KR101698222B1 - 부비동 내의 산화질소를 환기시키고 상기도의 질병을 억제하기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부비동 내의 산화질소를 환기시키고 상기도의 장애를 억제하기 위한 장치에 관한 것으로서, 하우징(16); 상기 하우징 내에 구성되는 진동 생성기; 진동 생성기와 통신하는 에너지 공급부(17); 및 하우징(16)에 부분적으로 구성되며 진동 생성기와 기계적/물리적으로 접촉하는 진동 전송기(16)를 포함한다. 상기 진동 전송기는 소정의 최저치 이하로 진동을 인체로 전송하는 것을 방지하고; 인체와 관련된 진동 전송기의 치료부는 소정의 최고 임계 제한을 갖는 주파수로 진동하는 치료부, 및 진동 생성기는 30초 내에 최저치로부터 최고치로 증가하거나 상기 최고치로부터 상기 최저치로 감소하는 적어도 10회의 진동을 생성한다. 상기 제안된 장치는, 예를 들어, 비염, 비부비동염, 비울혈, 일반 감기, 독감, 기관지염, 기관지 수축, 천식, 및 만성 폐쇄성 폐질환(COPD)과 같은 폐순환 질병과 하기도 및 상기도의 질병을 치료하고 진찰하는데 적합하다.

Description

부비동 내의 산화질소를 환기시키고 상기도의 질병을 억제하기 위한 장치{DEVICE ESPECIALLY FOR VENTILATION OF NITRIC OXIDE IN THE PARANASAL SINUSES AND THE SUPPRESSION OF DISEASES OF THE UPPER RESPIRATORY TRACT}

본 발명은 부비동(paranasal sinuses) 내의 산화질소를 환기시키고 상기도(upper respiratory)의 질병을 억제하기 위한 장치에 관한 것으로서, 특히, 부비동을 세척하여 호흡 장애를 억제하는 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 장치는 하우징; 하우징에 배열되는 진동 생성기; 진동 생성기에 연결된 에너지 공급부; 및 하우징에 부분적으로 구성되며, 진동 생성기와 기계적/물리적으로 접촉하는 진동 이송부를 포함한다. 상기 장치는, 예를 들어, 비염, 다양한 원인의 비부비동염, 비울혈, 일반 감기, 독감, 기관지염, 기관지 수축, 및 만성 폐쇄성 폐질환(chronic obstructive pulmonary disease; COPD)과 같은 폐순환 질병 및 하기도 및 상기도의 질병을 치료하고 진찰하는데 적합하다.

생명체, 예를 들어, 인간의 두개골은 몇몇 공기로 가득한 공간들을 포함하는데, 이들은 소위 부비동(paranasal sinuses)이라고 지칭되며, 비강에 연결되어 있다. 부비동들 중에 가장 큰 것은 소위 상악동(maxillary sinus) 또는 얼굴 구멍(facial cavity)이라고 지칭되며, 어른의 경우 그 부피가 4 cm³ 내지 35 cm³이고, 평균 12 cm³이다. 부비동들은 1 mm 내지 3 mm 직경의 작은 구멍들을 통해 비강과 연결된다. 부비동들을 따라 존재하는 점막은 비강의 점막과 연결되기 때문에, 비강 및 부비동의 질병은 비부비동염과 같이 대개 상관성을 가지고 발생한다.

비부비동염에는 여러 형태가 있다. 가장 흔한 질병은 일반 감기이며, 이는 상기도의 약한 감염으로 인한 염증을 의미한다. 알레르기성 비부비동염은 염증을 일으키는 외부 물질들 주로 꽃가루에 의한 것으로서 이 또한 흔하다.

소위 약물성 비염은 국소적으로 이용가능한 비정맥-축소 조제용 물질을 7 내지 10일 이상 계속 사용함으로써 일어난다.

기도의 위생 상태(점액섬모 이송의 주요 기능)는 호흡기 질환 발생에 결정적인 중요성을 갖는다. 점액섬모 이송은 점막의 섬모의 일 방향 채찍질 형태의 모션에 의해 이루어진다. 이동은 점액 물질의 점탄성 및 섬모의 운동에 영향을 받는다.

부비동들의 환기는 호흡기 질병 발생의 관점에서 상당히 중요하다. 즉, 차단되거나 환기가 잘 안된 부비동들은 염증을 일으키기 쉬울 것이다.

부비동의 환기의 진찰을 위한 공지의 방법은 코로부터 배출되는 산화질소 가스(NO)의 양의 관찰에 관한 것이다. NO는 인체에서 생성되는 물질로서, 보호 효과를 갖는다.

상기도의 질병 및 비염의 치료는 대개 상당히 간단하다. 환자는 휴식 및 액상 대체물, 예를 들어, 진통제 및 해열제와 같은 약을 필요로 하며, 나아가, 항히스타민제, 비타민제, 점액 용해제, 및 거담제가 증상을 완화하기 위해 제공될 수도 있다. 병원균에 의해 유발된 비염의 치료의 경우, 효과적인 바이러스용 적당한 약품이 없다. 항생제가 박테리아 감염을 방비하고 치료하는데 이용된다. 비염이 약의 효능 아래로 호전되지 않는 경우, 부비동까지 확산될 수 있다.

하기도의 질병들 중에, 천식 및 COPD 치료는 약물을 이용하지만, 천식 및 COPD의 순간적이고 일시적인 악화는 효과적으로 방지할 수 없으며, 이는 이러한 사건들이 대개 공기를 통해 인체로 갑자기 들어온 물질로 인한 것이기 때문이다. 따라서, 필요하다면, 하부 호흡기 시스템의 자기-정화 메커니즘을 신속하게 향상시킬 수 있는 치료법을 이용하는 것 또한 정당화된다.

