KR102005811B1 - 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치 - Google Patents

Abstract

비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치는 수용부와 입구와 수용부의 타측에서 동물의 머리의 적어도 일부를 통과시키는 통공을 구비한 지지벽을 구비하는 케이스와, 수용부에 수용되는 동물의 후방을 가압하도록 수용부를 따라 이동 가능한 가압판과, 동물의 머리의 좌우 방향의 이동을 제한하는 제한구멍을 구비하며 지지벽에 접촉하는 위치와 지지벽으로부터 이격된 위치의 사이에서 이동 가능하도록 케이스에 결합되는 좌우제한부와, 좌우제한부에 결합되어 동물의 머리의 상하 방향의 이동을 제한하는 상하제한부를 구비한다.

Description

비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치{Animal retraining device for non-invasive imaging of brain activity}

실시예들은 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무마취 상태의 소동물의 뇌활동을 비침습적으로 이미징할 수 있게 하며 움직임 훼손(motion artifact)을 최소화하도록 동물을 구속할 수 있는 동물 구속장치에 관한 것이다.

근래 바이오 이미징 분야에서는 live imaging(실시간 영상화, 라이브 이미징) 기술의 필요성이 대두되고 있다. Live imaging 기술은 세포단위에서는 살아있는 세포를 실시간으로 영상화하고, 동물 단위에서는 동물이 마취되지 않은 상태에서의 행동에 따른 신경활성도 측정을 비롯한 다양한 양상(modality)의 측정을 통해 실시간으로 영상화하는 기술이다.

미국 공개특허 2008-0168948는 '소동물 구속구'라는 명칭으로 판매되는 통상적인 제품과 관련된 것이다. 이 제품을 이용하면 원통의 내부공간에 쥐를 집어넣고 원통에서 돌출된 손잡이를 조작하여 쥐의 후방을 압박함으로써 쥐의 몸을 원통의 내부공간에 고정할 수 있다. 구체적으로, 쥐의 꼬리를 잡고 원통의 상부의 가이드 홈을 따라 당김으로써 쥐의 머리를 전단부에 위치시키고 원통에서 돌출된 손잡이를 조작하여 디스크 형상의 다른 부품을 가이드 홈을 따라 이동시킴으로써 후방으로부터 전방을 향하여 쥐의 꼬리 쪽으로부터 쥐에 압박을 가한다. 이와 같은 구속구는 일반적으로 주사 및 수술을 용이하기 위한 용도로 사용된다.

한국 등록특허 10-0761545는 소동물의 뇌 연구에 자주 사용되는 머리 고정 기구와 관련되며, 이빨을 물리는 홈에 소동물의 이빨을 물리고 측정 및 고정 도구를 이용하여 머리를 완전히 고정시킨 후 뇌 관련 실험을 진행한다. 이와 같은 머리 고정 기구를 이용하는 연구 분야에는 뇌에 마이크로 전극(micro electorde)을 심어 소동물의 행동이나 뇌질환을 다루는 연구와, 뇌의 특정한 위치에 약물을 직접적으로 투여하여 모델이 되는 질환에 대한 반응을 분석하는 연구 등이 있다. 이와 같은 소동물 머리 고정 기구를 사용할 때에는 일반적으로 소동물을 마취한 상태에서 실험이 진행이 되며, 두피를 절개하여 두개골을 여는 작업이 동반된다.

미국 등록특허 08028663도 동물의 몸을 구속하는 장치와 관련되며, 조정 가능한 아암을 이용하여 접촉 면적을 조절하며 압력을 가함으로써 두개골과 코의 위치를 고정한다. 설치류의 코가 들어가는 부위와 아암이 머리를 고정시키며 몸통은 받침대 위에 놓여 고정된다.

동물이 마취된 상태에서 뇌 활동 이미징(brain activity imaging)을 위해서는 한국 등록특허 10-0761545와 같이 스테레오탁식(Stereotaxic)이 주로 사용되어 왔다. 그러나 최근 바이오 이미징 분야에서는 마취가 안 된 상태의 뇌 활동을 영상화할 수 있는 기술이 높은 평가를 받고 있으며, 따라서 무마취 상태에서 동물의 영상화를 가능하게 하는 구속장치의 개발이 요구되고 있다.

하지만 종래의 구속장치들은 주로 특정 신체부위에 주사를 하기 위한 목적으로 설계된 것이어서, 구속된 상태의 동물의 움직임 훼손(motion artifact)이 크게 발생하므로 라이브 이미징에 적합하지 않다. 예를 들어 상술한 미국 공개특허 2008-0168948가 주사의 목적으로 동물을 구속하는 통상적인 구속장치에 관련된다. 한국 등록특허 10-0761545의 경우에는 동물의 이미징을 목적으로 사용될 수 있으나, 동물이 마취되어야 하는 제한이 있다.

