KR102021977B1 - 말초 운동 신경신호 측정 시스템 및 이를 이용한 말초 운동 신경신호 판별 방법 - Google Patents

Abstract

말초 운동 신경신호 측정 시스템 및 이를 이용한 말초 운동 신경신호 판별 방법에서, 상기 말초 운동 신경신호 측정 시스템은 신경전극, 몰드부, 기준전극, 거즈부 및 증폭기를 포함한다. 상기 신경전극은 말초 신경에 삽입되는 복수의 탐침들을 포함한다. 상기 몰드부는 상기 신경전극을 내부공간에 고정시킨다. 상기 기준전극은 상기 몰드부의 내부에 위치한다. 상기 거즈부는 상기 몰드부의 외면에 형성되며 접지전극과 연결된다. 상기 증폭기는 일단은 상기 신경전극에 연결되고, 타단은 상기 기준전극에 연결되어 상기 신경전극으로부터 측정되는 신호를 증폭시킨다.

Description

말초 운동 신경신호 측정 시스템 및 이를 이용한 말초 운동 신경신호 판별 방법{RECORDING SYSTEM OF PERIPHERAL MOTOR NERVE ACTIVITY AND METHOD FOR DISCRIMINATING PERIPHERAL MOTOR NERVE ACTIVITY}

본 발명은 신경신호 측정 시스템 및 이를 이용한 신경신호 판별방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 말초신경에서 발생하는 신경신호의 측정시 근전도 및 움직임에 의한 신경신호의 오염을 최소화하여 보다 정확하게 운동 신경신호만을 측정하여 판별하기 위한 말초 운동 신경신호 측정 시스템 및 이를 이용한 말초 운동 신경신호 판별방법에 관한 것이다.

최근 말초신경으로부터 운동 신경 신호를 측정 또는 분석하여 사용자의 동작의도를 파악함으로써 의수나 의족을 제어할 수 있는 말초신경 인터페이스에 관한 기술에 대한 연구가 진행되고 있다.

이를 위해, 신경신호 분석 알고리즘이나 의수 및 의족에 적용하는 방법과 관련하여 기술들이 개발되고는 있으나, 실제 신경 신호를 추출 또는 판별하는 데 있어 근전도 간섭 등의 문제를 해결하지 못하고 있다.

도 1은 종래기술에 의한 말초 운동 신경신호 측정 시스템을 도시한 것으로, 상기 말초 운동 신경신호 측정 시스템(10)은 말초 신경에 삽입되는 탐침(14)을 포함한 신경전극(13)과, 기준전극(12) 및 증폭기(11)로 구성된다.

이 경우, 상기 말초 신경에는 별도의 쉴딩(shielding) 없이 상기 신경전극(13) 만이 삽입되며, 기준전극(12)은 접지(ground)와 연결되도록 구성되었다. 그러나, 상기와 같은 말초 운동 신경신호 측정 시스템(10)을 통해 측정된 신호를 상기 증폭기(11)를 통해 출력한 결과를 살펴보면, 도 2에 도시된 바와 같이, 신경신호에 비하여 매우 큰 근전도 신호가 계측됨에 따라 실제 신경 신호를 판별하거나 계측하기 어려운 문제가 있다.

한편, 관련 선행기술로 대한민국 등록특허 제10-1371359호가 있으며, 의수 제어를 위한 말초신경 인터페이스 시스템에 대하여 개시하고는 있으나, 앞서 설명한 바와 같이 근본적으로 상대적으로 큰 레벨의 근전도 신호에 의한 간섭 문제를 해결하지는 못하고 있다.

