KR101658222B1 - 신경 자극을 위한 전극 어레이 - Google Patents

신경 자극을 위한 전극 어레이 Download PDF

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Abstract

복수의 삽입형 전극을 지지하고, 신경 다발을 감쌀 수 있는 한 쌍의 지지대, 한 쌍의 지지대의 한 쪽 끝에 연결되어 한 쌍의 지지대에 포함된 하나의 지지대 및 다른 하나의 지지대를 연결하고, 한 쌍의 지지대로 회전 동작을 제공하는 힌지부, 그리고 한 쌍의 지지대의 다른 쪽 끝에 연결되어 한 쌍의 지지대를 고정시키고, 한 쌍의 지지대의 형상을 유지시키는 잠금 부재를 포함하는 전극 어레이가 제공된다.

Description

신경 자극을 위한 전극 어레이 {Electrode array for nerve stimulation}
본 발명은 신경 다발에 자극을 인가하고, 신경 신호를 측정할 수 있는 전극 어레이에 관한 것이다.
종래, 신경 신호를 측정하거나 신경에 자극을 주기 위한 전극으로 평판형 어레이 전극 또는 막대형 어레이 전극이 사용되었다. 하지만, 종래의 평판형 어레이 전극 또는 막대형 어레이 전극이 사용되는 경우, 압박 등에 의해 신경 손상이 발생할 수 있고 신경 다발에 전극 어레이를 고정시키기가 어렵다.
본 발명이 이루고자 하는 과제는, 신경 손상을 최소화하면서 신경에 전기 자극을 인가하고 신경 신호를 측정할 수 있는 전극 어레이를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 특징에 따르면, 전극 어레이가 제공된다. 상기 전극 어레이는, 복수의 삽입형 전극을 지지하고, 신경 다발을 감쌀 수 있는 한 쌍의 지지대, 한 쌍의 지지대의 한 쪽 끝에 연결되어 한 쌍의 지지대에 포함된 하나의 지지대 및 다른 하나의 지지대를 연결하고, 한 쌍의 지지대로 회전 동작을 제공하는 힌지부, 그리고 한 쌍의 지지대의 다른 쪽 끝에 연결되어 한 쌍의 지지대를 고정시키고, 한 쌍의 지지대의 형상을 유지시키는 잠금 부재를 포함한다.
상기 전극 어레이는, 복수의 삽입형 전극에 각각 전류를 전달하고, 삽입형 전극에서 측정된 신경 신호를 전극 어레이의 제어부로 전달하는 복수의 도선를 더 포함할 수 있다.
상기 전극 어레이에서 복수의 삽입형 전극은 도체이고, 한 쌍의 지지대는 부도체일 수 있다.
상기 전극 어레이에서 지지대는, 길이가 모두 다른 복수의 삽입형 전극을 지지할 수 있다.
상기 전극 어레이에서 복수의 삽입형 전극의 길이는, 힌지부 부근의 삽입형 전극의 길이와 잠금 부재 부근의 삽입형 전극의 길이가 서로 다를 수 있다.
상기 전극 어레이에서 복수의 삽입형 전극의 길이는, 힌지부 부근의 삽입형 전극의 길이가 가장 길고, 잠금 부재 부근의 삽입형 전극의 길이가 가장 짧을 수 있다.
상기 전극 어레이에서 복수의 삽입형 전극은, 탄성을 갖는 소재로 제작될 수 있다.
상기 전극 어레이에서 복수의 삽입형 전극은, 길이 방향으로 굽은 형상으로 제작될 수 있다.
상기 전극 어레이에서 복수의 삽입형 전극의 경도(hardness)는, 신경 다발의 경도보다 굳고, 신경 섬유의 경도보다 무를 수 있다.
상기 전극 어레이에서 잠금 부재가 한 쌍의 지지대를 고정하는 경우, 한 쌍의 지지대가 원형 또는 타원형 형상을 형성할 수 있다.
상기 전극 어레이에서 잠금 부재가 한 쌍의 지지대를 고정하는 경우, 한 쌍의 지지대 및 잠금 부재가 다각형 형상을 형성할 수 있다.
상기 전극 어레이는, 복수의 도선을 고정시키는 고정 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 전극 어레이에서 잠금 부재는, 미세전자기계시스템 기술에 기반한 버튼(button), 고리, 타이(tie), 잠금쇠, 자석 중 적어도 하나로 제작될 수 있다.
