KR101743793B1 - 임플란트를 위한 ｍｒｉ-안전 디스크 자석 - Google Patents

Abstract

수용 환자를 위한 임플란트 가능한 시스템에 대해 자기 배열이 기술된다. 평면 코일 하우징은 임플란트 통신 신호의 경피성 통신을 위한 신호 코일을 포함한다. 제1 부착 자석은 코일 하우징의 평면 내에 위치되고 그 안에서 회전가능하고, 대응하는 제2 부착 자석과의 경피성 자기 상호작용을 위해 코일 하우징의 평면에 평행인 자기 쌍극자를 갖는다.

Description

임플란트를 위한 ＭＲＩ-안전 디스크 자석{MRI-SAFE DISK MAGNET FOR IMPLANTS}

[우선권 주장]

본 출원은 2010년 4월 23일에 출원된 미국 특허 가출원 61/327,158의 우선권을 주장하고, 그 명세서는 참조로서 여기에 통합한다.

[기술 분야]

본 발명은 임플란트가능한 의료 디바이스에 관한 것이고, 구체적으로 자기 공명 이미징을 허용하는 그러한 디바이스들에서의 자기 엘리먼트에 관한 것이다.

MEI(Middle Ear Implants) 및 CI(Cochlear Implants)와 같은 몇몇 청각 임플란트는 임플란트가능 부분과 외측 부분에 부착 자석들을 채용하여 임플란트 위의 제자리에 자기적으로 외측 부분을 고정한다. 예를 들어, 도 1에서 도시된 바와 같이, 전형적인 달팽이관(cochlear) 임플란트 시스템은 송신 코일들(102) 및 외부 자석(103)을 포함하는 외부 송신기 하우징(101)을 포함할 수 있다. 외부 자석(103)은 도시된 바와 같이 외부 자기장 선들(104)을 생성하기 위해 환자의 피부에 수직인, 전통적인 동전 모양의 북-남 자기 쌍극자(dipole)를 갖는다. 유사한 수신 코일들(106) 및 임플란트된 내부 자석(107)을 갖는 대응하는 수신기 어셈블리(105)가 환자의 피부 아래 임플란트된다. 내부 자석(107)은 또한 도시된 바와 같이 내부 자기장 선들(108)을 생성하기 위해 환자의 피부에 수직인, 동전 모양의 북-남 자기 쌍극자를 갖는다. 내부 수신기 하우징(105)은 환자의 몸 내부의 장소에 외과적으로 임플란트되고 고정된다. 외부 송신기 하우징(101)은 내부 수신기 어셈블리(105)를 덮는 피부 상의 적절한 위치에 위치되고, 내부 자기장 선들(108)과 외부 자기장 선들(104) 간의 상호작용에 의해 그 위치를 유지한다. 송신기 코일들(102)로부터의 Rf 신호들은 데이터 및/또는 전력을 임플란트된 프로세서 모듈(도시 안 됨)과 통신하는 수신 코일(106)에 연결된다.

환자가 MRI(Magnetic Resonance Imaging) 검사를 받는 경우에 문제가 발생한다. 임플란트 자석과 MRI를 위해 가해지는 외부 자기장 간의 상호작용이 발생한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 임플란트 자석(202)의 방향 자화

은 환자의 피부에 본질적으로 수직이다. 따라서, MRI로부터의 외부 자기장

는 내부 자석(202) 상에 토크

를 생성할 수 있는데, 이는 내부 자석(202) 또는 전체 임플란트 하우징(201)을 적절한 위치에서 벗어나게 할 수 있다. 다른 것들 중에서도, 이는 환자 내의 인접한 조직(tissue)에 피해를 줄 수 있다. 또한, MRI로부터의 외부 자기장

는 임플란트 자석(202)의 자화

를 감소시키거나 제거할 수 있어서, 이것이 더 이상은 적절한 위치에 외부 송신기 하우징을 지지하는 데에 충분히 강하지 않게 할 수 있다. 임플란트 자석(202)은 또한 MRI의 외부 자기장

와 임플란트된 디바이스의 상호작용에 기인하여, MRI 이미지 내의 이미징 아티팩트들(수신 코일에 유도된 전압이 생길 수 있음) 및 히어링 아티팩트들을 야기할 수 있다. 이는 특히 1.5 테슬라(Tesla)를 초과하는 MRI 장 세기에서의 쟁점이다.