US2004/0172939에는 진동을 이용하여 내부 얼굴 구멍들에서 울혈을 제거하도록 구현될 수 있는 방법 및 장치가 개시되어 있다. 이러한 효과가 있는 장치는 외부 진동 전송기에 연결되고, 전원 공급기 및 진동 생성기를 포함하는 손잡이부를 포함하며, 상기 외부 진동 전송기는 선택적인 인체 표면에 대해 압력이 가해져야 하며, 이는 진동을 인체 표면을 통해 경조직들로 전송하기 위한 것이다. 전송된 기계적 진동들을 통해 기계적으로 울혈들을 제거하여, 주로 귀의 통증을 감소시키거나 제거하는 것은 이 방법의 특별한 기술적 특징이며, 장치는 이에 따라 설계되는데, 진동 전송기는 마주보는 한 쌍의 치아 사이에 이용자가 물 수 있도록 설계되며, 이 경우, 이 장치는 인용문헌에 따라 치통을 제거할 수 있다. 장치는 가청 주파수 이하의 주파수, 즉, 인간의 귀의 청취 가능 범위 이하의 주파수를 인가함으로써 그 목적들을 달성한다. 상기 인용문헌은 진동을 통해 NO를 유리시키는 가능성에 대한 언급이 전혀 없으며, 이 효능에 대한 임의의 특정 대안 또는 해결책을 포함하고 있지 않다.

US2008/0195001에는 부비동 내의 통증을 완화시키는 방법 및 장치가 개시되어 있으며, 이 장치는 다시 인체로 진동을 전송하는 장치로 구현된다. 또한, 이 장치는 누워있는 경우에도 이용할 수 있도록, 특별히 굽은 형상을 가지며, 인체 표면으로 진동을 전송하는 진동 전송기는 장치의 세로축에 대해 일정 각도로 기울어져 있다. 이러한 구성은 또한 조직파편 및 울혈을 기계적으로 완화하고 제거하기 위한 것이지만, 인용문헌에는 이용되는 진동 주파수에 대한 언급이 전혀 없다. 이 구성의 주요 단점은, 이전에 설명한 장치와 동일하게, 기계적인 효과를 생성함으로써 일반적인 불편한 느낌 및 침착물을 제거하거나 완전히 소멸시키려고 노력한다는 것이다.

부비동 내의 NO 농도가 건강한 인체 내에서 예외적으로 높다는 것은 공지된 사실이다. 즉, 20 내지 30 ppm(백만 개의 분자당 부분들)이 측정된다. 따라서, 부비동 내의 높은 NO 농도는 일부 보호 기능을 가질 가능성이 있다. 코 속의 NO 농도를 높이려는 노력은 이러한 가능성을 이용한 것이다. 부비동으로부터 코 방향으로의 NO 유출이 방해되기 때문에, 다양한 기술적 해결책들이 코의 NO 농도를 높이기 위해 고안되고 있다.

Lundberg J. 및 Weitzberg E.(특허출원 WO03/03703 참조)는 발진 기류가 코 속의 NO 양을 증가시킨다는 것을 알아냈는데, 그 이유는 부비동의 공명 주파수에서 부비동과 비강 사이의 기체 교환을 강화되기 때문이다. WO03/03703 에 따르면, 발진 기류의 도움 또는 이러한 기류를 생성하는 장치에 의해 주요 비강 내의 NO 양을 증가시킬 수 있다. 발진 기류는 입을 닫고 콧소리를 내거나(즉, 코로 ‘m’과 ‘n’ 소리를 내는 것), 외부 음원에 의해 생성될 수 있다. 이러한 장치들은 진단 목적으로 인간에게 이용될 수 있다.

그러나, 강력하게 콧소리를 내는 것은 상당히 피곤한 일이며, 외부 장치의 도움으로 코를 통해 진동 공기를 흡입하거나 코를 통해 배출하여 콧소리를 내는 것은 코 점막이 부어서 코를 통한 공기의 흐름을 방해하는 경우에는 구현될 수 없다. 따라서, 발진 기류의 공급에 의한 부비동의 환기는 대부분의 환자에게 임상적으로 적용될 수 없다.

WO03/013653는 비염 치료를 위한 또 다른 방법을 개시하고 있다. 이는 코로 빛을 인가하는 것인데, 다시 말해, 코에 대한 광 치료(rhinophototherapy)이다. 유사한 해결책이 예를 들어, US2006/0271024에도 도시되어 있다. 코에 대한 광 치료 또한 꽉 막힌 코에는 이용될 수 없다는 단점이 있다.

비염 또는 부비동염의 치료에 관한 중요한 문제들 중의 하나는 질병을 불편하지만 위험하지 않은 것으로 생각하는 환자들의 낮은 협조 경향이다. 이들은 증상이 완화되면 치료를 중간하는데, 증상이 다시 시작되는 경우, 당연히 동일한 치료는 효능이 떨어지거나 전혀 효과가 없다. 따라서, 일상적인 활동들과 병행하며 환자에 의해 적용될 수 있는 이러한 단순하고 효율적인 치료법에 관한 상당한 필요성이 있다.

상악동 및 전두동의 진동 파라미터 각각은 공지된 수학 공식인 헬름홀쯔 방정식에 의해 설명될 수 있으며, 여기서 공명 주파수는 구멍(cavity)의 크기, 구멍의 목부에서 측정된 지름, 및 고정 진동 속도에서의 목부의 길이의 함수이다.