상기 전극 어레이에서 잠금 부재는, 전자석으로 제작될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전극 어레이는, 신경 손상을 최소화하며 신경 다발에 전기 자극을 인가할 수 있고, 신경에서 발생하는 신경 신호를 측정할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 전극 어레이의 전극이 신경 다발에 삽입된 후, 전극 어레이의 신경 다발에 대한 상대적 움직임을 최소화할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 전극 어레이는 이식형 의료기기에 적용될 수 있고, 신경 과학 분야의 실험에 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시 예에 따른 전극 어레이를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전극 어레이를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 한 실시 예에 따른 전극 어레이를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 한 실시 예에 따른 전극 어레이는, 복수의 전극(110), 한 쌍의 지지대(121 및 122), 힌지부(130), 그리고 잠금 부재(140)를 포함한다. 도 1의 (a)는 한 쌍의 원형 지지대(121, 122)가 열린 상태를 도시하고 있고, 도 1의 (b)는 한 쌍의 원형 지지대(121, 122)가 닫힌 상태를 도시하고 있다.
복수의 전극(110)은, 생체 적합성을 띈 도체로 제작될 수 있고, 한 쌍의 지지대(121, 122)에 의해 지지될 수 있다. 한 쌍의 지지대(121, 122)가 닫히면, 지지대에 의해 지지되는 복수의 전극(110)은 신경 다발로 삽입될 수 있다. 복수의 전극(110)은 길이가 모두 다를 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 전극 어레이의 사용 목적 또는 신경 다발의 부위에 따라서 각 전극의 길이는 다양할 수 있다. 도 1에서는 힌지부(130)에서 잠금 부재(140) 방향으로 전극의 길이가 점점 짧아지는 하나의 실시 예를 도시하고 있다. 복수의 전극(110)은 끝이 가늘어지는 바늘형(needle type), 미리 정해진 크기의 폭을 갖는 판형(plate type) 또는, 바늘형과 판형이 혼합된 형태가 될 수 있다. 복수의 전극(110)이 신경 다발에 삽입되는 경우, 복수의 전극(110)은 신경 섬유의 손상을 최소화하며 신경 다발에 포함된 신경 섬유 사이의 공간으로 침투될 수 있도록 탄성을 가질 수 있다. 또한, 복수의 전극(110)의 경도(hardness)는 신경 다발보다는 단단하고(경도전극 > 경도신경다발), 신경 섬유보다는 무를 수(경도전극 < 경도신경섬유) 있다. 복수의 전극(110)은 신경 다발로 잘 삽입될 수 있도록 지지대의 회전 방향에 맞추어 길이 방향으로 굽은 형상으로 제작될 수 있다.
한편, 복수의 전극(110)은 전극 어레이를 제어하는 제어부(미도시)와 복수의 도선(150)을 통해 연결될 수 있다. 제어부는 복수의 도선(150)을 통해 각 전극에 전류를 전달할 수 있고, 각 전극에서 측정된 신경 신호가 복수의 도선(150)을 통해 제어부로 전달될 수 있다.
한 쌍의 지지대(121, 122)는 복수의 전극(110)을 지지할 수 있다. 도 1에 도시된 지지대는 본 발명의 한 실시 예에 따른 원형 지지대이고, 지지대의 형상은 타원형도 가능하다. 한 쌍의 지지대(121, 122)의 한 쪽 끝은 힌지부(130)가 연결되어 있고, 다른 쪽 끝은 잠금 부재(140)가 연결되어 있다. 한 쌍의 지지대(121, 122)는 각 지지대의 한 쪽 끝에 연결된 힌지부(130)를 이용하여 상대방 지지대에 대하여 서로 회전할 수 있다. 한 쌍의 지지대(121, 122)가 서로에 대하여 멀어지는 방향으로 회전(지지대 열림)하면, 본 발명의 실시 예에 따른 사용자는 신경 다발의 둘레에 전극 어레이를 위치시킬 수 있다. 이후, 사용자는 한 쌍의 지지대(121, 122)를 오므려서 닫음으로써, 신경 다발을 한 쌍의 지지대(121, 122)로 둘러쌀 수 있다. 이때, 한 쌍의 지지대(121, 122)에 의해 지지되는 복수의 전극(110)이 신경 다발로 용이하게 삽입될 수 있다. 복수의 전극(110)이 신경 다발로 용이하게 삽입된 후, 한 쌍의 지지대(121, 122)의 다른 쪽 끝에 연결된 잠금 부재(140)에 의해 한 쌍의 지지대(121, 122)는 원형(또는 타원형) 형상을 유지할 수 있다.