따라서, 자석 배열을 갖는 기존의 임플란트 시스템들에 대해, MRI를 허용하지 않거나 기껏해야 MRI의 이용을 더 약한 장 세기에 제한하는 것이 보편적이다. 다른 기존의 해법들은 외과적으로 제거가능한 자석들, 구형(spherical) 임플란트 자석(예를 들어, 미국 특허 7,566,296), 및 다양한 링 자석 설계들(예를 들어, 2009년 7월 22일 출원된 미국 특허 가출원 61/227,632)의 이용을 포함한다. 자석을 제거하기 위한 수술이 필요하지 않은 해법들 중에서, 구형 자석 설계가 매우 높은 장 세기에서도 MRI 제거를 위한 가장 편리하고 안전한 옵션일 수 있다. 그러나, 구형 자석 배열은 임플란트의 다른 컴포넌트들의 두께보다 훨씬 더 큰 비교적 큰 자석을 요구하여, 임플란트가 차지하는 부피를 증가시킨다. 그 결과, 이것은 그 전체의 고유의 문제를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 달팽이관 임플란트 같은 몇몇 시스템은 피부와 그 아래에 있는 뼈 사이에 임플란트된다. 자석 하우징의 "구형 범프(spherical bump)"는 그에 따라 아래에 있는 뼈로의 리세스(recess)를 준비할 것을 요구한다. 이것은, 매우 어려울 수 있고 심지어 매우 어린 아이들에게는 불가능할 수도 있는 그러한 응용에서의 임플란트 동안의 추가의 단계이다.

본 발명의 실시예들은 수용 환자를 위한 임플란트가능한 시스템에 대한 자기 배열에 관한 것이다. 평면 코일 하우징은 임플란트 통신 신호의 경피성(transcutaneous) 통신을 위한 신호 코일을 포함한다. 제1 부착 자석은 코일 하우징의 평면 내에 위치되고 그 안에서 회전가능하고(예를 들어, 평면 디스크 모양), 대응하는 제2 부착 자석과의 경피성 자기 상호작용을 위해 코일 하우징의 면에 평행한 자기 쌍극자를 갖는다.

추가의 구체적인 실시예들은 또한, 제1 부착 자석에 인접한 하우징 내에 있고 자기 플럭스를 포커싱함으로써 (즉, 자기 유도를 국부적으로 증가시킴으로써) 제1 및 제2 부착 자석 간의 자기 인력(magnetic attraction force)을 증가시키도록 자기장을 경피적으로 지향시키는 적어도 하나의 자기 초점 지향기(focus director)를 가질 수 있다. 초점 지향기는 또한 자기장 선들을 임플란트된 센서들 또는 페라이트(ferrite) 기반 컴포넌트와 같은 자기적으로 민감한 컴포넌트들로부터 멀리 가이드하는 데에 이용될 수 있다.

코일 하우징은 환자의 피부 아래의 임플란트를 위한 임플란트 코일 하우징일 수 있고 그러면 신호 코일은 수신기 코일일 것이다. 또한, 임플란트 통신 신호를 프로세싱하기 위한 하우징 내의 임플란트 신호 프로세서, 및 코일 하우징 내에 있고 제1 부착 자석의 자기 방향의 함수로서 신호 프로세서의 동작에 영향을 미치도록 제1 부착 자석과 자기적으로 상호작용하는 자기 스위치가 있을 수 있다. 또는 코일 하우징은 환자의 피부에 배치하기 위한 외부 코일 하우징일 수 있고, 그러면 신호 코일은 송신기 코일일 것이다.

제1 부착 자석은 외부 자기장에 반응하여 코일 하우징 내에서 회전하도록 적응될 수 있고, 제1 부착 자석의 적어도 일부분을 커버하고 제1 부착 자석과 코일 하우징 간의 마찰을 감소시켜 제1 부착 자석의 회전을 촉진시키는 윤활 코팅(lubrication coating)이 있을 수 있다. 부착 자석들 중 적어도 하나는 평면 디스크 모양, 직사각형 빔(beam) 모양, 실린더 빔 모양, 또는 잘린 디스크 모양을 가질 수 있다. 또는, 부착 자석들 중 적어도 하나는 상보적 실린더 부착 자석들의 쌍을 포함할 수 있고, 이는 선택적으로 상보적 실린더 부착 자석들의 쌍을 접속하는 자기 플럭스 가이드를 더 포함할 수 있다.

