KR102460537B1 - 신경 신호 처리 기반의 적응형 신경 자극 시스템, 장치 및 방법 - Google Patents
신경 신호 처리 기반의 적응형 신경 자극 시스템, 장치 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 신경 자극 시스템, 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 환자의 신경 신호를 분석하여 적응적으로 신경 자극 신호를 인가하여 줌으로써, 상시 신경 자극으로 인한 효능의 감소 및 부작용을 억제하고 배터리 교체 주기도 늘릴 수 있는 신경 신호 처리 기반의 적응형 신경 자극 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는, 환자의 신경 신호를 감지하는 신경 신호 감지부; 상기 신경 신호 중 신경 발화 신호의 모폴로지(morphology)를 분석하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하는 신경 자극 파라미터 조정부; 및 상기 조정된 신경 자극 파라미터에 따라 상기 환자에 대한 신경 자극을 수행하는 신경 자극 수행부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응형 신경 자극 시스템을 개시한다.
본 발명에서는, 환자의 신경 신호를 감지하는 신경 신호 감지부; 상기 신경 신호 중 신경 발화 신호의 모폴로지(morphology)를 분석하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하는 신경 자극 파라미터 조정부; 및 상기 조정된 신경 자극 파라미터에 따라 상기 환자에 대한 신경 자극을 수행하는 신경 자극 수행부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응형 신경 자극 시스템을 개시한다.
Description
본 발명은 신경 자극 시스템, 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 환자의 신경 신호를 분석하여 적응적으로 신경 자극 신호를 인가하여 줌으로써, 상시 신경 자극으로 인한 효능의 감소 및 부작용을 억제하고 배터리 교체 주기도 늘릴 수 있는 신경 신호 처리 기반의 적응형 신경 자극 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다.
근래 파킨슨병, 간질 등에 대하여 특정 시신경을 자극하여 병증을 개선하는 치료 기법이 시도되고 있다.
예를 들어, 파킨슨병의 경우 환자의 시상하핵(sub-thalamic nucleus, STN)에 신경 자극용 니들(needle)을 삽입하고, 상기 신경 자극용 니들과 전선(wire)을 통해 연결된 체내 이식형 본체에서 약 130Hz의 전기 자극 신호를 인가하여 줌으로써 병증을 완화하여 일상 생활이 가능하게 하는 치료 기법이 사용되고 있다.
그러나, 이러한 종래 기술의 경우, 시술 직후에는 상당한 효과를 보이나 시간이 경과함에 따라 전기 자극에 의한 치료 효과가 감소될 뿐만 아니라, 상시적인 신경 자극으로 인하여 조직의 손상 및 괴사가 일어날 수 있으며, 나아가 배터리 소모에 따라 배터리 교체를 위한 재수술이 반복적으로 이루어져야 하는 불편함이 따르게 된다.
이에 따라, 시술 이후에도 지속적으로 치료 효과를 유지할 수 있고, 상시적인 신경 자극으로 인한 조직의 손상 및 괴사를 방지할 수 있으며, 나아가 배터리 소모량을 줄여 배터리 교체를 위한 재수술을 줄일 수 있는 방안이 지속적으로 요구되고 있으나, 아직 이에 대한 적절한 해법이 제시되지 못하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 시술 이후에도 지속적으로 효능을 유지할 수 있고, 상시적인 신경 자극으로 인한 부작용을 방지할 수 있으며, 나아가 배터리 소모량을 줄여 배터리 교체를 위한 재수술을 줄일 수 있는 신경 자극 시스템, 장치 및 방법을 개시하는 것을 목적으로 한다.
그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술 분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 시스템은, 환자의 신경 신호를 감지하는 신경 신호 감지부; 상기 신경 신호 중 신경 발화 신호의 모폴로지(morphology)를 분석하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하는 신경 자극 파라미터 조정부; 및 상기 조정된 신경 자극 파라미터에 따라 상기 환자에 대한 신경 자극을 수행하는 신경 자극 수행부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 신경 자극 파라미터 조정부에서는, 상기 신경 발화 신호 중 제1 피크 신호의 진폭(amplitude), 제1 피크 신호와 후속하는 제2 피크 신호 간의 시간 간격, 상기 제2 피크 신호의 상승률(slew rate) 중 하나 이상을 고려하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.
