KR102344771B1 - 신체 기관에 전기 자극을 인가하는 전극선 구조체 및 이를 이용한 전극 시스템 - Google Patents

Abstract

이 발명은 신체 기관에 전기 자극을 인가하는 전극선 구조체에 관한 것으로서, 이 발명의 일 양태에 따른 전극선 구조체는, 일단은 신체 내부로 삽입되는는 삽입부로 마련되고 타단은 외부 기기와의 연결을 위한 인터페이스부로 마련되는 전극 와이어, 상기 삽입부에 배치되어 신체 기관에 전기 자극을 전달하는 제1 전극, 상기 인터페이스부에 배치되어 외부로부터 인가되는 전기 자극을 수용하는 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극을 상호 연결하여 제2 전극이 수용하는 전기 자극을 제1 전극으로 전달하는 신호선을 포함하는 전극선과; 상기 전극선을 감싸도록 마련되는 전극선 케이스를 포함하고, 상기 전극 와이어에는 제1 전극의 위치에 내부로부터 외표면으로 관통하는 키 홀이 길이 방향으로 형성되어 있고, 상기 전극선 케이스에는 제1 전극의 위치에 길이 방향으로 연장되는 슬롯이 형성되고, 전기 자극을 신체 기관에 인가하는 도전판 및 제1 전극과 접촉하여 제1 전극으로부터의 전기 자극을 도전판에 제공하는 지지판이 마련되며, 도전판과 지지판은 각각 케이스의 외표면과 내표면에 마련되어 슬롯을 사이에 두고 서로 결합되어 쌍을 이루며, 복수 개의 도전판과 지지판의 쌍이 마련되어 슬롯을 따라 이동 가능하게 배치되는 것이다.

Description

신체 기관에 전기 자극을 인가하는 전극선 구조체 및 이를 이용한 전극 시스템{LEAD STRUCTURE FOR STIMULATION AND LEAD SYSTEM USING THE SAME}

이 발명은 신체 기관에 전기 자극을 인가하는 전극선 구조체 및 이를 이용하는 전극 시스템에 관한 것이다.

현대사회의 복잡성으로 인하여 현대인은 사고 또는 질병에 잘 노출되어 인간고유의 기능 또는 운동 능력을 상실하고는 하는데, 의학만으로는 이러한 환자를 치유하는데 한계성을 가지고 있다. 이러한 한계점을 극복하기 위해 공학분야의 기술을 의학분야에 접목한 의공학 분야가 발전하고 있으며, 이로 인하여 건강 관리 시스템의 많은 영역에 큰 변화를 이루어지고 있다.

예컨대, 심장박동조절기 및 심실근육 세동제거기는 많은 생명을 구하고 있으며 심장병 치료의 혁신적인 역할을 해오고 있다. 또한 심장박동조절기의 기술을 이용하여, 외과의사는 비정상적인 뇌기능을 조절하기 위해 뇌 심부 자극(Deep Brain Stimulation, DBS) 장치를 환자의 뇌에 이식하고 있다(예컨대, 특허문헌 참조).

비정상적인 신체 행동 또는 정신적인 장애는 파킨슨병(Parkinson's Disease, PD) 또는 강박장애(Obessive-Compulsive Disorder, OCD)와 같은 뇌의 비정상적인 기능으로부터 유래한다. 파킨슨병은 손발이 떨리고 행동이 느려지면서 근육이 굳어지는 것이 주 증상인 만성 퇴행성 뇌질환이며, 강박장애를 가진 사람은 자신들이 접촉하는 어떤 것들로부터 오염되지도 모른다는 공포 때문에 외출도 꺼려하는 정신 질환이다.

현재 신경외과 의사는 파킨슨병, 강박장애 및 우울증과 같은 중대한 건강상의 문제점을 치료하기 위해 뇌 심부 자극기를 사용하고 있다. 뇌 심부 자극기를 이용하는 치료 방법은 외과적 방법으로 강박장애를 치료하는 유일한 희망이며, 파킨슨병을 치유하는데 효과가 입증된 방법으로 평가되기도 한다.

뇌 심부 자극술은 정확한 전기펄스의 전달을 위해 삽입형 의료기기를 활용한다. 크게 뇌 심부 자극기는 자극발생기(Implantable pulse generator), 연장선(Extension), 전극선(lead)으로 구성된다. 일반적으로, 흉부 피하에 자극발생기를 이식하고 전극선을 뇌의 특정 부위 깊이 위치시키고, 이 두 구성요소를 연장선으로 연결하여, 자극발생기를 통해 자극을 발생시키면, 연장선을 통해 전극선에 전달되어, 이 전극선을 통해 뇌의 특정 부위에 미세 전기 자극을 인가할 수 있다.

전극선의 위치에 따라서 환자 별 임상 경과의 차이가 발생할 수 있기 때문에 수술 이후의 전극선의 위치와 접점의 확인은 중요하다. 따라서, 뇌 심부 자극와 전극선의 이식 수술 중 MRI, CT 영상, C-arm 영상, 뇌신경신호 등의 다양한 측정 방법을 통해 전극의 자극 위치를 확인할 필요가 있고, 정확한 타겟에 충분한 미세 전기 자극이 이루어지지 않는다면, 치료효과를 기대하기가 어렵다.

그러나, 종래의 전극선의 경우, 전극 접점의 크기와 위치가 일정하고, 사람마다 타겟의 위치와 크기가 상이하기 때문에, 정확히 전극선을 타겟에 맞추는 것은 쉬운 문제가 아니지만, 종래에는 이러한 문제를 고려하지 못하고 있다.