상기한 것 중 어떤 것에 있어서, 임플란트가능한 시스템은 달팽이관 임플란트 시스템, 중이 임플란트 시스템, 전정(vestibular) 임플란트 시스템, 또는 후두부 페이스메이커(pacemaker) 임플란트 시스템일 수 있다.

도 1은 전형적인 달팽이관 임플란트 시스템의 부분을 도시한다.
도 2는 MRI 시스템을 위해 인가된 외부 자기장과 임플란트 자석 간에 발생할 수 있는 상호작용을 도시한다.
도 3의 (A) 및 (B)는 본 발명의 실시예에 따른 부착 자석 내의 평행 자기 쌍극자 배열과 전형적인 기존의 임플란트 부착 자석들에서의 수직 자기 쌍극자 배열을 비교한다.
도 4의 (A) 및 (B)는 본 발명의 실시예에 따른 부착 자석을 갖는 달팽이관 임플란트 코일 하우징의 위에서 본 사시도 및 측단면도를 도시한다.
도 5는 주 자기장이 환자의 머리에서 발까지 가는 전형적인 폐쇄(closed) MR 스캐너 내의 환자를 도시한다.
도 6은 주 자기장이 환자의 앞에서 뒤로 가는 전형적인 개방 MR 스캐너 내의 환자를 도시한다.
도 7의 (A) 및 (B)는 부착 자석의 자화 방향이 주 외부 MRI 장에 수직이 아닌 경우를 도시한다.
도 8의 (A) 및 (B)는 소프트 자기 초점 지향기 배열을 갖는 실시예의 측면도 및 평면도 구조 상세를 도시한다.
도 9는 부착 자석의 방향의 함수인 스위칭 동작을 갖는 자기 스위칭 배열을 갖는 실시예를 도시한다.
도 10은 말굽 모양의 자석의 이용을 포함하는, 도 8에서와 유사한 실시예를 도시한다.
도 11은 두 개의 대응하는 실린더 외부 부착 자석을 갖는 실시예의 측면도를 도시한다.
도 12는 도 11에서와 동일한 구조의 일부를 위에서 본 사시도를 도시한다.
도 13은 추가의 자기 플럭스 가이드를 갖는 유사한 배열을 도시한다.
도 14는 직사각형 빔 모양을 갖는 외부 부착 자석을 갖는 실시예를 도시한다.
도 15는 실린더 빔 모양을 갖는 외부 부착 자석을 갖는 실시예를 도시한다.
도 16은 잘린, 적은 자기 영역을 갖는 디스크 모양에 기반한 외부 부착 자석을 갖는 실시예를 도시한다.

본 발명의 다양한 실시예들은 MRI 시스템들과 호환되는 수용 환자를 위한 임플란트가능한 시스템을 위한 자기 배열에 관한 것이다. 도 3의 (A)는 전형적인 기존 임플란트 부착 자석들에서의 자기장 배열을 도시한다. 이 경우, 부착 자석(301)은 도시된 바와 같이 자기장 선들(302)을 만들어내는 전통적인 축 방향으로 구현된 북-남 자기 쌍극자를 갖는 디스크 모양(즉, 실린더 모양)이다. 본 발명의 실시예들은 도 3의 (B)에 도시된 바와 같이 자화의 방향을 바꿈으로써 남-북 자기 쌍극자가 코일 하우징의 평면에 평행한 (즉, "평면 내의") 부착 자석(301)의 직경을 가로질러 지향되어, 도시된 바와 같이 자기장 선들(302)을 생산한다.

물론, 이런 배열에 있어서, 내부 임플란트 수신기 부착 자석과 외부 송신기 부착 자석 모두 코일 하우징의 평면에서의 동일한 방향으로 (즉, 피부와 평행으로) 자화되어야 하는 것이 중요하다. 그러면, 외부 코일 하우징이 임플란트 코일 하우징 위의 환자의 피부 상에 위치될 때, 두 개의 부착 자석이 자신들의 축으로 회전하여 하나의 부착 자석의 북극과 남극이 다른 부착 자석의 남극과 북극에 각각 인접하게 위치되게 됨으로써 둘 사이의 자기 인력을 극대화한다.

