KR102249019B1 - 전기-자극 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 보충 운동 영역, 운동전 영역 및/또는 시상하핵이 내재 귓바퀴 근육을 거쳐 두개외에서 자극되는 전기-자극 장치(1)에 관한 것이고, 보충 운동 영역, 운동전 영역 및/또는 시상하핵의 자극 강도는 떨림의 강도에 따라 변화된다. 본 발명의 전기-자극 장치(1)는 기본적으로 전기 신호를 송신 및 수신하는 것을 가능케 하는 적어도 2개의 전극(2) 그리고 떨림 등의 안정시 과활동을 감소시키는 자극 신호를 생성하고 이들 신호가 전극(2)에 대해 송신/수신될 수 있게 하는 적어도 1개의 제어 유닛(6)을 포함한다.
Description
본 발명은 보충 운동 영역(supplementary motor area), 운동전 영역(premotor area) 및/또는 시상하핵(subthalamic nucleus)이 두개외에서(extracranially) 자극되는 전기-자극 장치에 관한 것이다.
시상하핵의 자극 결국 보충 운동 영역 및 운동전 영역의 활성화 그리고 운동 시스템 내의 비정상 안정시 과활동(abnormal resting over activity)의 정상화가 뇌심부 자극 장치(deep brain stimulation device)의 주요 목표이다. 떨림(tremor) 등의 비정상 안정시 과활동은 파킨슨병(Parkinson's disease), 간 부전, 알코올 의존증, 수은 또는 비소 중독, 리튬 및 일부 항우울제를 포함하는 신경 시스템에 영향을 미치는 상태 또는 의약에 의해 유발될 수 있다. 강직(rigidity), 운동 완서(bradykinesia) 및 운동 장애(dyskinesia)가 떨림 이외의 파킨슨병의 다른 증상이다.
시상하핵을 자극하기 위한 기존의 적용 방법은 뇌심부 자극으로 불리는 두개내 전극 배치를 포함한다. 시상하핵의 뇌심부 자극의 과정은 파킨슨병 환자에게 극단적인 침습성 중재술인 신경외과 수술을 요구한다. 나아가, 수술 장치 적용 방법은 부작용을 나타낼 가능성이 높다. 더욱이, 자극기의 배터리는 흉부 피부 아래에 위치되고, 한편 뇌 조직 내로 삽입되는 전극 그리고 와이어는 피부 아래에 있다. 이들 자극기의 주파수 및 강도는 외부 유닛으로써 무선으로 변화될 수 있다.
미국 특허 출원 제US5707396호는 시상하핵의 고주파 자극에 의해 뇌 흑질(substantia nigra)의 퇴행을 저지하는 방법을 개시하고 있다. 이러한 방법은 배터리의 수술적 매식 이외에 전극이 뇌 흑질 내로 신경외과적으로 매식될 것을 요구한다.
유럽 특허 제EP2474339호는 사람의 귀의 귓바퀴를 자극함으로써 수행되는 소생을 위한 소생 장치를 개시하고 있다.
본 발명의 목적은 보충 운동 영역, 운동전 영역 및/또는 시상하핵이 두개외에서 자극되는 전기-자극 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 보충 운동 영역, 운동전 영역 및/또는 시상하핵이 귓바퀴 근육을 거쳐 자극되는 전기-자극 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 보충 운동 영역, 운동전 영역 및/또는 시상하핵의 자극 강도가 떨림의 강도에 따라 변화되는 전기-자극 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 성취하는 전기-자극 장치가 첨부된 도면에 도시되어 있다.
도 1은 전기-자극 장치의 하나의 실시예의 개략도이다.
도 2는 전기-자극 장치의 하나의 또 다른 실시예의 개략도이다.
도면에 도시되어 있는 요소는 다음과 같이 번호가 붙여져 있다:
1: 전기-자극 장치
2: 전극
3: 구동 회로
4: 감지 유닛
5: 통신 유닛
6: 제어 유닛
7: 원격 유닛
8: 접지 전극
도 1은 전기-자극 장치의 하나의 실시예의 개략도이다.