그 외에도 David tank 교수의 연구팀이 논문을 통해 증강현실을 접목한 볼트레드밀(ball treadmill)과 머리 지지구(Head restrainer)의 결합에 의해 활동 중인 쥐의 신경촬영(neuroimaging)이 가능하다는 발표를 하였으나, 이와 같은 장비는 설치류의 두개골 절제 수술을 통한 기기와 생체 조직 결합이 수반되는 침습적 접근방법이 요구되고 고비용이 소요된다.

비침습적으로 무마취 상태의 동물의 움직임에 의한 움직임 훼손(motion artifact)을 최소화하면서 뇌 활동 이미징을 가능하게 하는 구속장치의 개발이 요구된다.

비침습적으로 무마취 상태의 동물의 뇌혈류 측정을 위해서는 동물의 신체에 대한 탐침의 접근성이 향상되어야 하며, 무마취 상태의 동물을 안정적으로 구속할 수 있는 성능이 향상되어야 한다.

미국 공개특허 2008-0168948(2008.07.17.) 한국 등록특허 10-0761545(2007.09.18.) 미국 등록특허 08028663(2011.10.04.)

Daniel A. Domebeck, David Tank et al., Imaging Large-Scale Neural Activity with Cellular Resolution in Awake, Mobile Mice. Neuron, vol. 56, no. 1, pp. 43-57, 2007.

실시예들의 목적은 무마취 상태로 동물의 뇌활동을 감시(모니터링)할 수 있는 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치를 제공하는 데 있다.

실시예들의 다른 목적은 동물의 신체의 다양한 영역에서 뇌활동을 모니터링하기 위한 접근성을 향상시키는 데 있다.

실시예들의 또 다른 목적은 탐침의 위치를 조정하게 함으로써 모니터링 범위의 조정이 가능한 동물 구속장치를 제공하는 데 있다.

실시예들의 또 다른 목적은 무마취 상태에서의 동물의 움직임을 최소화할 수 있는 동물 구속장치를 제공하는 데 있다.

일 실시예에 관한 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치는 동물을 수용할 수 있는 수용부와 수용부의 일측을 외부로 개방시키는 입구와 수용부의 타측에서 수용부에 수용되는 동물의 머리의 적어도 일부를 외부로 통과시키는 통공을 구비한 지지벽을 구비하는 케이스와, 케이스의 입구로부터 수용부에 삽입되어 수용부에 수용되는 동물의 후방을 가압하도록 수용부를 따라 이동 가능한 가압판과, 통공으로부터 돌출된 동물의 머리의 좌우 방향의 이동을 제한하는 제한구멍을 구비하며 지지벽에 접촉하는 위치와 지지벽으로부터 이격된 위치의 사이에서 이동 가능하도록 케이스에 결합되는 좌우제한부와, 좌우제한부가 지지벽에 접촉하는 위치에 있을 때 좌우제한부에 결합되어 동물의 머리의 상하 방향의 이동을 제한하는 상하제한부를 구비한다.

비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치는 상하제한부에 결합되며 좌우제한부의 제한구멍을 통해 외부로 노출된 동물의 위턱(상악)을 탄성적으로 지지하는 제1 밴드를 더 구비할 수 있다.

비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치는 상하제한부에 결합되며 좌우제한부의 제한구멍을 통해 외부로 노출된 동물의 목을 탄성적으로 지지하는 제2 밴드를 더 구비할 수 있다.

상하제한부는 수용부에 수용된 동물의 눈의 위치에 대응하는 정렬구멍을 구비할 수 있다.

상하제한부에는 탐침이 결합될 수 있다.

비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치는 탐침을 지지하며 상하제한부에 대해 이동 가능하게 결합되는 홀더를 더 구비할 수 있다.

복수 개의 탐침이 상하제한부에 결합될 수 있으며, 복수 개의 탐침의 각각을 지지하도록 복수 개의 홀더가 상하제한부에 결합될 수 있고, 상하제한부는 복수 개의 홀더를 이동 가능하게 지지하는 직선홈을 구비할 수 있으며, 복수 개의 홀더는 직선홈에 결합하여 슬라이딩 이동함으로써 복수 개의 탐침의 서로에 대한 위치가 조정될 수 있다.

홀더는 결합용 구멍과, 탐침이 삽입되는 탐침구멍을 구비하여 결합용 구멍에 결합되는 탄성소재의 탐침고리를 구비할 수 있다.

