KR101994994B1 - 뼈 재형성 증가 장치 및 이를 이용한 뼈 재형성 증가 방법 - Google Patents

Abstract

뼈 재형성 증가 장치가 개시되며, 상기 뼈 재형성 증가 장치는, 뼈의 외부에서 상기 뼈에 자기장을 인가하는 자기장 인가부; 및 상기 RF 신호를 발생시키는 RF 코일부를 포함하되, 상기 자기장 인가부에 의해, 상기 뼈에 포함된 무기질에 세차운동이 발생되고, 상기 무기질의 양성자가 상기 자기장의 인가에 대응하여 정렬되며, 상기 RF 코일부는, 상기 무기질의 양성자가 여기 상태에 이르도록 상기 RF 신호로서 상기 자기장에 대하여 90도 RF 펄스를 발생하게 제공될 수 있다.

Description

뼈 재형성 증가 장치 및 이를 이용한 뼈 재형성 증가 방법{PROMOTED APPARATUS FOR BONE FORMATION AND PROMOTED METHOD FOR BONE FORMATION USING THE SAME}

본원은 뼈 재형성 증가 장치 및 이를 이용한 뼈 재형성 증가 방법에 관한 것이다.

골다공증(osteoporosis)은 골흡수와 골형성의 균형이 붕괴되어 발생하는 것으로 골형성보다 과다한 골흡수의 진행에 기인한 질환이다. 골다공증은 골 조직의 석회가 감소되어 뼈의 치밀질이 엷어지고 그로 인해 골수강이 넓어지는 증상이다. 골은 골다공증의 증세가 진전됨에 따라 약해지기 때문에 작은 충격에도 골절되기 쉬울 수 있다. 골절 유발은 골다공증 환자의 병변율과 치사율을 증가시킬 뿐만 아니라, 삶의 질을 떨어뜨리는 매우 심각한 문제를 초래한다. 따라서 골밀도의 증가와 골절 유발 가능성을 낮추기 위한 목적으로 여러 가지 다양한 골다공증 치료제 개발이 이루어지고 있다.

현재 대부분 사용되는 골다공증 치료 방법으로는 골형성 증가 및 골 흡수 억제를 위한 약물치료가 주를 이루는데, 그 중 가장 대표적인 비스포스포네이트는 다양한 부작용을 가지고 있다.

이에 따라, 약물 치료에 의존하지 않고 뼈의 재형성을 증가시키기 위한 기술이 개발될 필요가 있어 왔다.

본원의 배경이 되는 기술은 공개특허공보 제 2010-0014174호에 개시되어 있다.

본원은 약물 치료에 의존하지 않고 뼈의 재형성을 증가시킬 수 있는 뼈 재형성 증가 장치 및 이를 이용한 뼈 재형성 증가 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 뼈 재형성 증가 장치는, 뼈의 외부에서 상기 뼈에 자기장을 인가하는 자기장 인가부; 및 상기 RF 신호를 발생시키는 RF 코일부를 포함하되, 상기 자기장 인가부에 의해, 상기 뼈에 포함된 무기질에 세차운동이 발생되고, 상기 무기질의 양성자가 상기 자기장의 인가에 대응하여 정렬되며, 상기 RF 코일부는, 상기 무기질의 양성자가 여기 상태에 이르도록 상기 RF 신호로서 상기 자기장에 대하여 90도 RF 펄스를 발생하게 제공될 수 있다.

또한, 본원의 일 실시예에 따른 뼈 재형성 증가 방법은, (a) 상기 뼈에 포함된 무기질에 세차운동이 발생되고 상기 무기질의 양성자가 상기 자기장의 인가에 대응하여 정렬되도록, 상기 자기장 인가부에 의해 상기 뼈의 외부에서 상기 뼈에 자기장을 인가하는 단계; 및 (b) 상기 무기질의 양성자가 여기 상태에 이르도록 상기 RF 신호로서 상기 자기장에 대하여 90도 RF 펄스를 발생하게 제공되는 상기 RF 코일부에 의해, 상기 RF 신호를 발생시키는 단계를 포함할 수 있다.