도 2는 전기-자극 장치의 하나의 또 다른 실시예의 개략도이다.
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6: 제어 유닛
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본 발명의 전기-자극 장치(1)는, 기본적으로,
- 전기 신호를 송신 및 수신하는 것을 가능케 하고 큰귀둘레근(helicis major), 작은귀둘레근(helicis minor), 귀구슬근(tragicus), 맞구슬근(anti-tragicus) 등의 내재 귓바퀴 근육(intrinsic auricular muscle)에 부착되도록 구성되는 적어도 2개의 전극(2)과;
- 떨림 등의 안정시 과활동을 감소시키는 자극 신호를 생성하고 이들 신호가 전극(2)에 대해 송신/수신될 수 있게 하는 적어도 1개의 제어 유닛(6)과;
- 전원의 음 단자로의 전기 경로를 제공함으로써 전류에 대한 루프의 폐쇄를 제공하는 접지 전극(8)
을 포함한다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 전기-자극 장치(1)는 제어 유닛(6)으로부터 전극(2)으로 전압 또는 전류 증폭 신호를 제공하는 적어도 1개의 구동 회로(3)를 포함한다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 전기-자극 장치(1)는 환자로부터 데이터를 수신하는 것을 가능케 하는 적어도 1개의 감지 유닛(4)을 포함한다. 감지될 신호 그리고 자극을 위한 신호는 별개의 또는 동일한 전극(2)을 거쳐 반송될 수 있다. 본 발명의 양호한 실시예에서, 감지될 신호 그리고 자극을 위한 신호는 동일한 전극(2)을 거쳐 반송될 수 있다. 이러한 실시예에서, 상이한 시간 슬롯(time slot)이 감지될 신호 그리고 자극을 위한 신호에 할당되고, 그에 의해 상기 신호를 멀티플렉싱(multiplexing)한다. 감지될 신호 그리고 자극을 위한 신호를 구별하는 또 다른 방법은 제어 유닛(6)에 의해 발생되는 자극을 위한 신호를 여과하는 것이다. 공간-분할 멀티플렉싱, 시간-분할 멀티플렉싱, 코드-분할 멀티플렉싱 등의 상기 신호를 멀티플렉싱하는 상이한 방법이 또한 이용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 상기 신호를 멀티플렉싱하는 방법은 위에서 개시된 것들에 제한되지 않는다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 전기-자극 장치(1)는 다른 장치와의 통신을 구현하는 것을 가능케 하는 적어도 1개의 통신 유닛(5)을 포함한다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 전기-자극 장치(1)는 제어 유닛(6)으로부터 데이터를 수신하는 것 및/또는 원격에서 제어 유닛의 설정을 변경하는 것을 가능케 하는 적어도 1개의 원격 유닛(7)을 포함한다.
본 발명의 양호한 실시예에서, 전기-자극 장치(1)는,
- 전기 신호를 송신 및 수신하는 것을 가능케 하는 적어도 2개의 전극(2)과;
- 전원을 제어함으로써 전극(2)에 제어 유닛(6)의 출력 제한보다 높은 출력을 제공하는 것을 가능케 하는 적어도 1개의 구동 회로(3)와;
- 환자로부터 데이터를 수신하는 것을 가능케 하는 적어도 1개의 감지 유닛(4)과;
- 다른 장치와의 통신을 구현하는 것을 가능케 하는 적어도 1개의 통신 유닛(5)과;
- 신호가 전극(2)에 대해 송신/수신되게 할 수 있고 그에 의해 구동기(3)를 제어하고 감지 유닛(4)으로부터 신호를 수신하고 통신 유닛(5)을 제어하는 적어도 1개의 제어 유닛(6)과;
- 제어 유닛(6)으로부터 데이터를 수신하는 것 및/또는 원격에서 제어 유닛의 설정을 변경하는 것을 가능케 하는 적어도 1개의 원격 유닛(7)
을 포함한다.