케이스의 지지벽은 동물의 목이 삽입되도록 통공의 내주면의 일부분이 외측을 향하여 확장된 요홈을 더 구비할 수 있다.

좌우제한부는 제한구멍에 외측으로 연장하는 삽입홈을 더 구비할 수 있고, 상하제한부는 삽입홈에 결합되는 날개를 구비할 수 있다.

케이스는 수용부의 일부를 외부로 개방시키도록 수용부가 연장하는 방향을 따라 연장하는 직선구멍을 더 구비할 수 있고, 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치는 케이스의 외부에 배치되며 직선구멍을 통해 가압판에 연결되는 손잡이를 더 구비할 수 있다.

상술한 바와 같은 실시예들에 관한 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치는 동물의 몸을 구속하는 케이스 및 가압판과, 동물의 머리의 운동을 제한하는 좌우제한부와 상하제한부의 작용으로 인해 모든 방향에서의 동물의 움직임을 억제하여 움직임 훼손(motion artifact)을 감소시킬 수 있다.

또한 모든 방향에서의 동물의 움직임을 억제하여 동물을 안정적으로 구속함으로 인해 동물을 마취시키지 않은 상태에서도 무마취 상태의 동물의 뇌 활동 측정이 가능하다.

또한 상하제한부에 탐침이 결합될 수 있으므로 동물의 머리 위에서의 탐침의 접근성이 향상되었다. 또한 상하제한부에 이동 가능하게 결합된 홀더를 통해 탐침을 설치함으로써 탐침의 사이의 간격을 조정하여 측정 범위를 정밀하게 조절할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 관한 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치의 일부 구성요소들의 결합관계를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 일 실시예에 관한 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치의 일부 구성요소들의 결합관계를 분리하여 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 일 실시예에 관한 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치의 상하제한부를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 일 실시예에 관한 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치의 상하제한부와 홀더를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4의 상하제한부와 홀더의 Ⅵ-Ⅵ 선을 따라 도시한 단면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 일 실시예에 관한 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치의 측면을 도시한 측면도이다.
도 7은 도 1에 도시된 일 실시예에 관한 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치에 동물이 수용된 작동 상태를 도시한 측면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 일 실시예에 관한 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치에 수용된 동물을 고정하는 과정의 일부 작동 상태를 도시한 측면도이다.
도 9는 도 8에 도시된 일 실시예에 관한 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치에 상하제한부가 결합된 작동 상태를 도시한 측면도이다.
도 10은 도 9에 도시된 일 실시예에 관한 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치를 이용하여 동물의 뇌 활동을 영상화하여 획득한 사진이다.
도 11은 도 9에 도시된 일 실시예에 관한 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치를 이용하여 동물의 뇌 활동을 영상화하는 동작을 예시적으로 설명한 설명도이다.

본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

도 1은 일 실시예에 관한 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치의 일부 구성요소들의 결합관계를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 일 실시예에 관한 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치의 일부 구성요소들의 결합관계를 분리하여 도시한 사시도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 실시예에 관한 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치는 쥐와 같은 소동물을 구속함으로써 소동물의 뇌혈류 등의 뇌 활성도의 측정을 위해 사용될 수 있다.

비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치는 동물을 내부에 수용할 수 있는 수용부(15)를 구비한 케이스(10)와, 상기 케이스(10)의 내부에 삽입될 수 있는 가압판(20)과, 상기 케이스(10)의 전방에 결합되는 좌우제한부(40)와, 좌우제한부(40)에 결합될 수 있는 상하제한부(30)를 구비한다.

케이스(10)는 금속, 플라스틱, 고무 등의 소재로 제작될 수 있으며 내부가 비어 있는 중공의 통형상으로 제작될 수 있다. 케이스(10)는 동물을 수용할 수 있는 수용부(15)와, 수용부(15)의 후방의 일측을 외부로 개방시키는 입구(13)와, 수용부(15)의 전방의 타측에서 수용부(15)에 수용되는 동물의 머리의 적어도 일부를 외부로 통과시키는 통공(11)을 구비하는 지지벽(11w)을 구비한다.

도시된 실시예에서 케이스(10)는 대략 원통 형상을 가지며, 케이스(10)의 수용부(15)도 원형의 단면을 가지며 케이스(10)의 길이 방향을 따라 연장한다. 그러나 실시예는 이러한 케이스(10) 및 수용부(15)의 형상에 의해 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 케이스(10)는 사각형상, 육각형상, 팔각형상, 타원형 단면을 갖는 원통형상, 단면의 크기가 변화되는 원뿔형상 등의 다양한 형상으로 제작될 수 있고, 수용부(15)의 단면형상도 사각형상, 육각형상, 팔각형상, 타원형 등의 다양한 형상으로 변형될 수 있다.

