KR102566374B1 - 전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 장치 - Google Patents

전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102566374B1
KR102566374B1 KR1020210109224A KR20210109224A KR102566374B1 KR 102566374 B1 KR102566374 B1 KR 102566374B1 KR 1020210109224 A KR1020210109224 A KR 1020210109224A KR 20210109224 A KR20210109224 A KR 20210109224A KR 102566374 B1 KR102566374 B1 KR 102566374B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ultrasonic
porous structure
time
polymer film
power source
Prior art date
Application number
KR1020210109224A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20230027440A (ko
Inventor
김상우
김영준
강우석
김소희
Original Assignee
성균관대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 성균관대학교산학협력단 filed Critical 성균관대학교산학협력단
Priority to KR1020210109224A priority Critical patent/KR102566374B1/ko
Priority to US17/888,872 priority patent/US20230059692A1/en
Publication of KR20230027440A publication Critical patent/KR20230027440A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102566374B1 publication Critical patent/KR102566374B1/ko

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N7/00—Ultrasound therapy
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/02—Details
    • A61N1/04—Electrodes
    • A61N1/05—Electrodes for implantation or insertion into the body, e.g. heart electrode
    • A61N1/0551—Spinal or peripheral nerve electrodes
    • A61N1/0556—Cuff electrodes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/3605—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/3605—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system
    • A61N1/3606—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system adapted for a particular treatment
    • A61N1/36103—Neuro-rehabilitation; Repair or reorganisation of neural tissue, e.g. after stroke
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/372—Arrangements in connection with the implantation of stimulators
    • A61N1/378—Electrical supply
    • A61N1/3787—Electrical supply from an external energy source
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N7/00—Ultrasound therapy
    • A61N7/02—Localised ultrasound hyperthermia
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/15—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using ultrasonic waves
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/0048—Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]
    • H02J7/0049—Detection of fully charged condition
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00711—Regulation of charging or discharging current or voltage with introduction of pulses during the charging process
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N7/00—Ultrasound therapy
    • A61N2007/0004—Applications of ultrasound therapy
    • A61N2007/0021—Neural system treatment
    • A61N2007/0026—Stimulation of nerve tissue

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Neurosurgery (AREA)
  • Neurology (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Rehabilitation Therapy (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Electrotherapy Devices (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)

Abstract

본 발명은 전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 장치에 관한 것으로, 구체적으로 다공성 폴리머 자극부 기반 전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 및 재생 기술에 관한 것이다. 본 발명을 통해 인체삽입형 신경자극 기기의 한계를 극복할 수 있는 기술을 확보할 수 있고, 신경 자극에 새로운 방법을 제시할 것으로 기대된다.