본 발명의 양호한 실시예에서, 전기-자극 장치(1)는 특히 보충 운동 영역, 운동전 영역 및/또는 시상하핵을 자극하기 위해 전기 신호를 송신 및 수신하는 것을 가능케 하는 적어도 2개의 전극(2)을 포함한다. 양호한 실시예에서, 이들 전극(2)은 큰귀둘레근, 작은귀둘레근, 귀구슬근, 맞구슬근 등의 내재 귓바퀴 근육에 부착된다. 이러한 실시예에서, 보충 운동 영역, 운동전 영역 및/또는 시상하핵을 자극하는 신호는 제어 유닛(6)에 의해 생성되고, 전극(2)으로 직접적으로 급송된다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 다중의 전극(2)이 본체의 동일한 부분 또는 상이한 부분 상에서 사용된다. 양호한 실시예에서, 하나의 전기-자극 장치가 좌측 귀 상의 전술된 위치 상에 위치될 수 있고, 다른 하나는 우측 귀 상에 위치될 수 있다. 접지 전극(8)은 전원의 음 단자로의 전기 경로를 제공함으로써 전류에 대한 루프를 폐쇄한다. 이것은 수 ㎠ 면적을 갖는 작은 전도성 접촉부 또는 패드일 수 있다. 접지 전극(8) 연결부는 전극(2)에 근접한 귀, 목, 두피 또는 다른 위치의 후방부에 있을 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 전기-자극 장치(1)는 환자의 질병의 상태에 관련되는 측정을 수행하는 것을 가능케 하는 적어도 1개의 감지 유닛(4)을 포함한다. 감지 유닛(4)은 환자로부터 영상을 수신하는 것을 가능케 하고 그에 따라 떨림 등의 증상을 시각적으로 감시하는 것을 가능케 하는 카메라일 수 있다. 수신된 영상은 그 다음에 영상 처리 기술에 의해 처리되고, 떨림의 강도 등의 정보가 획득된다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 적어도 1개의 감지 유닛(4) 중 하나가 가속도계이다. 이러한 실시예에서, 감지 유닛(4)은 그 활동이 알려질 것이 요구되는 팔다리(limb)에 부착된다. 이러한 실시예에서, 감지 유닛(4)은 감지 유닛(4)이 부착되는 팔다리의 가속도를 측정함으로써 장애(disturbance)의 강도를 감지하는 데 사용된다. 장애 수준을 측정할 때에, 자극 신호는 이것이 상기 장애 수준을 보상할 수 있도록 조정된다. 이러한 실시예에서, 장애 수준의 측정은 자극 신호가 환자의 변화 상태에 맞게 조정될 수 있도록 주기적으로 수행된다. 이러한 실시예에서, 감지 유닛(4)은 무선으로 제어 유닛(6)으로 측정의 결과를 전달하기 위해 전용 제어 유닛 및 전용 통신 유닛을 이용할 수 있다. 상기 신호에 대한 조정은 주기 펄스의 고조파 성분 등의 진폭, 주파수, 펄스 폭 및 펄스 형상 또는 1개 초과의 자극기가 사용되면 전기-자극 장치들 사이의 위상을 변화시킴으로써 유도될 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 감지 유닛(4)은 전극(2)이 부착되는 근육을 지나가는 신호를 수신하기 위해 전극(2)을 이용하는 신호 수신기이다. 이러한 실시예에서, 감지 유닛(4)은 안정 기간 중에 신호를 측정함으로써 장애의 강도를 감지하는 데 사용된다. 장애 수준을 측정할 때에, 자극 신호는 이것이 상기 장애 수준을 보상할 수 있도록 조정된다. 이러한 실시예에서, 장애 수준의 측정은 자극 신호가 환자의 변화 상태에 맞게 조정될 수 있도록 주기적으로 수행된다.
