KR102407223B1 - 나노 입자 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인체 내에 투입된 나노 입자를 타겟팅하고 자극을 인가하는 나노 입자 제어 장치에 대한 것이다. 본 발명은, 제 1 축을 따라 서로 마주보도록 배치되며 자기장을 생성하는 제 1 액추에이터와 제 2 액추에이터를 포함하는 제 1 축 액추에이터 쌍; 제 2 축을 따라 서로 마주보도록 배치되며 자기장을 생성하는 제 3 액추에이터와 제 4 액추에이터를 포함하는 제 2 축 액추에이터 쌍; 및 상기 제 1 액추에이터, 상기 제 2 액추에이터, 상기 제 3 액추에이터, 및 상기 제 4 액추에이터에 의해 둘러싸인 공간에 배치되며 신체의 적어도 일부가 놓이는 중앙 구조체를 포함하고, 상기 중앙 구조체는 나노 입자를 가열하도록 고주파 자기장을 발생시키는 나노 입자 가열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 입자 제어 장치를 제공한다.

Description

나노 입자 제어 장치 {NANO PARTICLE CONTROL APPARATUS}
본 발명은 나노 입자 제어 장치에 대한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 인체 내에 투입된 나노 입자를 타겟팅하고 자극을 인가하는 나노 입자 제어 장치에 대한 것이다.
전기 자극이나 화학 물질을 이용한 자극을 신체의 특정 신경 부위에 전달하여 신경계의 일부를 활성화시키거나 억제시키는 신경 조절기술(Neromodulation)이 연구되고 있다.
일례로, 뇌 심부 자극술(Deep Brain Stimulation : DBS)은 뇌의 특정 부위에 전기적 자극을 인가하는 뇌조율기를 뇌 안에 이식하여 파키슨병과 같은 질병을 치료하는 외과적 전기치료의 일종이다. 그러나 뇌 심부 자극술은 두개골을 천공하여 장치를 삽입하는 외과적 수술이 필요하고 잠재적인 부작용과 합병증의 위험을 갖고 있다.
한편, 비침습적 뇌자극(Noninvasive Brain Stimulation) 기술은 자기 또는 전기를 이용하여 외과적 수술없이 뇌의 특정 부위를 국소적으로 안전하게 자극하여 신경 조절을 구현하는 방법으로서, 자기를 이용한 반복 경두개 자기자극(repetitive Transcranial Magnetic Stimulation, rTMS)과 직류 전기를 이용한 경두개 직류 전기자극 (Transcranial Direct Current Stimulation, tDCS) 등이 개발되어 임상적으로 사용되고 있다. 그러나, 현재까지의 비침습적 뇌자극 기술은 뇌의 깊은 곳까지 뇌자극을 전달하는 것이 불가능하고, 정확한 타겟 능력이 부족하여 뇌의 표면 부분에서의 포괄적인 뇌 활성화 개선용으로 사용이 제한되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2018-0127798호 (2018.11.30. 공개)
최근 나노 기술의 진보는 일정한 열적 및 자기적 특성을 가진 나노 입자(5-500nm)의 합성을 가능하게 하였고 생물학적 중합체 또는 항체로 나노 입자를 코팅하여 생체 적합성 및 특이성을 각각 향상 시켜 차세대 의료 혁신을 가져올 기반을 제공하고 있다. 자성 나노 입자(Magnetic NanoParticles; MNPs)는 혈관시스템(vasculature system)의 미세한 부분까지 전달되어 세포와 상호작용할 수 있고 다른 나노입자에 비해 화학적 안정성이 우수하다. 또한 자성 나노 입자는, 바이오프로브(bioprobe)로 사용될 때, 반복측정이 가능하고, 자기장에 의해 위치 조작이 가능하다는 장점 또한 갖고 있어서, 자기공명영상(magnetic resonance imaging, MRI), 약물전달(drug delivery), 발열치료(hyperthermia), 생체물질검지(probe biosystem) 등과 같은 바이오 응용분야에 광범위하게 적용될 수 있다.