케이스(10)의 내부의 수용부(15)에는 가압판(20)이 수용될 수 있다. 가압판(20)은 수용부(15)의 단면형상에 대응하여 원형의 판형상으로 제작될 수 있다. 가압판(20)은 동물의 꼬리가 통과할 수 있는 꼬리용 통공(21)을 구비한다.

도 2에 도시된 것과 같이 케이스(10)에 동물을 수용하기 전에 가압판(20)은 케이스(10)로부터 분리될 수 있으며, 케이스(10)의 수용부(15)에 동물을 수용한 이후에 가압판(20)이 입구(13)를 통하여 케이스(10)의 수용부(15)에 삽입되어 수용부(15)를 따라 이동함으로써 수용부(15)에 수용되는 동물의 후방을 가압하는 기능을 수행할 수 있다.

케이스(10)는 수용부(15)의 일부분, 즉 수용부(15)의 상단 부분을 케이스(10)의 외부로 개방시켜 수용부(15)를 외부와 연결하는 직선구멍(12)을 더 구비한다. 직선구멍(12)은 수용부(15)의 연장방향, 즉 케이스(10)의 길이방향을 따라 직선적으로 연장하도록 형성된다.

케이스(10)의 외부에는 가압판(20)에 연결되는 손잡이(25)가 설치된다. 가압판(20)은 외측면에 나사구멍(22)을 구비하며, 손잡이(25)는 직선구멍(12)을 관통하여 가압판(20)의 나사구멍(22)에 나사 결합되는 나사축(25b)을 구비한다.

케이스(10)의 수용부(15)에 가압판(20)이 일단 삽입된 이후에, 손잡이(25)를 직선구멍(12)을 따라 이동시킴으로써 가압판(20)을 수용부(15)의 길이 방향으로 이동시켜 가압판(20)에 의해 케이스(10)에 수용된 동물의 후방을 가압할 수 있다.

케이스(10)의 지지벽(11w)은 케이스(10)에 수용된 동물의 머리가 지지벽(11w)의 통공(11)을 통과하였을 때 동물의 목이 삽입되도록 통공(11)의 내주면의 일부분이 외측을 향하여 확장된 요홈(11a)을 구비한다.

따라서 케이스(10)의 수용부(15)에 동물을 집어넣고 동물을 지지벽(11w)을 향하는 방향으로 밀어 넣으면 동물의 머리가 통공(11)을 통과하면서 동물의 목이 요홈(11a)에 삽입된다. 실험용 동물로 300g의 SD rat(Sprague-Dawley rat)(SD 쥐)를 사용하는 경우, 요홈(11a)의 직경을 약 8cm가 되게 함으로써 쥐가 스스로 목을 빼지 못하게 할 수 있다.

좌우제한부(40)는 통공(11)으로부터 케이스(10)의 전방을 향하여 돌출되는 동물의 머리의 좌우 방향의 이동을 제한하는 제한구멍(41)을 구비한다. 좌우제한부(40)는 케이스(10)의 지지벽(11w)에 접촉하는 위치와 지지벽(11w)으로부터 이격된 위치의 사이에서 이동 가능하도록 케이스(10)에 결합된다.

도 1에서 좌우제한부(40)는 지지벽(11w)에 접촉하는 위치에 있다. 도 2에서 좌우제한부(40)는 지지벽(11w)으로부터 이격된 위치에 있다. 좌우제한부(40)의 일단은 힌지(45)에 의해 케이스(10)에 회전 가능하게 결합되므로, 좌우제한부(40)가 힌지(45)를 중심으로 회전함으로써 좌우제한부(40)가 지지벽(11w)에 접촉할 수 있고 좌우제한부(40)가 지지벽(11w)으로부터 이격될 수 있다.

도 1에 도시된 것과 같이 좌우제한부(40)가 지지벽(11w)에 접촉하는 위치에 있을 때, 상하제한부(30)가 좌우제한부(40)에 결합됨으로써 케이스(10)에 수용된 동물의 머리의 상하 방향의 이동을 제한하는 기능을 수행할 수 있다.

좌우제한부(40)는 제한구멍(41)의 양측에서 외측을 향하여 연장하는 삽입홈(42)을 구비한다. 상하제한부(30)는 좌우 양측에 삽입홈(42)에 결합되는 날개(31)를 구비한다. 도 1에 도시된 바와 같이 좌우제한부(40)가 케이스(10)의 지지벽(11w)에 접촉한 상태에서 상하제한부(30)의 날개(31)를 삽입홈(42)에 삽입한 후 상하제한부(30)를 케이스(10)를 향하여 밀어 넣으면 상하제한부(30)가 좌우제한부(40)에 결합되며 상하제한부(30)의 좌우제한부(40)에 삽입된 위치가 조정될 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 일 실시예에 관한 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치의 상하제한부를 확대하여 도시한 사시도이고, 도 4는 도 1에 도시된 일 실시예에 관한 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치의 상하제한부와 홀더를 확대하여 도시한 사시도이며, 도 5는 도 4의 상하제한부와 홀더의 Ⅵ-Ⅵ 선을 따라 도시한 단면도이다.

