KR101861963B1 - 자극 방법 및 이를 수행하는 장치들 - Google Patents

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Abstract

객체의 특정 부위 내 원하는 자극 부위를 더욱 국소적으로 자극하는 방법 및 장치가 개시된다. 일 실시예에 따른 자극 장치는 객체의 특정 부위에 제1 초음파 빔을 출력하는 제1 초음파 발생 장치와, 상기 객체의 특정 부위에 제2 초음파 빔을 출력하는 제2 초음파 발생 장치와, 상기 제1 초음파 발생 장치 및 상기 제2 초음파 발생 장치의 중심축이 동일 평면 상에 배치되고, 상기 제1 초음파 빔 및 상기 제2 초음파 빔 간의 교차 각도가 특정 각도가 되도록 상기 제1 초음파 발생 장치 및 상기 제2 초음파 발생 장치를 제어하는 컨트롤러를 포함한다.

Description

자극 방법 및 이를 수행하는 장치들{METHOD FOR STIMULATING, AND APPARATUSES PERFORMING THE SAME}
아래 실시예들은 객체의 특정 부위 내 원하는 자극 부위를 더욱 국소적으로 자극하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
종래의 기술을 이용한 초음파 뇌 자극 장치는 자극 부위가 넓어, 자극이 필요하지 않은 뇌 영역도 물리적 에너지에 노출될 수 있다는 단점을 가지고 있다.
또한, 비 침습적 뇌 자극 시 두개골을 통과해야 하며 두개골 통과시 초음파 세기가 급 감쇠되어, 단일 초음파 소자로 충분한 세기의 에너지를 전달하기 힘들다.
실시예들은 원하는 부위(예를 들어, 원하는 부위의 뇌세포)만을 최소의 에너지로 자극해줌으로써 자극 효율성과 안정성을 극대화할 수 있는 기술을 제공할 수 있다.
실시예들은 자극 부위를 국소화하고, 자극 에너지 효율을 높여주며, 불가피하게 노출되는 부위에 전달되는 에너지를 최소화하여 안정성을 높일 수 있는 기술을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 자극 장치는 객체의 특정 부위에 제1 초음파 빔을 출력하는 제1 초음파 발생 장치와, 상기 객체의 특정 부위에 제2 초음파 빔을 출력하는 제2 초음파 발생 장치와, 상기 제1 초음파 발생 장치 및 상기 제2 초음파 발생 장치의 중심축이 동일 평면 상에 배치되고, 상기 제1 초음파 빔 및 상기 제2 초음파 빔 간의 교차 각도가 특정 각도가 되도록 상기 제1 초음파 발생 장치 및 상기 제2 초음파 발생 장치를 제어하는 컨트롤러를 포함한다.
상기 컨트롤러는 상기 제1 초음파 발생 장치 및 상기 제2 초음파 발생 장치의 초점이 일치하도록 상기 제1 초음파 발생 장치 및 상기 제2 초음파 발생 장치 중에서 적어도 하나의 배열 위치를 제어할 수 있다.
상기 컨트롤러는 상기 초점에서 상기 제1 초음파 빔 및 상기 제2 초음파 빔의 세기가 같아지도록 상기 제1 초음파 발생 장치 및 상기 제2 초음파 발생 장치 중에서 적어도 하나의 출력 세기를 제어할 수 있다.
상기 자극 장치는 상기 제1 초음파 발생 장치 및 상기 제2 초음파 발생 장치 중에서 적어도 하나의 배열 위치를 조정하기 위한 동력 장치를 더 포함할 수 있다.
상기 자극 장치는 상기 제1 초음파 발생 장치 및 상기 제2 초음파 발생 장치 중에서 적어도 하나로 인가되는 전압을 조정하기 위한 가변 저항기를 더 포함할 수 있다.
상기 자극 장치는 상기 제1 초음파 발생 장치 및 상기 제2 초음파 발생 장치 중에서 적어도 하나로 인가되는 전압의 이득(gain)을 조정하기 위한 RF 증폭기를 더 포함할 수 있다.
상기 동력 장치는 3D 축 모터로 구현될 수 있다.
상기 자극 장치는 상기 특정 부위에서의 상기 제1 초음파 빔 및 상기 제2 초음파 빔 간의 교차 지점에 전기 자극을 출력하기 위한 전기 자극 장치를 더 포함할 수 있다.