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 뼈에 포함된 무기질의 양성자가 여기 상태에 이르러 활성화될 수 있으므로, 조골세포가 뼈에 침착되는 과정이 활성화될 수 있어 뼈의 재형성이 향상될 수 있다. 이에 따라, 약물로 치료하지 않고 뼈의 재형성이 증가될 수 있다.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 뼈 재형성 증가 장치의 자기장 인가부가 뼈에 자기장을 인가하여 무기질의 양성자가 자기장의 인가에 대응하여 정렬되는 것을 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 뼈 재형성 증가 장치의RF 코일부의 뼈에 대한 RF 신호 발생에 따라 무기질의 양성자가 여기 (Excitation)상태로 천이되는 것을 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 뼈 재형성 증가 장치의 RF 신호의 발생을 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 4 내지 도 6은 무기질에 대한 자기장 및 RF 신호 발생에 따른 무기질의 양성자의 천이 과정을 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 뼈 재형성 증가 장치의 birdcage 타입의 RF 코일부를 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본원은 뼈 재형성 증가 장치 및 이를 이용한 뼈 재형성 증가 방법에 관한 것이다.

먼저, 본원의 일 실시예에 따른 뼈 재형성 증가 장치(이하 '본 뼈 재형성 증가 장치'라 함)에 대하여 설명한다.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 뼈 재형성 증가 장치의 자기장 인가부가 뼈에 자기장을 인가하여 무기질의 양성자가 자기장의 인가에 대응하여 정렬되는 것을 설명하기 위한 개략적인 개념도이고, 도 2는 본원의 일 실시예에 따른 뼈 재형성 증가 장치의RF 코일부의 뼈에 대한 RF 신호 발생에 따라 무기질의 양성자가 여기 (Excitation)상태로 천이되는 것을 설명하기 위한 개략적인 개념도이며, 도 3은 본원의 일 실시예에 따른 뼈 재형성 증가 장치의 RF 신호의 발생을 설명하기 위한 개략적인 개념도이고, 도 4 내지 도 6은 무기질에 대한 자기장 및 RF 신호 발생에 따른 무기질의 양성자의 천이 과정을 설명하기 위한 개략적인 개념도이며, 도 7은 본원의 일 실시예에 따른 뼈 재형성 증가 장치의 birdcage 타입의 RF 코일부를 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.

본 뼈 재형성 증가 장치는, 약물 치료에 의하지 않고, 핵자기공명을 이용해 골다공증을 개선하기 위한 기술을 이용하는 것으로서, 부작용을 방지하고 신체에 아무런 접촉을 가하지 않고 치료를 할 수 있어, 사용하기가 매우 편리한 장점을 가질 수 있다.

뼈 재형성 증가 장치는 뼈의 외부에서 뼈에 자기장(B₀)을 인가하는 자기장 인가부를 포함한다. 도 1을 참조하면, 자기장 인가부에 의해 뼈에 포함된 무기질에 세차운동이 발생되고 무기질의 양성자가 자기장(B₀)의 인가에 대응하여 정렬된다. 다시 말해, 자기장 인가부가 외부에서 뼈에 녹아 있는 무기질에 자기장(B₀)을 가하면 세차운동을 하는 무기질의 양성자가 자기장(B₀)에 맞추어 정렬될 수 있다.

또한, 본 뼈 재형성 증가 장치는 RF신호를 발생시키는 RF 코일부를 포함한다. 도 2를 참조하면, RF 코일부는, 무기질의 양성자가 여기 상태에 이르도록 RF 신호로서 자기장(B₀)에 대하여 90도 RF 펄스(B₁)를 발생하게 제공된다. 또한, 90도 RF 펄스(B₁)는, 자기장(B₀)의 작용 방향과 90도(˚)를 이루는 방향으로 발생될 수 있다. 예시적으로, RF 코일부는 무기질의 세차 운동의 주파수와 대응되는 신호를 자기장(B₀)의 작용 방향과 90도(˚)를 이루는 방향으로 발생시킬 수 있다.

