KR101625429B1 - 설하신경 임플란트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리(101), 내부기(200)로 전원 및 신호를 무선 공급하는 변환기(102)을 포함하는 외부기(100); 상기 외부기에 무선 공급된 전원 및 신호를 수용하는 수용기(201), 전원조절기(202), 설하 자극 신호를 생성하는 자극칩(203), 설하를 자극하는 전극(204)을 포함하는 내부기(200), 및 호흡감지센서(300)를 포함하는 설하신경 임플란트에 관한 것이다.
본 발명은 체내 삽입되는 내부기에 배터리를 포함하는 대신 외부로부터 전원을 공급받는 무선전원시스템을 도입하여 배터리 교체를 위한 수술이 필요없고, 내부기의 배터리 공간을 감소시켜 전체 제품의 크기를 최소화하여 반도체 미세공정을 통해 제품을 소형화 및 경량화할 수 있다.

Description

설하신경 임플란트{Hypoglossal implant}

본 발명은 설하이식 임플란트에 관한 것으로, 상기 장치를 설하근육에 삽입하여 코골이 및 수면무호흡증 치료에 사용할 수 있다.

코골이란 수면 중 숨구멍을 이루는 공기통로의 일부가 좁아져 공기 흐름이 빨라지고, 숨구멍의 주위조직이 떨림으로써 발생되는 소리로, 수면 무호흡이란 수면 중 숨구멍이 막혀 숨이 10초 이상 끊어지는 현상을 말한다.

수면 중 코골이 및 무호흡은 주로 목젖 또는 혀와 연결된 근육이 이완되고, 목젖이나 혀가 중력으로 인해 처져 숨구멍을 차단함으로써 발생된다. 코골이 및 수면 무호흡의 원인은 신경학적 이상과 해부학적 이상이 있는데, 신경학적인 이상이 다수인 것으로 알려져 있다. 신경학적 원인은 턱으로부터 혀까지 운영되는 근육(Genioglossus)의 음압 반사 이상과 관련된다.

코골이 및 수면 무호흡 인한 증상은 주간에 심한 졸음, 만성피곤, 기억력 및 인지능력 감퇴, 우울증 성격변화, 성욕감퇴 및 발기불능, 두통, 입마름 등을 일으킨다. 코골이 및 수면 무호흡을 치료할 수 있는 방법에는 다이어트, 구강장치, 상기도 양압기, 수술적 치료 등이 있다.

다이어트는 적정체중으로 감량해서 상기도를 넓혀주는 방식이다. 다이어트 약을 처방하여 실시하기도 하나, 성공하기 어렵고 한계가 있다. 구강장치는 혀에 의해 숨구멍이 막히는 경우에 유용하나, 턱관절에 통증유발 가능성이 있고, 평생 착용해야 하며, 불완전하게 치료되고, 비교적 고비용이 소요된다.

상기도 양압기는 기계가 강제적으로 공기를 불어넣어 숨구멍을 열어주는 방식으로서, 제대로 착용만 한다면 가장 효과적인 치료법으로 100% 완치가 가능하다. 단점으로, 코마름, 코막힘, 코점막 자극이 있고, 착용 시 불편하고, 평생 착용해야 하며, 가격이 비싸다.

수술적 치료는 한 번의 시술로 치료가 가능하나, 성공률이 약 40%정도로 낮고, 자주 재발되며, 혀가 막히는 경우 한계가 있고, 심한 통증을 유발할 수 있다.

한편, 설하신경 임플란트는 인체에 삽입되어 설하신경을 전기적으로 자극하는 장치로, 코골이 및 수면무호흡을 유발시키는 혀를 수축시켜 혀에 의한 상기도폐쇄를 치료하는 장치이다(도 1 참조).

이와 관련하여, 미국특허 제6636767호에는 "코골이 환자용 삽입장치"가 개시되어 있다. 숨구멍을 조절하는 근육이 있는 자극 접촉부위에 전극을 이식하고, 이를 조절하는 컨트롤 장치를 입 천정에 설치하여, 컨트롤 장치에서 발생되는 자기장에 의하여 전극이 에너지를 받아 근육을 수축시켜 숨구멍을 변경시켜서 작동하는 기술이다. 다만, 이는 컨트롤 장치를 입천정에 설치해햐 하는 불편함이 있다.