공개특허 제10-2020-16103호

이 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 외부에서 전극의 접점 및 위치를 조정할 수 있는 전극선 및 전극 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 이 발명은 신체에 전극선을 삽입한 후에 전극 접점의 크기나 위치를 조정할 수 있는 전극선 구조체 및 이를 이용한 전극 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 이 발명의 과제를 해결하는 수단으로서, 이 발명의 한 가지 양태에 따라서, 신체 기관에 전기 자극을 인가하는 전극선 구조체가 제공된다.
이 발명의 일 양태에 따른 전극선 구조체는,
일단은 신체 내부로 삽입되는는 삽입부로 마련되고 타단은 외부 기기와의 연결을 위한 인터페이스부로 마련되는 전극 와이어, 상기 삽입부에 배치되어 신체 기관에 전기 자극을 전달하는 제1 전극, 상기 인터페이스부에 배치되어 외부로부터 인가되는 전기 자극을 수용하는 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극을 상호 연결하여 제2 전극이 수용하는 전기 자극을 제1 전극으로 전달하는 신호선을 포함하는 전극선과; 상기 전극선을 감싸도록 마련되는 전극선 케이스를 포함하고,
상기 전극 와이어에는 제1 전극의 위치에 내부로부터 외표면으로 관통하는 키 홀이 길이 방향으로 형성되어 있고, 상기 전극선 케이스에는 제1 전극의 위치에 길이 방향으로 연장되는 슬롯이 형성되고, 전기 자극을 신체 기관에 인가하는 도전판 및 제1 전극과 접촉하여 제1 전극으로부터의 전기 자극을 도전판에 제공하는 지지판이 마련되며, 도전판과 지지판은 각각 케이스의 외표면과 내표면에 마련되어 슬롯을 사이에 두고 서로 결합되어 쌍을 이루며, 복수 개의 도전판과 지지판의 쌍이 마련되어 슬롯을 따라 이동 가능하게 배치되는 것이다.
이러한 양태에 대한 한 가지 실시예로서, 상기 도전판과 지지판은 슬롯을 통과하는 탄성 연결 부재에 의해 결합되어 전극선 케이스에 이동 가능하게 배치되는 것으로 구성할 수 있다.
이러한 실시예에서 상기 지지판에는 지지판을 가동하는 플레이트 키의 선단이 삽입되는 관통 구멍이 형성되는 것으로 구성하는 것이 바람직하다.
이 발명의 다른 양태에 따른 신체 기관에 전기 자극을 인가하는 전극선 구조체가 제공된다.
이 전극선 구조체는,
일단은 신체 내부로 삽입되는는 삽입부로 마련되고 타단은 외부 기기와의 연결을 위한 인터페이스부로 마련되는 전극 와이어, 상기 삽입부에 배치되어 신체 기관에 전기 자극을 전달하는 제1 전극, 상기 인터페이스부에 배치되어 외부로부터 인가되는 전기 자극을 수용하는 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극을 상호 연결하여 제2 전극이 수용하는 전기 자극을 제1 전극으로 전달하는 신호선을 포함하는 전극선과; 상기 전극선을 감싸도록 마련되는 전극선 케이스를 포함하고,
상기 전극 와이어에는 제1 전극에 대하여 원주 방향의 반대측에 원주 방향으로 연장되는 복수 개의 슬롯이 서로 길이 방향으로 이격되어 형성되고, 상기 제1 전극과 대응되는 상기 전극선 케이스의 위치는 복수 개의 링 형태의 도전판이 마련되고, 각각의 도전판은 상기 슬롯을 통하여 삽입되는 플레이트 키에 의해 원주 방향으로 회전하여 선택적으로 제1 전극과 전기적으로 접속되는 것이다.