예시적으로, 자기장(B₀)의 작용으로 세차 운동을 하는 무기질의 양성자가 자기장(B₀)에 맞추어 정렬된 상태(도 1 및 참조)에서, 세차운동의 주파수와 같은(대응되는) RF 신호가 90도로 가해지면, 다시 말해, 90도 RF 펄스(B₁)가 90도로 작용하면 무기질의 양성자는 여기 (Excitation)상태로 천이하게 될 수 있다(도 2 및 도 3 참조).

예를 들어, 도 4를 참조하면, 자기장(B₀)의 작용으로 세차 운동을 하는 무기질의 양성자는 자기장(B₀)에 맞추어 정렬된 상태가 될 수 있는데, 도 5를 참조하면, 무기질의 양성자가 자기장(B₀)에 맞추어 정렬된 상태에서 90도 RF 펄스(B₁)가 자기장(B₀)에 대하여 90˚로 작용하면 적어도 일부의 에너지가 양성자에 흡수될 수 있고, 이에 따라, 도 6을 참조하면, 양성자는 90˚ FLIP되며 여기 상태로 천이될 수 있다.

즉, RF 코일부는, 무기질의 세차 운동의 주파수와 대응되는 신호를 자기장(B₀)의 작용 방향과 90도를 이루는 방향으로 발생시킬 수 있다. 참고로, 무기질의 세차 운동의 주파수와 대응되는 신호는 무기질의 세차 운동의 주파수와 같은 신호, 무기질의 세차 운동의 주파수의 고조파와 같은 신호, 세차 운동 주파수의 n배 고조파를 포함할 수 있다. 참고로, 무기질 원소의 세차 운동의 주파수는 하기 [식 1]을 따를 수 있다.

[식 1] ω₀=γB ₀

여기서, ω₀는 상기 무기질 원소의 세차 운동의 주파수(MHz)이고, γ는 상기 무기질 원소의 자기 회전비이며, B ₀는 초기 자기장(T)d일 수 있다.

다만, 외부에서 가하는 자기장(B₀)의 크기에 비례하여 세차 운동 주파수가 수 십 kHz에 불과하므로 세차 운동 주파수에 해당하는 RF 신호를 만들기 위해서는 수십 m 이상의 RF 코일이 필요하게 될 수 있어, RF 코일부의 구현이 비현실적일 수 있다.

이에 따라, RF 코일부는, 무기질의 세차운동 주파수의 고조파에 대응하도록 90도 RF 펄스를 작용할 수 있다. 다시 말해, 90도 RF 펄스(B₁)는, 무기질의 세차운동 주파수의 고조파에 대응하도록 RF 코일부에 의해 발생될 수 있다. 예를 들어, 90도 RF 펄스(B₁)는, 무기질의 세차운동 주파수의 n배 고조파일 수 있다. 즉, 본 뼈 재형성 증가 장치는 세차운동 주파수의 n배 고조파를 이용하여 RF 신호를 만들어 작용해 뼈의 무기질을 활성화시킬 수 있다.

예를 들어, 무기질은 인(P)을 포함할 수 있다. 인은 무기질 중 뼈에서 가장 많은 부분을 차지할 수 있다. 본 뼈 재형성 증가 장치는, 무기질 중 뼈에서 가장 많은 부분을 차지하는 인의 양성자를 여기 상태로 만들어 인의 활성도를 증가시켜 뼈의 재형성을 증가시킬 수 있다. 또한, 본 뼈 재형성 증가 장치는 90도 RF 펄스(B₁)를 사용하여 인을 지속적으로 여기시킬 수 있다. 인의 양성자가 여기되면 뼈 속에서 조골세포가 침착하기 위한 필수 조건이 성숙되므로, 90도 RF 펄스(B₁)를 사용하여 인을 지속적으로 여기시키면 인이 활성화될 수 있고, 다시 조골세포의 침착을 돕는 인의 활성도가 증가되므로 결국 뼈의 재형성을 증가시킬 수 있다.