또한, 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 한국공개특허 20-2011-0038314는 혀밑 하악에 삽입되는 삽입체, 상기 삽입체에 내장된 감지부, 삽입체의 측면에 설치된 자극부, 삽입체에 내장된 배터리 및 컨트롤러를 포함하고 있는 코골이 및 수면 무호흡 환자용 전기자극 삽입장치를 개시하고 있다. 그러나 상기 삽입체에는 배터리 등이 포함되어 비교적 제품의 크기가 커지고, 배터리를 교체하기 위한 수술이 요구되는 제한점이 있다.

1. 한국공개특허 20-2011-0038314 2. 미국특허 6636767

본 발명은 코골이 및 무호흡증을 개선하기 위한 설하이식 임플란트에 있어서, 체내 삽입되는 장치가 배터리에 의하여 전원을 공급받기 때문에 발생하는 신체 삽입 장치의 크기 증가 및 교체 수술의 번거로움을 감소시키고, 제품의 생산 효율도 증가시키고자 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 배터리(101), 내부기(200)로 전원 및 신호를 무선 공급하는 변환기(102)을 포함하는 외부기(100); 상기 외부기에 무선 공급된 전원 및 신호를 수용하는 수용기(201), 전원조절기(202), 설하 자극 신호를 생성하는 자극칩(203), 설하를 자극하는 전극(204)을 포함하는 내부기(200), 및 호흡감지센서(300)를 포함하는 설하신경 임플란트를 제공한다.

본 발명에 따른 설하신경 임플란트의 상기 호흡감지센서(300)는 신체 외부에 위치하고, 상기 외부기(100)는 호흡감지센서에서 받은 신호를 처리하는 디지털신호처리부(103)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 설하신경 임플란트의 호흡감지센서(300)는 신체 내부에 위치하고, 상기 자극칩(203)은 상기 센서로부터 신호를 받아 자극신호를 발생시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 설하신경 임플란트의 내부기(200)는 생체 친화성 중합체로 포장된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 설하신경 임플란트의 내부기(200) 크기는 각 면의 길이가 1 내지 100mm 인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 설하신경 임플란트의 변환기(102) 및 수용기(201)는 인덕티브 코일 방식인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 설하신경 임플란트의 변환기(102)는 클래스 E 증폭기를 이용하여 진폭변조(Amplitude modulation) 방식으로 전원 및 신호를 공급하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 설하신경 임플란트의 수용기(201)는 공급받은 전원 및 신호를 수용 코일에서 받은 다음 전파정류기(full-wave rectifier)로 받는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 설하신경 임플란트는 체내 삽입되는 내부기에 배터리를 포함하는 대신 외부로부터 전원을 공급받는 무선전원시스템을 도입하여 배터리 교체를 위한 수술이 필요없고, 내부기의 배터리 공간을 감소시켜 전체 제품의 크기를 최소화하여 반도체 미세공정을 통해 제품을 소형화 및 경량화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 내부기를 기존의 금속 포장이 아닌 폴리머를 사용하여 무게를 경감시키고 인체 순응도를 높일 수 있으며, 호흡감지센서가 호흡측정 센서를 자극기와 가까운 곳이나 외부에 둠으로써 삽입수술이 더욱 용이하게 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 설하신경 임플란트의 내부기가 삽입될 위치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 설하신경 임플란트가 인덕티브 코일 방식을 사용하여 작동하는 모습을 대략적으로 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 설하신경 임플란트의 실시예 1(호흡감지센서가 외부에 존재하는 경우)에 대한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 설하신경 임플란트의 실시예 2(호흡감지센서가 내부에 존재하는 경우)에 대한 모식도이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 배터리(101), 내부기(200)로 전원 및 신호를 무선 공급하는 변환기(102)을 포함하는 외부기(100); 상기 외부기에 무선 공급된 전원 및 신호를 수용하는 수용기(201), 전원조절기(202), 설하 자극 신호를 생성하는 자극칩(203), 설하를 자극하는 전극(204)을 포함하는 내부기(200), 및 호흡감지센서(300)를 포함하는 설하신경 임플란트를 특징으로 한다. 이하 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 설하신경 임플란트는 배터리(101), 내부기(200)로 전원 및 신호를 무선 공급하는 변환기(102)을 포함하는 외부기(100); 상기 외부기에 무선 공급된 전원 및 신호를 수용하는 수용기(201), 전원조절기(202), 설하 자극 신호를 생성하는 자극칩(203), 설하를 자극하는 전극(204)을 포함하는 내부기(200), 및 호흡감지센서(300)를 포함한다.