이러한 양태의 한 가지 실시예로서, 상기 전극선 케이스의 도전판에는 내측 표면에서 원주 방향의 소정 위치에 제1 전극과 접촉 가능한 접점이 형성되고 도전판이 회전하여 접점이 제1 전극과 접촉함으로써 도전판과 제1 전극이 전기적으로 접속되는 것으로 구성될 수 있다.
다른 측면의 실시 형태로서, 상기 전극선 케이스의 도전판의 내측 표면에는 홈이 형성되고, 도전판을 회전시키는 플레이트 키의 선단이 홈에 삽입되고 플레이트 키가 회전함으로써 도전판이 회전하는 것으로 구성될 수 있다.
이 발명의 추가의 양태에 따라, 신체 기관에 전기 자극을 인가하는 전극선 구조체가 제공된다.
이러한 추가적인 양태의 전극선 구조체는,
일단은 신체 내부로 삽입되는 삽입부로 마련되고 타단은 외부 기기와의 연결을 위한 인터페이스부로 마련되는 전극 와이어, 상기 삽입부에 배치되어 신체 기관에 전기 자극을 전달하는 제1 전극, 상기 인터페이스부에 배치되어 외부로부터 인가되는 전기 자극을 수용하는 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극을 상호 연결하여 제2 전극이 수용하는 전기 자극을 제1 전극으로 전달하는 신호선을 포함하는 전극선과; 상기 전극선을 감싸도록 마련되는 전극선 케이스를 포함하고,
제1 전극은 전극 와이어의 길이 방향으로 연장되며, 복수 개의 제1 전극이 원주 방향으로 서로 이격되어 배치되고, 상기 전극 와이어에는 상기 제1 전극에 대하여 원주 방향의 반대측에 원주 방향으로 연장되고 길이 방향으로 서로 이격되는 복수 개의 슬롯이 형성되고, 상기 제2 전극과 대응되는 상기 전극선 케이스의 위치에는 복수 개의 링 형태의 도전판이 마련되고, 각각의 도전판은 상기 슬롯을 통하여 삽입되는 플레이트 키에 의해 원주 방향으로 회전하여 제1 전극 중의 어느 하나의 제1 전극과 선택적으로 전기적으로 접속되는 것이다.
이러한 발명의 양태에 대한 실시예로서, 상기 전극선 케이스의 도전판에는 내측 표면에서 원주 방향의 소정 위치에 제1 전극과 접촉 가능한 접점이 형성되고 도전판이 회전하여 접점이 제1 전극 중의 어느 하나의 제1 전극과 접촉함으로써 도전판과 당해 제1 전극이 전기적으로 접속되는 것으로 구성할 수 있다.
다른 측면의 실시 양태로서, 상기 전극선 케이스의 도전판의 내측 표면에는 홈이 형성되고, 도전판을 회전시키는 플레이트 키의 선단이 홈에 삽입되고 플레이트 키가 회전함으로써 도전판이 회전하는 것으로 구성할 수 있다.
이상 설명한 다양한 양태의 전극선 구조체는 이 발명의 다른 관점에 따라 제공되고, 신체에 이식되어 신체 기관에 전기 자극을 인가하는 전극 시스템에 이용될 수 있다.
이 발명의 다른 관점에 따른 전극 시스템은,
외부 장치와 연결되어 통신 및 제어를 담당하는 처리부와; 앞서 설명한 다양한 양태에 따라 구성되는 하나 이상의 전극선 구조체와; 상기 전극선과의 전기적 접속을 위한 전극 클램프; 및 상기 전극선에서의 전기 자극을 전달하는 위치 조절을 위한 컨트롤러를 포함하는 것이다.
이러한 전극 시스템에서, 상기 컨트롤러는 전극 와이어의 길이 방향에 따른 운동 및 원주 방향으로의 회전 운동이 가능한 플레이트 키를 포함하고, 상기 플레이트 키는 전극선의 중공의 내부로 삽입되어 도전판을 슬롯을 따라 이동 또는 회전시키는 것으로 구성될 수 있다.