본 발명은 종래 뇌자극 기술이 가지는 문제점을 해결하고, 나노 입자를 이용하여 뇌를 비롯한 신체의 자극을 가능하게 하는 나노 입자 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 제 1 축을 따라 서로 마주보도록 배치되며 자기장을 생성하는 제 1 액추에이터와 제 2 액추에이터를 포함하는 제 1 축 액추에이터 쌍; 제 2 축을 따라 서로 마주보도록 배치되며 자기장을 생성하는 제 3 액추에이터와 제 4 액추에이터를 포함하는 제 2 축 액추에이터 쌍; 및 상기 제 1 액추에이터, 상기 제 2 액추에이터, 상기 제 3 액추에이터, 및 상기 제 4 액추에이터에 의해 둘러싸인 공간에 배치되며 신체의 적어도 일부가 놓이는 중앙 구조체를 포함하고, 상기 중앙 구조체는 나노 입자를 가열하도록 고주파 자기장을 발생시키는 나노 입자 가열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 입자 제어 장치를 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 중앙 구조체는, 여기 필드를 형성하여 상기 나노 입자를 자화 진동시키는 이미징 여기부와, 상기 이미징 여기부에 의해 여기된 나노 입자의 자력 변화를 검출하는 이미징 수신부를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 중앙 구조체는, 상기 나노 입자를 상기 제 1 축과 상기 제 2 축에 수직한 방향으로 이동시키는 제 3 액추에이터를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 액추에이터, 상기 제 2 액추에이터, 상기 제 3 액추에이터, 및 상기 제 4 액추에이터의 각각은 외측 코일과 상기 외측 코일에서 상기 중앙 구조체 측으로 형성된 내측 코일을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 축 액추에이터 쌍 또는 상기 제 2 축 액추에이터 쌍 중 적어도 하나에 대하여 외측 코일 또는 내측 코일 중 어느 하나에 전력을 공급하여 상기 나노 입자를 이동시킬 수 있다.
또한, 상기 제 1 축 액추에이터 쌍 또는 상기 제 2 축 액추에이터 쌍 중 적어도 하나에 대하여 외측 코일과 내측 코일에 서로 다른 방향의 전력을 공급하여 상기 나노 입자를 타겟팅할 수 있다.
또한, 상기 제 1 축 액추에이터 쌍 또는 상기 제 2 축 액추에이터 쌍 중 적어도 하나에 대하여 외측 코일 또는 내측 코일 중 어느 하나에 DC 전류를 인가하여 자기장이 상쇄되는 영역(FFR)을 형성한 후 상기 제 1 축 액추에이터 쌍 또는 상기 제 2 축 액추에이터 쌍에 AC 전류를 인가하여 상기 나노 입자의 이동을 가능하게 할 수 있다.
또한, 상기 제 1 축 액추에이터 쌍 또는 상기 제 2 축 액추에이터 쌍 중 적어도 하나에 대하여 외측 코일 또는 내측 코일 중 어느 하나에 DC 전류를 인가하여 자기장이 상쇄되는 영역(FFR)을 형성한 후 상기 나노 입자 가열부를 구동할 수 있다.
본 발명에 따르면, 나노 입자를 신체의 특정 부위에 정확히 위치시키고, 나노 입자를 이용한 신체 자극을 가능하게 하는 장점이 있다. 이에 따라, 비침습형 무선 구동을 통하여 뇌를 비롯한 신체 자극을 보다 정밀하게 구현할 수 있고, 표적 자극 기술을 고도화하는 것이 가능하다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노 입자 제어 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노 입자 제어 장치에 구비되는 개별 액추에이터의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노 입자 제어 장치의 제어 구성을 모두 포함하여 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노 입자 제어 장치에 있어서, 나노 입자의 이동을 제어하는 원리를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노 입자 제어 장치에 있어서 혈뇌장벽 모드를 위한 액추에이터 제어를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노 입자 제어 장치에 있어서, MPI 모드에서의 나노 입자를 이동시키는 구성을 설명하는 도면이다.