상기 전기 자극 장치는 전기장이 상기 교차 지점에 교차되도록 형성하기 위해 상기 교차 지점을 기준으로 위치하는 복수의 전극들과, 상기 전기장을 생성하기 위한 전기장 생성기를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 자극 방법은 제1 초음파 발생 장치가 객체의 특정 부위에 제1 초음파 빔을 출력하는 단계와, 제2 초음파 발생 장치가 상기 객체의 특정 부위에 제2 초음파 빔을 출력하는 단계와, 상기 제1 초음파 발생 장치 및 상기 제2 초음파 발생 장치의 중심축이 동일 평면 상에 배치되고, 상기 제1 초음파 빔 및 상기 제2 초음파 빔 간의 교차 각도가 특정 각도가 되도록 상기 제1 초음파 발생 장치 및 상기 제2 초음파 발생 장치를 제어하는 단계를 포함한다.
상기 제어하는 단계는 상기 제1 초음파 발생 장치 및 상기 제2 초음파 발생 장치의 초점이 일치하도록 상기 제1 초음파 발생 장치 및 상기 제2 초음파 발생 장치 중에서 적어도 하나의 배열 위치를 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제어하는 단계는 상기 초점에서 상기 제1 초음파 빔 및 상기 제2 초음파 빔의 세기가 같아지도록 상기 제1 초음파 발생 장치 및 상기 제2 초음파 발생 장치 중에서 적어도 하나의 출력 세기를 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 출력 세기를 조정하는 단계는 상기 제1 초음파 발생 장치 및 상기 제2 초음파 발생 장치 중에서 적어도 하나로 인가되는 전압을 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 출력 세기를 조정하는 단계는 상기 제1 초음파 발생 장치 및 상기 제2 초음파 발생 장치 중에서 적어도 하나로 인가되는 전압의 이득(gain)을 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 특정 부위에서의 상기 제1 초음파 빔 및 상기 제2 초음파 빔 간의 교차 지점에 전기 자극을 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 객체의 특정 부위를 자극하는 동작을 설명하기 위한 개념도의 일 예이다.
도 2는 초음파 발생 장치가 배열되는 예들에 따라 생성되는 초음파 빔 형태의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 초음파 발생 장치가 배열되는 예들에 따라 생성되는 초음파의 파라미터를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 초음파 발생 장치가 배열되는 예들에 따라 생성되는 초음파 빔 형태의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 객체의 특정 부위를 자극하는 동작을 설명하기 위한 개념도의 다른 예이다.
도 6은 도 5에서 설명된 특정 부위를 자극하는 동작의 효과를 판별하는 실험 사진이다.
도 7은 도 6의 실험에 대한 자극 성공률을 나타낸다.
도 8은 일 실시예에 따른 객체 자극 장치의 개략적인 블록도를 나타낸다.
도 9는 도 8에 도시된 객체 자극 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
본 명세서에서 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에서 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어” 있다거나 “직접 접속되어” 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 “~사이에”와 “바로~사이에” 또는 “~에 이웃하는”과 “~에 직접 이웃하는” 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어를 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일 실시예에 따른 객체의 특정 부위를 자극하는 동작을 설명하기 위한 개념도의 일 예이다.
도 1을 참조하면, 초음파 발생 장치(100)는 객체의 특정 부위에 제1 초음파 빔을 출력한다. 초음파 발생 장치(200)는 객체의 특정 부위에 제2 초음파 빔을 출력한다. 예를 들어, 객체는 생명체이고, 객체의 특정 부위는 뇌일 수 있다.
복수의 초음파 발생 장치들(100 및 200)을 이용하여 객체의 특정 부위에 초음파 빔을 출력하는 경우, 특정 부위에서 초음파 빔에 의해 자극되는 부위는 국소화될 수 있다.
복수의 초음파 발생 장치들(100 및 200)을 이용하여 특정 부위에서 초음파 빔에 의해 자극되는 부위가 국소화되기 위해서, 복수의 초음파 발생 장치들(100 및 200)의 배열이 이용될 수 있다.
예를 들어, 초음파 발생 장치(100) 및 제2 초음파 발생 장치(200)의 중심축(axial axis)이 동일 평면 상에 배치되고(또는 위치하고), 제1 초음파 빔 및 제2 초음파 빔 간의 교차 각도가 특정 각도가 되도록, 초음파 발생 장치(100) 및 제2 초음파 발생 장치(200)가 배치될 수 있다.