대한민국 등록특허 제10-1371359호

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 말초신경에서 발생하는 신경신호의 측정시 근전도 및 움직임에 의한 신경신호의 오염을 최소화하여 보다 정확하게 운동 신경신호만을 측정하여 이를 판별할 수 있는 말초 운동 신경신호 측정 시스템에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 말초 운동 신경신호 측정 시스템을 이용한 말초 운동 신경신호 판별방법에 관한 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 말초 운동 신경신호 측정 시스템은 신경전극, 몰드부, 기준전극, 거즈부 및 증폭기를 포함한다. 상기 신경전극은 말초 신경에 삽입되는 복수의 탐침들을 포함한다. 상기 몰드부는 상기 신경전극을 내부공간에 고정시킨다. 상기 기준전극은 상기 몰드부의 내부에 위치한다. 상기 거즈부는 상기 몰드부의 외면에 형성되며 접지전극과 연결된다. 상기 증폭기는 일단은 상기 신경전극에 연결되고, 타단은 상기 기준전극에 연결되어 상기 신경전극으로부터 측정되는 신호를 증폭시킨다.

일 실시예에서, 상기 몰드부는 상기 말초 신경이 상기 내부공간을 관통하며 연장되도록 상기 말초 신경에 고정될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 몰드부는, 서로 마주하여 내부에 상기 내부공간을 형성하고, 일 끝단이 서로 연결되는 한 쌍의 제1 및 제2 면들을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 몰드부는, 실리콘(silicone)을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 거즈부는, 상기 제1 및 제2 면들의 외면에 몰딩(molding)되는 골드 거즈(gold gauze)일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 신경전극의 탐침들 각각은 상기 증폭기로 신호를 제공하는 채널(channel)이고, 상기 탐침의 개수는 적어도 32개일 수 있다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 말초 운동 신경신호 판별방법은 다채널 신경전극을 말초신경에 삽입하는 단계, 상기 신경전극의 모든 채널에 동일한 전류자극을 인가하는 단계, 상기 신경전극의 채널들 중 운동 축삭과 접촉된 신경전극 채널을 판별하는 단계, 및 보행을 유도하여 상기 판별된 신경전극 채널에서 신경 신호가 측정되는 가의 여부를 확인하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 신경전극을 말초신경에 삽입하는 단계에서, 상기 신경전극 및 기준전극은 몰드부의 내부공간에 고정되고, 상기 몰드부의 외면에 형성된 거즈부는 접지전극과 연결되며, 증폭기의 양단에 상기 신경전극 및 상기 기준전극이 각각 연결될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 신경전극의 채널들 중 운동 축삭과 접촉된 신경전극 채널을 판별하는 단계에서, 상기 신경전극의 모든 채널 각각에 대하여, 인가된 전류자극에 대응하여 발목 관절 운동의 여부를 확인할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 판별된 신경전극 채널에서 신경 신호가 측정되는 가의 여부를 확인하는 단계에서, 상기 보행에 따른 발목 관절의 신전 또는 굴곡이 상기 판별된 신경전극 채널에서 측정된 운동 신경신호와 부합하는지 확인할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 판별된 신경전극 채널에서 신경 신호가 측정되는 가의 여부를 확인하는 단계에서, 상기 운동 축삭과 접촉된 신경전극 채널로 판별된 채널 외에서 측정되는 신경 신호는 교감 또는 감각 신경신호로 간주될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 종래 말초 운동 신경신호의 측정에서, 근전도나 움직임에 의한 신호에 의해 신경신호가 오염되는 문제를 해결하기 위하여, 기준전극을 몰드부의 내부에 위치시키고, 상기 몰드부의 외면에 형성된 거즈부에 접지전극을 연결함으로써, 신경신호의 측정시 근전도나 움직임에 의한 신호가 발생하는 것을 차폐할 수 있다.

또한, 몰드부를 통해 말초 신경을 고정시키는 것은 물론, 신경전극이 말초 신경에 안정적으로 고정될 수 있어, 안정적인 말초 운동 신경신호를 측정할 수 있다.

특히, 몰드부의 구조가 내부에 말초 신경이 통과하면서 신경전극이 위치할 공간을 형성하고, 개방 및 밀폐가 용이하며, 외면에 거즈부가 몰딩될 수 있는 구조를 가지는 바, 상기와 같은 근전도 차폐 및 안정적인 고정이 가능하게 된다.