이 발명에 따르면, 외부에서의 제어를 통해, 전극의 접점 위치를 변화시켜 자극 타겟에 맞게 그 위치나 전극 간격을 조정할 수 있다.

도 1은 뇌 심부 자극기의 인체 내 이식 상태를 모식적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 이 발명의 제1 실시예에 따른 뇌 심부 자극기용 전극선 구조체의 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 이 발명의 한 가지 실시예에 따른 뇌 심부 자극기용 전극 시스템에 사용되는 플레이트 컨트롤러 및 이를 이용한 전극선 구조체의 결합 관계를 모식적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 이 발명의 제2 실시예에 따른 뇌 심부 자극기용 전극선 구조체의 구성을 보여주는 도면이다.
도 5는 제2 실시예에 따른 전극선 구조체에 의해 얻어지는 신호 양태를 종래 기술과 비교하여 보여주는 도면이다.
도 6은 이 발명의 제3 실시예에 따른 뇌 심부 자극기용 전극선 구조체의 구성을 보여주는 도면이다.
도 7은 제3 실시예에 따른 전극선 구조체에 의해 얻어지는 신호 양태를 종래 기술과 비교하여 보여주는 도면이다.

이하에서는, 도면을 참조하여 이 발명에 따른 전극 구조체 및 전극 시스템을 뇌 심부 자극기에 적용한 실시예를 설명한다.
이하의 설명에서 있어서, 뇌 심부 자극기와 관련하여 이미 알려진 기술적 구성 및 작용에 대한 설명은 생략한다. 예컨대, 자극발생기의 구조, 자극발생기와 전극선의 연결 구조/방법, 전극선을 통해 측정한 전기신호를 외부 장치와 송수신하는 프로세스 등, 뇌 심부 자극술에서 통상적으로 이용되고 있는 장치 내지 시스템의 구성/구조/방법 등에 대한 설명은 생략한다. 이러한 설명을 생략하더라도, 당업자라면 이하의 설명을 통해 이 발명의 특징적 구성과 작용을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
한편, 도면에 나타낸 각각의 구성요소는 단지 예시적 혹은 모식적으로 나타낸 것에 불과하고, 이 발명이 도시된 구성으로 제한되지 않는다는 것을 유의하여야 한다. 또한, 각 구성요소의 재질에 대해서는 구체적으로 설명하지 않는다. 즉, 이 발명은 각 구성요소의 재질과 관련하여 특별히 제한되지 않는다.
도 1에는 이 발명이 대상으로 하는 뇌 심부 자극기가 신체에 시술된 양태가 모식적으로 도시되어 있다. 도시한 바와 같이, 뇌 심부 자극기는 뇌의 특정 부위에 이식되는 복수 개(도 1에서는 한 개만 도시)의 전극선(A), 흉부 피하에 이식되는 자극발생기(C), 이들 전극선과 자극발생기를 접속하는 연장선으로 구성된다.
자극발생기를 통해 전기 자극을 발생시키면, 연장선을 통해 전극선에 자극이 전달되고, 이 전극선을 통해 뇌의 특정 부위에 미세 전기 자극을 인가할 수 있다.
이하에서 설명하는 실시예는 이러한 뇌 심부 자극기의 구성요소 중, 전극선(A)을 뇌의 특정 부위 타겟에 정확히 그리고 간단한 시술을 통해 이식할 수 있도록 해주는 뇌 심부 자극기용 전극 시스템 및 전극선 구조체에 관한 것이다.
따라서, 앞서 설명한 바와 같이, 이 발명의 특징을 구성하지 않는 자극발생기, 연장선, 전극선과 연장선의 접속 구조/방법, 자극발생기를 비롯한 뇌 심부 자극기의 동작 등에 대한 설명은 생략한다.
도 2에는 이 발명의 제1 실시예에 따른 뇌 심부 자극기용 전극선 구조체의 구성 및 일부분의 확대도가 도시되어 있다.
도시한 바와 같이, 전극선 구조체(A)는 전극선(10)과 이것을 감싸게 형성된 전극선 케이스(20)를 포함한다. 전극선(10)은 전극선이 삽입되는 뇌 부위로부터의 자극 신호를 전달해 주는 역할을 하는 전극 와이어(12), 전극 와이어의 양단에 마련되는 제1 및 제2 전극(16, 14), 양단의 전극을 상호 연결하는 신호선(SL)을 포함한다.
한편, 도면에서 전극 와이어의 하측 부위, 즉 뇌에 삽입되는 삽입부에 마련되는 제1 전극(16)은 상측 부위, 즉 자극 발생기(도 1의 C)와의 접속을 위한 인터페이스부에 마련되는 제2 전극(14)과 달리 C-자형 단면을 갖고 있다.
즉, 제1 전극(16)의 일부가 절취되어, 후술하는 플레이트 키(32)가 전극 와이어의 상하 방향으로 이동할 수 있는 경로를 형성한다.
또한, 도시한 바와 같이, 전극 와이어(12)는 그 일부가 길이방향으로 절취되어, 상기 전극(16)의 절취부에 의한 경로에 연속하는 키 홀(18)을 형성한다.
이에 의해, 후술하는 플레이트 키(32)를 전극 와이어의 내부 중공 공간에 삽입하여 전극 와이어(12)의 길이 방향으로 이동시키면, 상기 키 홀(18)을 통해 플레이트 키(도 3의 32)의 단부가 돌출하여, 후술하는 전극선 케이스(20)의 도전판을 이동시킬 수 있다.