양호한 실시예에서, 전기-자극 장치(1)는 원격 제어 유닛, 컴퓨터, 측정 유닛 등의 다른 장치와의 통신을 가능케 하는 적어도 1개의 통신 유닛(5)을 포함한다. 통신 유닛(5)은 IR, USB, 방화벽, 이더넷(ethernet), IEEE802.11, 블루투스(Bluetooth), RF 통신 인터페이스, RS-232, RS-422, RS-485, SPI(직렬 주변 장치 인터페이스) i2c 그리고 또한 사유(proprietary) 인터페이스 및/또는 프로토콜 등을 포함하지만 그에 제한되지 않는 통신 표준을 이용할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 보충 운동 영역, 운동전 영역 및/또는 시상하핵을 자극하는 신호는 제어 유닛(6)에 의해 생성되고, 신호는 전극(2)으로 직접적으로 급송되는 대신에 구동 회로(3)를 작동시키는 데 사용된다. 이러한 구동 회로(3)는 전원으로부터 제어 유닛(6)이 제공할 수 있는 것보다 큰 구동 출력을 가능케 한다. 이러한 적용 분야에서, 구동 출력은 구동 회로(3)에 의해 전극(2)으로 급송된다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 감지 유닛(4)은 전용 제어 유닛 및 전용 통신 유닛을 포함한다. 이러한 실시예에서, 감지 유닛(4)은 제어 유닛(6)에 직접적으로 부착되지 않고, 그 대신에 이것은 전용 통신 유닛 및 통신 유닛(5)을 거쳐 제어 유닛(6)에 링크된다. 이러한 실시예에서, 감지 유닛(4)은 전용 제어 유닛을 사용하여 획득된 데이터를 처리하고, 전용 통신 유닛과 통신 유닛(5) 사이의 링크를 거쳐 제어 유닛(6)으로 그 결과의 데이터를 송신한다. 제어 유닛(6)은 통신 유닛(5)을 거쳐 송신된 데이터를 수신한다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 원격 유닛(7)은 제어 유닛(6)의 작업 파라미터를 변경하는 데 사용된다. 이러한 실시예에서, 감지 유닛(4)에 의해 수행되는 측정은 원격 유닛(7)에 의해 또한 획득될 수 있다. 원격 유닛은 원격 유닛(7) 상에 직접적으로 제어 유닛(6)으로부터 획득되는 데이터를 표시하는 데 사용될 수 있는 디스플레이 유닛을 이용할 수 있다. 원격 유닛(7)은 또한 데스크톱 컴퓨터, 포터블 컴퓨터, 핸드헬드 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 스마트 폰 및 사유 유닛을 포함하지만 그에 제한되지 않는 단자와의 연결을 제공하기 위해 USB, RS-232, RS-485, 블루투스 등을 포함하지만 그에 제한되지 않는 인터페이스를 이용할 수 있다. 이러한 실시예에서, 제어 유닛(6)의 작업 파라미터는 이들 단자를 거쳐 감시 및 변경될 수 있다. 원격 유닛(7)은 제어 유닛(6)과 통신하기 위해 전용 통신 인터페이스를 이용한다는 것이 명확하게 이해되어야 한다. 이들 인터페이스는 IR, USB, 방화벽, 이더넷, IEEE802.11, 블루투스, RF 통신 인터페이스, RS-232, RS-422, RS-485, SPI(직렬 주변 장치 인터페이스) i2c 그리고 또한 사유 인터페이스 및/또는 프로토콜 등을 포함하지만 그에 제한되지 않는다.
본 발명의 양호한 실시예에서, 제어 유닛(6)에 의해 생성되는 자극 신호는 0 V-15 V의 전압 그리고 2 ㎐-200 ㎐의 주파수를 갖는다.
자극 신호의 전압 및 주파수가 제어 유닛(6)에 의해 환자의 상황에 따라 자동적으로 변화될 수 있거나, 환자의 상황을 평가할 때에 의사 등의 인가된 사용자에 의해 원격 유닛(7)을 거쳐 원격에서 변화될 수 있다.