또한, 각 신경 신호의 채널 역할을 수행하는 탐침이 적어도 32개 이상이 형성됨에 따라, 실제 백서의 좌골신경의 분포를 고려하여 운동 축삭과 탐침이 적어도 2개 이상 접촉할 수 있는 확률을 유지함으로써, 정확한 운동 신경신호의 계측이 가능하게 된다.

나아가, 우선적으로 신경전극의 모든 채널에 전류자극을 인가하여 발목 관절 운동의 여부를 확인함으로써 신경전극 채널 중 운동 축삭과 접촉된 채널을 우선 판별하고, 이를 보행 유도를 통해 재확인함으로써, 종래 백서의 좌골신경으로부터 운동 신경신호를 판별하기 어려운 문제를 해결할 수 있다.

특히, 몰드부를 통한 안정적인 고정으로, 보행 유도를 수행함에도 신경전극이 말초 신경에 안정적으로 고정될 수 있어, 운동 신경신호에 대한 재확인 가능할 수 있고, 보행 유도시 발목 관절의 신전 또는 굴곡이 상기 판별된 신경전극 채널에서 측정된 운동 신경신호와 부합하는지 확인함으로써 측정된 신호가 운동 신경신호인지를 정확하게 확인할 수 있다.

도 1은 종래기술에 의한 말초 운동 신경신호 측정 시스템을 도시한 모식도이다.
도 2는 도 1의 말초 운동 신경신호 측정 시스템을 통해 측정된 근전도 신호를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 말초 운동 신경신호 측정 시스템을 나타내는 이미지이고, 도 4는 도 3의 'A'부분을 확대하여 도시한 이미지이다.
도 5는 도 3의 말초 운동 신경신호 측정 시스템을 도시한 모식도이고, 도 6은 도 5의 말초 운동 신경신호 측정 시스템이 말초신경에 삽입된 상태를 도시한 모식도이다.
도 7a는 도 3의 몰드부를 확대하여 도시한 이미지이고, 도 7b는 도 3의 몰드부의 내부를 도시한 이미지이며, 도 7c는 도 3의 몰드부의 내부에 신경전극이 위치한 상태를 도시한 이미지이다.
도 8은 도 3의 말초 운동 신경신호 측정 시스템을 이용한 말초 운동 신경신호 판별방법을 도시한 흐름도이다.
도 9는 도 8의 신경전극을 말초신경에 삽입하는 단계를 도시한 이미지이다.
도 10은 도 8의 운동 축삭과 접촉된 신경전극 채널을 판별하는 단계를 도시한 이미지이다.
도 11a 및 도 11b는 2 채널에 인가되는 전기자극의 전류파형을 도시한 그래프들이다.
도 12a는 전기자극을 인가하지 않았을 때 휴지상태의 발목관절의 상태를 도시한 이미지이고, 도 12b는 도 11a와 같이 CH 13에 전기자극을 인가하였을 때 유발되는 발목관절의 신전동작을 도시한 이미지이고, 도 12c는 도 11b와 같이 CH 14에 전기자극을 인가하였을 때 유발되는 발목관절의 굴곡동작을 도시한 이미지이다.
도 13은 전기자극을 통해 운동 축삭과 접촉된 신경전극 채널을 판별한 후, 보행을 유도하여 상기 판별된 신경전극 채널에서 확인되는 운동 신경 신호를 도시한 그래프이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 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 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 말초 운동 신경신호 측정 시스템을 나타내는 이미지이고, 도 4는 도 3의 'A'부분을 확대하여 도시한 이미지이다. 도 5는 도 3의 말초 운동 신경신호 측정 시스템을 도시한 모식도이고, 도 6은 도 5의 말초 운동 신경신호 측정 시스템이 말초신경에 삽입된 상태를 도시한 모식도이다.

우선, 도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예에 의한 말초 운동 신경신호 측정 시스템(100)은 증폭기(110), 기준전극(120), 몰드부(130), 신경전극(140), 고정부(150), 거즈부(160) 및 접지전극(170)을 포함한다.