이때, 초음파 발생 장치(100) 및 제2 초음파 발생 장치(200)의 초점(focus point 또는 focal spot)이 일치되도록, 초음파 발생 장치(100) 및 제2 초음파 발생 장치(200)가 배치될 수 있다.
또한, 복수의 초음파 발생 장치들(100 및 200)을 이용하여 특정 부위에서 초음파 빔에 의해 자극되는 부위가 국소화되기 위해서, 복수의 초음파 발생 장치들(100 및 200)에 의해 초점에서 발생되는 초음파 빔(또는 초음파)의 세기가 같도록 제어될 수 있다.
이와 같이 초음파 발생 장치(100) 및 제2 초음파 발생 장치(200)가 배치되고, 초점에서의 초음파 빔이 제어되는 경우, 제1 초음파 빔과 제2 초음파 빔이 교차하여 생성되는 집중 영역(focus area)이 줄어들 수 있다. 예를 들어, 집중 영역은 초음파 빔의 최대 세기(maximum intensity)의 절반, 즉 FWHM(full width half maximum)에 해당하는 영역일 수 있다.
이에, 객체의 특정 부위에서 제1 초음파 빔과 제2 초음파 빔이 교차하여 생성되는 집중 영역(focus area)이 국소화되어, 특정 부위에서 집중 영역에 대응하는 부위가 국소화되어 자극되고, 특정 부위에서 불가피하게 노출되는 부위는 불필요한 자극이 전달되지 않도록 최소화될 수 있다.
도 2는 초음파 발생 장치가 배열되는 예들에 따라 생성되는 초음파 빔 형태의 일 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 초음파 발생 장치가 배열되는 예들에 따라 생성되는 초음파의 파라미터를 설명하기 위한 그래프이다.
도 2에서는, 초음파 발생 장치(100) 및 제2 초음파 발생 장치(200)가 두 개의 중심축(axial axis)을 한 평면에 놓고, 중심축(또는 초음파 빔)의 교차 각도가 90도, 45도, 및 60도로 배치된 경우를 도시하고 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 초음파 발생 장치(100) 및 초음파 발생 장치(200)의 중심축이 동일 평면 상에 배치되고, 교차 각도가 특정 각도가 되도록 초음파 발생 장치(100) 및 초음파 발생 장치(200)가 배치되는 경우, 단일 초음파 발생 장치를 이용하는 경우에 비해, 제1 초음파 빔과 제2 초음파 빔이 교차하여 생성되는 집중 영역(focus area)이 급속히 줄어든 것을 확인할 수 있다.
이때, 단일 초음파 발생 장치를 이용하는 경우와 복수의 초음파 발생 장치(100 및 200)의 배열을 이용하는 경우에 따라 생성되는 초음파 빔(예를 들어, 제1 초음파 빔과 제2 초음파 빔이 교차하여 생성되는 집중 영역에서의 초음파 빔)의 파라미터는 표 1과 같을 수 있다.
Figure 112017063196401-pat00001
또한, 표 1의 초음파 빔의 파라미터는 도 3과 같이 정리될 수 있다. 표 1 및 도 3에서 같이, 복수의 초음파 발생 장치들(100 및 200)의 배열을 이용하는 경우, 초음파 빔(예를 들어, 제1 초음파 빔과 제2 초음파 빔이 교차하여 생성되는 집중 영역에서의 초음파 빔)의 집중 영역뿐만 아니라, 축 분해능(axial resolution), 및 측면 분해능(lateral resolution)도 크게 줄어든다. 이때, 초음파 빔의 세기는 집중 영역에서 증가한다.
즉, 복수의 초음파 발생 장치들(100 및 200)의 배열을 이용하는 경우, 특정 부위에서 초음파 빔에 의해 자극되는 부위가 국소화될 뿐만 아니라, 자극되는 부위에서의 세기가 증가하기 때문에, 특정 부위가 뇌 부위인 경우 초음파 빔의 두개골 통과가 용이해 지고, 복수의 초음파 발생 장치들(100 및 200)이 출력하는 초음파 빔의 출력 강도가 낮아질 수 있다.
도 2에서는 초음파 발생 장치(100) 및 제2 초음파 발생 장치(200)의 중심축(또는 초음파 빔)의 교차 각도가 90도, 45도, 및 60도인 경우만을 도시하고 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예에 따라 교차 각도는 특정 각도, 예를 들어 90도 그 이상 또는 이하가 되도록 설정될 수 있다.