전술한 특허출원 WO03/063703에 설명된 방법들을 이용한 측정 동안에, 코 속의 높은 NO 레벨이 상기도 및 하기도의 질병들에 치료 효능을 갖는다는 것을 예상치 못하게 발견했다. 동시에, 발진 기류의 공급은 이러한 질병의 치료에 아무런 이점이 없는데, 그 이유는 상당하거나 완전한 비울혈이 있는 경우, 이러한 관련 방법은 적용될 수 없을 뿐 아니라, 개인에 따라 치료 반응의 차이가 상당하다. 따라서, 환자의 치료를 위해, 코 막힘이 있는 경우에도, NO 양을 증가시키고 상기도 및 하기도에 치료 효능을 일으키는데 적합한 방법 또는 장치를 필요로 한다.

US2008/0200848에 개시된 바와 같이, 부비동 근처의 얼굴에 진동을 인가하여 치료 효과를 얻는다. 그러나, US2008/0200848에 개시된 진동 생성기는 인체의 상당 부위에 치통을 일으키는데, 그 이유는 상악동 근처에서 발생한 진동이 상악 치아의 큰 어금니 뿌리까지 확산되기 때문이다. 상악동 근처에 인가되는 진동 생성기의 성능을 감소시킬 수 있음에도, 상악동으로부터 주요 비강으로 흘러내리는 NO의 양 및 그로 인한 비강에서의 치료 효과 또한 감소할 것이다. 따라서, 이러한 진동 생성기 장치는 상악동의 상부 끝으로만 진동 에너지를 독점적으로 전송할 것이며, 상기 진동은 상악동의 하부 벽으로 확산되지 않고/않거나 그 가까이에 위치하는 치아 뿌리도 확산되지 않는다. 인간 두개골의 복잡성을 고려해 볼 때, 이러한 타입의 진동 생성기 장치의 생성은 조심스러운 실험적 분석을 요구하는데, 그 이유는 봉합을 가진 복잡한 형상의 공간 표면들 상의 기계적 진동들의 실제 거동들이 미리 모델링될 수 없는 파라미터들을 갖기 때문이다.

놀랍게도, 실험들은 두개골 뼈들 사이로부터 관골 위로 코의 세로 단면에 수직하게 전송된 진동들이 치통을 일으키지 않고 코 내의 NO 양을 향상시킬 수 있다는 것을 보여준다. 관골에 부분적으로 발생된 진동은 부분적으로 관골의 3개의 신장부를 통해 상악골의 접합부에 부분적으로 반사되며, 이는 상악골 및 전두골 그리고 측두골의 유돌기부분으로 부분적으로 침투하지만, 이미 여러 방향으로 굴절되고, 분산되며, 그리고 상당히 약화된다. 3개의 방향으로 분할된 진동파들은 공통 비강의 측면 상에 소위 부비동개구 복합체 영역에서 다시 합쳐진다. 상악동의 상부 끝은 관골에 위치한다. 비록 상악동의 부피의 90% 이상이 상악골이지만, 상악동의 상부 끝에 붙어 있는 관골에서의 진동은 상악동 내에 저장된 NO의 전체 양을 비강으로 저절로 세척할 수 있다.

그러나, US2008/0200848에 설명되어 있는 인간 얼굴과 접촉되는 장치의 일부를 관골에 터치하는 경우 코 내의 NO는 증가하지 않는다. 추측하건대, 장치에 의해 생성되는 진동의 주파수는 상악동의 공명 주파수에 따르지 않으며, 이로 인해 상악동과 비강 사이에 기체 교환이 향상되지 않는다.

우선 상악동의 공명 주파수 및 부피가 개인에 따라 매우 상이하고, 각 개인 별로 시간에 따라 계속 변한다는 것은 공지된 사실이다. 소정의 개인 내의 시간에 따른 변화는 소위 비주기(nasal cycle)로 인한 것이다. 비주기 동안, 코의 내부 단면은 주로 점막 팽창도의 변화에 따라 주기적으로 변한다. 점막의 두께 변화는 부비동의 구멍의 단면적 및 길이 모두에 영향을 미친다. 공명 파라미터들은 점막 팽창으로 인한 구멍 길이의 증가 및 개구부 축소의 영향으로 계속 변하며, 이로 인해 이것들을 계산하는 것은 어렵다. 따라서, 진동이 부비동들의 실제 공명 주파수와 여러 번 일치하게 하기 위해, 단일 치료 주기 동안 수동 제어로서 소정의 범위 내에서 계속적으로 주파수를 변화시킬 수 있는 진동 생성기 장치를 필요로 하다. 그러나, 특허출원 US2008/0200848에 따른 기계적 구조는 빠른 주파수 변화의 경우 강한 노이즈를 발생시키는 기계적 궤도 상으로 가해지는 여러 불활성 집단을 포함하며, 전력 임펄스는 이동하는 집단의 정지 포인트들의 빠른 부식을 초래한다.

부비동들의 헬름홀츠 공명 주파수가 인간마다 다를 수도 있고, 소정의 개인의 부비동의 헬름홀츠 공명 주파수가 비주기에 따라 계속 변하기 때문에, 인체 내 부비동들의 통상적인 가능 공명 주파수들을 스캐닝하고, 비강 내의 NO 양을 증가시키고 인체 호흡기 질병을 치료하는데 적합한 치료용 진동 생성기 장치를 개발할 필요가 있으며, 이는 장치에 의해 생성된 진동들이 상악 치아로 확산되지 않아 치통을 유발하지 않기 위한 것이다.

원하는 주파수 범위의 빠른 회전 변화가 가능하고, 그 부품들이 상당한 소모에 노출되지 않는 기계적 진동 생성기가 요구된다.