상하제한부(30)는 수용부(15)에 수용된 동물의 눈의 위치에 대응하는 2개의 정렬구멍(35)을 구비한다. 정렬구멍(35)을 통해 상하제한부(30)의 동물에 대한 정렬위치를 확인할 수 있다. 즉 2개의 정렬구멍(35)의 각각에 동물의 각각의 눈이 위치되게 함으로써 상하제한부(30)의 위치가 동물의 머리에 대해 대칭이 되도록 정확히 정렬이 되었는지를 확인할 수 있다.

상하제한부(30)의 전방에는 좌우제한부(40)의 제한구멍(41)을 통해 외부로 노출된 동물의 위턱(상악)을 탄성적으로 지지하기 위한 제1 밴드(32b)가 결합된다. 상하제한부(30)는 제1 밴드(32b)를 고정하기 위한 밴드고정공(32)을 구비하며, 제1 밴드(32b)의 단부에 결합된 결합판(32c)에 의해 제1 밴드(32b)가 상하제한부(30)에 결합된다. 제1 밴드(32b)는 탄성을 갖는 고무나, 탄성을 갖는 천소재 등으로 제작될 수 있다.

상하제한부(30)의 후방에는 좌우제한부(40)의 제한구멍(41)을 통해 외부로 노출된 동물의 목을 탄성적으로 지지하기 위한 제2 밴드(39)가 결합된다. 제2 밴드(39)도 탄성을 갖는 고무나, 탄성을 갖는 천소재 등으로 제작될 수 있다.

상하제한부(30)에는 복수 개의 탐침(70; 프로브, probe)이 결합될 수 있다. 탐침(70)은 상하제한부(30)를 관통하는 상하방향으로 상하제한부(30)에 결합될 수 있다.

두 개의 탐침(70)의 각각이 발신기와 수신기의 기능을 하며 한 쌍을 이루어 사용될 수 있다. 탐침(70)을 이용한 검사방법으로는 예를 들어 도플러효과를 이용해 뇌혈관 속에서 피가 흐르는 속도를 측정하는 비침습적 검사법(TCD; transcranial doppler)이 적용될 수 있다. 즉 탐침(70)의 하나는 초음파를 발사하는 발신기(source)의 기능을 하고, 탐침(70)의 다른 하나는 적혈구에서 반사되어 오는 파장을 수신하여 혈류속도를 측정하는 수신기(detector)의 기능을 할 수 있다.

탐침(70)은 홀더(50)에 의해 상하제한부(30)에 결합될 수 있다. 탐침(70)을 지지하는 홀더(50)는 상하제한부(30)에 대해 이동 가능하게 결합된다. 복수 개의 탐침(70)의 각각을 지지하도록 복수 개의 홀더(50)가 상하제한부(30)에 결합된다.

상하제한부(30)는 복수 개의 홀더(50)를 이동 가능하게 지지하는 직선홈(37)을 구비한다. 상술한 바와 같이 두 개의 탐침(70)의 각각이 발신기와 수신기의 기능을 하며 한 쌍을 이루어 작동하므로, 두 개의 탐침(70)을 지지하는 두 개의 홀더(50)가 하나의 직선홈(37)을 따라 슬라이딩 이동함으로써 두 개의 탐침(70)의 서로에 대한 위치가 조정될 수 있다. 도 3에서는 두 개의 탐침(70)과 두 개의 홀더(50)가 하나의 집합체를 이루며, 두 개의 탐침(70)과 홀더(50)의 집합체의 각각이 동물의 머리의 좌측 부위와 우측 부위를 각각 담당한다.

홀더(50)는 결합용 구멍(53)을 구비하고, 결합용 구멍(53)에는 탐침구멍(54a)을 구비하는 탄성소재의 탐침고리(54)가 결합된다. 또한 탐침고리(54)의 탐침구멍(54a)에는 탐침(70)이 삽입된다. 탐침고리(54)는 예를 들어 탄성을 갖는 스펀지(sponge)나 우레탄이나 고무 등의 소재로 제작될 수 있다. 홀더(50)는 좌우양측에 직선홈(37)의 단부벽을 수용할 수 있는 요홈 형상의 슬라이더(51)를 구비한다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 두 개의 홀더(50)가 하나의 직선홈(37)을 따라 슬라이딩 이동하도록 결합되므로, 두 개의 홀더(50)의 각각에 탐침(70)이 결합된 상태에서 직선홈(37)을 따라 홀더(50)를 이동시키면 두 개의 탐침(70)의 서로에 대한 거리가 자유롭게 조정될 수 있다.