상기 신경전극(140)은 도 4에 확대되어 도시된 바와 같이, 복수개의 탐침들(141)이 일정한 간격으로 배열되어 형성되며, 상기 각각의 탐침들(141)은 상기 신경전극(140)으로부터의 신호를 전달하는 채널(channel)에 해당된다. 이 경우, 상기 복수의 탐침들(141)은 평판형 전극체에 고정되도록 배열될 수 있다.

그리하여, 상기 신경전극(140)의 각각의 탐침들(141)은 도 6에 도시된 바와 같이, 말초 신경(20)의 신경외피를 통과하도록 상기 말초 신경(20)에 수직인 방향으로 삽입되며 상기 말초 신경(20)에 고정된다.

이 경우, 상기 탐침들(141)의 끝단은 platinum/iridium 합금으로 형성된 전극(electrode)일 수 있다.

본 실시예에서, 상기 탐침들(141)은 적어도 32개 이상으로 형성되어, 결국 32개 이상의 채널들 각각으로 신경 신호를 전달할 수 있도록 구비된다.

상기 탐침들(141)의 개수는 다양하게 설정될 수 있으나, 측정하고자 하는 말초 신경의 신경 분포를 고려하여, 운동 신경신호를 측정할 수 있는 확률을 가지도록 설정되어야 한다.

예를 들어, 본 실시예에 의한 신경신호 측정시스템이 백서의 좌골신경에 적용되는 경우라면, 백서의 좌골신경의 종류와 분포를 살펴보면, 유수 운동 축삭이 6%, 유수 감각 축삭이 23%, 무수 감각 축삭이 48%, 무수 교감 축삭이 23%로 구성되고 있다.

따라서, 상기와 같은 좌골신경의 분포를 고려할 때, 유수 운동 축삭의 신호를 측정하기 위해서는 적어도 하나의 탐침은 상기 유수 운동 축삭에 접촉할 수 있도록 탐침들의 개수가 정해져야 한다.

그리하여, 상기 탐침들(141)이 서로 균일한 간격으로 배열되는 것을 가정할 때, 32개의 탐침들이 있다면, 적어도 2개의 탐침은 상기 유수 운동 축삭 신호를 측정할 수 있으며, 이에 따라, 본 실시예에서의 상기 탐침들(141)의 개수는 적어도 32개 이상으로 형성되는 것이 바람직하다. (1개의 탐침만 유수 운동 축삭 신호를 측정할 수 있도록 구비된다면, 신호의 손실 가능성이 높음)

한편, 본 실시예에서, 상기 신경전극(140)은 상기 몰드부(130)의 내부에 위치하는 것으로, 상기 몰드부(130)의 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 몰드부(130)를 관통하도록 상기 말초 신경(20)이 위치하고, 상기 신경 전극(140)이 상기 몰드부(130) 내에서 상기 말초 신경(20)에 삽입 고정되는 형태로 위치한다.

상기 몰드부(130)는, 예를 들어, 실리콘(silicone) 재질을 포함하여, 외부의 신호에 대한 차폐가 가능하게 된다.

한편, 상기 몰드부(130)의 구체적인 형상은 후술한다.

상기 기준전극(120)은 상기 증폭기(110)의 기준 전압을 형성하는 것으로, 본 실시예에서는, 상기 신경전극(140)과 함께 상기 몰드부(130)의 내부에 위치한다.

즉, 상기 기준전극(120)이 상기 몰드부(130)의 내부에 상기 신경전극(140)과 함께 위치함으로써, 본 실시예에서, 상기 증폭기(110)의 기준 전압이 근전도나 움직임 등에 의해 간섭을 일으키지 않게 되며, 이에 따라 신경신호에 대한 오염이 차폐될 수 있다.

상기 거즈부(160)는 상기 몰드부(130)의 외면에 형성되며, 예를 들어, 상기 몰드부(130)의 외면에 몰딩되어 형성될 수 있다.

또한, 상기 거즈부(160)는, 예를 들어 골드 거즈(gold gauze)로서, 상기 접지전극(170)이 연결된다. 그리하여, 상기 몰드부(130)의 내부에 위치한 상기 신경전극(140)과 상기 기준전극(120)은 외부 신호, 특히 근전도 신호에 대한 차폐가 가능하게 된다.