상술한 [식 1]에 따라, 자기장(B₀)이 1.06572mT인 경우, 인의 세차운동 주파수는 12kHz일 수 있다(인의 γ(Gyromagnetic 비)는 11.26 MHz/T임). 이러한 경우, birdcage 타입의 RF 코일부로 12KHz의 90도 RF 펄스(B₁)를 발생시킬 경우, RF 코일부의 크기(길이)가 수 m에서 수십m까지 될 수 있다. 반면에, 본 뼈 재형성 증가 장치는 90도 RF 펄스(B₁)로서, 세차 운동의 주파수의 n배 고조파에 대응하는 신호를 발생시킴으로써, birdcage 타입의 RF 코일부의 규모를 줄이면서 인의 양성자를 활성화시킬 수 있다. 예를 들어, 본 뼈 재형성 증가 장치에 의하면, 세차 운동 주파수의 10000 배에 해당하는 고조파를 발생시킨다고 가정하면 120MHz의 신호를 RF 코일부로 발생시키기만 하면 되므로, 크지 않은 규모의 birdcage 타입의 RF 코일부로도 RF 코일부의 설계가 가능하여, 사용성이 확보된 본 뼈 재형성 증가 장치를 구현할 수 있다.

도 7을 참조하면, 예시적으로, RF 코일부는 birdcage 타입(새장 형상 타입)의 RF 코일부를 포함할 수 있다. birdcage 타입 RF 코일부는, 상하 방향으로 간격을 두고 배치되는 한 쌍의 링형 코일 및 한 쌍의 링형 코일을 연결하는 코일 다리를 포함할 수 있다. 이러한 birdcage 타입 RF 코일부는 통상의 기술자에게 자명하므로, 상세한 설명은 생략한다.

정리하면, 본 뼈 재형성 증가 장치는, 외부에서 뼈에 자기장을 가하여 무기질 등 뼈 속의 이온들의 세차운동을 발생시킬 수 있는데, 뼈 속에 가장 많이 존재하는 무기질인 인의 세차운동 주파수의 고조파를 사용하여 인의 세차운동을 활성화하고 이를 통하여 조골세포로의 무기질 침착을 향상시켜 뼈의 재형성을 증가시킬 수 있다.

구체적으로, 본 뼈 재형성 증가 장치는, 조골세포가 하는 역할을 활성화하기 위한 기술을 활용하는데, 외부에서 뼈에 자기장을 가하면 뼈 기질에 녹아 있는 인의 세차운동을 일으켜서, 세차운동의 주파수와 대응되는 RF신호를 90도로 가하면 인의 양성자의 상태가 여기 (Excitation) 상태로 되므로 90도 RF신호를 지속적으로 가하여 인을 활성화시켜 조골세포가 뼈에 침착되는 과정을 활성화시킴으로써 뼈의 재형성을 향상시킬 수 있다. 다만 외부에서 가하는 자기장의 크기에 비례하여 세차운동 주파수가 수 십 kHz에 불과하므로 이 주파수에 해당하는 RF 신호를 만들기 위해선 수십 m 이상의 RF 코일이 필요하게 되어 매우 비현실적이므로 본 뼈 재형성 증가 장치는 인의 세차운동 주파수의 n배 고조파를 이용하여 RF 신호를 만들어 인을 활성화시키는 기술을 적용할 수 있다. 이를 통해, RF 코일부의 규모를 줄여 사용성을 확보할 수 있다.

이러한 본 뼈 재형성 증가 장치는, 인의 세차운동 주파수의 고조파를 이용하여 인을 활성화하여 조골세포로의 침착을 통하여 뼈의 재형성을 증가시키는 기술을 이용하는 것이라 할 수 있다.