도면에서, 신호선(SL)은 전극 와이어 외부에 고정된 형태로 도시되어 있지만, 이 발명은 신호선의 제공 형태와 관련하여 특별히 제한되지 않는다. 즉, 신호선이 전극 와이어의 상하단에 마련되는 전극에 연결되기만 하면, 전극 와이어(12)의 표면에 고정되는 형태로 제한되지 않고, 예컨대 와이어(12) 내부에 혹은 와이어 내벽에 삽입되어 고정될 수도 있다.
전극 와이어(12)는 유연하고 내구성이 우수하며, 인체에 무해한 재질, 예컨대 폴리우레탄으로 형성된다. 한편, 전극 와이어(12)는 구체적으로 도시하지는 않았지만, 전극 와이어의 내측 공간에 삽입되어, 전극 와이어 삽입시 전극 와이어를 지지하는 가이드 와이어를 포함한다.
전극선 케이스(20)는 전극선(10)을 감싸는 형태로 마련되는 부재로서, 그 상단에는 전극선(10)의 제2 전극(14)과 대응되는 내외벽의 위치에 전극(22)이 형성되고, 전극선의 제2 전극(14)에 대하여 신호 전송 가능하게 접속된다.
따라서, 전극선 케이스의 전극(22)에 입력되는 전기 신호가 전극 와이어의 제2 전극(14)에 입력될 수 있다.
한편, 전극선 케이스(20)의 일부에는 그 벽을 관통하는 슬롯(S)이 전극선 케이스의 길이 방향의 일부, 예컨대 길이 방향의 절반에 걸쳐 형성되어 있고, 이 슬롯을 사이에 두고, 외벽에는 도전판(22)이 내벽에는 지지판(24)이 배치되어 탄성 연결 부재(26)에 의해 상호 연결되어 있다.
이에 의해, 도전판과 지지판은 외력이 가해지지 않는 한 전극선 케이스(20)의 벽면에 대해 밀착하여 접촉된 상태로 유지된다. 한편, 지지판(24)의 일부, 예컨대 중앙에는 관통홀(24a)이 형성되어, 후술하는 플레이트 키(32)의 단부가 통과하여 도전판(22)에 접촉할 수 있도록 되어 있다.
한편, 도시한 바와 같이, 도전판과 지지판은 하나의 세트를 이루는데, 전극선 케이스(20)에는 복수 개의 세트가 마련되어 있다. 전극선 케이스의 슬롯(S)의 일부는 도전판과 지지판이 배치되지 않는 빈 공간(ES)으로 구성되고, 이에 의해, 후술하는 플레이트 키에 의해 상기 도전판이 그 빈 공간으로 이동할 수 있도록 구성된다.
한편, 슬롯(S)에 대하여 하부로부터 맨위의 도전판이 위치할 수 있는 각각의 위치(예컨대, 1~n)는 좌표화되어 있어, 외부로부터의 제어에 의해 각 도전판을 필요한 위치에 위치시킬 수 있도록 되어 있다.
도 3에는 이 발명의 전극선 이식 시스템의 한 가지 실시예에 사용되는 플레이트 컨트롤러(30)의 개략적인 구조가 도시되어 있다. 즉, 제1 실시예의 전극 시스템은 통신 및 제어를 담당하는 처리부(Main processor, 미도시), 전극선의 전극과 전기적 접속을 위한 전극 클램프(Electrode clamp, 미도시), 도전판(22)을 이동시킬 수 있는 플레이트 컨트롤러(30)를 포함한다.
처리부는 별도의 외부 장치(PC, 태블릿, 스마트폰 등)와 연결되어 신호를 주고받으며, 전극으로부터 측정된 전기 신호를 디지털화 하여 상기 외부 장치에 전달하거나 외부 장치로부터 제어 신호를 받아 모터를 구동하는 기능을 수행한다.
전극 클램프는 스프링이 달린 클램프의 끝단에 반원 구조가 부착되어 전극선의 표면과 잘 부착될 수 있는 구조이며, 클램프 한 쪽 팔에 위치한 접점으로부터 전선이 나와 처리부로부터 연결되고, 반대쪽 팔에는 전극 선과 클램프의 위치를 맞출 수 있는 안내선(Guide line)이 부착되어 있다. 이러한 처리부 및 전극 클램프는 뇌 심부 자극술 분야에서 통상적으로 사용되는 공지의 구성 요소이므로, 이 명세서에서는 구체적인 구성과 작동에 대한 설명을 생략한다.
플레이트 컨트롤러(30)는 처리부로부터 제어신호를 받아 움직이는 리니어 모터와 회전 모터(도시 생략)를 포함하며, 이 모터 축에는 플레이트 키가 접속되어, 상기 리니어 모터 및 회전 모터의 구동에 따라 전극 와이어의 길이 방향에 대응하는 상하 방향 및 상항 방향에 수직한 수평 방향을 포함하는 직선 방향의 이동 및 회전 운동을 할 수 있게 되어 있다. 플레이트 키(32)는 플레이트 컨트롤러의 지지부(S)에 이동 및 회전 가능하게 장착되고, 그 선단은 절곡되어 있다.
도시를 생략한 전원 장치를 통해 플레이트 컨트롤러(30)에 전원이 인가되면, 모터들이 구동되어, 플레이트 키가 전극선(10)의 중공의 내부로 진입하고, 키 홀(22)에 배치되어 있는 복수 개의 도전판 중에서 이동시키고자 하는 도전판(22)의 위치에 도달하면 리니어 모터에 의해 수평 방향으로 이동하여, 플레이트 키의 절곡된 단부가 전극선(10)의 플레이트 키 홀(18)을 통과하여 전극 케이스(20)에 장착된 지지판(24)의 관통홀(24a)에 삽입된다.
이에 따라 플레이트 키(32)는 특정의 지지판(24)에 결합되고, 모터 구동에 의해 플레이트 키(32)가 하측으로 이동하고, 이에 따라 도전판(22) 역시 지지판(24)와 함께 하측의 빈 공간(ES)으로 이동한다(도 2의 케이스 및 도 3 참조).