도 4의 (A)는 위에서 본 사시도를 도시하고, 도 4의 (B)는 임플란트 통신 신호의 경피성 통신을 위한 신호 코일을 포함하는 평면 코일 하우징(402)을 갖는 달팽이관 임플란트(400)의 측단면도를 도시한다. 제1 부착 자석(401)은 코일 하우징(402)의 평면 내에 위치되고 그 안에서 회전가능하며(예를 들어, 평면 디스크 모양), 코일 하우징(402)의 평면에 평행한 자기 쌍극자로의 자화 방향을 갖는다. 외부 송신기 코일 하우징(405)은 대응하는 제2 부착 자석(404)을 갖는데, 그것은 외부 송신기 코일 하우징(405)의 평면에 평행한 유사한 자기 쌍극자 방향을 가져서, 수용 환자의 피부에 놓여졌을 때, 이들의 각각의 자기장은 이 두 개의 부착 자석(401 및 404)이 앞서 기술된 바와 같이 자체적으로 지향되어(self-orient) 이들 사이의 자기 인력 접속을 형성하도록 한다. 특정 실시예들에서, 코일 하우징(402)은 티타늄 케이스를 갖도록 제작될 수 있으며, 부착 자석(401)은 예를 들어 실리콘 코일 어셈블리에 내장된 티타늄 케이스의 외부에 위치될 수 있다. 대안적으로, 코일 하우징(402)은 부착 자석(401)이 세라믹 하우징 내에 밀폐되도록(hermetically) 봉해지는 세라믹 케이스일 수 있다.

그러한 부착 자석을 갖는 임플란트를 착용한 사람이 MRI 검사를 받을 필요가 있다면, 이 사람은 임플란트 시스템의 외부 컴포넌트들이 제거된 후에 스캐너 실로 들어갈 수 있다. 임플란트 사용자가 MR 스캐너로 접근하면, 부착 자석은 MR 스캐너의 외부 자기장에 수직인 자화를 갖는 컴포넌트를 가질 수 있다. 이는 부착 자석이 자신의 축으로 회전하여 자신의 자기 쌍극자의 자화 방향과 MR 스캐너의 정적 장(static field)을 정렬시키는 결과를 초래할 것이다. 이는 환자의 머리에서 발끝까지 신체 축에 평행하게 작용하는 도 5에 도시된 것과 같은 수평 정적 자기장을 갖는 보어(bore)에 의해 특징지어지는 전통적인 폐쇄 MR 스캐너들에서 발생할 뿐만 아니라, 전면에서 후면으로 환자의 신체를 통과하는 신체 축에 수직으로 작용하는 수직 정적 자기장에 의해 특징지어지는 도 6에 도시된 것과 같은 소위 개방 MR 스캐너들에서도 발생한다.

임플란트의 부착 자석이 MR 시스템의 정적 자기장과 정렬될 수 있는 경우에, 부착 자석/코일 하우징 배열에 MR의 정적 자기장에 의해 가해진 토크도 없고, 약화된 부착 자석의 자기력도 없다. 이는 또한 부착 자석이 MR 스캐너의 정적 자기장과 완전히 정렬될 수 없지만 임플란트 자석의 자기 모멘텀과 MR 스캐너의 정적 자기장 사이가 약 20°까지의 각도로 유지되는 때에도 그러하다. 토크는 각의 사인(sine)에 비례하기 때문에, 예를 들어, 부착 자석이 최악의 경우인 각 90°에 고정된 채로 유지하는 경우에 토크는 남아있는 각 20°에 대해 토크의 약 1/3로 감소(66% 감소)된다. 부착 자석의 회전축(즉, 자신의 대칭축)이 MR 시스템의 정적 자기장에 정확히 수직인 상황에서, 부착 자석은 회전할 수 있고 토크 또는 자기소거 없이도 자신의 자기 쌍극자 m을 정적 자기장 B₀와 정확하게 정렬시킬 수 있다. 그러나, 이것은 이상적인 이론적 경우이고, 대부분의 실제 상황에서, 부착 자석의 회전축은 정적 자기장에 수직에 가깝지만 정확하게 수직이 아니고, 예를 들어 각 90°가 아닌 70° 또는 80°이다. 이는 도 7의 (A)에 도시된다. 부착 자석은 자신의 축에 대해 회전할 것이고, 자신의 자기 쌍극자 m을 최대한 주변의 자기장 B₀와 정렬하도록 시도할 것이다(도 7의 (B)). 작은 각(α₂)이 유지될 것이고, 잔여 토크는 이 각의 사인에 비례할 것이다(예를 들어, 토크는 남아있는 각이 20°인 경우에 약 1/3에 불과할 것이다). 남아있는 각은 전형적으로 작기 때문에(<<90°), 높은 값의 B₀(>1.5 테슬라)에 대하여도 부착 자석 약화에 대한 위험이 거의 없다. 부착 자석이 (자석이 어떻게 회전하느냐와 무관하게) 본질적으로 B₀에 수직인 자기 쌍극자를 갖고, 최대 토크 및 자석 약화의 위험이 존재하는 때는, 부착 자석의 회전축이 (종래 기술에서와 같이) MR 시스템의 정적 자기장 B₀에 (거의) 평행인 때(또는 평행인 경우)뿐일 것이다.