상기 증폭기(110)는 상기 신경전극(140) 및 상기 기준전극(120) 및 상기 접지전극(170)과 연결되어, 특히 상기 신경전극(140)으로부터 전달되는 신호를 획득하여 증폭하여 외부로 제공한다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 신경전극(140)이 연결되는 전선, 상기 기준전극(120)이 연결되는 전선, 및 상기 접지전극(170)이 연결되는 전선은 서로 절연되며 여타의 전선들과는 독립적으로 상기 증폭기(110)에 연결된다.

이 경우, 상기 증폭기(110)는 상기 신경전극(140)의 채널들 각각으로부터 수신되는 신호를 서로 구분하여 증폭하고 외부로 제공하므로, 각각의 신호들이 어느 채널로부터 수신되는 신호에 해당하는 지를 확인할 수 있다.

상기 고정부(150)는 상기 증폭기(110)와 연결되어 신경신호의 측정 대상이 되는 동물의 몸체나 머리 등에 고정되는 것으로, 도시된 바와 같이, 소켓 형상으로 제작되어 두개골 등에 고정될 수 있다.

도 7a는 도 3의 몰드부를 확대하여 도시한 이미지이고, 도 7b는 도 3의 몰드부의 내부를 도시한 이미지이며, 도 7c는 도 3의 몰드부의 내부에 신경전극이 위치한 상태를 도시한 이미지이다.

이 경우, 상기 도 7b는 상기 몰드부의 내부 공간을 개방하기 위해 핀셋으로 오픈한 것을 도시한 도면이다.

도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 상기 몰드부(130)는 제1 면(132) 및 제2 면(133)을 포함하고, 상기 제1 및 제2 면들(132, 133)은 일 끝단이 서로 연결되고 타 끝단은 서로 연결되지 않아, 상기 일 끝단을 중심으로 타 끝단부가 개구되도록 형성된다.

그리하여, 상기 제1 및 제2 면들(132, 133)의 내측에는 내부공간(131)이 형성되고, 상기 내부공간(131)에는 상기 신경전극(140) 및 상기 기준 전극(120)이 위치하게 된다. 이 경우, 상기 말초신경(20)은 상기 내부공간(131)을 관통하여 위치함은 앞서 설명한 바와 같다.

한편, 상기 제1 및 제2 면들(132, 133)은 타단은 서로 마주하도록 접촉되어 밀폐되며 이에 따라, 상기 내부공간(131)은 외부와 차폐된다.

이 경우, 상기 제1 및 제2 면들(132, 133)의 타단이 서로 마주하는 경우, 별도의 고정부재로서 와이어 등을 이용하여 상기 제1 및 제2 면들(132, 133)의 상부를 고정함으로써, 상기 내부공간(131)을 외부와 밀폐시킬 수 있다.

상기 제1 및 제2 면들(132, 133)의 외면에는 도 7a에 도시된 바와 같이 거즈부(160)가 몰딩되어 형성되며, 상기 거즈부(160)에 접지 전극(170)이 연결됨은 앞서 설명한 바와 같다.

이하에서는, 상기와 같은 말초 운동 신경신호 측정시스템을 이용하여 말초 운동 신경신호를 판별하는 방법에 대하여 설명한다.

도 8은 도 3의 말초 운동 신경신호 측정 시스템을 이용한 말초 운동 신경신호 판별방법을 도시한 흐름도이다. 도 9는 도 8의 신경전극을 말초신경에 삽입하는 단계를 도시한 이미지이다. 도 10은 도 8의 운동 축삭과 접촉된 신경전극 채널을 판별하는 단계를 도시한 이미지이다. 도 11a 및 도 11b는 2 채널에 인가되는 전기자극의 전류파형을 도시한 그래프들이다. 도 12a는 전기자극을 인가하지 않았을 때 휴지상태의 발목관절의 상태를 도시한 이미지이고, 도 12b는 도 11a와 같이 CH 13에 전기자극을 인가하였을 때 유발되는 발목관절의 신전동작을 도시한 이미지이고, 도 12c는 도 11b와 같이 CH 14에 전기자극을 인가하였을 때 유발되는 발목관절의 굴곡동작을 도시한 이미지이다. 도 13은 전기자극을 통해 운동 축삭과 접촉된 신경전극 채널을 판별한 후, 보행을 유도하여 상기 판별된 신경전극 채널에서 확인되는 운동 신경 신호를 도시한 그래프이다.