도 6은 도 1에 도시된 일 실시예에 관한 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치의 측면을 도시한 측면도이고, 도 7은 도 1에 도시된 일 실시예에 관한 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치에 동물이 수용된 작동 상태를 도시한 측면도이다.

상술한 구성으로 이루어지는 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.

도 6은 구속장치의 케이스(10)에 동물을 수용하기 전의 상태를 도시한다. 구속장치의 케이스(10)의 내부의 수용부(15)에 동물을 수용하기 위해서는 먼저 가압판(20)을 도 7에 도시된 것과 같이 케이스(10)의 외부로 분리하고 좌우제한부(40)를 케이스(10)의 지지벽(11w)으로부터 분리된 위치로 이동시킨다.

케이스(10)의 내부의 수용부(15)에 동물(7)을 집어넣고 동물(7)을 지지벽(11w)을 향하여 밀어 넣으면 동물(7)의 머리가 지지벽(11w)의 통공(11)을 통해 케이스(10)의 외부로 노출된다. 이때 동물(7)의 목이 통공(11)의 요홈(11a)에 삽입되므로 동물(7)이 스스로 쉽게 목을 빼내기 어려운 상태가 된다.

도 8은 도 7에 도시된 일 실시예에 관한 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치에 수용된 동물을 고정하는 과정의 일부 작동 상태를 도시한 측면도이다.

동물(7)이 수용부(15)에 수용된 상태에서 케이스(10)의 수용부(15)에 가압판(20)을 삽입한 후에 손잡이(25)를 직선구멍(12)을 따라 이동시킴으로써 가압판(20)을 수용부(15)의 길이 방향으로 이동시켜 가압판(20)에 의해 케이스(10)에 수용된 동물(7)의 후방을 가압할 수 있다.

가압판(20)을 동물(7)의 둔부까지 밀어 넣고 손잡이(25)를 가압판(20)에 대하여 회전시켜 조이면 가압판(20)이 케이스(10)에 대해 고정된다. 가압판(20)의 위치가 고정되면 공간이 부족하게 되어 도 7에 도시된 것과 같이 동물(7)은 목을 뒤로 뺄 수도 없는 상태에 놓인다.

도 7에 도시된 상태에서 좌우제한부(40)를 케이스(10)에 대하여 회전시켜 좌우제한부(40)를 지지벽(11w)에 접촉하는 위치로 이동시키면, 도 8에 도시된 것과 같이 동물(7)은 머리를 좌우 방향으로 흔들 수 없는 상태가 된다.

도 9는 도 8에 도시된 일 실시예에 관한 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치에 상하제한부가 결합된 작동 상태를 도시한 측면도이다.

동물(7)이 좌우제한부(40)에 의해 좌우 방향으로 머리를 움직이지 못하는 상태에서 좌우제한부(40)에 상하제한부(30)를 결합하면, 도 9에 도시된 것과 같이 동물(7)이 상하 방향으로도 머리를 움직일 수 없는 상태가 된다.

도 9에 도시된 상태에서 동물(7)은 케이스(10) 및 가압판(20)에 의해 몸을 움직일 수 없고, 통공(11)에 머리가 삽입되어 목을 움직일 수 없으며, 좌우제한부(40)에 의해 좌우 방향의 머리 운동이 제한되고, 상하제한부(30)에 의해 상하 방향의 머리 운동이 제한됨으로써, 동물(7)의 모든 움직임이 구속된다.

상하제한부(30)를 통하여 동물(7)의 두피에서 미리 제모된 부위에 대한 뇌혈류 측정이 진행될 수 있다. 하나의 쌍을 형성하는 두 개의 탐침(70)은 상하제한부(30)에 결합된 홀더(50)를 관통하여 동물(7)의 두피에 접근할 수 있다.

도 3 및 도 4에서 설명된 바와 같이, 탐침(70)은 탄성소재의 탐침고리(54)를 통해 홀더(50)에 결합되며, 홀더(50)는 상하제한부(30)의 직선홈(37)을 따라 직선적으로 슬라이딩 이동을 할 수 있다. 탄성소재의 탐침고리(54)는 홀더(50)가 이동하는 동안 탐침(70)의 움직임에 의한 충격을 흡수하는 댐핑 기능을 수행할 수 있다.