한편, 이하에서는 전술한 본원의 일 실시예에 따른 뼈 재형성 증가 장치를 이용한 본원의 일 실시예에 따른 뼈 재형성 증가 방법(이하 '본 뼈 재형성 증가 방법'이라 함)에 대해 설명한다. 다만, 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략하기로 한다.

본 뼈 재형성 증가 방법은, 뼈에 포함된 무기질에 세차운동이 발생되고 무기질의 양성자가 자기장의 인가에 대응하여 정렬되도록, 자기장 인가부에 의해 뼈의 외부에서 뼈에 자기장을 인가하는 단계를 포함한다.

또한, 본 뼈 재형성 증가 방법은 무기질의 양성자가 여기 상태에 이르도록 RF 신호로서 자기장에 대하여 90도 RF 펄스를 발생하게 제공되는 RF 코일부에 의해, RF 신호를 발생시키는 단계를 포함한다.

RF 신호를 발생시키는 단계에서, 90도 RF 펄스는, 무기질의 세차운동 주파수의 고조파에 대응하도록 RF 코일부에 의해 발생될 수 있다.

이러한 본 뼈 재형성 증가 방법은 인의 세차운동 주파수의 고조파를 이용하여 인을 활성화하여 조골세포로의 침착을 통하여 뼈의 재형성을 증가시키는 기술이라 할 수 있다.

또한, 본 뼈 재형성 증가 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 본원을 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 본원의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

또한, 전술한 본 뼈 재형성 증가 방법은 기록 매체에 저장되는 컴퓨터에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램 또는 애플리케이션의 형태로도 구현될 수 있다.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (8)

1. 뼈 재형성 증가 장치로서,
   뼈의 외부에서 상기 뼈에 자기장을 인가하는 자기장 인가부; 및
   RF 신호를 발생시키는 RF 코일부를 포함하되,
   상기 자기장 인가부에 의해, 상기 뼈에 포함된 무기질에 세차운동이 발생되고, 상기 무기질의 양성자가 상기 자기장의 인가에 대응하여 정렬되며,
   상기 RF 코일부는, 상기 무기질의 양성자가 여기 상태에 이르도록 상기 RF 신호로서 상기 자기장에 대하여 90도 RF 펄스를 발생하게 제공되는 것인, 뼈 재형성 증가 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 90도 RF 펄스는, 상기 무기질의 세차운동 주파수의 고조파에 대응하도록 상기 RF 코일부에 의해 발생되는 것인, 뼈 재형성 증가 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 90도 RF 펄스는, 상기 자기장의 작용 방향과 90도를 이루는 방향으로 발생되는 것인, 뼈 재형성 증가 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 무기질은 인을 포함하는 것인, 뼈 재형성 증가 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 자기장 인가부 및 상기 RF 코일부에 의해 상기 인의 양성자가 여기 상태에 이르면, 상기 뼈 속에서의 조골세포의 침작에 기여하는 상기 인의 활성도가 상기 여기 상태가 아닐 때보다 증가되는 것인, 뼈 재형성 증가 장치.
6. 제1항에 따른 뼈 재형성 증가 장치를 이용한 뼈 재형성 증가 방법으로서,
   (a) 상기 뼈에 포함된 무기질에 세차운동이 발생되고 상기 무기질의 양성자가 상기 자기장의 인가에 대응하여 정렬되도록, 상기 자기장 인가부에 의해 상기 뼈의 외부에서 상기 뼈에 자기장을 인가하는 단계; 및
   (b) 상기 무기질의 양성자가 여기 상태에 이르도록 상기 RF 신호로서 상기 자기장에 대하여 90도 RF 펄스를 발생하게 제공되는 상기 RF 코일부에 의해, 상기 RF 신호를 발생시키는 단계를 포함하는 뼈 재형성 증가 방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 (b) 단계에서, 상기 90도 RF 펄스는, 상기 무기질의 세차운동 주파수의 고조파에 대응하도록 상기 RF 코일부에 의해 발생되는 것인, 뼈 재형성 증가 방법.
8. 제6항 또는 제7항에 따른 뼈 재형성 증가 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체.
   

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