상기 말초 운동 신경신호 측정시스템(100)을 이용한 말초 운동 신경신호 판별방법에서는, 도 8 및 도 9를 참조하면, 우선, 상기 신경전극(140)을 상기 말초 신경(20)에 삽입한다(단계 S10).

이 경우, 상기 신경전극(140)이 복수의 탐침들(141)을 포함하여, 복수의 채널들 각각으로부터 신호를 제공할 수 있으므로, 상기 탐침들(141) 각각이 모두 상기 말초 신경(20)에 삽입되도록 한다.

나아가, 상기 신경전극(140)의 삽입 단계에서는, 상기 말초 신경(20)이 상기 몰드부(130)의 내부공간(131)을 관통하도록 상기 몰드부(130)를 위치한 상태에서, 상기 신경전극(140)을 상기 말초 신경(20)에 삽입하여 상기 내부공간(131)에 고정한다.

이후, 상기 기준전극(120)도 상기 내부 공간(131)에 위치시킨 후, 상기 몰드부(130)를 밀폐하여 외부와의 차폐를 수행한다.

이 후, 상기 몰드부(130)의 외면에 형성된 상기 거즈부(160)를 상기 접지 전극(170)과 연결하고, 상기 신경전극(140), 상기 기준전극(120) 및 상기 접지전극(170)을 상기 증폭기(110)에 연결하고, 필요하다면 상기 고정부(150)를 피 실험 대상의 두개골에 고정한다.

그리하여, 상기 말초신경(20)에 고정된 상기 몰드부(130)의 형상은, 도 9에 도시된 바와 같으며, 이 경우 상기 몰드부(130)의 상면은 별도의 와이어를 통해 고정되어 상기 제1 및 제2 면들(132, 133)을 고정시켜 외부와의 차폐를 수행한다.

한편, 본 실시예에서의 신경신호 판별방법을, 백서(30)에 대하여 수행하였으며, 상기 백서(30)의 좌골신경을 피 대상 말초 신경(20)으로 수행하였는바, 도 9에는 상기 피 대상 말초 신경(20)으로 백서(30)의 좌골신경을 도시하였다.

이 후, 도 8 및 도 10을 참조하면, 상기 신경전극(140)의 모든 채널에 동일한 전류자극을 인가한다(단계 S20).

예를 들어, 인가되는 전류자극의 파형은, 예를 들어, 도 11a에 도시된 바와 같이, 진폭 75μA, 펄스폭 50μs, 주기 20 ms를 가지는 양극성 파형일 수 있다.

이 경우, 상기 인가되는 전류자극은 상기 신경전극(140)의 각각의 채널들에 대하여 순차적으로 인가할 수 있다. 그리하여, 후술되는 단계에서 어느 채널이 운동 축삭과 접촉되는 신경전극에 해당되는 가를 확인할 수 있다.

이 후, 도 8 및 도 10을 다시 참조하면, 상기와 같이 동일한 전류자극을 신경전극(140)의 모든 채널에 순차적으로 인가하게 되면, 상기 신경전극(140)의 각각의 채널들 중, 운동 축삭과 접촉된 신경전극의 채널을 판별할 수 있다(단계 S30).

즉, 상기 신경전극(140)의 각각의 채널들에 대하여, 인가된 전류자극에 대응되는 발목 관절의 운동 여부를 확인함으로써, 어느 채널이 운동 축삭과 접촉되는 것인지를 판별할 수 있다.