도 4는 초음파 발생 장치가 배열되는 예들에 따라 생성되는 초음파 빔 형태의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4에서는, 초음파 발생 장치(100) 및 초음파 발생 장치(200)가 두 개의 중심축(axial axis)을 한 평면에 놓고, 중심축(또는 초음파 빔)의 교차 각도가 90도, 45도로 배치되고, 초음파 발생 장치(100) 및 초음파 발생 장치(200) 간 초점과의 거리에 차이가 있는 경우를 도시하고 있다.
초음파 발생 장치(100) 및 초음파 발생 장치(200) 간 초점과의 거리 변화는 각 초음파 발생 장치(100 및 200)에서 출력되는 초음파 빔의 페이즈(phase) 변화를 야기할 수 있다. 이와 같은 경우도, 단일 초음파 발생 장치를 이용하는 경우에 비해서는, 제1 초음파 빔과 제2 초음파 빔이 교차하여 생성되는 집중 영역(focus area)이 줄어든 것을 확인할 수 있다.
다만, 도 4에 도시된 바와 같이, 초음파 발생 장치(100) 및 초음파 발생 장치(200) 간 초점과의 거리 변화가 없는 경우에 비해, 초음파 발생 장치(100) 및 초음파 발생 장치(200) 간 초점과의 거리 변화가 있는 경우는 집중 영역의 국소화가 덜 이루어지고, 집중 영역에 대응하는 자극 모양이 달라질 수 있다.
즉, 초음파 발생 장치(100) 및 초음파 발생 장치(200)의 초점이 일치되도록, 초음파 발생 장치(100) 및 제2 초음파 발생 장치(200)가 배치되는 경우, 집중 영역의 국소화가 더 효과적으로 되고 자극이 잘 전달되도록 집중 영역에 대응하는 자극 모양이 잘 형성될 수 있다. 이에, 국소화된 자극 부위는 자극을 더 효과적으로 전달받을 수 있다.
이때, 복수의 초음파 발생 장치들(100 및 200)에 의해 초점에서 발생되는 초음파 빔(또는 초음파)의 세기가 같도록 제어함으로써, 집중 영역의 국소화가 더 효과적으로 달성되고, 자극이 잘 전달되도록 집중 영역에 대응하는 자극 모양이 잘 형성될 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 객체의 특정 부위를 자극하는 동작을 설명하기 위한 개념도의 다른 예이고, 도 6은 도 5에서 설명된 특정 부위를 자극하는 동작의 효과를 판별하는 실험 사진이고, 도 7은 도 6의 실험에 대한 자극 성공률을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 초음파 발생 장치(300)는 객체의 특정 부위에 초음파 빔을 출력한다. 전기 자극 장치(400)는 객체의 특정 부위에 전기장을 출력한다.
특정 부위에서 초음파 발생 장치(300)에 의한 초음파 자극과 전기 자극 장치(400)에 의한 전기 자극(또는 전기장 자극)이 병행되는 경우, 특정 부위 내 두 자극의 교차 지점에서의 자극 효율은 증가될 수 있다.
초음파 발생 장치(300)에 의한 초음파 자극과 전기 자극 장치(400)에 의한 전기 자극의 임계치는 낮아질 수 있다. 즉, 초음파 발생 장치(300) 및 전기 자극 장치(400)의 출력 강도(또는 출력 에너지)는 낮아질 수 있다. 이에, 특정 부위에서 두 자극의 교차 지점 이외에 불가피하게 초음파 자극 및/또는 전기 자극에 노출되는 영역이 줄어들어, 안정성이 확보될 수 있다.
도 6 및 도 7은 두 자극을 병행하는 경우에 대한 in vivo 실험 결과를 나타낸다. in vivo 실험을 통하여 전기 자극과 초음파 자극이 동시에 인가되는 경우, 두 자극이 시너지 효과를 내서 뇌세포 자극의 성공률이 높아지는 것을 확인할 수 있다.
즉, 같은 효율의 자극이 자극 부위에 인가되길 원할 경우, 초음파 자극에 더하여 전기 자극이 병행되면, 초음파 발생 장치(300)는 더 작은 세기의 초음파 빔(또는 초음파)을 자극 부위에 출력해도 된다.