공지된 진동 생성기 장치들은 전원, 스위치, 및 이들의 이용을 촉진하기 위한 다른 서브-유닛들을 포함하며, 여기에는 첨부 진동 컴포넌트들을 표현한다. 그러나, 다중-컴포넌트 시스템들의 진동은 노이즈를 생성한다. 고-주파 노이즈는 상악 치아의 뿌리에 도달할 수 있는 반면에, 저-주파 노이즈는 안구 장애를 일으킬 수 있다. 따라서, 이러한 장치는 인체에 잠재적으로 해로운 임의의 노이즈를 전달하지 않아야 할 것이다.

예를 들어, 내부 및 외부 진동 감쇠 구성을 이용할 수 있다. 내부 진동 감쇠는 진동 감쇠 물질들의 통합 또는 다양한 진동 부품들의 기계적인 단단한 맞춤을 통해 실현될 수 있다. 내부 진동 감쇠 물질들의 이용은 장치의 사이즈의 정도에 따라 제한된다. 한편, 장치의 내부 서브-유닛들의 단단한 통합은 전원들의 대체를 악화시킨다.

놀랍게도, 다양한 기술적 형상으로 생성된 이들 버전의 진동 생성기 장치들이 상기도 및 하기도의 질병 치료에 각각 적합하다는 것을 발견되었으며, 이 경우, 1500 Hz 이상 및 더욱이 동작의 간헐적 모드로 안면골에 진동을 전달하지 않는 것으로 인간 얼굴에 관해 정해지고, 진동 주파수는 30초 내에 적어도 10회 최저 한도 내지 최고 한도까지 변한다.

본 발명의 목적은 청구항 제1항에 따라 상기도 장애의 억제 및 부비동들 내부의 산화질소의 환기를 위한 장치로 구현된다.

본 발명의 추가적인 일부 유익한 실시형태들은 종속항에 리스트화되어 있다.

지금부터 본 발명의 예시적인 실시형태들에서 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명할 것이며, 이들 도면에는 제안된 장치의 예시적인 실시형태가 도시되어 있다.
도 1은 본 발명에 의해 영향을 받는 안면 부분들을 도시한 인간 안면의 상세도이다.
도 2a 및 도 2b는 제안된 장치가 그 효과를 가하는 상악동의 주변부에 중점을 둔 도면이다.
도 3은 진동 생성기의 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 일 실시형태의 장치의 도면이다.
도 5는 진동 생성기에 의해 생성되는 진동 주파수의 추이를 도시한 것이다.
도 6a 및 도 6b는 진동 생성기에 의해 생성되는 진동 주파수의 다른 추이를 도시한 것이다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 장치의 치료 효능을 상이한 진동에서 도시한 것이다.
도 9 및 도 10은 각각 성인 남성 및 여성에서의 대표적인 음향비계측(acoustic rhynometric) 연구 결과를 도시하고 있다.
도 11은 남성 및 여성의 비주기로 인한 상악동의 공명 주파수의 변화를 도시하고 있다.
도 12은 본 발명에 따른 장치의 실시예의 진동 주파수를 도시한 것이다.
도 13a 및 도 13b는 남성 및 여성에 대해 통상적인 최대 산화질소 신호를 각각 트리거한 경우, 본 발명에 따른 일 실시형태의 장치의 진동 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 14은 블록도 상에서 본 발명에 따른 장치의 동작 방법을 도시한 것이다.

도 1은 본 발명에 의해 영향을 받는 부분들이 표시되어 있는, 인간의 안면 부분들의 일반적인 모습을 도시한 것이다. 도 1에는 전두동(1), 상악동(2), 및 누관(3)이 도시되어 있다. 누관(3)에서, 상악동 아래로 확산되는 진동은 상악 치아에 도달하여 치통을 유발시킨다.

도 2a는 관골(4)의 측면도를 제공하며, 여기서 화살표(5)는 진동의 인가 방향을 표시한다. 도 2b는 상악동(2), 부비동개구 복합체(6)(비강의 구멍에 위치함), 상악 치아(7)의 위치를 도시한 것이다. 진동이 관골(4)로 전송되는 방향은 다시 화살표(5)로 마킹되어 있다.

도 3은 블록도 레벨에서 본 발명에 따른 장치의 실시형태를 도시한 것이다. 그 기능에 기초하여, 각각의 유닛의 구체적인 구조는 당업자에게 명백할 것이라는 점에 주의한다. 초기 해결책에 공지되어 있는 진동기는 신규한 제어부를 갖는 본 발명과 관련되어 있다. 여기에 도시된 예시에서, 인가된 파형을 생성하는 기능 생성기는 마이크로프로세서(8)로 구성되는(경우에 따라 다른 것일 수도 있음) 삼각파 생성기이며, 예를 들어, 통상적인 결합으로 동작하는 Atmel사의 AT tiny 261을 가질 수 있다. 삼각파 생성기는 스위치(9)에 의해 활성화되는데, 이는 소정의 경우에 본 발명에 따른 장치의 하우징 상에 구성되어 도면 상에 별도로 표시되지 않은 푸쉬-버튼으로 실현되며, 쉬운 수동 동작을 위해 제공되는 방식이다. 마이크로프로세서(8)는 주파수 값들을 통해 소정의 전압 값들을 생성하며, 이들은 진동 센서(10)를 통해 전기 모터(11)로 전도된다. 소정의 실시예에서, 진동 생성기의 주요 부품을 필수적으로 구성하는 전기 모터(11)는 페니(Penny) 모터 시리즈 1202 또는 폴하버(Faulhaber) 모터 시리즈 0206과 같은 고-회전 진동 모터이지만, 이러한 장치들에 통상적인 임의의 전기 모터(11)가 적절한 파라미터 설정으로 이용될 수 있다.