이러한 동작을 복수 개의 도전판에 대해 반복하여, 목표한 전극의 자극 위치 및 간격을 조절할 수 있게 된다.
즉, 전극 와이어(12)의 제1 전극(16)은 노출되지 않고 전극선 케이스(20)에 의해 둘러싸여 있지만, 도전판(22)이 위치한 곳에서는 제1 전극(16)으로부터의 전기 신호가 도전판(22)에 전달되어 도전판(22)이 위치한 곳의 뇌 부분에 전기 자극을 인가할 수 있다.
이와 같이 전극선 케이스(20)에 마련되어 있는 복수 개의 도전판(22)의 위치를 조절함으로서 자극이 인가되는 위치 및 간격 등이 설정된다.
이러한 일련의 동작은 플레이트 컨트롤러(30)에 연결된 제어부의 제어 하에 자동으로 수행하거나, 시술자가 플레이트 키를 이용하여 도전판을 이동시키면서, 도전판(22)에 의해 전달되는 전기 자극 신호를 별도의 디스플레이 장치(도시 생략)를 통해 확인하면서 수동으로 수행할 수도 있다.
이러한 구성과 작용에 따르면, 전극 와이어(12)에는 고정된 위치에 제한된 개수의 제1 전극(16)이 배치될 수 있지만, 전극선 케이스(20)에 제1 전극보다 많은 수의 도전판(22)을 배치하고 도전판의 위치를 조정함으로써 제1 전극으로부터의 전기 자극이 인가되는 위치와 면적을 좀더 정밀하게 조절할 수 있고, 특히 전극선을 뇌의 심부에 삽입한 후에 이러한 조정 작업이 이루어질 수 있다.
도 4에는 이 발명의 제2 실시예에 따른 전극선 구조체(A1)의 구성이 도시되어 있다. 전극선 구조체(A1) 역시 전극선 구조체(A)와 유사하게, 전극선(10A)과 전극선 케이스(20A)를 포함한다.
제2 실시예의 전극선(10A)은 제1 실시예의 전극선(10)과 달리, 복수 개의 제1 전극(16A)이 길이 방향으로 나란히 배치되어 있고, 이들 전극이 인터페이스부의 제2 전극(14)과 신호선(SL)에 의해 연결되어 있다. 한편, 제1 전극(16A)이 마련된 위치에 대하여 원주 방향의 반대 위치에는 원주 방향으로 연장되는 복수 개의 슬롯(18A)이 전극선(10A)의 길이 방향으로 서로 이격되어 평행하게 형성되어 있고, 각각의 슬롯은 원주 방향의 소정 각도 범위에 걸쳐 형성되어 있다.
전극선의 삽입부에 대응하는 전극선 케이스(20A)의 하부에는 링의 형태를 갖는 복수 개의 도전판(21A)이 설치되어 있다. 도전판(21A)은 외력에 의해 전극선 케이스(20A)에 대하여 원주 방향으로 회전될 수 있도록 구성되어 있다.
도 4의 단면도로 나타낸 바와 같이, 각각의 도전판(21A)의 내측 표면에는 원주 방향의 특정 위치에 직경 방향 내측으로 돌출하는 접점(22A)가 마련되어 있어서, 접점이 전극 와이어의 제1 전극(16)과 접촉하게 되면, 제1 전극(16)으로부터의 전기 신호가 접점(22A)를 통하여 도전판(21A)에 전달된다.
또한, 각각의 도전판(21A)에는 원주 방향의 특정 위치, 구체적으로는 원주 방향에 대하여 접점(22A)의 반대 위치에 플레이트 키(32)가 삽입될 수 있는 홈(N)가 마련되어 있다.
전극 와이어(12)의 중공 내부로 삽입된 플레이트 키(32)의 선단이 상기 슬롯(18A)을 통과하여 홈(N)에 삽입하면, 플레이트 키(32)가 모터의 구동에 따라 회전함으로써, 도전판(21A)의 접점(22A)가 전극 와이어(12A)의 제1 전극(16A)에 접촉하면, 제1 전극으로부터의 전기 신호가 도전판(21A)으로 전달되는 ON 상태가 되어 전기 자극이 도전판(21A)을 통하여 인가될 수 있고, 도전판(21A)의 접점(22A)가 전극 와이어(12)의 제1 전극(16A)에 접촉하지 않으면, 제1 전극으로부터의 전기 신호가 도전판(21A)으로 전달되지 않는 OFF 상태가 되어 제1 전극으로부터의 전기 신호가 도전판으로 전달되지 않는다.
이상과 같은 제2 실시예의 전극선 구조체의 구성과 작용에 따르면, 전극선 구조체의 길이 방향으로 제1 전극에 의해 전기 자극이 인가되는 위치를 세분하여 조절할 수 있고, 목표한 자극 위치 및 간격을 용이하게 설정할 수 있다.
즉, 도 5에 도시한 바와 같이, 링 형태를 이루는 도전판(21A)을 회전시켜 전극선의 제1 전극과의 접촉 에 의한 전기 자극의 전달 여부를 변경 및 조절할 수 있어, 자극 타겟에 맞춰 전극의 접점 위치를 변화시킬 수 있다. 따라서, 종래 기술과 비교하여, 보다 다양한 양태로 접점 위치를 특정하여, 전극선 구조체가 삽입되는 뇌 부위의 다양한 위치에 전기 자극을 인가할 수 있다.
도 6에는 이 발명의 제3 실시예에 따른 전극선 구조체(A2)의 구성이 도시되어 있다. 제3 실시예의 전극선 구조체(A2) 역시 제1 실시예의 전극선 구조체와 마찬가지로, 전극선(10B)과 전극선 케이스(20B)를 포함한다.