도 8의 (A) 및 (B)는 코일 하우징(401)이 부착 자석(402)의 일부 또는 전부를 커버하는 자기 초점 지향기(801)도 포함하는 실시예의 측면 및 평면 구조적 상세를 도시한다. 자기 초점 지향기(801)는 자기 플럭스를 포커싱함으로써(즉, 자기 유도를 국부적으로 증가시킴으로써) 다른 대응하는 부착 자석과의 자기 인력을 증가시키도록 피부를 통해 부착 자석(402)의 자기장을 지향시키는 연 강자성(soft ferromagnetic) 물질로 이루어진다. 초점 지향기(801)는 또한 임플란트된 센서들 또는 페라이트 기반 컴포넌트들과 같은 자기적으로 민감한 컴포넌트들로부터 멀리 자기장 선을 가이드하는 데에 이용될 수 있다. 도 8의 (A) 및 (B)에 도시된 특정 실시예에서, 자기 초점 지향기(801)는 부착 자석(402)의 양측에 위치된 두 개의 대체로 직사각형인 대향 지향기 부분을 가지며, 그것은 MRI 장과 같은 외부 자기장의 부재 시에 정의된 평형 위치를 가질 수 있다. 도 8에 도시된 실시예는 또한 부착 자석(402)의 적어도 일부분을 커버하고 부착 자석(402)과 코일 하우징(401) 사이의 마찰을 감소시켜서 외부 자기장에 반응한 부착 자석(402)의 회전을 촉진시키는 PTFE(polytetrafluoroethylene)으로 이루어진 윤활 코팅(802)을 도시한다.

몇몇 실시예에서, 부착 자석은 외부 컴포넌트(예를 들어, 송신기 코일 하우징) 내에 고정되어 자신의 회전을 방지할 수 있다. 예를 들어, 외부 부착 자석은 외부 컴포넌트가 신체에 장착된 경우에 그것의 자기축이 잘 정의된 방향으로 놓이도록, 외부 컴포넌트 내에 고정될 수 있다. 그러면, 외부 컴포넌트의 위치는 외부 컴포넌트의 최적 (최대) 자기 고정을 달성하도록 가장 양호한 자석 방향으로 조정될 수 있다.

대안적으로, 부착 자석은 임플란트 내의 부착 자석과 같이 자신의 축으로 회전할 수 있도록 외부 컴포넌트 내에 봉해질 수 있다. 몇몇 하이브리드 실시예에서, 임플란트 부착 자석은 완전히 자유롭게 회전하지는 못하고 특정 최대 회전각으로 제한될 수 있다. 내부 및 외부 부착 자석 모두가 회전하는 데에 자유로운 경우에, 적어도 하나의 부착 자석이 자신의 회전축으로부터 오프셋된 중력 중심을 가진다면, 이 자석은 임플란트 사용자가 자석 축에 대해 회전하는 때에 회전할 것이다. 부착 자석 양자 모두가 자기적으로 결합되어 있기 때문에, 임플란트 부착 자석 또한 회전할 것이다. 이 배열에 기초하여, (1 축) 자이로 센서(gyro sensor)가, 예를 들어 전자 전정 보철(electronic vestibular prosthesis)을 위해 구현될 수 있다. 다른 실시예에서, 어떤 외부 자기장도 존재하지 않는 한, 임플란트 부착 자석은 rm 정의된 방향으로 이것을 위치시키는 복원력(restoring force)을 가질 수 있다.

