지할 수 있다.
본 명세서에서는 사용자의 머리에 전기 자극을 가하는 전기 자극 장치를 실시예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 기술적 특징은 머리 이외에 사용자의 다른 신체 부위에 전기 자극을 가하기 위한 전기 자극 장치에도 실질적으로 동일하게 적용될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예와 관련하여 설명된 방법은 프로세서에 의해 수행되는 소프트웨어 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM(Random Access Memory), ROM, EPROM, EEPROM, 플래시 메모리, 메모리, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 상주할 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1000: 전기 자극 장치
100: 본체 유닛
120: 전류 제공 모듈
121: 전류 제공부
122: 제어부
130: 결합부
200: 교체형 패치 유닛
210: 기판
220: 전극부
230: 결합부
231: 패드
232: 퓨즈

Claims (10)

  1. 교체형 패치 유닛; 및
    상기 교체형 패치 유닛과 탈착가능하게 기계적 및 전기적으로 결합되는 본체 유닛을 포함하고,
    상기 교체형 패치 유닛은,
    사용자의 머리에 접하여 상기 사용자의 머리에 전류를 가하는 적어도 하나의 전극부를 포함하고,
    상기 본체 유닛은,
    상기 교체형 패치 유닛의 사용 상태를 검출하고, 상기 교체형 패치 유닛의 사용 상태가 비사용 상태이면 상기 교체형 패치 유닛의 상기 적어도 하나의 전극부에 상기 전류를 제공한 후 미리 정해진 기준 사용 시간이 경과하면 상기 교체형 패치 유닛의 사용 상태를 기사용 상태로 변경하도록 제어하는 제어부를 포함하는, 전기 자극 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 교체형 패치 유닛은 상기 사용 상태와 상응하는 퓨즈를 더 포함하고,
    상기 본체 유닛의 제어부는 상기 퓨즈의 연결 상태를 기초로 상기 사용 상태를 검출하고, 상기 교체형 패치 유닛의 상기 적어도 하나의 전극부에 상기 전류를 제공한 후 상기 미리 정해진 기준 사용 시간이 경과하면 상기 교체형 패치 유닛의 퓨즈에 과전류를 제공하여 상기 교체형 패치 유닛의 퓨즈가 끊어지도록 제어하는, 전기 자극 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 교체형 패치 유닛은 복수의 도전성 패드를 더 포함하고,
    상기 교체형 패치 유닛의 상기 복수의 도전성 패드 중 제1 및 제2 패드는 상기 퓨즈와 연결되고, 제3 및 제4 패드는 상기 적어도 하나의 전극부와 연결되는, 전기 자극 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 교체형 패치 유닛은 상기 사용 상태를 저장하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 본체 유닛의 제어부는 상기 교체형 패치 유닛의 제어부로부터 상기 사용 상태를 리드하고, 상기 교체형 패치 유닛의 상기 적어도 하나의 전극부에 상기 전류를 제공한 후 상기 미리 정해진 기준 사용 시간이 경과하면 상기 교체형 패치 유닛의 제어부에 상기 사용 상태로서 기사용 상태를 라이트하도록 제어하는, 전기 자극 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 교체형 패치 유닛은 복수의 도전성 패드를 더 포함하고,
    상기 교체형 패치 유닛의 상기 복수의 도전성 패드 중 제1 및 제2 패드는 상기 제어부와 연결되고, 제3 및 제4 패드는 상기 적어도 하나의 전극부와 연결되는, 전기 자극 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 교체형 패치 유닛은 제1 형상의 복수의 도전성 패드를 더 포함하고,
    상기 본체 유닛은 상기 교체형 패치 유닛의 상기 복수의 도전성 패드와 각각 전기적으로 연결되고 상기 제1 형상을 수용 가능한 제2 형상의 복수의 도전성 패드를 더 포함하는, 전기 자극 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 교체형 패치 유닛 또는 상기 본체 유닛 중 적어도 하나는 자성 물질을 더 포함하는, 전기 자극 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 본체 유닛은 상기 교체형 패치 유닛의 상기 적어도 하나의 전극부에 미리 정해진 양의 상기 전류를 제공하는 전류 제공부를 더 포함하고,
    상기 본체 유닛의 제어부는 상기 교체형 패치 유닛의 상기 사용 상태에 따라 상기 전류 제공부를 인에이블(enable) 또는 디스에이블(disable)시키는, 전기 자극 장치.
  9. 전기 자극 장치의 본체 유닛과 탈착가능하게 기계적 및 전기적으로 결합되는 교체형 패치 유닛으로서,
    퓨즈;
    복수의 도전성 패드; 및
    사용자의 머리에 접하여 상기 사용자의 머리에 전류를 가하는 적어도 하나의 전극부를 포함하고,
    상기 복수의 도전성 패드 중 제1 및 제2 패드는 상기 퓨즈와 연결되고, 제3 및 제4 패드는 상기 적어도 하나의 전극부와 연결되고,
    상기 퓨즈의 연결 상태는 상기 교체형 패치 유닛의 사용 상태에 상응하고, 상기 퓨즈가 끊어지지 않았으면 상기 본체 유닛으로부터 상기 적어도 하나의 전극부에 상기 전류가 제공되고, 상기 퓨즈가 끊어졌으면 상기 본체 유닛으로부터 상기 적어도 하나의 전극부에 상기 전류가 제공되지 않는, 교체형 패치 유닛.
  10. 전기 자극 장치의 본체 유닛과 탈착가능하게 기계적 및 전기적으로 결합되는 교체형 패치 유닛으로서,
    사용 상태를 저장하는 제어부; 및
    사용자의 머리에 접하여 상기 사용자의 머리에 전류를 가하는 적어도 하나의 전극부를 포함하고,
    상기 사용 상태가 비사용 상태이면 상기 본체 유닛으로부터 상기 적어도 하나의 전극부에 상기 전류가 제공되고, 상기 사용 상태가 기사용 상태이면 상기 본체 유닛으로부터 상기 적어도 하나의 전극부에 상기 전류가 제공되지 않는, 교체형 패치 유닛.
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