Claims (26)
- - 전기 신호를 송신 및 수신하는 것을 가능케 하는 적어도 2개의 전극(2)과;
- 신호가 전극(2)에 대해 송신/수신될 수 있게 하는 적어도 1개의 제어 유닛(6)과;
- 전원의 음 단자로의 전기 경로를 제공함으로써 전류에 대한 루프의 폐쇄를 제공하는 접지 전극(8)
을 포함하는 귓바퀴 근육을 거쳐 보충 운동 영역, 운동전 영역 및/또는 시상하핵을 자극하도록 구성되는 전기-자극 장치(1)에 있어서,
- 제어 유닛(6)은 떨림 등의 안정시 과활동을 감소시키는 2-200 ㎐의 주파수를 갖는 자극 신호를 생성하고,
- 전극(2)은 큰귀둘레근, 작은귀둘레근, 귀구슬근, 맞구슬근 등의 내재 귓바퀴 근육에 부착되도록 구성되고,
제어 유닛(6)에 의해 생성되는 자극 신호는 0 V-15 V의 전압을 갖는 것을 특징으로 하는 전기-자극 장치(1). - 제1항에 있어서, 환자로부터 데이터를 수신하는 것을 가능케 하는 적어도 1개의 감지 유닛(4)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기-자극 장치(1).
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 원격 제어 유닛, 컴퓨터, 측정 유닛 등 같은 다른 장치와의 통신을 구현하는 것을 가능케 하는 적어도 1개의 통신 유닛(5)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기-자극 장치(1).
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 제어 유닛(6)으로부터 데이터를 수신하는 것 및/또는 원격으로 제어 유닛의 설정을 변경하는 것을 가능케 하는 적어도 1개의 원격 유닛(7)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기-자극 장치(1).
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 전원을 제어함으로써 전극(2)에 제어 유닛(6)의 출력 제한보다 높은 출력을 제공하는 것을 가능케 하는 적어도 1개의 구동 회로(3)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기-자극 장치(1).
- 제2항에 있어서, 적어도 1개의 감지 유닛(4) 중 하나가 환자로부터 영상을 수신하는 것을 가능케 하고 그에 따라 떨림 등의 증상을 시각적으로 감시하는 것을 가능케 하는 것을 특징으로 하는 전기-자극 장치(1).
- 제6항에 있어서, 떨림의 강도는 영상 처리 기술에 의해 수신된 영상을 처리함으로써 획득되는 것을 특징으로 하는 전기-자극 장치(1).
- 제2항에 있어서, 적어도 1개의 감지 유닛(4) 중 하나가 감지 유닛(4)이 부착되는 팔다리의 가속도를 측정함으로써 장애의 강도를 감지하는 데 사용되는 가속도계인 것을 특징으로 하는 전기-자극 장치(1).
- 제8항에 있어서, 감지 유닛(4)은 감지 유닛(4)이 부착되는 팔다리의 가속도를 측정함으로써 장애의 강도를 감지하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 전기-자극 장치(1).
- 제2항에 있어서, 감지 유닛(4)은 무선으로 제어 유닛(6)으로 측정의 결과를 전달하기 위해 전용 통신 유닛을 이용하는 것을 특징으로 하는 전기-자극 장치(1).
- 제10항에 있어서, 감지 유닛(4)은 감지 유닛(4)이 제어 유닛(6)에 직접적으로 부착되지 않고 그 대신에 이것이 전용 통신 유닛 및 통신 유닛(5)을 거쳐 제어 유닛(6)에 링크되도록 전용 제어 유닛 및 전용 통신 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기-자극 장치(1).
- 제10항에 있어서, 감지 유닛(4)은 전용 제어 유닛을 사용하여 획득된 데이터를 처리하고, 이것을 처리하고, 전용 통신 유닛과 통신 유닛(5) 사이의 링크를 거쳐 제어 유닛(6)으로 그 결과의 데이터를 송신하는, 것을 특징으로 하는 전기-자극 장치(1).