도 9는 코일 하우징(401) 내의 자기 스위치(901)를 포함하는 실시예를 도시한다. 자기 스위치(901)는 부착 자석(402)과 자기적으로 상호작용하여 부착 자석(402)의 방향의 함수로서 임플란트 신호 프로세서의 동작에 영향을 미친다. 예를 들어, [후미 쪽으로(caudally)] 아래를 향하고 있는 부착 자석(402)의 남극은, 외부 송신 코일이 코일 하우징(401) 상에 위치되어 임플란트 신호 프로세서가 활성화된다는 것을 나타낸다. 반면에, 부착 자석(402)을 재지향시켜 북 자극이 아래를 향하게 하는 것은, 예를 들어 텔레메트리(telemetry) 모드, 재충전 또는 프로그래밍 모드와 같은 상이한 동작 모드를 트리거하거나, 전극을 활성화/비활성화할 수 있다. 이런 기능들은 외부 부착 자석이 자신의 회전을 방지하기 위해 자신의 하우징 내에 고정되는 것을 요구할 것이다.

앞서 기술된 실시예들이 디스크(실린더) 모양이지만 반드시 이를 요구하는 것은 아니라는 점은 주목할 가치가 있다. 대신에, 자화가 코일 하우징과 피부에 평행하기만 하다면 어떤 모양이라도 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 10은 말굽 모양의 부착 자석(1001)의 이용을 포함하는, 도 8에서와 유사한 실시예를 도시한다. 또한, 앞서 기술된 실시예에서, 부착 자석들은 디스크의 회전축에 수직인 자화축을 가지지만, 다른 실시예들에서 부착 자석들은 더 일반적으로 회전축에 평행이 아닌 자화축을 가질 수 있다.

도 11은 외부 코일 하우징(405)이, 외부 부착 자석들(1101 및 1102)과 자기적으로 상호작용하도록 스스로를 지향시키기 위해 임플란트 하우징(405)의 평면 내에서 자유롭게 회전하는 단일 실린더 임플란트 부착 자석(402)과 상호작용하는, 도시된 바와 같이 반대 자기 극성들을 갖는 상보적 실린더 부착 자석들(1101 및 1102)의 쌍을 포함하는 또 다른 실시예의 측면도를 도시한다. 도 12는 동일한 구조의 일부를 위에서 본 사시도를 도시한다. 도 13은 두 개의 외부 부착 자석(1101 및 1102)을 접속하는 추가의 자기 플럭스 가이드(1301)를 갖는 유사한 배열을 도시한다.

도 14는 직사각형 빔 모양의 외부 부착 자석(1401)을 갖는 실시예를 도시한다. 도 15는 실린더 빔 모양을 갖는 외부 부착 자석(1501)을 갖는 실시예를 도시한다. 도 16은, 특히 전체 자기장 세기를 크게 손상시키지 않고 무게와 부피를 절약하기 위해 잘려 나간 더 작은 자기 영역의 디스크 모양에 기초한 외부 부착 자석(1601)을 갖는 실시예를 도시한다.

외부 부착 자석 배열을 최적화하는 것은 전체 질량을 최소화하고 자기장의 공간적 분포를 제어하고, 그 결과 외부 코일에 연관된 전자 회로에 영향을 미칠 수 있는데, 예를 들어, 유도 신호 송신 속성에 대한 외부 부착 자석들의 영향이 감소될 수 있다. 또한, 외부 부착 자석의 적절히 최적화된 설계는 향상된 자기장 거리 특성, 예를 들어 더 얕은 장을 허용하는 것을 제공할 수 있다. 몇몇 실시예는 유사한 임플란트 부착 자석 배열들을 가질 수 있다.