여기서, 상기 신경 자극 파라미터 조정부에서는, 상기 신경 자극의 전류 레벨, 전압 레벨, 자극 시간(duration), 자극 빈도(frequency) 중 하나 이상을 조정할 수 있다.
또한, 상기 신경 자극 파라미터 조정부에서는, 상기 제1 피크 신호의 진폭이 미리 정해진 제1 기준치보다 큰 경우 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.
또한, 상기 신경 자극 파라미터 조정부에서는, 상기 제1 피크 신호와 후속하는 제2 피크 신호 간의 시간 간격이 미리 정해진 제2 기준치보다 작은 경우 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.
또한, 상기 신경 자극 파라미터 조정부에서는, 상기 제2 피크 신호의 상승률(slew rate)이 미리 정해진 제3 기준치보다 큰 경우 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.
또한, 상기 신경 자극 파라미터 조정부에서는, 상기 신경 발화 신호의 모폴로지 분석과 함께, 상기 신경 신호의 주파수 특성을 분석하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.
또한, 상기 신경 자극 파라미터 조정부에서는, 상기 신경 발화 신호의 모폴로지 분석과 함께, 상기 신경 신호를 구성하는 미리 정해진 복수의 패턴으로 분류하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.
또한, 상기 신경 자극 수행부에서는, 상기 신경 신호가 이상 상태로 판단된 경우에만 상기 환자에 대한 신경 자극을 수행할 수 있다.
또한, 상기 신경 신호 감지부와 상기 신경 자극 수행부는 동일하게 신경 자극용 니들로 연결되며, 상기 신경 신호 감지부와 상기 신경 자극 수행부는 동작 구간을 시분할하여 제1 구간에서는 상기 신경 신호 감지부가 상기 환자의 신경 신호를 감지하고, 제2 구간에서는 상기 신경 자극 수행부가 상기 환자에 대한 신경 자극을 수행할 수 있다.
또한, 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 수동으로 설정할 수 있도록 하는 무선 설정부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 적응형 신경 자극 방법은, 적응형 신경 자극 시스템이, 환자의 신경 신호를 감지하는 신경 신호 감지 단계; 상기 신경 신호 중 신경 발화 신호의 모폴로지(morphology)를 분석하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하는 신경 자극 파라미터 조정 단계; 및 상기 조정된 신경 자극 파라미터에 따라 상기 환자에 대한 신경 자극을 수행하는 신경 자극 수행 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 신호 처리 기반의 적응형 신경 자극 시스템, 장치 및 방법에서는, 시술 이후에도 지속적으로 효능을 유지할 수 있고, 상시적인 신경 자극으로 인한 부작용을 방지할 수 있으며, 나아가 배터리 소모량을 줄여 배터리 교체를 위한 재수술을 줄일 수 있게 된다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 시스템의 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 발화 신호를 예시하는 도면이다.
도 4 내지 도 6은 발명의 일 실시예에 따른 신경 발화 신호에 기반한 신경 자극 파라미터 조정을 예시하는 도면이다.
도 7은 발명의 일 실시예에 따른 신경 신호의 주파수 특성에 기반한 신경 자극 파라미터 조정을 예시하는 도면이다.
도 8은 발명의 일 실시예에 따른 신경 신호의 패턴 분류에 기반한 신경 자극 파라미터 조정을 예시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 방법의 순서도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 시스템의 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 발화 신호를 예시하는 도면이다.
도 4 내지 도 6은 발명의 일 실시예에 따른 신경 발화 신호에 기반한 신경 자극 파라미터 조정을 예시하는 도면이다.
도 7은 발명의 일 실시예에 따른 신경 신호의 주파수 특성에 기반한 신경 자극 파라미터 조정을 예시하는 도면이다.
도 8은 발명의 일 실시예에 따른 신경 신호의 패턴 분류에 기반한 신경 자극 파라미터 조정을 예시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 방법의 순서도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.