제3 실시예의 전극선(10B)은 제1 실시예의 전극선(10A)과 달리, 복수의 제1 전극(16B)이 길이 방향이 아닌 원주 방향으로 약 180°이내의 범위에서 균일한 간격으로 배열되어 있고, 이들 제1 전극은 인터페이스부의 전극(14)과 신호선(SL)에 의해 연결되어 있다.
한편, 제1 전극(16B)이 마련된 위치에 대하여 원주 방향으로 반대측에는 원주 방향으로 180°의 호각을 갖는 복수 개의 슬롯(18B)이 서로 길이 방향으로 이격되어 평행하게 형성되어 있다.
전극선의 삽입부에 대응하는 전극선 케이스(20B)의 하부에는 링-형태를 갖는 복수 개의 도전판(21B)가 서로 평행하게 길이 방향으로 연이어 배치되어 있고, 각각의 도전판의 내측면으로부터 직경 방향 내측으로 돌출하는 접점(22B)이 마련되어 있다.
각각의 도전판(21B)은 외력에 의해 원주 방향으로 회전할 수 있도록 구성되어 있다.
도 6에서 단면도로 나타낸 바와 같이, 상기 도전판(21B)에는 접점(22B)의 반대측에 홈(N)이 형성되어 있고, 이 홈에는 플레이트 키(32)의 선단이 삽입될 수 있다.
따라서, 전극선(10B)의 중공 내부로 삽입된 플레이트 키(32)가 슬롯(18B)을 관통하여 전극선 케이스(20B)로 돌출되어 홈(N)에 삽입되고 플레이트 키(32)가 모터의 구동에 따라 회전함으로써, 전극선(10B)의 제1 전극(16B)과 도전판(22B)의 접점(22B)이 접촉하면, 제1 전극으로부터의 전기 신호가 해당 도전판(22B)에 전달되는 ON 상태가 되고, 그렇지 않으면 OFF 상태가 되어 전기 접속이 이루어지지 않는다.
제1 전극(16B)은 복수 개가 전극선(10B)의 원주 방향으로 서로 이격되어 있으므로, 도전판(21B)을 회전시켜 접점(22B)이 복수 개의 제1 전극(16B)에 대하여 선택적으로 접촉하여 전기적으로 접속될 수 있다. 또한, 전극선 케이스(20B)에 마련된 복수 개의 도전판(21B) 중에서 일부의 도전판(21B)을 선택적으로 제1 전극(16B)과 통전 상태로 할 수 있다.
이와 같이 함으로써, 도 7에 도시한 바와 같이, 복수 개의 도전판이 제1 전극 중의 특정 전극과 선택적으로 접속되거나 제1 전극과 접속되지 않음으로써 전기 자극이 인가되는 위치와 면적을 다양한 조합으로 세밀하게 조정할 수 있다.
이하에서는, 상기와 같이 구성된 전극선 구조체를 이용하여 뇌 심부에 전기 자극을 인가하는 작동에 대해 설명한다.
시술자는 뇌 심부 자극기용 전극 시스템의 전원을 인가하여 도전판 위치 영점 조정과 제어를 위한 외부 장치와 통신 연결 등의 초기화 과정을 수행한다.
이어서, 시술자는 통상의 전극선 삽입 순서에 따라 전극선 구조체(A)를 뇌의 특정 부위에 삽입한다. 삽입 시에 전극선 구조체의 전극 와이어(10)의 직경 방향 중심에는 홀이 형성되어 있어서, 여기에 가이드 와이어가 삽입되어 전극선 구조체를 지지하지만, 전극선 구조체의 삽입 후에는 가이드 와이어가 제거된다.
이어서, 가이드 와이어가 배치되어 있던 홀에 플레이트 컨트롤러(30)를 배치한 후, 플레이트 컨트롤러를 뇌 심부 자극기용 전극 시스템의 제어부(도시 생략)와 연결한다.
한편, 시술자는 전극 클램프를 열고 가이드 라인에 맞춰 클램프를 닫아, 클램프의 전극 접촉부가 제2 전극(14)과 올바른 위치에 닿을 수 있도록 연결한다. 한편, 이러한 과정은 복수 개(예컨대, 4개)의 전극선에 대해 수행한다. 각 전극 와이어의 전극 부위에서 획득되는 신경 신호를 실시간으로 상기 제어부로 전송하여, 어느 지점의 전극이 가장 티겟에 근접한지 계산한다.
이어서, 제어부로부터의 제어 신호에 따라 모터가 구동되어, 플레이트 키(32)가 이동하여 복수 개의 도전판 각각을 목표로 하는 위치로 이동시키고, 이에 따라 생성되는 신호를 이용하여 목표한 전극의 자극 위치 및 간격을 조절한다.
이때, 목표 지점에 도달하거나 정지 신호가 수신되면, 모터의 구동을 정지하고, 이러한 과정을 반복하여, 최종 전극 간격 및 위치를 결정한다. 이어서, 제어부와의 연결을 해제하고, 전극 클램프 및 플레이트 컨트롤러를 제거한다.
이상의 실시예의 설명에서는 이 발명에 따른 전극선 및 전극 시스템을 뇌심부 자극술에 이용하는 경우에 대해 설명하였지만, 전술한 실시예는 물론이고 이 발명에 따른 전극선 및 전극 시스템은 통증 완화를 위한 척수 자극술, 배뇨 장애 치료를 위한 전골 신경 자극술 및 뇌전증이나 우울증 치료를 위한 미주 신경 자극술과 같이, 신체의 기관에 전기 자극을 인가하여 통증을 완화하거나 질병을 치료하는 데 널리 이용될 수 있다.
이상, 이 발명을 실시예를 참조하여 설명하였지만, 이 발명은 실시예에 제한되지 않는다. 전술한 실시예들의 구성과 작용은 후술하는 청구범위 내에서 다양하게 변형 및 수정할 수 있으며, 이들 역시 이 발명의 범위 내에 속하는 것이다.