- 제2항에 있어서, 감지 유닛(4)은 전극(2)이 부착되는 근육을 지나가는 신호를 수신하기 위해 전극(2)을 이용하는 신호 수신기인 것을 특징으로 하는 전기-자극 장치(1).
- 제13항에 있어서, 감지 유닛(4)은 안정 기간 중에 상기 전극(2)이 부착되는 근육으로부터 진행되는 신호를 측정함으로써 장애의 강도를 감지하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 전기-자극 장치(1).
- 제8항에 있어서, 자극 신호는 이것이 상기 장애를 보상할 수 있도록 장애 수준을 측정할 때에 조정되는 것을 특징으로 하는 전기-자극 장치(1).
- 제15항에 있어서, 장애 수준의 측정은 자극 신호가 환자의 변화 상태에 맞게 조정될 수 있도록 주기적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 전기-자극 장치(1).
- 제5항에 있어서, 보충 운동 영역, 운동전 영역 및/또는 시상하핵을 자극하는 신호는 제어 유닛(6)에 의해 생성되고, 신호는 전극(2)으로 직접적으로 급송되는 대신에 구동 회로(3)를 작동시키는 데 사용되는, 것을 특징으로 하는 전기-자극 장치(1).
- 제4항에 있어서, 원격 유닛(7)은 제어 유닛(6)의 작업 파라미터를 변경하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 전기-자극 장치(1).
- 제4항에 있어서, 감지 유닛(4)에 의해 수행되는 측정은 원격 유닛(7)에 의해 또한 획득될 수 있는 것을 특징으로 하는 전기-자극 장치(1).
- 제4항에 있어서, 원격 유닛(7)은 원격 유닛(7) 상에 직접적으로 제어 유닛(6)으로부터 획득되는 데이터를 표시하는 데 사용될 수 있는 디스플레이 유닛을 이용하는 것을 특징으로 하는 전기-자극 장치(1).
- 제4항에 있어서, 원격 유닛(7)은 데스크톱 컴퓨터, 포터블 컴퓨터, 핸드헬드 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 스마트 폰 및 사유 유닛을 포함하지만 그에 제한되지 않는 단자와의 연결을 제공하기 위해 USB, RS-232, RS-485, 블루투스 등을 포함하지만 그에 제한되지 않는 인터페이스를 이용하는 것을 특징으로 하는 전기-자극 장치(1).
- 제21항에 있어서, 제어 유닛(6)의 작업 파라미터는 상기 단자를 거쳐 감시 및 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 전기-자극 장치(1).
- 제4항에 있어서, 원격 유닛(7)은 제어 유닛(6)과 통신하기 위해 IR, USB, 방화벽, 이더넷, IEEE802.11, 블루투스, RF 통신 인터페이스, RS-232, RS-422, RS-485, SPI(직렬 주변 장치 인터페이스) i2c 그리고 또한 사유 인터페이스 및/또는 프로토콜 등을 포함하지만 그에 제한되지 않는 전용 통신 인터페이스를 이용하는 것을 특징으로 하는 전기-자극 장치(1).
- 삭제
- 제4항에 있어서, 환자의 상황은 감지 유닛(4)에 의해 제공되는 데이터를 평가할 때에 제어 유닛(6)에 의해 결정되고, 자극 신호의 진폭, 주파수, 펄스 폭, 펄스 형상 그리고 펄스들 사이의 위상 등의 자극 신호의 특성은 제어 유닛(6)에 의해 환자의 상황에 따라 자동적으로 변화되는, 것을 특징으로 하는 전기-자극 장치(1).
- 제4항에 있어서, 자극 신호의 진폭, 주파수, 펄스 폭, 펄스 형상 그리고 펄스들 사이의 위상 등의 자극 신호의 특성은 감지 유닛(4)에 의해 획득되는 데이터를 사용하여 환자의 상황을 평가할 때에 의사 등의 인가된 사용자에 의해 원격 유닛(7)을 거쳐 원격에서 변화될 수 있는 것을 특징으로 하는 전기-자극 장치(1).
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