코일 하우징의 평면 내에 지향되는(즉, 피부에 평행인) 자기장을 갖는 비-구형 모양의 자석들은 기본적으로는 MR 시스템에 대해 구형 자석 설계와 같은 동일한 이점을 갖지만, 앞서 기술된 디스크 모양 부착 자석 설계는 한 평면에서만 자석의 회전을 허용한다는 주된 제한을 갖는다. 여전히 임플란트가 (청각 임플란트와 같이) 시상(sagittal) 평면 방향으로 신체 내부에 놓이고, 환자의 표준 MRI 검사 위치(즉, 머리는 똑바로 유지하고 바로 누운 위치)인 경우에, 임플란트 부착 자석은 (수평 주 자기장의) 폐쇄 MR 스캐너뿐만 아니라 (수직 방향의 주 자기장의) 개방 MR 스캐너에서 정적 자기장과 상당히 양호하게 정렬될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 부착 자석들은 임플란트 자석을 외과적으로 제거할 필요없이 3 테슬라 이상의 MRI 장 세기에 대해 안전한 슬림 프로파일(slim profile)을 제시한다. 대안적으로, 몇몇 실시예에서, 임플란트 부착 자석들은 MRI 아티팩트들을 줄이기를 원하는 경우에 약간의 수술에 의해 임플란트 코일 하우징으로부터 임시적으로 제거가능하도록 적응될 수 있다.

구형 설계 부착 자석들과는 대조적으로, 본 코일 하우징은 평평한 하단을 가질 수 있어서, 디바이스의 임플란트 동안에 뼈에 드릴로 리세스를 만들 필요가 없다. 이는 이 자석 설계를 특히 어린 아이들에의 임플란트에 잘 맞는 설계로 만든다. 더욱이, 실시예들은 임플란트된 부분에 비교적 큰 자석이 있고 외부 부분에 비교적 작은 자석이 있는 경우에 동등하게 효과적일 수 있고, 반대의 경우도 마찬가지이다. 또한, 상이한 자화 방향 때문에, MR 이미징 아티팩트가 전통적인 임플란트 자석들에 비교하여 더 작을 수 있을 것이라고 기대되는데, 예를 들어 몸 측(medial) 방향으로 덜 연장된다.

축 자화(axial magnetization)를 갖는 전통적인 디스크 자석 개념과 비교하면, 본 발명의 실시예들은 양 극에 인력을 가지고, 인력은 각각의 자석의 두 극에 인가되는 두 힘에 의해 야기된다. 그 결과로, 외부 부착 자석과 임플란트 부착 자석 사이의 전단력(shear force)이 두 개의 자석의 자화축 방향으로 더 커진다. 임플란트 상의 최적 방향으로(예를 들어, 수직 자화축으로) 외부 부착 자석을 회전시킴으로써, 외부 부분들의 더 양호한 자기 부착이 달성될 수 있다. 이런 배열에서, 외부 부착 자석은 또한 작은 기계적 충격에 대한 반응으로도 더 적은 횡측 변위로 임플란트 부착 자석 상의 위치에 머무른다. 본 실시예들은 또한 축 자화를 갖는 두 개의 전통적인 자석보다 더 양호한(더 얕은) 힘 대 거리 다이어그램(force-over-distance diagram)을 갖는다. 인력이 두 부착 자석 사이의 거리에 걸쳐 크게 변하지 않는다면 유리할 것이다.

임플란트 부착 자석이 관상면(coronal plane)으로 지향되는 보통으로 바로 누운 환자 위치에 있어서, 여기서 기술된 부착 자석의 실시예들은 폐쇄 MR 스캐너에서의 정적 자기장과만 잘 정렬될 수 있는 한편, 축 방향으로의 임플란트 자석은 수직 자기장을 갖는 개방 스캐너에서의 정적 자기장과만 정렬될 것이다. 임플란트에 가해지는 토크는 단 하나의 자유도를 갖는 임플란트 자석이 외부 자기장과 충분히 양호하게 정렬하지 못하는 경우에 비교적 높게 유지될 수 있다.

본 발명의 다양한 예시적 실시예들이 개시되었지만, 본 발명의 진정한 범위를 벗어나지 않고도 본 발명의 이점들의 일부를 달성하는 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게는 명백할 것이다.