10: 전극선 12: 전극 와이어
20: 전극선 케이스 14: 제2 전극
16: 제2 전극 SL: 신호선
18: 슬롯 21: 도전판
22: 지지판 30: 플레이트 컨트롤러
32: 플레이트 키

Claims (11)

1. 신체 기관에 전기 자극을 인가하는 전극선 구조체로서,
   일단은 신체 내부로 삽입되는 삽입부로 마련되고 타단은 외부 기기와의 연결을 위한 인터페이스부로 마련되는 전극 와이어, 상기 삽입부에 배치되어 신체 기관에 전기 자극을 전달하는 제1 전극, 상기 인터페이스부에 배치되어 외부로부터 인가되는 전기 자극을 수용하는 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극을 상호 연결하여 제2 전극이 수용하는 전기 자극을 제1 전극으로 전달하는 신호선을 포함하는 전극선과;
   상기 전극선을 감싸도록 마련되는 전극선 케이스
   를 포함하고,
   상기 전극 와이어에는 제1 전극의 위치에 내부로부터 외표면으로 관통하는 키 홀이 길이 방향으로 형성되어 있고,
   상기 전극선 케이스에는 제1 전극의 위치에 길이 방향으로 연장되는 슬롯이 형성되고,
   전기 자극을 신체 기관에 인가하는 도전판 및 제1 전극과 접촉하여 제1 전극으로부터의 전기 자극을 도전판에 제공하는 지지판이 마련되며, 도전판과 지지판은 각각 케이스의 외표면과 내표면에 마련되어 슬롯을 사이에 두고 서로 결합되어 쌍을 이루며,
   복수 개의 도전판과 지지판의 쌍이 마련되어 슬롯을 따라 이동 가능하게 배치되는 것인, 전극선 구조체.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 도전판과 지지판은 슬롯을 통과하는 탄성 연결 부재에 의해 결합되어 전극선 케이스에 이동 가능하게 배치되는 것인 전극선 구조체.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 지지판에는 지지판을 가동하는 플레이트 키의 선단이 삽입되는 관통 구멍이 형성되는 것인 전극선 구조체.
4. 신체 기관에 전기 자극을 인가하는 전극선 구조체로서,
   일단은 신체 내부로 삽입되는 삽입부로 마련되고 타단은 외부 기기와의 연결을 위한 인터페이스부로 마련되는 전극 와이어, 상기 삽입부에 배치되어 신체 기관에 전기 자극을 전달하는 제1 전극, 상기 인터페이스부에 배치되어 외부로부터 인가되는 전기 자극을 수용하는 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극을 상호 연결하여 제2 전극이 수용하는 전기 자극을 제1 전극으로 전달하는 신호선을 포함하는 전극선과;
   상기 전극선을 감싸도록 마련되는 전극선 케이스
   를 포함하고,
   상기 전극 와이어에는 제1 전극에 대하여 원주 방향의 반대측에 원주 방향으로 연장되는 복수 개의 슬롯이 서로 길이 방향으로 이격되어 형성되고,
   상기 제1 전극과 대응되는 상기 전극선 케이스의 위치는 복수 개의 링 형태의 도전판이 마련되고, 각각의 도전판은 상기 슬롯을 통하여 삽입되는 플레이트 키에 의해 원주 방향으로 회전하여 선택적으로 제1 전극과 전기적으로 접속되는 것인 전극선 구조체.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 전극선 케이스의 도전판에는 내측 표면에서 원주 방향의 소정 위치에 제1 전극과 접촉 가능한 접점이 형성되고 도전판이 회전하여 접점이 제1 전극과 접촉함으로써 도전판과 제1 전극이 전기적으로 접속되는 것인 전극선 구조체.
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 전극선 케이스의 도전판의 내측 표면에는 홈이 형성되고, 도전판을 회전시키는 플레이트 키의 선단이 홈에 삽입되고 플레이트 키가 회전함으로써 도전판이 회전하는 것인 전극선 구조체.
7. 신체 기관에 전기 자극을 인가하는 전극선 구조체로서,
   일단은 신체 내부로 삽입되는 삽입부로 마련되고 타단은 외부 기기와의 연결을 위한 인터페이스부로 마련되는 전극 와이어, 상기 삽입부에 배치되어 신체 기관에 전기 자극을 전달하는 제1 전극, 상기 인터페이스부에 배치되어 외부로부터 인가되는 전기 자극을 수용하는 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극을 상호 연결하여 제2 전극이 수용하는 전기 자극을 제1 전극으로 전달하는 신호선을 포함하는 전극선과;
   상기 전극선을 감싸도록 마련되는 전극선 케이스
   를 포함하고,
   제1 전극은 전극 와이어의 길이 방향으로 연장되며, 복수 개의 제1 전극이 원주 방향으로 서로 이격되어 배치되고,
   상기 전극 와이어에는 상기 제1 전극에 대하여 원주 방향의 반대측에 원주 방향으로 연장되고 길이 방향으로 서로 이격되는 복수 개의 슬롯이 형성되고,
   상기 제2 전극과 대응되는 상기 전극선 케이스의 위치에는 복수 개의 링 형태의 도전판이 마련되고, 각각의 도전판은 상기 슬롯을 통하여 삽입되는 플레이트 키에 의해 원주 방향으로 회전하여 제1 전극 중의 어느 하나의 제1 전극과 선택적으로 전기적으로 접속되는 것인 전극선 구조체.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 전극선 케이스의 도전판에는 내측 표면에서 원주 방향의 소정 위치에 제1 전극과 접촉 가능한 접점이 형성되고 도전판이 회전하여 접점이 제1 전극 중의 어느 하나의 제1 전극과 접촉함으로써 도전판과 당해 제1 전극이 전기적으로 접속되는 것인 전극선 구조체.
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 전극선 케이스의 도전판의 내측 표면에는 홈이 형성되고, 도전판을 회전시키는 플레이트 키의 선단이 홈에 삽입되고 플레이트 키가 회전함으로써 도전판이 회전하는 것인 전극선 구조체.
10. 신체에 이식되어 신체 기관에 전기 자극을 인가하는 전극 시스템으로서,
    외부 장치와 연결되어 통신 및 제어를 담당하는 처리부와;
    청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 하나의 청구항에 따른 하나 이상의 전극선 구조체와;
    상기 전극선과의 전기적 접속을 위한 전극 클램프; 및
    상기 전극선에서의 전기 자극을 전달하는 위치 조절을 위한 컨트롤러
    를 포함하는 전극 시스템.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 컨트롤러는 전극 와이어의 길이 방향에 따른 운동 및 원주 방향으로의 회전 운동이 가능한 플레이트 키를 포함하고, 상기 플레이트 키는 전극선의 중공의 내부로 삽입되어 도전판을 슬롯을 따라 이동 또는 회전시키는 것인 전극 시스템.

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