도 7은 도 6과 같이 전류가 인가된 상태에서의 자기장의 분포를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노 입자 제어 장치에 있어서, 나노 입자를 가열하는 히팅 모드를 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노 입자 제어 장치의 전반적인 제어 방법을 도시한 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
나노 입자 제어 장치의 구성
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노 입자 제어 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노 입자 제어 장치에 구비되는 개별 액추에이터의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노 입자 제어 장치(1)는, 제 1 축(X축)을 따라 서로 마주보도록 배치되는 제 1 액추에이터(10a)와 제 2 액추에이터(10b)를 포함하는 제 1 축 액추에이터 쌍(10)과, 제 2 축(Y축)을 따라 서로 마주보도록 배치되는 제 3 액추에이터(20a)와 제 4 액추에이터(20b)를 포함하는 제 2 축 액추에이터 쌍(20), 및 제 1 축 액추에이터 쌍(10)과 상기 제 2 축 액추에이터 쌍(20)의 중앙부에 배치되는 중앙 구조체(30)를 포함한다. 중앙 구조체(30)는 원통형으로 구비될 수 있고, 중앙 구조체(30)의 내부에는 인체의 적어도 일부가 위치할 수 있다. 본 발명에 따른 나노 입자 제어 장치(1)가 뇌 자극을 위해 사용되는 경우, 상기 중앙 구조체(30)의 내부에는 인체의 머리(뇌)가 위치할 수 있다.
도 2를 참조하면, 각각의 액추에이터는 외측에 배치된 외측 코일(12)과, 상기 외측 코일(12)의 내측에 구비된 내측 코일(14)을 포함할 수 있다. 외측 코일(12)과 내측 코일(14)은 동일한 축을 중심으로 권선된 동축 코일들(coaxial coils)일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 외측 코일(12)은 내측 코일(14)에 비해 더 큰 지름을 갖도록 권선된 것일 수 있다. 외측 코일(12)과 내측 코일(14)은 전기적으로 서로 분리되어 구성될 수 있다. 이에 따라 외측 코일(12)과 내측 코일(14)은 개별적으로 제어될 수 있고, 전력이 외측 코일(12) 또는 내측 코일(14)에 공급되는 경우 자기장이 발생한다.
나노 입자는 인체 내로 주입되고, 나노 입자 제어 장치에 의해 위치 또는 활성이 제어된다. 상기 나노 입자는 자성 나노 입자(Magnetic NanoParticles; MNPs)일 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 제 1 축 액추에이터 쌍(10)은 인체 내에 주입된 나노 입자의 X축 방향 위치를 조정하고, 제 2 액추에이터(10b) 쌍(20)은 인체 내에 주입된 나노 입자의 Y축 방향 위치를 조정한다.
한편, 중앙 구조체(30)는, 나노 입자의 제 3 축(Z축 방향) 위치를 조정하기 위한 제 3 축 액추에이터(34), 나노 입자의 이미징을 위한 이미징 처리부(36, 38), 및 나노 입자를 가열하기 위한 나노 입자 가열부(32) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 도 1의 실시예에 있어서는, 가장 외측에 나노 입자 가열부(32)를 구비하고, 그 내측에 제 3 액추에이터(20a)를 구비하고, 제 3 액추에이터(20a)의 내측에 이미징 처리부(36, 38)가 구비된 것으로 예시된다. 한편, 이미징 처리부(36, 38)는 나노 입자를 여기(exitation)시키는 이미징 여기부(36)와 여기된 나노 입자의 자기장 변화를 입력받는 이미징 수신부(38)를 포함할 수 있다.
이러한 나노 입자 제어 장치(1)의 구성에 따르면, 인체 내에 주입된 나노 입자를 특정 위치로 이동시켜 타겟팅하고, 나노 입자의 위치를 모니터링하고, 나노 입자를 가열시켜 특정 부위를 자극하는 것을 가능하게 한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노 입자 제어 장치에 있어서 제어 구성을 포함하여 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 나노 입자 제어 장치(1)는, 제 1 액추에이터(10a)에 전력을 공급하는 제 1 파워공급부(40), 제 2 액추에이터(10b)에 전력을 공급하는 제 2 파워공급부(42)와, 제 3 액추에이터(20a)에 전력을 공급하는 제 3 파워공급부(44), 및 제 4 액추에이터(20b)에 전력을 공급하는 제 4 파워공급부(46)를 포함한다. 한편, 제 1 내지 4 파워공급부(40, 42, 44, 46) 각각은, 개별 액추에이터(10a, 10b, 10c, 10d)의 외측 코일(12)에 전력을 공급하는 파워공급부(40a, 42a, 44a, 46a)와 내측 코일(14)에 전력을 공급하는 파워공급부(40b, 42b, 44b, 46b)로 구성되어, 개별 액추에이터(10a, 10b, 10c, 10d)의 외측 코일(12)과 내측 코일(14) 각각에 분리하여 전력을 공급할 수 있다.