상기 외부기(100)에는 배터리(101), 내부기(200)로 전원 및 신호를 무선 공급하는 변환기(102)가 포함된다. 상기 배터리(101)는 외부기에 전원을 공급하는 것으로서, 통상적으로 사용되는 배터리가 사용될 수 있으며, 보다 바람직하게는 자가 수면 중에 착용을 하고 수면을 취하는데 큰 불편이 없도록 적당한 크기의 배터리를 사용할 수 있다.

상기 내부기(200)는 설하신경에 삽입되는 것으로, 금속이나 플라스틱 재질로 구성될 중합체를 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 인체에 부작용이 적은 생체 친화성 중합체를 사용할 수 있다. 보다 구체적으로는 생체면역반응이 적고, 수분 침투성이 적은 폴리이미드나, 페릴렌 등이 있으며, 위 조건들을 모두 만족시키며 경량화된 패키징이 가능한 액정폴리머(liquid crystqal polymer)를 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

상기 내부기(200)에는 외부기에 무선 공급된 전원 및 신호를 수용하는 수용기(201), 전원조절기(202), 설하 자극 신호를 생성하는 자극칩(203), 설하를 자극하는 전극(204)이 포함된다.

상기 변환기(102) 및 수용기(201)는 통상의 기술자가 적용할 수 있는 무선 전원/신호 전송 및 수용장치로서 생체이식장치에 사용하기에 안전하고 적합한 전자파 세기를 갖는 장치라면 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들어 인덕티브 코일 방식을 사용하여, 외부 코일과 체내 코일을 근거리에 두고 전원 전달 효율을 높여 전자파인체흡수율(SAR)을 낮추어 사용할 수 있다.

상기 변환기(102)는 클래스 E 증폭기를 이용하여 진폭변조(Amplitude modulation) 방식으로 전원 및 신호를 공급할 수 있으며, 상기 수용기(201)는 공급받은 전원 및 신호를 수용 코일에서 받은 다음 전파정류기(full-wave rectifier)로 받을 수 있다(도 4 참조).

상기 전원조절기(202), 자극칩(203) 및 전극(204)은 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용될 수 있는 전원조절기, 자극칩, 전극이 사용될 수 있다. 전파정류기에서 정류된 신호의 교류전압은 코일간의 거리 변화, 사이 생체물질의 변화등에 의해 전압이 변하기 때문에 전원 조절기에 의해서 일정 크긱의 직류전압으로 변환하여 전원을 사용하게 된다.

자극칩(203)에서는 정류된 신호원에 포함된 조절신호들을 이용하여, 이상성 전류(biphasic current pulse)를 생성하여 전극으로 전달하게 된다. 이 부분은 전력 효율 및 크기의 최소화를 위해 집적회로 형태로 제작하게 된다.

전극(204)은 중합체 기반 또는 금속 기반의 형태로 제작하게 되며, 일반적으로 많이 사용하게 되는 테프론 코딩 기반의 백금전극 또는 중합체를 기반으로한 커프전극을 사용하여 설하신경을 자극하게 된다.

상기 호흡감지센서는(300)는 수면 중 발생하는 무호흡 상태를 감지하는 것으로 무호흡 감지시 무호흡시 박동 개수, 기간, 자극 크기 등의 자극파형에 대한 정보가 포함하는 자극신호를 송신한다.

상기 호흡감지센서(300)는 신체 외 또는 신체 내에 위치할 수 있으며, 이 경우 외부기(100) 또는 내부기(200)와는 별도의 장치로 존재하여 신체 외부에 부착하거나 신체 내에 삽입할 수 있으며, 또는 바람직하게는 외부기(100) 또는 내부기(200)에 포함되도록 위치하여 간편성을 도모할 수 있다.

상기 호흡감지센서(300)가 신체 외부 또는 외부기(100)에 위치하는 경우, 상기 외부기(100)는 호흡감지센서(300)에서 받은 신호를 처리하는 디지털신호처리부(103)를 추가로 포함할 수 있다. 이 경우 상기 호흡감지센서(300)에서 무호흡을 감지하면 상기 디지털신호처리부(103)로 신호를 보내고 변환기(102)를 통해 내부기(200)로 전원 및 자극신호를 송신할 수 있다(도 3 참조).

상기 호흡감지센서(300)가 신체 내부 또는 내부기(200)에 위치하는 경우, 상기 호흡감지센서(300)에서 무호흡을 감지하면 자극신호를 내부기(200)의 자극칩(203)으로 송신할 수 있다(도 4 참조). 이 경우 센서에서 전달된 자극신호를 변화하기 위하여 디지털신호처리 기능이 집적된 형태의 집적 회로를 채택하는 자극칩(203)을 사용하는 것이 내부기 자체 크기를 감소시켜 인체 삽입의 부담을 줄이므로 바람직하다.