이하의 실시예는 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
아래에서는, 본 발명에 따른 신경 신호 처리 기반의 적응형 신경 자극 시스템(100), 장치 및 방법의 예시적인 실시형태들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 1에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 시스템(100)을 블록도를 예시하고 있다. 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 시스템(100)은, 환자의 신경 신호를 감지하는 신경 신호 감지부(110), 상기 신경 신호 중 신경 발화 신호의 모폴로지(morphology)를 분석하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하는 신경 자극 파라미터 조정부(120) 및 상기 조정된 신경 자극 파라미터에 따라 상기 환자에 대한 신경 자극을 수행하는 신경 자극 수행부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 신경 자극 파라미터 조정부(120)에서는, 상기 신경 발화 신호 중 제1 피크 신호의 진폭(amplitude), 제1 피크 신호와 후속하는 제2 피크 신호 간의 시간 간격, 상기 제2 피크 신호의 상승률(slew rate) 중 하나 이상을 고려하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.
또한, 상기 신경 자극 파라미터 조정부(120)에서는, 상기 신경 자극의 전류 레벨, 전압 레벨, 자극 시간(duration), 자극 빈도(frequency) 중 하나 이상을 조정할 수 있다.
나아가, 상기 신경 자극 파라미터 조정부(120)에서는, 상기 신경 발화 신호의 모폴로지 분석과 함께, 상기 신경 신호의 주파수 특성을 분석하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.
또한, 상기 신경 자극 파라미터 조정부(120)에서는, 상기 신경 발화 신호의 모폴로지 분석과 함께, 상기 신경 신호를 구성하는 미리 정해진 복수의 패턴으로 분류하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 신호 처리 기반의 적응형 신경 자극 시스템(100), 장치 및 방법에서는, 시술 이후에도 지속적으로 효능을 유지할 수 있고, 상시적인 신경 자극으로 인한 부작용을 방지할 수 있으며, 나아가 배터리 소모량을 줄여 배터리 교체를 위한 재수술을 줄일 수 있게 된다.
아래에서는 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 시스템(100)을 각 구성요소별로 나누어 보다 자세하게 설명한다.
먼저, 상기 신경 신호 감지부(110)에서는 환자의 신경 신호를 감지하게 된다.
이때, 상기 신경 신호 감지부(110)는 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 파킨슨병 환자의 시상하핵(STN) 등 신경 조직에 삽입되는 신경 자극용 니들(150)과 전선(wire) 등을 통해 연결되어, 상기 신경 조직에서 발생하는 신경 신호를 감지할 수 있다.
그러나, 위와 같이 파킨슨병 환자의 시상하핵(STN)에서 신경 신호를 감지하는 것은 본 발명의 일 실시예 일뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 상기 신경 신호 감지부(110)는 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 환자의 체내에 이식되는 체내 이식형 본체(도 2의 (A)) 등에 구비될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 신경 자극 파라미터 조정부(120)에서는, 상기 신경 신호 감지부(110)에서 감지한 신경 신호 중 신경 발화 신호의 모폴로지(morphology)를 분석하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하게 된다.
보다 구체적으로, 상기 신경 자극 파라미터 조정부(120)에서는, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 신경 발화 신호 중 제1 피크 신호의 진폭(도 3의 Amplitude), 제1 피크 신호와 후속하는 제2 피크 신호 간의 시간 간격(도 3의 Width), 상기 제2 피크 신호의 상승률(도 3의 Slew Rate) 중 하나 이상을 고려하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 신경 자극 파라미터 조정부(120)에서는 상기 신경 자극의 전류 레벨, 전압 레벨, 자극 시간(duration), 자극 빈도(frequency) 중 하나 이상을 조정할 수 있다.
이에 따라, 종래 기술에서는 시술 직후에는 상당한 효과를 보이나 시간이 경과함에 따라 전기 자극에 의한 효능이 감소될 뿐만 아니라, 상시적인 신경 자극으로 인하여 부작용이 일어날 수 있으며, 나아가 배터리 소모에 따라 배터리 교체를 위한 재수술이 반복적으로 이루어져야 하는 문제점이 있었으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 시스템(100)에서는 환자의 신경 발화 신호를 기반으로 적응적으로 신경 자극 파라미터를 조정하여 줌으로써, 상시 신경 자극으로 인한 효능의 감소 및 부작용을 억제하고 배터리 소모량도 줄여 배터리 교체 주기도 늘릴 수 있게 된다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 시스템(100)에서, 상기 신경 자극 파라미터 조정부(120)에서는, 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 제1 피크 신호의 진폭이 미리 정해진 제1 기준치보다 큰 경우 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.