또한, 이미징 처리부의 이미징 여기부(36)와 나노 입자 가열부(32)의 구동을 위한 파형을 생성하는 파형 생성부(50)와, 파형 생성부(50)에서 생성된 파형을 증폭하여 나노 입자 가열부(32)로 전달하는 제 1 증폭부(52)와, 파형 생성부(50)에서 생성된 파형을 증폭하여 이미징 여기부(36)로 전달하는 제 2 증폭부(54)가 더 구비될 수 있다.
또한, 이들 구성을 제어하기 위한 주제어부(60)가 더 구비되고, 주제어부(60)에는 이미징 수신부(38)로부터 신호를 전달받아 나노 입자의 위치를 판단하는 신호 처리부(62)가 더 구비될 수 있다.
나노 입자 위치 조정 및 타겟팅 (Actuation Mode)
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노 입자 제어 장치에 있어서, 나노 입자의 이동을 제어하는 원리를 설명하는 도면이다.
도 4의 (a)는 액추에이터의 외측 코일(12)과 내측 코일(14)에 서로 다른 방향으로 전류를 인가한 상태를 나타내고, 도 4의 (b)는 xy 평면에서의 자속 밀도의 평균을 나타낸다(화살표는 자력 그래디언트(magnetic gradient)의 방향을 나타내고 색깔 자속 밀도를 나타낸다). 동축으로 형성된 외측 코일(12)과 내측 코일(14)에 의해 발생하는 x축 방향으로의 전체 자기장(H(x))은 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. 수학식 1에서 Iinner와 Rinner는 내측 코일(14)의 전류와 반지름이고, Iouter와 Router는 외측 코일(12)의 전류와 반지름이다.
Figure 112018125198278-pat00001
Iinner, Rinner, Iouter, Router의 값에 따라 도 4의 (a)와 (b)에 도시한 바와 같이 자기장이 형성되지 않는 지점(FFP : Field-Free Point)인 FFP1과 FFP2가 형성되고, FFP1과 FFP2의 x축 방향으로의 위치는 도 4의 (c)에 예시된다.
즉, H(x)=0인 지점이 FFP가 되고, 수학식 1에서 H(x)=0라고 하면, FFP가 되는 x축 방향의 위치 xFFP는 수학식 2와 같이 계산된다.
Figure 112018125198278-pat00002
한편, 액추에이터에 공급되는 전류는 펄스 형태일 수 있다.
도 4의 (d)는 한 쌍의 액추에이터를 마주보도록 배치한 상태에서 각각의 액추에이터의 외측 코일(12)과 내측 코일(14)에 전류를 인가한 상태를 나타내고, 도 4의 (d)는 xy 평면에서의 자속 밀도 평균을 나타낸다. 또한, 도 4의 (e)는 x축 방향을 따른 자력 그래디언트를 나타낸다.
도 4의 (d)와 같이 한 쌍의 액추에이터를 마주보도록 배치하고 전류를 인가하면, 각각의 액추에이터에 의해 자속 밀도가 0(zero)가 되는 지점을 포함하는 표적화 영역(focusing region)을 형성할 수 있다. 각각의 액추에이터에 공급되는 전류를 조절함으로써 표적화 영역의 위치는 변경할 수 있고, 이에 따라 형성된 자력 그래디언트에 의해 나노 입자를 이동시킬 수 있다. 최종적으로 나노 입자는 표적화 영역에 위치하여 머무를 수 있게 된다.
이러한 원리를 이용하면 나노 입자를 2차원, 더 나아가 3차원 상에서 이동시킬 수 있고 특정 위치로 타겟팅할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 축 방향으로 배치된 한 쌍의 제 1 축 액추에이터 쌍(10)과 제 2 축 방향으로 배치된 한 쌍의 제 2 축 액추에이터 쌍(20)을 이용하면 나노 입자를 XY 평면 상에서 이동시키고 특정 위치에 머무르도록 타겟팅할 수 있다. 또한, 제 3 액추에이터(20a)를 이용하면 나노 입자의 Z축 방향 위치를 조정하는 것이 가능할 수 있다. 여기에서 제 3 액추에이터(20a)는 Z축 방향으로 자속을 형성할 수 있고, Z축의 양(+)의 방향 또는 음(-)의 방향으로 자속을 형성함으로써 나노 입자의 이동을 제어할 수 있다.