Claims (17)

1. 수용 환자를 위한 임플란트가능한 시스템으로서,
   환자의 피부 아래에 임플란트되도록 구성되고, 환자의 피부와 평행하게 놓이도록 구성된 평면 외부 표면을 갖고, 임플란트 통신 신호의 경피성(transcutaneous) 통신을 위한 신호 코일을 포함하는 코일 하우징; 및
   상기 코일 하우징 내에 있고, 그 안에서 회전 가능하도록 구성되고, 제1 부착 자석의 지름을 가로질러 배향되는 자기 쌍극자 모멘트를 갖고, 제1 부착 자석이 대응하는 제2 부착 자석과의 경피성 자기 상호작용을 위해 회전하는 경우 자기 쌍극자 모멘트가 상기 코일 하우징의 평면 외부 표면과 실질적으로 평행하게 유지되도록 상기 코일 하우징 내에 구성되는 제1 부착 자석
   을 포함하는 임플란트가능한 시스템.
2. 임플란트가능한 시스템으로서,
   환자의 피부 아래에 임플란트되도록 구성되고, 환자의 피부와 평행하게 놓이도록 구성된 평면 외부 표면을 갖고, 임플란트 통신 신호의 경피성 통신을 위한 신호 코일을 포함하는 코일 하우징; 및
   상기 코일 하우징 내에 있고, 그 안에서 회전 가능하도록 구성되고, 제1 부착 자석의 지름을 가로질러 배향되는 자기 쌍극자 모멘트를 갖고, 제1 부착 자석이 회전하는 경우 자기 쌍극자 모멘트가 상기 코일 하우징의 평면 외부 표면과 실질적으로 평행하게 유지되도록 상기 코일 하우징 내에 구성되는 제1 부착 자석을 포함하는 임플란트가능한 시스템과
   환자의 피부 상의 임플란트가능한 시스템 위에 외부 장치를 제자리에 고정하기 위해 제1 부착 자석과의 경피성 자기 상호작용을 위해 구성되는 제2 부착 자석을 포함하는 송신기 하우징을 포함하는 외부 장치
   를 포함하는 임플란트가능한 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 코일 하우징 내에서 상기 제1 부착 자석에 인접하여 있고, 상기 제1 부착 자석과 상기 제2 부착 자석 사이의 자기 인력을 증가시키기 위해 자기장을 경피적으로 지향시키는 적어도 하나의 자기 초점 지향기를 더 포함하는 임플란트가능한 시스템.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 부착 자석들 중 적어도 하나는 평면 디스크 모양을 갖는 임플란트가능한 시스템.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 부착 자석들 중 적어도 하나는 직사각형 빔(beam) 모양, 실린더 빔 모양, 또는 잘려나간(cut away) 디스크 모양을 갖는 임플란트가능한 시스템.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 부착 자석들 중 적어도 하나는 상보적 실린더 부착 자석들의 쌍을 포함하는 임플란트가능한 시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 상보적 실린더 부착 자석들의 쌍을 접속하는 자기 플럭스 가이드를 더 포함하는 임플란트가능한 시스템.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 코일 하우징은 환자의 피부 아래에의 임플란트를 위한 임플란트 코일 하우징이고 상기 신호 코일은 수신기 코일인 임플란트가능한 시스템.
9. 제8항에 있어서,
   상기 임플란트 통신 신호를 처리하기 위한, 상기 코일 하우징 내의 임플란트 신호 프로세서; 및
   상기 코일 하우징 내에 있고 상기 제1 부착 자석과 자기적으로 상호작용하여 상기 제1 부착 자석의 자기 방향의 함수로서 상기 신호 프로세서의 동작에 영향을 미치는 자기 스위치
   를 더 포함하는 임플란트가능한 시스템.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 부착 자석의 적어도 일부분을 커버하고 상기 제1 부착 자석과 상기 코일 하우징 사이의 마찰을 감소시켜 상기 제1 부착 자석의 회전을 촉진하는 윤활(lubrication) 코팅을 더 포함하는 임플란트가능한 시스템.
11. 제2항에 있어서,
    상기 송신기 하우징은 환자의 피부에 배치하기 위한 외부 코일 하우징이고 상기 송신기 하우징은 송신기 코일을 포함하는 임플란트가능한 시스템.
12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 임플란트가능한 시스템은 달팽이관(cochlear) 임플란트 시스템 또는 중이(middle ear) 임플란트 시스템인 임플란트가능한 시스템.
13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 임플란트가능한 시스템은 전정(vestibular) 임플란트 시스템인 임플란트가능한 시스템.
14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 임플란트가능한 시스템은 후두부 페이스메이커(laryngeal pacemaker) 임플란트 시스템인 임플란트가능한 시스템.
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