예를 들어, 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 시스템(100)에서, 상기 신경 신호 감지부(110)가 신경 신호를 감지하면(도 4의 (a)), 상기 신경 자극 파라미터 조정부(120)는 상기 신경 신호에 대한 처리를 통해 상기 신경 발화 신호에서 제1 피크 신호의 진폭(Amplitude)을 산출하고(도 4의 (b)), 상기 제1 피크 신호의 진폭(Amplitude)이 미리 정해진 제1 기준치보다 큰 경우 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하게 된다(도 4의 (c)).
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 시스템(100)에서, 상기 신경 자극 파라미터 조정부(120)에서는, 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 제1 피크 신호와 후속하는 제2 피크 신호 간의 시간 간격이 미리 정해진 제2 기준치보다 작은 경우 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.
예를 들어, 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 시스템(100)에서, 상기 신경 신호 감지부(110)가 신경 신호를 감지하면(도 5의 (a)), 상기 신경 자극 파라미터 조정부(120)는 상기 신경 신호에 대한 처리를 통해 상기 신경 발화 신호에서 제1 피크 신호와 후속하는 제2 피크 신호 간의 시간 간격(Width)을 산출하고(도 5의 (b)), 상기 제1 피크 신호와 후속하는 제2 피크 신호 간의 시간 간격(Width)이 미리 정해진 제2 기준치보다 작은 경우 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하게 된다(도 5의 (c)).
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 시스템(100)에서, 상기 신경 자극 파라미터 조정부(120)에서는, 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 제2 피크 신호의 상승률(slew rate)이 미리 정해진 제3 기준치보다 큰 경우 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.
예를 들어, 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 시스템(100)에서, 상기 신경 신호 감지부(110)가 신경 신호를 감지하면(도 5의 (a)), 상기 신경 자극 파라미터 조정부(120)는 상기 신경 신호에 대한 처리를 통해 상기 신경 발화 신호에서 상기 제2 피크 신호의 상승률(slew rate)을 산출하고(도 6의 (b)), 상기 제2 피크 신호의 상승률(slew rate)이 미리 정해진 제3 기준치보다 큰 경우 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하게 된다(도 6의 (c)).
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 시스템(100)에서, 상기 신경 발화 신호 중 제1 피크 신호의 진폭(amplitude), 제1 피크 신호와 후속하는 제2 피크 신호 간의 시간 간격, 상기 제2 피크 신호의 상승률(slew rate) 중 둘 이상이 기준치를 벗어나는 경우에는, 복수의 신경 자극 파라미터 조정값에 각 가중치를 곱하여 합산한 값으로 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 시스템(100)에서, 상기 신경 자극 파라미터 조정부(120)에서는, 상기 신경 발화 신호의 모폴로지(morphology) 분석과 함께, 상기 신경 신호의 주파수 특성을 분석하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 시스템(100)에서, 상기 신경 신호 감지부(110)가 신경 신호를 감지하면(도 7의 (a)), 상기 신경 자극 파라미터 조정부(120)는 상기 신경 신호에 대한 푸리에 변환 등의 처리를 통해 상기 신경 신호의 주파수 특성을 분석하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다(도 7의 (b)).
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 시스템(100)에서, 상기 신경 자극 파라미터 조정부(120)에서는, 상기 신경 발화 신호의 모폴로지(morphology) 분석과 함께, 상기 신경 신호를 구성하는 미리 정해진 복수의 패턴으로 분류하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 시스템(100)에서, 상기 신경 신호 감지부(110)가 신경 신호를 감지하면(도 8의 (a)), 상기 신경 자극 파라미터 조정부(120)는 상기 신경 신호를 분석하여 미리 정해진 패턴(예를 들어, 도 8(b)의 토닉(Tonic) 패턴, 랜덤(Random) 패턴, 버스팅(Busrting) 패턴 등)으로 분류하고, 상기 신경 신호를 구성하는 각 패턴의 비율 등을 산출하고 특정 패턴의 비율이 미리 정해진 기준치를 넘어서는지 등을 판단하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다(도 8의 (c)).