한편, 앞서 예시한 바와 같이, 상기 백서(30)의 좌골신경의 경우, 유수 운동 축삭이 6%를 차지하므로, 예를 들어, 32개의 채널을 가지는 신경전극에 동일한 전류자극을 인가한다면, 대략 2개 정도의 채널로부터는 운동 축삭과 접촉된 신경전극의 채널을 판별할 수 있다.

또한, 이의 검증 실험을 통해서도, 도 12a, 도 12b 및 도 12c에 도시된 바와 같이, 전류자극이 인가되지 않았을 때 근육 수축과 발목 동작이 발생하지 않았으며, 채널 13(CH 13)에 전류자극이 인가되었을 때 비복근(31)의 수축으로 발목 관절의 신전이 확인되었으며, 채널 14(CH 14)에 전류자극이 인가되었을 때 전경골근(32)의 수축으로 발목 관절의 굴곡이 확인되었다.

이 후, 도 8 및 도 13을 참조하면, 상기와 같이 판별된 신경전극 채널에서 운동 신경 신호가 측정되는가를 실제 보행을 유도하여 수행한다(단계 S40).

그리하여, 실제 보행에서도 상기 판별된 신경전극 채널에서 실제 운동 신경 신호가 측정되는 가를 재확인함으로써, 실제 운동 신경 신호가 측정되는 채널을 보다 정확히 정의할 수 있다.

한편, 검증 실험을 통해서도, 도 13에 도시된 바와 같이, 앞서 예시한 상기 백서(30)의 좌골신경에 대하여 판별된 신경 신경전극 채널에서 운동 신경신호가 측정되는 가를 트레드밀에서 실제 보행을 유도하여 수행한 결과, 앞서 판별된 채널 13 및 채널 14에서 운동 신경신호가 측정되었다.

즉, 도 13에 도시된 바와 같이, 채널 13에서는 입각기 후반에 운동 신경신호가 발화되었고, 채널 14에서는 유각기 초반에 운동 신경신호가 측정되었다. 이는 앞선 단계 S30에서 운동 축삭 판별을 위한 전기자극을 통해 채널 14에 전기자극을 인가하였을 때 발목 관절의 굴곡이 발생하고(상기 전경골근(32)의 수축), 상기 채널 13에 전기자극을 인가하였을 때 발목 관절의 신전이 유도된 것(상기 비복근(31)의 수축)과 그 결과가 일치함을 확인할 수 있다.

한편, 상기 단계 S40에서 실제 보행을 유도하여 상기 판별된 신경전극 채널에서 운동 신경 신호가 측정되는 가를 확인하기 위해서는, 백서(30)의 보행 중의 발목 각도를 측정함과 동시에 운동 신경 신호를 상기 측정된 발목 각도에 매칭시켜야 한다.

그리하여, 실제 보행에 따른 발목 관절의 신전 또는 굴곡이 상기 판별된 신경전극 채널에서 측정된 운동 신경신호와 부합하는지를 확인할 수 있다.

한편, 상기 운동 신경신호가 측정되는 가를 확인하는 단계에서, 실제 백서(30)의 보행에 따라 운동 축삭과 접촉된 신경전극의 채널로 판별된 채널(예를 들어, 채널 13 및 채널 14) 외의 다른 채널에서도 신경 신호가 측정될 수 있으나, 이는 운동 축삭과 접촉된 신경전극 채널로부터 발생되는 신경 신호가 아니므로, 예를 들어 교감 또는 감각 신경신호로 간주되어야 한다.

이상과 같이, 우선적으로 각각의 채널들에 전류자극을 인가하여 운동 신경 신호가 측정되는 채널을 선택하여 이를 보행실험을 통해 재차 확인함으로써, 단순 보행실험만으로 운동 신경신호를 판별해야 하는 어려운 문제를 해결하고, 특히 차폐가 수행된 경우라도 교감 또는 감각 신호 등에 의한 운동 신경신호 판별이 어려운 문제를 해결할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 종래 말초 운동 신경신호의 측정에서, 근전도나 움직임에 의한 신호에 의해 신경신호가 오염되는 문제를 해결하기 위하여, 기준전극을 몰드부의 내부에 위치시키고, 상기 몰드부의 외면에 형성된 거즈부에 접지전극을 연결함으로써, 신경신호의 측정시 근전도나 움직임에 의한 신호가 측정되는 것을 차폐할 수 있다.