한편, 한 쌍의 지지대(121, 122)에서 신경 다발과 직접적으로 접촉하는 내부에는 생체 적합성이 검증된 소재가 부착될 수 있다. 또는, 한 쌍의 지지대(121, 122)는 생체 적합성이 검증된 소재로 제작될 수 있으며, 한 쌍의 지지대(121, 122)는 부도체이다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 잠금 부재(140)에 의해 한 쌍의 지지대(121, 122)가 고정되는 경우에도, 각 지지대(121, 122)의 간격이 충분히 확보되고 지지대(121, 122)에 사용된 소재의 경도가 충분하여 지지대에 의해 신경이 압박되지 않는다.
힌지부(130)는, 각 지지대의 한 쪽 끝에 연결되어 각 지지대를 하나로 연결하고 각 지지대가 힌지를 축으로 하여 서로에 대해 회전할 수 있게 할 수 있다. 한편, 복수의 전극(110)과 각각 연결된 복수의 도선(150)은 힌지부(130)에 구비된 고정 부재(미도시)에 의해 고정될 수 있다. 또는 복수의 도선(150)은 한 쌍의 지지대(121, 122)에 구비된 고정 부재에 의해 위치가 고정될 수 있다.
잠금 부재(140)는, 복수의 전극(110)이 신경 다발로 용이하게 삽입된 후, 한 쌍의 지지대(121, 122)의 신경 다발에 대한 상대적인 움직임을 고정시켜서 한 쌍의 지지대(121, 122)의 형상을 원형(또는 타원형)으로 유지시킬 수 있다. 본 발명의 한 실시 예에 따른 전극 어레이에서, 잠금 부재(140)는, 버튼, 고리, 타이(tie), 잠금쇠, 자석 등으로 제작되어 한 쌍의 지지대의 양 쪽 끝을 고정할 수 있다. 또한 잠금 부재(140)는, 복수의 도선(150)과 연결되어 제어부의 제어에 따라 한 쌍의 지지대를 고정시킬 수 있도록 전자석으로 제작될 수 있다. 이때, 잠금 부재(140)는, 미세전자기계시스템(microelectromechanical system, MEMS) 기술 등의 미세기계 제작 기술에 기반하여 제작될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 잠금 부재(140)에 의해 한 쌍의 지지대가 고정됨으로써, 전기 자극을 인가하거나 신경 신호를 측정하는 도중 지지대가 신경 다발에서 분리되지 않는다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전극 어레이를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전극 어레이는, 복수의 전극(210), 한 쌍의 지지대(221 및 222), 힌지부(230), 그리고 잠금 부재(240)를 포함한다. 도 2의 (a)는 한 쌍의 다각형 지지대(221, 222)가 열린 상태를 도시하고 있고, 도 2의 (b)는 한 쌍의 다각형 지지대(221, 222)가 닫힌 상태를 도시하고 있다.
복수의 전극(210)은, 생체 적합성을 띈 도체로 제작될 수 있고, 한 쌍의 지지대(221, 222)에 의해 지지될 수 있다. 도 2에 도시된 복수의 전극(210)도 길이, 소재 등의 특징은 도 1에 도시된 복수의 전극(210)과 동일하다. 복수의 전극(210)은 전극 어레이를 제어하는 제어부(미도시)와 복수의 도선(250)을 통해 연결될 수 있다. 제어부는 복수의 도선(250)을 통해 각 전극에 전류를 전달할 수 있고, 각 전극에서 측정된 신경 신호가 복수의 도선(250)을 통해 제어부로 전달될 수 있다.
한 쌍의 지지대(221, 222)는 복수의 전극(210)을 지지할 수 있다. 도 2에 도시된 지지대는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다각형 지지대이고, 지지대의 형상은 삼각형, 사각형 등 다양한 다각형이 가능하다. 한 쪽 끝에 연결된 힌지부(230)에 의해 각 지지대가 연결될 수 있고, 한 쌍의 지지대(221, 222)가 닫히는 경우 다른 쪽 끝에 연결된 잠금 부재(240)에 의해 다각형 형상을 유지할 수 있다. 도 2에 도시된 한 쌍의 지지대(221, 222)의 다른 특징은 도 1에 도시된 한 쌍의 지지대(221, 222)와 동일하다.