이러한 나노 입자의 위치 조정 및 타겟팅에 있어서 액추에이터에 공급되는 펄스 전류는 수십 Hz 이하의 저주파 영역일 수 있다.
본 발명에 따른 나노 입자 제어 장치를 이용하여 뇌 자극을 수행하는 경우, 나노 입자의 이동과 타겟팅 과정은, 혈관 속에 존재하는 나노 입자를 뇌로 이동시키기 위하여 혈뇌장벽(Blood Brain Barrier : BBB)을 통과시키는 혈뇌장벽 모드(BBB mode)와 나노 입자를 특정 위치에 타겟팅하는 포커싱 모드(Focusing mode)로 구분될 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노 입자 제어 장치에 있어서 혈뇌장벽 모드를 위한 액추에이터 제어를 설명하는 도면이다.
나노 입자가 혈뇌장벽을 통과하도록 하기 위하여, 나노 입자에 펄스 힘(pulse force)을 가하여 나노 입자를 이동시키는 것이 필요하다. 이 경우에는 도 5에 도시된 바와 같이 액추에이터(10a, 10b, 20a, 20b)의 외측 코일(12)에만 전력을 공급하거나(도 5의 (a)), 내측 코일(14)에만 전력을 공급하여(도 5의 (b)) 나노 입자의 이동을 가능하게 한다. 한편, 도 5에서 액추에이터(10a, 10b, 20a, 20b)에 중첩되어 표시된 화살표는 전류 인가 방향을 나타낸다.
한편, 포커싱 모드에서는 도 4에서와 같이 액추에이터(10a, 10b, 20a, 20b)의 외측 코일(12)과 내측 코일(14)에 서로 다른 방향으로 전력을 인가하여 표적화 영역(focusing region)을 형성함으로써 나노 입자가 특정 영역에 위치하도록 할 수 있다.
즉, 혈관 내에 나노 입자가 주입된 후 나노 입자가 뇌 혈관으로 전달되면, 혈뇌장벽 모드를 통해 나노 입자가 혈뇌 장벽을 통과하도록 하고, 나노 입자를 이동시킨 후, 포커싱 모드를 통해 나노 입자가 뇌의 특정 영역에 위치하도록 제어된다.
나노 입자 모니터링 (MPI mode)
나노 입자 모니터링은, 이미징 처리부(36, 38)를 통해 수행될 수 있다.
이미징 처리부의 이미징 여기부(36)는 소정 주파수의 여기 필드(excitation field)를 형성하여 나노 입자의 자화(magnetization)를 진동(oscillate)시킨다. 이미징 수신부(38)는 나노 입자로부터 발생하는 자력을 수신하고, 별도의 신호처리부(62)는 이미징 수신부(38)로부터 수신된 신호를 처리하여 나노 입자의 위치를 판단한다. 더 나아가, 이미징 수신부(38)에서 수신된 신호를 처리함으로써 나노 입자의 온도를 추정하는 것도 가능할 수 있다. 즉, 나노 입자의 온도에 따라 이미징 수신부(38)에서 수신되는 값이 달라질 수 있고, 이러한 차이를 이용하여 나노 입자의 온도를 추정할 수 있다.
이러한 나노 입자 모니터링은 자성 입자 이미징(Magnetic Particle Imaging : MPI) 기법으로 수행될 수 있다. 이미징 여기부(36)는 중간 정도의 주파수, 예를 들면 20 kHz 내외의 주파수를 가질 수 있다.
한편, 나노 입자의 위치를 모니터링하면서, 각 액추에이터(10a, 10b, 20a, 20b)에 인가되는 전력을 제어함으로써 나노 입자를 특정 위치로 이동시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노 입자 제어 장치에 있어서, MPI 모드에서의 나노 입자를 이동시키는 구성을 설명하는 도면이다. 또한, 도 7은 도 6과 같이 전류가 인가된 상태에서의 자기장의 분포를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 제 1 축 액추에이터 쌍(10)의 외측 코일(12) 또는 내측 코일(14) 중 어느 하나에 DC 전류(IDC)를 인가하여 X축 방향으로 자기장이 0(zero)인 영역(field free region : FFR)을 형성한다. 그 후, 제 1 축 액추에이터 쌍(10)에 AC 전류((IAC)를 추가로 인가하면 FFR을 X축 방향으로 이동시킬 수 있다. 또한, 제 2 축 액추에이터 쌍(20)의 외측 코일(12) 또는 내측 코일(14)에 AC 전류((IAC)를 인가하면 FFR을 Y축 방향으로 이동시킬 수 있다. FFR의 이동은 각각의 액추에이터(10a, 10b, 20a, 20b)에 인가되는 AC 전류의 크기를 조절함으로써 이루어질 수 있다.