도 9를 참조하면, 상하제한부(30)의 전방의 제1 밴드(32b)는 후방의 제2 밴드(39)보다 작은 직경을 갖는다. 제2 밴드(39)는 상하제한부(30)의 후방에서 동물(7)의 목 부분을 탄력적으로 감싸 지지하는 기능을 한다. 또한 제1 밴드(32b)를 동물(7)의 윗니 뒤로 삽입하여 묶으면 윗니의 구조로 인하여 제1 밴드(32b)가 동물(7)의 위턱에 걸린 상태가 되어 동물(7)의 위턱이 상하제한부(30)에 걸린 상태로 유지된다.

상하제한부(30)의 위치를 케이스(10) 및 동물(7)에 대하여 정렬시키기 위하여 정렬구멍(35)의 위치를 동물(7)의 눈의 위치와 정렬시킨다. 두 개의 정렬구멍(35)의 각각이 동물(7)의 두 눈의 각각에 정렬되었다면, 상하제한부(30)가 대칭이 되도록 정확히 정렬된 것을 확인할 수 있다.

도 10은 도 9에 도시된 일 실시예에 관한 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치를 이용하여 동물의 뇌 활동을 영상화하여 획득한 사진이다. 도 10은 동물로 사용된 설치류의 머리의 뇌-혈관-두개골의 위치 정보를 나타낸다.

뇌의 주요 혈관은 주로 정수리점(3; bregma)과 람다(4; lambda)의 사이에 분포한다. 도 10에 나타나는 뇌동맥은 두피로부터 대략 3mm 아래에 있으며, 그 아래에도 모세혈관을 비롯하여 혈관들이 시상하부까지 분포한다.

일 실시예에 관한 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치를 이용하면 혈류 측정 위치에서 상하제한부(30)의 직선홈(37)에 끼워맞춤 방식으로 결합되어 있는 홀더(50)를 슬라이딩 이동시킬 수 있으므로 탐침(70)의 위치를 조정하여 측정 범위를 정밀하게 조정할 수 있다. 이와 같이 탐침(70)의 측정 구간을 정밀하게 설정할 수 있으므로, 예를 들어 중뇌동맥결찰수술에 의해 중대뇌동맥(5; MCA) 부근에 발생한 경색부위로부터의 혈류 상태를 정밀하게 측정할 수 있다.

도 11은 도 9에 도시된 일 실시예에 관한 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치를 이용하여 동물의 뇌 활동을 영상화하는 동작을 예시적으로 설명한 설명도이다.

도 11에 도시된 것과 같이 동물의 위치가 고정된 상태에서 동물의 눈(7e)의 위치와 정렬구멍(35)의 위치를 정렬시킴으로써 상하제한부(30)의 위치를 정확하게 정렬한 후 그에 따른 혈관 위치를 추정할 수 있다. 상하제한부(30)는 해당 지역마다 예상되는 혈관을 표시하는 눈금(M, A, E)을 구비할 수 있으며, 상하제한부(30)의 눈금을 통해 어떤 혈관을 측정하고 있는지 추정할 수 있다. 또한 상하제한부(30)에 대한 탐침(70) 및 홀더(50)의 가동성을 이용해 측정 범위를 정밀하게 조정할 수 있다. 탐침(70)의 측정 범위가 조정됨에 따라 탐침(70)을 동물을 향해 침투시키는 깊이인 침투 깊이는 종속적으로 변경될 수 있다.

상술한 실시예에 관한 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치에서는 케이스(10)와 가압판(20)과, 좌우제한부(40)와, 상하제한부(30)의 협동적으로 작용함과 아울러 각 구성요소들을 순차적으로 조립하는 방식에 의해 동물을 구속할 수 있으므로, 종래의 구속장치나 eeg 캡(eeg cap)과 비교할 때 동물을 안정적으로 구속하는 성능이 향상되었다.

또한 탄성력을 갖는 밴드를 이용하여 동물의 목이나 위턱을 지지하여 동물을 더욱 안정적으로 구속할 수 있다.

또한 동물을 구속하는 과정에서 정렬구멍(35)을 이용하여 동물의 눈의 위치와 상하제한부(30)의 위치를 동물에 대해 대칭이 되는 위치가 되도록 정밀하게 정렬할 수 있다.

또한 종래의 eeg 캡에서는 32개의 다채널 탐침(프로브) 구멍을 통해 측정을 실행할 수 있도록 하여 구조가 복잡하고 탐침의 사이의 간격이 구멍의 간격으로 제한되는 한계가 있었다. 그러나 상술한 실시예에 관한 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치에서는 탐침을 지지하는 홀더를 슬라이딩 조정 가능하게 설치함으로써 탐침들의 사이의 간격을 정밀하게 조정할 수 있다.