힌지부(230)는, 각 지지대의 한 쪽 끝에 연결되어 각 지지대를 하나로 연결하고, 각 지지대가 힌지를 축으로 하여 서로에 대해 회전할 수 있게 할 수 있다. 도 2에 도시된 힌지부(230)의 다른 특징은 도 1에 도시된 힌지부(130)와 동일하다.
잠금 부재(240)는, 복수의 전극(210)이 신경 다발로 용이하게 삽입된 후, 한 쌍의 지지대(221, 222)가 신경 다발에 대해 상대적으로 움직이지 않도록 고정시킬 수 있다. 잠금 부재(240)가 한 쌍의 지지대(221, 222)를 고정하면, 한 쌍의 지지대(221, 222)의 형상이 다각형으로 유지될 수 있다. 도 2에 도시된 잠금 부재(240)의 다른 특징은 도 1에 도시된 잠금 부재(140)와 동일하다.
위와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 전극 어레이는 신경 손상을 최소화하며 신경 다발에 전기 자극을 인가할 수 있고, 신경에서 발생하는 신경 신호를 측정할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 전극 어레이의 전극이 신경 다발에 삽입된 후, 전극 어레이의 신경 다발에 대한 상대적 움직임을 최소화할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 전극 어레이는 이식형 의료기기에 적용될 수 있고, 신경 과학 분야의 실험에 활용될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (14)

  1. 복수의 삽입형 전극을 지지하고, 신경 다발을 감쌀 수 있는 한 쌍의 지지대,
    상기 한 쌍의 지지대의 한 쪽 끝에 연결되어 상기 한 쌍의 지지대에 포함된 하나의 지지대 및 다른 하나의 지지대를 연결하고, 상기 한 쌍의 지지대로 회전 동작을 제공하는 힌지부, 그리고
    상기 한 쌍의 지지대의 다른 쪽 끝에 연결되어 상기 한 쌍의 지지대를 고정시키고, 상기 한 쌍의 지지대의 형상을 유지시키는 잠금 부재
    를 포함하는 전극 어레이.
  2. 제1항에서,
    상기 복수의 삽입형 전극에 각각 전류를 전달하고, 상기 삽입형 전극에서 측정된 신경 신호를 상기 전극 어레이의 제어부로 전달하는 복수의 도선
    을 더 포함하는 전극 어레이.
  3. 제2항에서,
    상기 복수의 삽입형 전극은 도체이고, 상기 한 쌍의 지지대는 부도체인 전극 어레이.
  4. 제1항에서,
    상기 지지대는,
    길이가 모두 다른 상기 복수의 삽입형 전극을 지지하는 전극 어레이.
  5. 제1항에서,
    상기 복수의 삽입형 전극의 길이는, 상기 힌지부 부근의 삽입형 전극의 길이와 상기 잠금 부재 부근의 삽입형 전극의 길이가 서로 다른 전극 어레이.
  6. 제1항에서,
    상기 복수의 삽입형 전극의 길이는, 상기 힌지부 부근의 삽입형 전극의 길이가 가장 길고, 상기 잠금 부재 부근의 삽입형 전극의 길이가 가장 짧은 전극 어레이.
  7. 제1항에서,
    상기 복수의 삽입형 전극은, 탄성을 갖는 소재로 제작된 전극 어레이.
  8. 제1항에서,
    상기 복수의 삽입형 전극은, 길이 방향으로 굽은 형상으로 제작된 전극 어레이.
  9. 제1항에서,
    상기 복수의 삽입형 전극의 경도(hardness)는, 신경 다발의 경도보다 굳고, 신경 섬유의 경도보다 무른 전극 어레이.
  10. 제1항에서,
    상기 잠금 부재가 상기 한 쌍의 지지대를 고정하는 경우, 상기 한 쌍의 지지대가 원형 또는 타원형 형상을 형성하는 전극 어레이.
  11. 제1항에서,
    상기 잠금 부재가 상기 한 쌍의 지지대를 고정하는 경우, 상기 한 쌍의 지지대 및 상기 잠금 부재가 다각형 형상을 형성하는 전극 어레이.
  12. 제2항에서,
    상기 복수의 도선을 고정시키는 고정 부재
    를 더 포함하는 전극 어레이.
  13. 제1항에서,
    상기 잠금 부재는, 미세전자기계시스템(microelectromechanical system, MEMS) 기술에 기반한 버튼(button), 고리, 타이(tie), 잠금쇠, 자석 중 적어도 하나로 제작된 전극 어레이.
  14. 제1항에서,
    상기 잠금 부재는, 전자석으로 제작된 전극 어레이.
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