나노 입자 가열 (Heating Mode)
혈관 주사를 통해 인체에 주입된 나노 입자는 혈뇌장벽을 통과한 후 뇌 전역에 위치하고, 액추에이터들(10, 20, 34)에 의해 뇌의 특정 위치로 안내될 수 있다. 그러나, 뇌에 주입된 모든 나노 입자를 뇌의 특정 위치로 모두 이동시키는 실질적으로 어려우며, 뇌의 다른 부분에 잔류하는 나노 입자가 존재할 수 있다.
고주파수의 자기장(예를 들면, 100 kHZ 내외)을 인가하는 경우, 나노 입자는 진동하고 가열될 수 있다. 그러나, 나노 입자가 목적하지 않은 뇌의 위치에 존재하는 경우 원하지 않는 뇌자극이 이루어질 수 있다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노 입자 제어 장치에 있어서, 나노 입자를 가열하는 히팅 모드를 설명하는 도면이다.
따라서, 목적하는 부분에서만 나노 입자가 가열되도록 하기 위하여 제 1 축 액추에이터 쌍(10) 또는 제 2 축 액추에이터 쌍(20)에 DC 전류를 인가하여 자기장이 없는 영역(FFR)을 형성한다.
도 8을 참조하면, X축 방향의 제 1 축 액추에이터 쌍(10)의 외측 코일(12)에 DC 전류를 인가하여 FFR을 형성하는 것이 예시되어 있다. FFR이 생성된 이후 나노 입자 가열부(32)에서 형성되는 고주파 자기장을 통해서 나노입자를 가열할 경우, FFR 지역의 나노 입자만 고주파 자기장의 영향을 받아 가열되어 표적화된 온열시스템의 구현이 가능하게 된다.
나노 입자 제어 방법
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노 입자 제어 장치의 전반적인 제어 방법을 도시한 순서도이다.
초기에 나노 입자의 가열 온도를 설정하고(S100), 나노 입자의 타겟팅 지점을 설정한다(S102).
나노 입자는 혈관을 통해 인체에 주입되고, 나노 입자를 뇌 자극을 위한 용도로 사용하고자 하는 경우에는, 나노 입자는 혈관에서 뇌로 이동되어야 한다. 도 9의 Phase 1은 나노 입자를 혈뇌장벽(BBB)을 통과하도록 제어하는 단계이다. 먼저, 혈뇌장벽을 통과시킬 수 있도록 액추에이터들(10, 20)의 제어 파라미터(즉, 제 1 내지 제 4 파워공급부(40, 42, 44, 46)의 전류 제어 파라미터)를 설정한다(S104). 그후 혈뇌장벽 모드(BBB mode)(S106)를 수행하여(S106), 나노 입자가 혈뇌장벽을 통과하도록 한다(S108).
Phase 2에서, 액추에이터들(10, 20, 34)을 이용하여 나노 입자를 이동시키고 MPI 모드를 통해 나노 입자의 위치를 모니터링하며(S118), 나노 입자의 위치를 조정한다(S120). MPI 모드를 수행함에 있어 이미징 처리부(36, 38)의 작동 파라미터가 사전에 설정될 수 있다(S116).
나노 입자의 위치가 목표 지점에 도달하면, 포커싱 모드를 통해 나노 입자를 특정 위치에 타겟팅한다(S112, S114).
S102 단계에서 설정된 나노 입자가 목표 위치에 타겟팅되도록 제어가 완료되면(S122), 나노 입자를 가열하는 Phase 3으로 진행된다.
Phase 3에서, 먼저 나노 입자의 온도를 MPI 모드를 통해 추정할 수 있다(S124, S126).
S100 단계에서 설정된 목표 온도에 따라, 나노 입자 가열부(32)의 제어 파라미터가 사전에 설정될 수 있다(S128).
나노 입자 가열부(32)를 이용하여 나노 입자를 가열하는 히팅 모드를 수행하고 나노 입자를 원하는 온도로 가열한다(S130, S132, S134).