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 시스템(100)에서는, 상기 신경 발화 신호의 모폴로지(morphology) 분석과 함께, 상기 신경 신호의 주파수 특성 분석 또는 패턴 분석을 함께 고려하여 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하여 줌으로써, 보다 정확한 신경 자극 파라미터를 산출할 수 있게 된다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 시스템(100)에서, 상기 모폴로지(morphology) 분석, 주파수 특성 분석 및 패턴 분석 중 둘 이상을 함께 고려하는 경우에는, 각 분석에 따른 복수의 신경 자극 파라미터 조정값에 가중치를 곱하여 합산한 값으로 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.
이에 따라, 상기 신경 자극 수행부(130)에서는, 상기 조정된 신경 자극 파라미터에 따라 상기 환자에 대한 신경 자극을 수행하게 된다.
이때, 상기 신경 자극 수행부(130)는 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 신경 조직에 삽입되는 신경 자극용 니들(150)과 전선(wire) 등을 통해 연결되어, 상기 신경 조직으로 전기 신호를 인가하여 신경 자극을 수행하게 된다.
또한, 상기 신경 자극 수행부(130)는 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 환자의 체내에 이식되는 체내 이식형 본체(도 2의 (A)) 등에 구비될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
나아가, 상기 신경 자극 수행부(130)에서는, 상기 신경 신호가 이상 상태로 판단된 경우에만 상기 환자에 대한 신경 자극을 수행할 수 있으며, 이에 따라 상시적인 신경 자극으로 인한 신경 조직의 손상 및 괴사를 방지할 수 있으며, 또한 배터리 소모량도 줄여 배터리 교체 주기도 늘릴 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 시스템(100)에서, 상기 신경 신호 감지부(110)와 상기 신경 자극 수행부(130)는 동일하게 신경 자극용 니들(150)로 연결될 수 있으며, 이때 상기 신경 신호 감지부(110)와 상기 신경 자극 수행부(130)는 동작 구간을 시분할하여 제1 구간에서는 상기 신경 신호 감지부(110)가 상기 환자의 신경 신호를 감지하고, 제2 구간에서는 상기 신경 자극 수행부(130)가 상기 환자에 대한 신경 자극을 수행하도록 함으로써, 상호 동작에 간섭을 방지하고 안정적인 동작 수행을 가능하게 할 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 시스템(100)에는, 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 수동으로 설정할 수 있도록 하는 무선 설정부(140)가 더 포함될 수 있다.
이때, 상기 무선 설정부(140)에서는 블루투스나 와이파이 등 무선 통신을 통해 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 수동으로 설정할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 시스템(100)에서는, 의료진 등의 사용자가 환자의 상태 등을 고려하여 상기 신경 자극 파라미터를 수동으로 설정할 수 있도록 함으로써, 재수술 없이도 상기 환자에게 적합한 설정치를 세팅할 수 있게 된다.
또한, 도 9에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 방법의 순서도를 도시하고 있다.
도 9에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 방법은, 적응형 신경 자극 시스템(100)이, 환자의 신경 신호를 감지하는 신경 신호 감지 단계(S110), 상기 신경 신호 중 신경 발화 신호의 모폴로지(morphology)를 분석하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하는 신경 자극 파라미터 조정 단계(S120) 및 상기 조정된 신경 자극 파라미터에 따라 상기 환자에 대한 신경 자극을 수행하는 신경 자극 수행 단계(S130)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 방법은 앞서 설명한 적응형 신경 자극 시스템(100)와 그 동작 원리 및 동작이 유사하여 통상의 기술자가 용이하게 구현하고 실시할 수 있으므로 보다 자세한 설명은 생략하며 앞서 설명한 적응형 신경 자극 시스템(100)에 대한 일련의 설명을 참조할 수 있다.