또한 종래의 구속장치는 동물의 마취가 선행되어야 하거나, 동물을 구속하는 기능이 약하여 측정에 사용되기보다는 주사에 의한 약물투여를 위한 목적으로만 사용되었다. 그러나 상술한 실시예에 관한 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치에서는 무마취 상태로 동물의 움직임을 효과적으로 구속할 수 있다.

상술한 실시예들에 대한 구성과 효과에 대한 설명은 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

7: 동물 32: 밴드고정공
10: 케이스 32c: 결합판
7e: 동물의 눈 32b: 제1 밴드
11a: 요홈 35: 정렬구멍
11w: 지지벽 37: 직선홈
11: 통공 39: 제2 밴드
12: 직선구멍 40: 좌우제한부
13: 입구 41: 제한구멍
15: 수용부 42: 삽입홈
20: 가압판 45: 힌지
21: 꼬리용 통공 50: 홀더
22: 나사구멍 51: 슬라이더
25b: 나사축 53: 결합용 구멍
25: 손잡이 54: 탐침고리
30: 상하제한부 54a: 탐침구멍
31: 날개 70: 탐침

Claims (11)

1. 동물을 수용할 수 있는 수용부와, 상기 수용부의 일측을 외부로 개방시키는 입구와, 상기 수용부의 타측에서 상기 수용부에 수용되는 상기 동물의 머리의 적어도 일부를 외부로 통과시키는 통공을 구비한 지지벽을 구비하는 케이스;
   상기 케이스의 상기 입구로부터 상기 수용부에 삽입되어 상기 수용부에 수용되는 상기 동물의 후방을 가압하도록 상기 수용부를 따라 이동 가능한 가압판;
   상기 통공으로부터 돌출된 상기 동물의 상기 머리의 좌우 방향의 이동을 제한하는 제한구멍을 구비하며, 상기 지지벽에 접촉하는 위치와 상기 지지벽으로부터 이격된 위치의 사이에서 이동 가능하도록 상기 케이스에 결합되는 좌우제한부;
   상기 좌우제한부가 상기 지지벽에 접촉하는 위치에 있을 때 상기 좌우제한부에 결합되어 상기 동물의 상기 머리의 상하 방향의 이동을 제한하는 상하제한부; 및
   상기 상하제한부에 결합되며 상기 좌우제한부의 상기 제한구멍을 통해 외부로 노출된 상기 동물의 위턱(상악)을 탄성적으로 지지하는 제1 밴드;를 구비하는, 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 상하제한부에 결합되며 상기 좌우제한부의 상기 제한구멍을 통해 외부로 노출된 상기 동물의 목을 탄성적으로 지지하는 제2 밴드를 더 구비하는, 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 상하제한부는 상기 수용부에 수용된 상기 동물의 눈의 위치에 대응하는 정렬구멍을 구비하는, 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 상하제한부에는 탐침이 결합될 수 있는, 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 탐침을 지지하며 상기 상하제한부에 대해 이동 가능하게 결합되는 홀더를 더 구비하는, 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치.
7. 제6항에 있어서,
   복수 개의 상기 탐침이 상기 상하제한부에 결합될 수 있으며, 복수 개의 상기 탐침의 각각을 지지하도록 복수 개의 상기 홀더가 상기 상하제한부에 결합되고, 상기 상하제한부는 복수 개의 상기 홀더를 이동 가능하게 지지하는 직선홈을 구비하고, 복수 개의 상기 홀더는 상기 직선홈에 결합하여 슬라이딩 이동함으로써 복수 개의 상기 탐침의 서로에 대한 위치가 조정될 수 있는, 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 홀더는 결합용 구멍과, 상기 탐침이 삽입되는 탐침구멍을 구비하여 상기 결합용 구멍에 결합되는 탄성소재의 탐침고리를 구비하는, 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 케이스의 상기 지지벽은 상기 동물의 목이 삽입되도록 상기 통공의 내주면의 일부분이 외측을 향하여 확장된 요홈을 더 구비하는, 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 좌우제한부는 상기 제한구멍에 외측으로 연장하는 삽입홈을 더 구비하고, 상기 상하제한부는 상기 삽입홈에 결합되는 날개를 구비하는, 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 수용부의 일부를 외부로 개방시키도록 상기 수용부가 연장하는 방향을 따라 연장하는 직선구멍을 더 구비하고,
    상기 케이스의 외부에 배치되며 상기 직선구멍을 통해 상기 가압판에 연결되는 손잡이를 더 구비하는, 비침습적 뇌활동 이미징용 동물 구속장치.

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