이러한 본 발명에 따르면, 나노 입자를 신체 내로 주입한 후 나노 입자를 특정 위치로 이동시켜 타겟팅하고 가열함으로써 신체의 특정 부위에 대한 온열 치료를 가능하게 할 수 있다.
한편, 이상의 설명에서는 주로 뇌 자극을 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 실시에 있어서 나노 입자의 유도 및 가열 처치는 뇌가 아닌 다른 신체 부위에 대하여 수행될 수 있음은 물론이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 나노 입자 제어 장치 10 : 제 1 축 액추에이터 쌍
10a : 제 1 액추에이터 10b : 제 2 액추에이터
12 : 외측 코일 14 : 내측 코일
20 : 제 2 축 액추에이터 쌍 20a : 제 3 액추에이터
20b : 제 4 액추에이터 30 : 중앙 구조체
32 : 나노 입자 가열부 34 : 제 3 축 액추에이터
36 : 이미징 여기부 38 : 이미징 수신부
40 : 제 1 파워공급부 42 : 제 2 파워공급부
44 : 제 3 파워공급부 46 : 제 4 파워공급부
48 : 제 5 파워공급부 50 : 파형 생성부
52 : 제 1 증폭부 54 : 제 2 증폭부
60 : 주제어부 62 : 신호처리부

Claims (8)

  1. 제 1 축을 따라 서로 마주보도록 배치되며 자기장을 생성하는 제 1 액추에이터와 제 2 액추에이터를 포함하는 제 1 축 액추에이터 쌍;
    제 2 축을 따라 서로 마주보도록 배치되며 자기장을 생성하는 제 3 액추에이터와 제 4 액추에이터를 포함하는 제 2 축 액추에이터 쌍; 및
    상기 제 1 액추에이터, 상기 제 2 액추에이터, 상기 제 3 액추에이터, 및 상기 제 4 액추에이터에 의해 둘러싸인 공간에 배치되며 신체의 적어도 일부가 놓이는 원통형의 중앙 구조체를 포함하고,
    상기 중앙 구조체는,
    상기 나노 입자를 상기 제 1 축과 상기 제 2 축에 수직한 방향으로 이동시키는 제 3 축 액추에이터,
    여기 필드를 형성하여 상기 나노 입자를 자화 진동시키는 이미징 여기부,
    상기 이미징 여기부에 의해 여기된 나노 입자의 자력 변화를 검출하는 이미징 수신부, 및
    나노 입자를 가열하도록 고주파 자기장을 발생시키는 나노 입자 가열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 입자 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 액추에이터, 상기 제 2 액추에이터, 상기 제 3 액추에이터, 및 상기 제 4 액추에이터의 각각은 외측 코일과 상기 외측 코일에서 상기 중앙 구조체 측으로 형성된 내측 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 입자 제어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 축 액추에이터 쌍 또는 상기 제 2 축 액추에이터 쌍 중 적어도 하나에 대하여 외측 코일 또는 내측 코일 중 어느 하나에 전력을 공급하여 상기 나노 입자를 이동시키는 것을 특징으로 하는 나노 입자 제어 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 축 액추에이터 쌍 또는 상기 제 2 축 액추에이터 쌍 중 적어도 하나에 대하여 외측 코일과 내측 코일에 서로 다른 방향의 전력을 공급하여 상기 나노 입자를 타겟팅하는 것을 특징으로 하는 나노 입자 제어 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 축 액추에이터 쌍 또는 상기 제 2 축 액추에이터 쌍 중 적어도 하나에 대하여 외측 코일 또는 내측 코일 중 어느 하나에 DC 전류를 인가하여 자기장이 상쇄되는 영역(FFR)을 형성한 후 상기 제 1 축 액추에이터 쌍 또는 상기 제 2 축 액추에이터 쌍에 AC 전류를 인가하여 상기 나노 입자의 이동을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 나노 입자 제어 장치.
  8. 제 1 항 및 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 축 액추에이터 쌍 또는 상기 제 2 축 액추에이터 쌍 중 적어도 하나에 대하여 외측 코일 또는 내측 코일 중 어느 하나에 DC 전류를 인가하여 자기장이 상쇄되는 영역(FFR)을 형성한 후 상기 나노 입자 가열부를 구동하는 것을 특징으로 하는 나노 입자 제어 장치.
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