나아가, 마이크로프로세서(8)의 삼각파 생성기는 스위칭 및 타이밍 스테이지(12)에 연결되어, 장치의 전원(13)을 삼각파 생성기에 부분적으로 링크시키고, 선택적으로, 측정에 따라 필요하고 이상적인 30초의 치료 주기 동안 부분적으로 제공된다. 진동 센서(10)는 생성된 진동의 주파수와 크기를 하나 이상의 전기 변환기(transducer)들의 도움으로 모니터링하며, 삼각파 생성기를 이용하여, 정의된 공칭 주파수 및 크기로 명목 예상 진동의 생성에 영향을 미치는 피드백을 제공한다. 스테이지(12)는 공간 위치 스위치(20)에 연결되어 있으며, 그 역할은 후술할 것이다.

본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예는 여러 동작 모드에서 외부 컴퓨터로부터 재-프로그래밍될 수 있는 마이크로프로세서(8)를 포함하며, 동작 모드들을 스캐닝하는 최적의 주파수는 메모리로부터 활성화된다. 결과적으로, 장치는 여러 종류의 환자 그룹에게 효율적으로 이용될 수 있다. 최적의 효능을 보장하기 위해 본 발명에 따른 바람직한 실시형태는 인체와 접촉하는 장치의 부분으로 회전 또는 진동 센서를 내장하는 것을 허용하며, 공지된 방법으로 마이크로프로세서(8)로 피드백을 제공하고, 원하는 값들로 동작 파라미터들을 유지할 것이다.

도 4은 본 발명에 따른 물리적 실시예의 장치의 도면이나, 활용성, 필요성, 및 가능성 영역에 따라 변경될 수 있다. 손으로 잡을 수 있게 하기 위해, 설계된 덮개에 위치한 막대-모양의 하우징(16)은 전기 진동 생성기가 이용되는 경우 배터리, 축전기, 또는 다른 전류 회로일 수 있는 전원(17)을 번갈아 가면서 포함한다. 진동 제어기는 스위칭 및 타이머 스테이지(12), 삼각파 생성기를 갖는 마이크로프로세서(8), 및 진동 센서(10)를 포함한다. 진동 생성기도 이를 따르는데, 전기 모터(11), 및 액스(axe)와 동일한 조각들로 구성되거나 고정시킨 편심 바퀴(18) 및 전기 모터(11)를 포함하며 장치의 하우징(16)의 측면으로부터 돌출되며 심볼로 표시된 해머(hammer; 19), 특히 진동 전송기를 통해 진동을 전송한다. 공간 위치 스위치(20)는 우측에서 잡는 경우 장치의 동작을 배타적으로 보장하고, 우측은 음향 방출기(21)로 표시된다. 전체 장치는 길이가 50-100mm이고, 폭이 15-35mm인 단위로 설계되며, 이는 임의의 시간에 응용 형태를 위해 준비된 키-링(key-ring) 상에도 고정될 수 있다.

본 발명에 따르면, 치통을 회피하기 위해, 인체에 접촉하는 본 발명에 따른 장치의 진동 전송기는 진동 감쇄 물질(진동 감쇄 컴포넌트(22)을 부분적으로 제공받으며, 한편으로, 그 설계를 위해, 장치는 장치에 의해 생성된 진동이 아래방향, 즉 치아 방향으로 환산되지 않고 관골(4)의 3개의 신장부를 따라 분할되며 상당히 약한 형태로만 상악 치아에 도달하도록 내추럴 그립에 의해 유지될 수 있다.

기술적인 구성에 있어서, 장치는 단지 2개의 독립적인 기계 서브-부품들(피에조 세라믹(piezo-ceramic), 또는 액스 및 편심 바퀴(18) 또는 전자기적으로 이동시키는 기계적 컴포넌트)로 구성되는 적어도 하나의 진동 생성기를 포함하며, 나아가 장치는 적어도 하나의 유연하거나 탄력 있는 내부 진동 감쇄 물질(예를 들어, 전원(17)을 누르기 위한 스프링)를 포함하며, 인간의 안면과 접촉하는 적어도 하나의 탄성 외부 진동 감쇄 컴포넌트(22)는 피부-친화적이고 세척하기 쉽다. 공지된 피부-친화적인 진동 감쇄 물질들은 PVC가 없는 폴리우레탄 폼 고무(foam rubber)를 포함하지만, 이들은 세척하기 어려운데, 그 이유는 폼 내부로 들어온 습기를 건조시키는데 오랜 시간이 걸리기 때문이다. 또한 방수 표면을 갖는 피부-친화적 실리콘 고무 진동 감쇄 물질들도 있지만, 이들은 낮은 음향을 낮은 정도로만 감쇄시킨다.

가장 단순한 기계적 진동 생성기는 회전하는 액스 상에 맞춰진 편심바퀴이며, 여기서, 액스의 회전은 자력 필드 또는 액스에서 견딜 수 있는 기계력에 의해 제공된다. 회전하는 편심바퀴는 전기 모터(11)의 액스의 진동을 유발하며, 액스의 고정 포인트들, 전기 모터(11)의 하우징(16), 전기 모터(11)의 케이싱(15)으로 전달되며, 여기서, 해머 부분(19)은 인체로 진동을 전달하도록 설계된다. 해머 부분(19)은 전기 모터(11)의 액스에 수직하며, 인체와 접촉하고 있는 해머 부분(19), 즉 진동 감쇄 컴포넌트(22)의 표면 영역은 전기 모터(11)의 액스와 평행하거나, 최대 45° 의 각도로 기울어져 있다. 관골(4)에서 3개의 방향으로 분할된 진동파들은 공통의 비강의 측벽에서, 즉 소위 부비동개구 복합체(6)에서 다시 통합되며, 이로 인해 장치에 의해 생성된 진동은 주로 상악동(2)의 상부 끝에 도달한다. 상악동으로 침투한 진동은 수 백배 더 큰 거리 후에 상당한 분산 및 약화된 형태로 상악 치아에 도달할 것이며, 이로써 치통을 일으키지 않는다.