본 발명에서는 뇌신경 등 신경 조직의 전기 자극시 발생하는 신경 신호를 분석 및 처리하고, 피드백 루프 제어를 통해 신경 자극 파라미터를 자동으로 제어하는 기술에 관한 것으로서, 환자의 신경 신호에 대하여 모폴로지, 주파수, 패턴 등의 특징에 대한 분석 및 신호처리를 통해 전기 자극시 발생하는 이상 반응 등 부작용을 정량화하고 세부적으로 분류 및 분석하여, 신경 조직의 전기 자극에 따른 이상 반응을 검출하고 적절한 효능을 얻을 수 있도록 신경 자극 파라미터를 적응적으로 제어하게 된다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 신호 처리 기반의 적응형 신경 자극 시스템(100), 장치 및 방법에서는, 시술 이후에도 지속적으로 효능을 유지할 수 있고, 상시적인 신경 자극으로 인한 부작용을 방지할 수 있으며, 나아가 배터리 소모량을 줄여 배터리 교체를 위한 재수술 빈도를 줄일 수 있게 된다.
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 도면들에 의해서 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 적응형 신경 자극 시스템
110 : 신경 신호 감지부
120 : 신경 자극 파라미터 조정부
130 : 신경 자극 수행부
140 : 무선 설정부
150 : 신경 자극용 니들
110 : 신경 신호 감지부
120 : 신경 자극 파라미터 조정부
130 : 신경 자극 수행부
140 : 무선 설정부
150 : 신경 자극용 니들
Claims (12)
- 환자의 신경 신호를 감지하는 신경 신호 감지부;
상기 신경 신호 중 신경 발화 신호의 모폴로지(morphology)를 분석하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하는 신경 자극 파라미터 조정부; 및
상기 조정된 신경 자극 파라미터에 따라 상기 환자에 대한 신경 자극을 수행하는 신경 자극 수행부;를 포함하며,
상기 신경 자극 파라미터 조정부에서는,
상기 신경 발화 신호 중 제1 피크 신호의 진폭(amplitude), 제1 피크 신호와 후속하는 제2 피크 신호 간의 시간 간격, 상기 제2 피크 신호의 상승률(slew rate) 중 둘 이상이 기준치를 벗어나는 경우에는, 복수의 신경 자극 파라미터 조정값에 각 가중치를 곱하여 합산한 값으로 신경 자극 파라미터를 조정하는 것을 특징으로 하는 적응형 신경 자극 시스템. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 신경 자극 파라미터 조정부에서는,
상기 신경 자극의 전류 레벨, 전압 레벨, 자극 시간(duration), 자극 빈도(frequency) 중 하나 이상을 조정하는 것을 특징으로 하는 적응형 신경 자극 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 신경 자극 파라미터 조정부에서는,
상기 제1 피크 신호의 진폭이 미리 정해진 제1 기준치보다 큰 경우 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하는 것을 특징으로 하는 적응형 신경 자극 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 신경 자극 파라미터 조정부에서는,
상기 제1 피크 신호와 후속하는 제2 피크 신호 간의 시간 간격이 미리 정해진 제2 기준치보다 작은 경우 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하는 것을 특징으로 하는 적응형 신경 자극 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 신경 자극 파라미터 조정부에서는,
상기 제2 피크 신호의 상승률(slew rate)이 미리 정해진 제3 기준치보다 큰 경우 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하는 것을 특징으로 하는 적응형 신경 자극 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 신경 자극 파라미터 조정부에서는,
상기 신경 발화 신호의 모폴로지 분석과 함께,
상기 신경 신호의 주파수 특성을 분석하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하는 것을 특징으로 하는 적응형 신경 자극 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 신경 자극 파라미터 조정부에서는,
상기 신경 발화 신호의 모폴로지 분석과 함께,
상기 신경 신호를 구성하는 미리 정해진 복수의 패턴으로 분류하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하는 것을 특징으로 하는 적응형 신경 자극 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 신경 자극 수행부에서는,
상기 신경 신호가 이상 상태로 판단된 경우에만 상기 환자에 대한 신경 자극을 수행하는 것을 특징으로 하는 적응형 신경 자극 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 신경 신호 감지부와 상기 신경 자극 수행부는 동일하게 신경 자극용 니들로 연결되며,
상기 신경 신호 감지부와 상기 신경 자극 수행부는 동작 구간을 시분할하여 제1 구간에서는 상기 신경 신호 감지부가 상기 환자의 신경 신호를 감지하고, 제2 구간에서는 상기 신경 자극 수행부가 상기 환자에 대한 신경 자극을 수행하는 것을 특징으로 하는 적응형 신경 자극 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 수동으로 설정할 수 있도록 하는 무선 설정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적응형 신경 자극 시스템. - 삭제
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