동일한 효과의 자극이 작은 초음파 세기로도 자극 부위에 전달될 수 있기 때문에, 자극이 자극 부위에 효율적으로 전달될 수 있고, 자극 면적(예를 들어, 집중 영역)도 국소화시킬 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 객체 자극 장치의 개략적인 블록도를 나타낸다.
도 8을 참조하면, 객체 자극 장치(800)는 객체, 즉 생명체의 특정 부위(예를 들어, 뇌) 내 원하는 부위(예를 들어, 자극 부위 또는 뇌 세포)를 자극할 수 있다. 객체 자극 장치(800)는 뇌 자극 장치일 수 있다.
객체 자극 장치(800)는 복수의 초음파 발생 장치들(810 및 820) 및 컨트롤러(controller; 830)를 포함한다. 객체 자극 장치(800)는 동력 장치(840), 가변 저항기(850), 및 RF 증폭기(860)를 더 포함할 수 있다. 또한, 객체 자극 장치(800)는 전기 자극 장치(870)를 더 포함할 수 있다.
제1 초음파 발생 장치(810)는 객체의 특정 부위에 제1 초음파 빔을 출력할 수 있다. 제2 초음파 발생 장치(820)는 객체의 특정 부위에 제2 초음파 빔을 출력할 수 있다. 각 초음파 발생 장치(810 및 820)는 초음파 트랜스듀서로 구현될 수 있다. 예를 들어, 초음파 트랜스듀서는 초음파 빔을 집중시키기 위해 curved surface로 제작될 수 있다.
컨트롤러(830)는 객체 자극 장치(800)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(830)는 객체 자극 장치(800)의 각 구성(810, 820, 840, 850, 860, 및 870)의 동작을 제어할 수 있다.
컨트롤러(830)는 제1 초음파 발생 장치(810) 및 제2 초음파 발생 장치(820) 중에서 적어도 하나의 배열 위치를 제어할 수 있다.
동력 장치(840)는 컨트롤러(830)의 제어에 따라 제1 초음파 발생 장치(810) 및 제2 초음파 발생 장치(820) 중에서 적어도 하나의 배열 위치를 조정할 수 있다. 예를 들어, 동력 장치(840)는 3D 축 모터로 구현될 수 있다.
동력 장치(840)는 각 초음파 발생 장치(810 및 820)의 배열 위치를 개별적으로 조정하기 위해 각 초음파 발생 장치(810 및 820) 별로 구현되는 동력 장치들(843 및 845)를 포함할 수 있다.
컨트롤러(830)가 동력 장치(840)를 통해 제1 초음파 발생 장치(810) 및 제2 초음파 발생 장치(820) 중에서 적어도 하나의 배열 위치를 조정함으로써, 제1 초음파 발생 장치(810) 및 제2 초음파 발생 장치(820)의 중심축이 동일 평면 상에 배치되고, 제1 초음파 빔 및 제2 초음파 빔 간의 교차 각도가 특정 각도가 될 수 있다. 또한, 제1 초음파 발생 장치(810) 및 제2 초음파 발생 장치(820)의 초점이 일치할 수 있다.
또한, 컨트롤러(830)는 제1 초음파 발생 장치(810) 및 제2 초음파 발생 장치(820) 중에서 적어도 하나의 출력 세기(또는 출력 강도)를 제어할 수 있다.
또한, 컨트롤러(830)는 초점에서 제1 초음파 빔 및 제2 초음파 빔의 세기가 같아지도록 제1 초음파 발생 장치(810) 및 제2 초음파 발생 장치(820) 중에서 적어도 하나의 출력 세기를 제어할 수 있다.
가변 저항기(850)는 컨트롤러(830)의 제어에 따라 제1 초음파 발생 장치(810) 및 제2 초음파 발생 장치(820) 중에서 적어도 하나로 인가되는 전압을 조정할 수 있다.
가변 저항기(850)는 각 초음파 발생 장치(810 및 820)의 인가되는 전압을 개별적으로 조정하기 위해 각 초음파 발생 장치(810 및 820) 별로 구현되는 가변 저항기들(853 및 855)를 포함할 수 있다.
RF 증폭기(860)은 컨트롤러(830)의 제어에 따라 제1 초음파 발생 장치(810) 및 제2 초음파 발생 장치(820) 중에서 적어도 하나로 인가되는 전압의 이득(gain)을 조정할 수 있다.