상기 내부기(200) 크기는 체내 삽입하기 편하도록 적당한 크기인 것이 바람직하며, 각 면의 길이가 1 내지 100mm 이내일 수 있다. 보다 구체적으로는 너비×높이×두께가 10~50×10~50×5~20 mm 정도일 수 있다.

본 발명에 따른 설하신경 임플란트는 수면 중 무호흡이 발생하면 설하신경을 자극하여 설근육을 수축시켜서 혀의 부피가 감소함과 동시에 전방으로 이동시킨다. 이를 통해 혀의 후방에 위치한 상기도가 확장되면서 코골이 및 무호흡이 치료된다.

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 다만, 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다 할 것이다.

[실시예 1]

호흡감지센서가 외부기에 존재하는 설하이식 임플란트의 모식도를 도 3에 도시하였다. 무호흡을 측정하는 센서가 체외에 존재하기 때문에 무호흡 시 외부 센서에서 측정하게 되고, 디지털신호처리기(103)에서 신호를 처리하여 변환기(102)로 체내에 있는 내부기(200)에 자극전류 신호원과 전원을 무선으로 송신하게 된다.

상기 전송된 전원은 전원조절기(202)를 통해 자극칩 (203)에 공급되고, 이에 신호를 받은 자극칩(203)은 전원과 신호를 해석하여 설하신경을 자극하는 전류신호를 만들어 전극(204)에 전달하게 되고, 전극에서는 설하신경을 자극하게 된다.

이 경우 외부기(200)는 모호흡이 발생할 시에만 전원과 미리 설정된 자극신호를 내부기(200)로 전달하게 된다.

[실시예 2]

호흡감지센서가 내부기에 존재하는 설하이식 임플란트의 모식도를 도 4에 도시하였다. 외부기에서는 전원과 전류 파라미터를 변환기(102)를 통해 내부기에 전달해주는 역할을 한다.

상기 전송된 전원은 regulator를 통해 자극칩(203)에 공급된다. 내부기에 위치한 호흠갑지센서(300)에서 무호흡을 감지하게 되면, 자극칩(203)에 신호를 주고, 신호를 받은 자극칩(203)은 전원과 세팅 파라미터를 이용하여 설하신경을 자극하는 전류신호를 만들어 전극(204)에 전달하게 되고, 전극에서는 설하신경을 자극하게 된다.

이 경우 외부기(100)는 전원은 지속적으로 공급하되, 필요시 내부기(200)에서 자극신호 정보 변경이 있는 경우 자극신호를 전송할 수 있다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항 들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (8)

1. 배터리(101), 내부기(200)로 전원 및 신호를 무선 공급하는 변환기(102)을 포함하는 외부기(100);
   상기 외부기에 무선 공급된 전원 및 신호를 수용하는 수용기(201), 전원조절기(202), 설하 자극 신호를 생성하는 자극칩(203), 설하를 자극하는 전극(204)을 포함하는 내부기(200), 및
   호흡감지센서(300)를 포함하며,
   상기 자극칩(203)은 이상성(biphasic) 자극신호를 생성하여 상기 전극(204)으로 전달하는 것을 특징으로 하는 설하신경 임플란트.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 호흡감지센서(300)는 신체 외부에 위치하고, 상기 외부기(100)는 호흡감지센서에서 받은 신호를 처리하는 디지털신호처리부(103)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 설하신경 임플란트.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 호흡감지센서(300)는 신체 내부에 위치하고, 상기 자극칩(203)은 상기 센서로부터 신호를 받아 자극신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 설하신경 임플란트.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 내부기(200)는 생체 친화성 중합체로 포장된 것을 특징으로 하는 설하신경 임플란트.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 내부기(200)의 크기는 각 면의 길이가 1 내지 100mm 인 것을 특징으로 하는 설하신경 임플란트.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 변환기(102) 및 수용기(201)는 인덕티브 코일 방식인 것을 특징으로 하는 설하신경 임플란트.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 변환기(102)는 클래스 E 증폭기를 이용하여 진폭변조(Amplitude modulation) 방식으로 전원 및 신호를 공급하는 것을 특징으로 하는 설하신경 임플란트.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 수용기(201)는 공급받은 전원 및 신호를 수용 코일에서 받은 다음 전파정류기(full-wave rectifier)로 받는 것을 특징으로 하는 설하신경 임플란트.
   

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