또한, 몰드부를 통해 말초 신경을 고정시키는 것은 물론, 신경전극이 말초 신경에 안정적으로 고정될 수 있어, 안정적인 말초 운동 신경신호를 측정할 수 있다.

특히, 몰드부의 구조가 내부에 말초 신경이 통과하면서 신경전극이 위치할 공간을 형성하고, 개방 및 밀폐가 용이하며, 외면에 거즈부가 몰딩될 수 있는 구조를 가지는 바, 상기와 같은 근전도 차폐 및 안정적인 고정이 가능하게 된다.

또한, 각 신경 신호의 채널 역할을 수행하는 탐침이 적어도 32개 이상이 형성됨에 따라, 실제 백서의 좌골신경의 분포를 고려하여 운동 축삭과 탐침이 적어도 2개 이상 접촉할 수 있는 확률을 유지함으로써, 정확한 운동 신경신호의 계측이 가능하게 된다.

나아가, 우선적으로 신경전극의 모든 채널에 전류자극을 인가하여 신경전극 채널 중 운동 축삭과 접촉된 채널을 우선 판별하고, 이를 보행 유도를 통해 재확인함으로써, 종래 백서의 좌골신경으로부터 운동 신경신호를 판별하기 어려운 문제를 해결할 수 있다.

특히, 몰드부를 통한 안정적인 고정으로, 보행 유도를 수행함에도 신경전극이 말초 신경에 안정적으로 고정될 수 있어, 운동 신경신호에 대한 재확인 가능할 수 있고, 보행 유도시 발목 관절의 신전 또는 굴곡이 상기 판별된 신경전극 채널에서 측정된 운동 신경신호와 부합하는지 확인함으로써 측정된 신호가 운동 신경신호인지를 정확하게 확인할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 말초 운동 신경신호 측정 시스템 및 이를 이용한 말초 운동 신경신호 판별 방법은 신경신호의 측정 또는 판별을 위한 시스템에 사용될 수 있는 산업상 이용 가능성을 갖는다.

20 : 말초신경 30 : 백서
100 : 말초운동 신경신호 측정시스템
110 : 증폭기 120 : 기준전극
130 : 몰드부 131 : 내부공간
132 : 제1 면 133 : 제2 면
140 : 신경전극 141 : 탐침
150 : 고정부 160 : 거즈부
170 : 접지전극

Claims (11)

1. 말초 신경에 삽입되는 복수의 탐침들을 포함하는 신경전극;
   상기 신경전극을 내부공간에 고정시키는 몰드부;
   상기 몰드부의 내부에 위치하는 기준전극; 및
   일단은 상기 신경전극에 연결되고, 타단은 상기 기준전극에 연결되어 상기 신경전극으로부터 측정되는 신호를 증폭시키는 증폭기를 포함하고,
   상기 몰드부는, 서로 마주하여 내부에 상기 내부공간을 형성하고, 일 끝단이 서로 연결되는 한 쌍의 제1 및 제2 면들을 포함하는 신경신호 측정시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 몰드부는 상기 말초 신경이 상기 내부공간을 관통하며 연장되도록 상기 말초 신경에 고정되는 것을 특징으로 하는 신경신호 측정시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 몰드부의 외면에 형성되며 접지전극과 연결되는 거즈부를 더 포함하는 신경신호 측정시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 몰드부는,
   실리콘(silicone)을 포함하는 것을 특징으로 하는 신경신호 측정시스템.
   
5. 제3항에 있어서, 상기 거즈부는,
   상기 제1 및 제2 면들의 외면에 몰딩(molding)되는 골드 거즈(gold gauze)인 것을 특징으로 하는 신경신호 측정시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 신경전극의 탐침들 각각은 상기 증폭기로 신호를 제공하는 채널(channel)이고,
   상기 탐침의 개수는 적어도 32개인 것을 특징으로 하는 신경신호 측정시스템.
   
   
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