RF 증폭기(860)은 각 초음파 발생 장치(810 및 820)의 인가되는 전압의 이득을 개별적으로 조정하기 위해 각 초음파 발생 장치(810 및 820) 별로 구현되는 RF 증폭기들(863 및 865)를 포함할 수 있다.
컨트롤러(830)가 가변 저항기(850) 및/또는 RF 증폭기(860)를 통해 제1 초음파 발생 장치(810) 및 제2 초음파 발생 장치(820) 중에서 적어도 하나의 출력 세기를 조정함으로써, 제1 초음파 빔과 제2 초음파 빔의 세기는 제1 초음파 발생 장치(810) 및 제2 초음파 발생 장치(820)의 일치되는 초점에서 같아질 수 있다.
객체 자극 장치(800)는 제1 초음파 발생 장치(810) 및 제2 초음파 발생 장치(820) 중에서 적어도 하나의 배열 위치를 조정하고, 초점에서의 제1 초음파 빔과 제2 초음파 빔의 세기를 제어하여, 객체의 특정 부위에서 제1 초음파 빔과 제2 초음파 빔이 교차하여 생성되는 집중 영역(focus area)을 국소화할 수 있다.
이때, 객체 자극 장치(800)는 특정 부위에서의 제1 초음파 빔 및 제2 초음파 빔 간의 교차 지점에 전기 자극 장치(870)을 통해 전기 자극을 출력하여 집중 영역에 대응하는 자극 부위에서의 자극 효율을 증가시킬 수 있다.
전기 자극 장치(870)는 복수의 전극들(873) 및 전기장 생성기(875)를 포함한다. 복수의 전극들(873)은 전기장이 교차 지점에 교차되도록 형성하기 위해 교차 지점을 기준으로 위치할 수 있다. 전기장 생성기(875)는 전기장을 생성하고, 복수의 전극들(873)을 통해 전기장을 출력할 수 있다.
도 9는 도 8에 도시된 객체 자극 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 9을 참조하면, 제1 초음파 발생 장치(810)는 객체의 특정 부위에 제1 초음파 빔을 출력할 수 있다(S910). 제2 초음파 발생 장치(820)는 객체의 특정 부위에 제2 초음파 빔을 출력할 수 있다(S930).
컨트롤러(830)는 제1 초음파 발생 장치(810) 및 제2 초음파 발생 장치(820)의 중심축이 동일 평면 상에 배치되고, 제1 초음파 빔 및 제2 초음파 빔 간의 교차 각도가 특정 각도가 되도록 제1 초음파 발생 장치(810) 및 제2 초음파 발생 장치(820)를 제어할 수 있다(S950).
상술한 실시예들은 객체, 즉 생명체에 존재하는 뇌 세포를 종래의 기술보다 더욱 국소적으로 자극하고 에너지를 더욱 효과적으로 전달할 수 있다.
실시예들은 치매, 루게릭 병, 우울증 등 각종 뇌와 관련된 질환, 정신병에 도움을 줄 수 있으며, 뇌 자극을 통한 운동 능력, 집중력, 수면 등에 효과를 기대할 수 있을 뿐만 아니라 뇌 회로 규명, 뇌 자극을 이용한 실험 등 다양한 연구의 발전에 이바지할 수 있다.
또한, 실시예들로 인해 위와 같은 가능성들을 실현함에 있어서 불필요한 뇌 부분이나 조직들의 자극을 최대한 줄일 수 있어서 부작용이나 의도치 않은 결과를 줄이는 효과를 낼 수 있다.