도 5은 마이크로프로세서(8)의 삼각파 생성기에 의해 생성되는 예시적인 주파수 추이를 도시한 것이다. 여기에 도시된 경우, 삼각파 생성기는 간헐적인 선형 주파수 스트로크들을 생성하는데, 진동 주기를 약 1초 걸리게 하기 위해 50 Hz 내지 1500 Hz의 주파수 범위를 여러 차례 적절히 스캐닝한다. 전술한 바와 같이, 전체 치료 세션의 지속시간은 30초를 넘지 않는데, 이는 스위칭 및 타이밍 스테이지(12)에 의해 보장된다.

도 6a 및 도 6b는 도 5와 유사한 도면을 도시하고 있지만, 진동 사이클의 지속시간이 1초보다 훨씬 짧다. 도 6a에 도시한 주파수 스트로크는 도 6b에 도시된 극성이 변하는 전류에 의해 생성되는데, 이는 반대 방향의 진동의 크기들이 동일하도록 실제로 반대 회전 방향으로 구현된 진동이라는 것을 의미한다. 극성 변화는 진동을 생성하는 전기 모터(11)를 점검하며, 이로 인해 개별적인 주파수 스트로크들은 시간 내에 더 짧아지며, 전체 치료 세션은 30초를 초과하지 않는다.

도 7 및 도 8은 상이한 진동에서 본 발명에 따른 장치를 이용한 치료 효능을 도시한 것이다. 도 7은 다양한 진동 파라미터에서 코 속의 NO 방출 레벨을 표시한 것이다. 가장 높은 NO 레벨은 장치가 스캐닝 모드에서 인가되는 경우 생성된다. 도 8에서 관측될 수 있는 경우로서, 점액섬모 이송 시간을 감소시킴으로써 표시되는 바와 같이(사카린 테스트), 부비동들로부터 세척된 NO는 코 속에서 점액섬모 이송을 향상시킨다. 가장 큰 변화는 장치가 스캐닝 모드로 사용되는 경우에 발생한다.

나아가, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 남성 및 여성에서 도출된 효능의 정도는 각각 상이하다. 이는 비주기가 남성 및 여성에서 상이한 정도로 부비동들의 공명 주파수에 영향을 미친다는 사실에 의해 설명된다.

도 9 및 도 10은 비주기 동안의 코의 내부 파라미터의 계속적이고 성-특정의 변화를 입증하는 실험적인 측정 결과들을 도시한 것이며, 이는 예를 들어, 음향비계측에 의해서도 검사될 수 있다. 비주기 내에서, 코의 점막의 팽창도가 감소하면서(울혈 완화), 비강에 있는 부비동들의 입 섹션(구멍)은 확장되고, 이로 인해 부비동들의 공명 주파수가 증가한다. 도 9는 성인 남성에 관한 대표적인 음향비계측 도면을 도시한 것이며, 여기서 그 부피는 6 cm³까지 증가하였다. 도 10은 성인 여성을 위한 동일한 측정을 도시한 것이며, 여기서 그 변화는 평소보다 컸으며, 장치는 더 이상 탐지할 수 없었다. 1초 간격으로 기록되었다. 화살표로 표시된 포인트(P)는 좌측과 우측 상의 상악동(2)의 구멍이다. 구멍이 비주기 동안 확장되는 경우, 화살표 위의 측정 곡선은 더 큰 코의 단면을 보이는데, 그 이유는 초음파가 부비동들로부터 굴절되기 때문이다 (J. Appl. Physiol. 99:616-623 2005).

비주기로 인한 공명 주파수의 변화가 남성과 여성에서 상이한 또 다른 이유는 평균적인 부비동 부피 값 또한 다르기 때문이다. 다시 말해, 여성에서 부비동 부피가 더 작으며, 이로 인해 개방된 부비동의 경우 공명 주파수가 더 높다. 폐쇄되거나 불완전하게 폐쇄된 부비동의 경우, 남성 및 여성 간의 차이가 크지 않다. 이는 도 11에서 확인할 수 있는데, 여기에는 남성(제1 행) 및 여성(후 행)에서 비주기로 인한 상악동(2)의 공명 주파수의 변화를 도시하고 있다. 남자의 경우, 공명 주파수는 9 Hz 내지 164 Hz 범위에서 변한다. 본 발명에 따른 장치를 이용한 치료 효능의 경우, 부비동이 개방되고, 개방된 부비동의 공명 주파수는 132 Hz 내지 164 Hz 범위이고, 평균 144 Hz (n=5)이다. 여성에서, 공명 주파수는 9 Hz 내지 348 Hz에서 변하는데, 본 발명에 따른 장치를 이용한 치료 효능의 경우, 부비동이 개방되고, 개방된 부비동의 공명 주파수는 111 Hz 내지 348 Hz 범위이고, 평균 227 Hz (n=5)이다.

산화질소로 가득 찬 부비동들의 환기 및 이와 동시에 코에서 측정된 NO의 양은 최대일 것이며, 이 경우 진동 장치는 부비동의 실제 통상적인 공명 주파수로 동작한다. 따라서, 상악동(2)을 환기시키고, 코의 NO 레벨을 높임으로써 다양한 질병을 치료하는데 이용되는 장치는 남성, 여성, 어린이, 도는 다른 서브-그룹들(아시아인, 아프리카인, 또는 백인) 각각에 관한 특화된 주파수 스캐닝 모드에서 동작할 수 있다. 도 12은 본 발명에 따른 일 실시예의 장치의 진동 주파수를 도시한 것이다. 제1 진동(12A)은 백인 남성의 상악동(2)을 개방시키고 환기시킬 것이며, 반면에 제2 진동(12B)은 백인 여성의 상악동(2)을 개방시키고 환기시킬 것이다. 단지 예로서 도시된 진동 양식들(12A 및 12B)에 추가하여, 다른 진동 패턴들이 예를 들어, 어린이들을 위해 생성될 수 있다. 치료 세션 동안에, 여기에서 나타낸 진동 양식들이 반복되어 자유 재량으로 선택된 순서로 결합될 수 있는데, 이는 상이한 성, 나이의 개인들에 장치의 효율적인 이용을 보장한다. 당업자에게 명백한 바와 같이, 장치는 단일 타입의 진동만을 방출할 수 있는 장치로서 설계되어, 대상 그룹을 갖는 치료 장치로서 이용될 수 있다.

개방 부비동들의 이론적인 공명 주파수가 수학 공식에 의해 계산될 수 있음에도 불구하고, 실제로, 해부학상 파라미터들의 측정 가능성은 상당히 부정확해서 계산된 공명 주파수와 유효 공명 주파수는 상당히 상이하며, 나아가 이들은 비주기로 인해 계속 변하기 쉽다. 치료 관점으로부터, 유효 공명 주파수 또는 공명 주파수 밴드는 부비동들로부터 최대 NO 세척을 유발해야 한다.

도 13a 및 도 13b는 남성 및 여성에 대해 통상적인 최대 산화 질소 신호를 각각 트리거하는 경우, 본 발명에 따른 일 실시형태의 장치의 진동 스펙트럼을 도시한 것이다. 남자의 경우, 측정된 공명 주파수는 공식에 기초하여 계산된 공명 주파수보다 더 작으며, 여자의 경우, 측정에 의해 정의된 공명 주파수는 대응하는 계산된 값보다 더 크다. 5ppb의 정확도의 코 속 NO 측정은 남자의 경우 최소 130 Hz와 최대 164 Hz 사이에서 계산된 평균 공명 주파수인 144 Hz 대신에 실제로 최적값이 120 Hz의 진동이며, 여성의 경우, 최소 111 Hz와 최대 348 Hz 사이에서 계산된 평균 공명 주파수인 227 Hz 대신에 실제로 380 Hz에 의한 진동이 개방 부비동들의 경우에 코 속의 최대 NO 농도 향상을 제공한다. 유사한 격차가 점액섬모 이송 시간의 감소에 관해서 발견된다. 이들 격차에 관한 이유는 계산된 공명 주파수가 사실 개별 부비동들, 예를 들어, 부피 측면에서 가장 큰 상악동에게만 제공될 수 있으며, 반면에 실제로 진동은 모든 부비동들에게 확산되기 때문일 수도 있으며, NO 농도의 변화를 통해 실제 NO가 가득 찬 모든 부비동에 인가되는 최종 공명 주파수가 정의될 수 있다.

본 발명에 따른 장치의 프로토콜의 상세설명은 진동의 효능 하에서, 낮은 공명 주파수(9 Hz 내지 46 Hz)를 갖는 폐쇄되거나 불완전하게 폐쇄된 커다란 상악동(2)이 개방될 수 있으며, 그 결과 특히 여성의 경우 최종 공명 주파수가 갑자기 그리고 상당히 증가할 것이다 (111 Hz to 348 Hz)따라서, 본 발명에 따르면, 스캐닝모드에서 치료는 일정 주파수 범위에서 항상 수행되어야 한다. 치료 효능 측면에서 저-주파수(0 Hz to 111 Hz) 진동들의 인가는 폐쇄된 부비동들이 개방될 때까지만 바람직하다. 그 후에, 진동들은 개방된 부비동들의 높은 공명 주파수로 더 오랫동안 인가되어야 최대 코 속 NO 농도 향상을 유발할 수 있다. 효율을 상승시키기 위해 진동 주파수는 예상 공명 주파수에 비해 짧은 시간 동안 상승되어 평균 부피보다 더 작은 부피의 부비동들의 환기를 보장할 수 있다. 동시에, 높은 진동 주파수와 동시에 발생하는 노이즈는 감쇄되어 임의의 부작용을 방지한다.

일 예로서 전술한 본 발명에 따른 장치의 동작 모드는 도 14에 흐름도로서 도시되어 있으며, 스캐닝 모드에서 지금까지 언급하지 않은 응용형태에 추가하여 장치의 2가지 더 중요한 특징들에 중점을 두고 있으며, 이는 생리학적으로 적절한 위치 및 파라미터들 즉, 수직 위치의 제어 및 이용/주기의 기간 제어 하에서 배타적인 사용을 허가한다.

진동-자유 인터벌(0.1 ms 내지 3.0 ms, 도 12 참조)은 각 진동 사이클 후에 삽입되어 부비동들을 NO로 불완전하게 다시 채우는 것을 부분적으로 보장해야 하며, 한편 그 이유는 재-시작된 진동 사이클의 저 주파수 범위가 이전의 진동 사이클 동안 아직 완전히 개방되지 않은 불완전하게 폐쇄된 부비동들의 개방을 촉진하기 때문이다. 20초 내지 30초의 전체 치료 세션은 여러 차례 반복되는 진동 사이클로 구성된다.