실시예들은 각종 뇌 질환 또는 뇌 회로 규명 연구를 위한 동물 실험 등에 적용될 수 있으며 더불어 물리적 치료가 가능한 뇌 질환 치료에 적용될 수 있는 장치로, 뇌와 관련된 넓은 분야에 이용할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (15)

  1. 객체의 특정 부위에 제1 초음파 빔을 출력하는 제1 초음파 발생 장치;
    상기 객체의 특정 부위에 제2 초음파 빔을 출력하는 제2 초음파 발생 장치;
    상기 특정 부위에서의 상기 제1 초음파 빔 및 상기 제2 초음파 빔 간의 교차 지점에 전기 자극을 출력하기 위한 전기 자극 장치; 및
    상기 제1 초음파 발생 장치 및 상기 제2 초음파 발생 장치의 중심축이 동일 평면 상에 배치되고, 상기 제1 초음파 빔 및 상기 제2 초음파 빔 간의 교차 각도가 특정 각도가 되도록 상기 제1 초음파 발생 장치 및 상기 제2 초음파 발생 장치를 제어하고, 상기 제1 초음파 발생 장치, 상기 제2 초음파 발생 장치 및 상기 전기 자극 장치를 이용하여 상기 특정 부위에 초음파 자극 및 전기 자극을 병행하고, 초점에서 발생되는 상기 제1 초음파 빔의 세기 및 상기 제2 초음파 빔의 세기가 같도록 제어하는 컨트롤러
    를 포함하는 자극 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 초음파 발생 장치 및 상기 제2 초음파 발생 장치의 초점이 일치하도록 상기 제1 초음파 발생 장치 및 상기 제2 초음파 발생 장치 중에서 적어도 하나의 배열 위치를 제어하는 자극 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 초점에서 상기 제1 초음파 빔 및 상기 제2 초음파 빔의 세기가 같아지도록 상기 제1 초음파 발생 장치 및 상기 제2 초음파 발생 장치 중에서 적어도 하나의 출력 세기를 제어하는 자극 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 초음파 발생 장치 및 상기 제2 초음파 발생 장치 중에서 적어도 하나의 배열 위치를 조정하기 위한 동력 장치
    를 더 포함하는 자극 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 초음파 발생 장치 및 상기 제2 초음파 발생 장치 중에서 적어도 하나로 인가되는 전압을 조정하기 위한 가변 저항기
    를 더 포함하는 자극 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 초음파 발생 장치 및 상기 제2 초음파 발생 장치 중에서 적어도 하나로 인가되는 전압의 이득(gain)을 조정하기 위한 RF 증폭기
    를 더 포함하는 자극 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 동력 장치는 3D 축 모터로 구현되는 자극 장치.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전기 자극 장치는,
    전기장이 상기 교차 지점에 교차되도록 형성하기 위해 상기 교차 지점을 기준으로 위치하는 복수의 전극들; 및
    상기 전기장을 생성하기 위한 전기장 생성기
    를 포함하는 자극 장치.
  10. 제1 초음파 발생 장치가 객체의 특정 부위에 제1 초음파 빔을 출력하는 단계;
    제2 초음파 발생 장치가 상기 객체의 특정 부위에 제2 초음파 빔을 출력하는 단계;
    상기 특정 부위에서의 상기 제1 초음파 빔 및 상기 제2 초음파 빔 간의 교차 지점에 전기 자극을 출력하는 단계;
    상기 제1 초음파 발생 장치 및 상기 제2 초음파 발생 장치의 중심축이 동일 평면 상에 배치되고, 상기 제1 초음파 빔 및 상기 제2 초음파 빔 간의 교차 각도가 특정 각도가 되도록 상기 제1 초음파 발생 장치 및 상기 제2 초음파 발생 장치를 제어하는 단계;
    상기 제1 초음파 빔, 상기 제2 초음파 빔 및 상기 전기 자극을 이용하여 상기 특정 부위에 초음파 자극 및 전기 자극을 병행하는 단계; 및
    초점에서 발생되는 상기 제1 초음파 빔의 세기 및 상기 제2 초음파 빔의 세기가 같도록 제어하는 단계
    를 포함하는 자극 장치 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는,
    상기 제1 초음파 발생 장치 및 상기 제2 초음파 발생 장치의 초점이 일치하도록 상기 제1 초음파 발생 장치 및 상기 제2 초음파 발생 장치 중에서 적어도 하나의 배열 위치를 조정하는 단계
    를 포함하는 자극 장치 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는
    상기 초점에서 상기 제1 초음파 빔 및 상기 제2 초음파 빔의 세기가 같아지도록 상기 제1 초음파 발생 장치 및 상기 제2 초음파 발생 장치 중에서 적어도 하나의 출력 세기를 조정하는 단계
    를 더 포함하는 자극 장치 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 출력 세기를 조정하는 단계는,
    상기 제1 초음파 발생 장치 및 상기 제2 초음파 발생 장치 중에서 적어도 하나로 인가되는 전압을 조정하는 단계
    를 포함하는 자극 장치 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 출력 세기를 조정하는 단계는,
    상기 제1 초음파 발생 장치 및 상기 제2 초음파 발생 장치 중에서 적어도 하나로 인가되는 전압의 이득(gain)을 조정하는 단계
    를 더 포함하는 자극 장치 제어 방법.
  15. 삭제
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