4분 내지 5분의 휴식은 치료 세션 사이에 주어져서 부비동들이 NO 기체로 다시 가득 차게 해야 한다. 따라서, 제안된 장치의 바람직한 실시형태에서, 장치는 스위치를 켠 후에만 정확한 시간 동안 동작하고, 자동으로 정지하고, 다음 4분간 재-시작할 수 없는데, 그 이유는 스위칭 및 타이머 스테이지(12)가 이를 차단하기 때문이다(도 3 참조).

목록화된 실시예들은 각각의 부비동의 계산된 공명 주파수에 따라 동작하는 장치가 부비동들로부터 생물학적으로 유효한 NO 기체의 환기에 적당하지 않다는 것을 보여주고 있는데, 그 이유는 계산된 공명 주파수 및 코 속의 NO 변화로 측정된 공명 주파수가 여러 요인들로 인해 동일하지 않기 때문이다. 즉, 치료 목적으로 이용되고 코 속 NO 농도를 향상시키는데 적합한 장치들의 적절한 진동 주파수는 상당한 정확도로 미리 정해질 수 없으며, 나아가 고정 진동 주파수의 적용은 각각에 관해 적절하지 않을 것이 확실하다. 최적의 진동 모드들의 연대순 추이는 여러 종류가 있을 수도 있는데, 소정의 인간 그룹에 관해 바람직한 프로토콜은 단지 실험적으로 판단될 수 있다.

장치는, 예를 들어, 장치의 외부 케이싱 상에 돌출된 화살표에 의해 표시되는 바와 같이, 에너지 소스를 포함하는 부분이 상단에 있는 이러한 방식으로 관골(4) 영역의 광대뼈와 접촉되어 있다. 하나의 바람직한 기술적 실시형태에서, 장치는 장치가 정확하고 수직에 가까운 위치에서 동작하게 할 내부 공간 위치 스위치(20)를 포함한다. 이러한 수직에 가까운 위치에서, 두개골로 전송된 진동들은 주로 상악동(2)의 부비동개구 복합체(6)로 확산될 것이다. 진동을 아래로 향하게 하려면, 정확하게 유지되는 장치(윗방향의 화살표)는 i) 그 사이즈로 인해 측두골 또는 전두골에 기대어 위치시키고, 안와를 향해 (내부로 및 위로) 돌려질 수 없거나, ii) 내부 공간 위치 스위치(20)는 장치의 동작을 차단할 것이다.

결과적으로, 장치에 의해 두개골로 전송된 진동의 방향은 상악 치아의 뿌리 방향으로 직접 확산되는 것이 불가능할 것이다.

개인이 비골 또는 전두 상에 장치를 이용하는 경우, 진동들이 치아(7) 방향의 아래로 확산시키기 위해 올바르게 잡혀진 장치를 기울이는 것은 불가능한데, 그 이유는 잘못된 방향으로 잡혀진 장치는 시작될 수 없기 때문이다. 따라서, 가이드에 따라 적용되는 진동 장치 치통을 발생시키지 않는데, 그 이유는 도면에 도시된 정확한 방향으로만 동작될 수 있기 때문이다.

본 발명에 따른 기계적이고, 적절하다면, 전자적 구조는 당업자에게는 자명하고 용이하게 실시될 수 있을 것이다. 가능한 해결책들을 하나씩 그리고 US2008/0200848, US2008/0195001, US2003/0172939를 개별적으로 참조하여 다양한 조합으로 상세히 설명되었으며, 그 내용은 본 장치의 실질적 구현에 관해 참조로서 전 범위에 고려되어 있다.

Claims (10)

1. 부비동들 내의 산화질소의 환기 및 상기도 장애의 억제를 위한 장치로서,
   하우징(16);
   상기 하우징에 배열된 진동 생성기;
   상기 진동 생성기와 통신하는 에너지 공급부; 및
   상기 하우징에 부분적으로 배열되고 상기 진동 생성기와 기계적/물리적으로 접촉하는 진동 전송기를 포함하며,
   상기 진동 전송기는 50Hz의 임계치 이하로 진동을 인체로 전송하는 것을 방지하고, 상기 인체와 접촉하는 상기 진동 전송기의 치료부는 최대 1500Hz의 주파수로 진동하는 치료 컴포넌트이며, 30초 내에 최저 임계치로부터 최고 임계치로 증가하거나 상기 최고 임계치로부터 상기 최저 임계치로 감소하는 적어도 10회의 진동 주기를 생성하는 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 진동 생성기는 진동 주파수에 영향을 미치는 제어부에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 진동 생성기는 전기 모션 수단을 포함하며, 상기 제어부는 주파수 스트로크를 상기 모션 수단으로 공급하는 삼각파 생성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 삼각파 생성기는 극성이 변하는 것을 특징으로 하는, 장치.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 삼각파 생성기는 간헐적 출력 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는, 장치.
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 삼각파 생성기는 비대칭적 진폭 및 교번 극성을 갖는 것을 특징으로 하는장치.
7. 제 2 항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 진동 생성기의 30초 동작을 허가하는 타이밍 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는장치.
8. 제 1 항에 있어서,
   인간 얼굴에 접촉하며, 피부-친화적이고 세척하기 쉬운 적어도 하나의 유연한 외부 진동 감쇄 컴포넌트(22)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 외부 진동 감쇄 컴포넌트(22)는 상기 인체와 접촉하는 진동 전송기의 표면에 배열되는 것을 특징으로 하는장치.
10. 제8항에 있어서,
    상기 진동 생성기와 하우징(16) 사이에 배열되는 적어도 하나의 유연한 내부 진동 감쇄 컴포넌트를 포함하는 것을 특징으로 하는장치.

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