Description

전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 장치 {ULTRASONIC POWERED NEURAL SIMULATING DEVICE WITHOUT POWER SOURCES AND LEAD WIRES}
본 발명은 전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 장치에 관한 것으로, 구체적으로 다공성 폴리머 자극부 기반 전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 및 재생 기술에 관한 것이다.
최근 고령화에 따라 발생하는 노인성 질환이 문제가 되고 있으며, 이를 지속적으로 치료하기 위한 인체삽입형 의료기기 기술이 각광받고 있다. 이와 같은 인체삽입형 의료기기는 크게 전력원, 리드선, 자극부로 구성된다. 배터리와 회로로 구성된 전력원에서 전기적 신호를 생성하고 리드선을 통해 자극 부위로 에너지를 전달하며, 자극부를 통해 직접적으로 전기적인 신호를 전달한다. 그러나 전력원은 배터리가 차지하는 부피로 인해 소형화가 어렵고 삽입 부위가 제한된다는 단점이 있다. 또한 리드선의 경우 주변 조직의 염증을 유발하고 단선의 위험이 있으며 자극부는 금속과 실리콘 재질을 사용하기 때문에 조직과의 기계적 물성 차이에 의한 부작용을 야기한다.
위와 같은 한계점은 인체삽입형 의료기기의 한 종류인 신경자극기에 특히 문제가 되고 있다. 널리 알려진 척수자극기나 심장박동기의 경우 삽입 위치가 확보되어 부작용을 최소화 할 수 있지만 신경자극기의 경우 삽입 공간이 충분하지 않으며, 움직임이 많은 부위에 삽입이 되어 리드선의 부작용이 두드러진다. 또한 신경자극기에서 활용되는 자극부인 커프 전극의 경우 신경을 감싸는 윈기둥 형태의 의료기기인데 얇은 신경에 안정적으로 연결하기 위한 수술이 매우 복잡하며 치료가 끝난 이후 제거를 위한 수술이 필요하다.
상기 서술된 종래기술의 문제점에 따라 전력원이 차지하는 부피가 적고, 리드선이 없으며, 커프 전극의 한계점이 해결된 체내 어디에도 적용 가능하며 환자에게 부담이 없는 새로운 방식의 전기 자극 방법이 필요하다.
삭제
한국공개특허공보 제10-2011-0138917호(2011.12.28 공개)
본 발명은 다공성 폴리머 자극부 기반 전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 및 재생 기술을 제안함으로서 종래 기술이 가지고 있는 한계를 극복하고 나아가 새로운 방식을 제시하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 장치는, 체내에 삽입되어 신경에 감는 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름; 및 체외에서 초음파를 발생시켜 인가하는 초음파 발생부를 포함한다.
상기 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름은 PLA(Polylactic Acid), PCL(Polycaprolactone), PVA(Poly (vinyl alcohol)), PLGA(polylactide-co-glycolide) 및 PHBV(Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate)) 중 어느 하나로 이루어진다.
상기 초음파의 파장은 상기 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름의 두께 이상이다. 상기 초음파의 파장이 상기 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름의 두께 이상인 경우, 초음파가 폴리머 필름을 통과하면서 두께 변화를 일으키고, 두께 변화에 따라 유전율의 변화가 발생되며, 이에 의해 전기장이 생성되어 신경 자극이 이루어진다.
상기 초음파 발생부는 20 내지 50kHz의 초음파를 발생시켜 신경 자극 치료를 수행한다.
상기 초음파 발생부는 4MHz 이상의 집속 초음파(HIFU; High Intensity Focused Ultrasound)를 인가하여 상기 다공성 구조의 시한성 폴리머를 분해시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 장치는, 체내에 삽입되어 신경에 감는 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름; 상기 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름에 임베딩(embedding)되어 있는 고유전 물질; 및 체외에서 초음파를 발생시켜 인가하는 초음파 발생부를 포함한다.
상기 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름은 PLA(Polylactic Acid), PCL(Polycaprolactone), PVA(Poly (vinyl alcohol)), PLGA(polylactide-co-glycolide) 및 PHBV(Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate)) 중 어느 하나로 이루어진다.
상기 고유전 물질은 Barium titanate (BTO) 또는 Calcium copper titanate (CCTO) 중 어느 하나 이상을 포함한다.
상기 초음파의 파장은 상기 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름의 두께 이상이다. 상기 초음파의 파장이 상기 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름의 두께 이상인 경우, 초음파가 폴리머 필름을 통과하면서 두께 변화를 일으키고, 두께 변화에 따라 유전율의 변화가 발생되며, 이에 의해 전기장이 생성되어 신경 자극이 이루어진다.
상기 초음파 발생부는 20 내지 50kHz의 초음파를 발생시켜 신경 자극 치료를 수행한다.
상기 초음파 발생부는 4MHz 이상의 집속 초음파(HIFU)를 인가하여 상기 다공성 구조의 시한성 폴리머를 분해시킨다.
본 발명의 추가적인 실시예에 따른 전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 장치는, 체내에 삽입되어 신경에 감는 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름; 상기 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름에 임베딩(embedding)되어 있는 고유전 물질; 및 체외에서 초음파를 발생시켜 인가하는 초음파 발생부를 포함하고, 상기 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름은 PLA(Polylactic Acid)이고, 상기 고유전 물질은 Barium titanate(BTO)이며, 20 내지 50kHz의 초음파를 발생시켜 신경 자극 치료를 수행할 수 있고, 4MHz 이상의 집속 초음파(HIFU)를 인가하여 상기 다공성 구조의 시한성 폴리머를 분해할 수 있다.
본 발명을 통해 인체삽입형 신경자극 기기의 한계를 극복할 수 있는 기술을 확보할 수 있고, 신경 자극에 새로운 방법을 제시할 것으로 기대된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 시한성 폴리머 기반 초음파 구동 신경 자극 소자의 구성 및 작동 원리를 도시한다.
도 2는 본 발명의 내용을 확인하기 위해 제작한 초음파 구동 발전 소자의 구조 및 전기적 출력의 결과를 도시한다.
도 3은 인체적합성 고유전 물질을 임베딩한 초음파 구동 발전소자의 전기적 출력값을 도시한다.
도 4는 신경과 비슷한 저항을 갖는 pAAm hydrogel에 1cm × 1cm의 다공성의 시한성 폴리머 필름을 감아 초음파를 인가했을 때의 전기적 출력 결과이다.
도 5는 필름을 감은 쥐와 감지 않은 쥐의 신경 치료 효과 검증한 결과로, 소자와 초음파 유무에 따른 치료효과를 검증한 데이터이다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 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.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 장치는 체내 삽입 위치에 제한이 없어 다양한 신경병 치료 및 신경 재생에 사용 가능하다. 수술 과정이 간단하고 초음파로 구동하기 때문에 배터리같은 별도 전력원이 필요 없어 소형화가 가능하며, 시한성 소재를 사용해 치료가 끝난 후 소자를 체내에서 제거할 필요 없이 자연스럽게 사라지기 때문에 재수술이 필요하지 않아 환자에게 부담이 가지 않는 새로운 방식의 신경 자극 기술을 제공하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 시한성 폴리머 기반 초음파 구동 신경 자극 소자의 구성 및 작동 원리를 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 장치는, 체내에 삽입되어 신경에 감는 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름; 및 체외에서 초음파를 발생시켜 인가하는 초음파 발생부를 포함한다.
다공성 구조의 시한성 폴리머 필름은 PLA(Polylactic Acid), PCL(Polycaprolactone), PVA(Poly (vinyl alcohol)), PLGA(polylactide-co-glycolide) 및 PHBV(Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate)) 중 어느 하나를 포함한다.
다공성 물질의 경우, 내부의 공기와 물질 각각의 부피분율이 유전율에 영향을 미친다. 외부에서 기계적 힘을 가했을 때, 내부 공기의 부피분율은 감소하고, 물질의 부피분율은 증가하여, 결과적으로 물질 전체의 유전율이 증가하는 특성을 갖는다.
초음파의 파장이 매질의 두께보다 길면 초음파가 매질을 통과하면서 두께 변화를 일으키고, 초음파는 다공성 물질을 투과하면서 기계적 진동을 발생시키고, 두께 변화에 따라 유전율이 증감한다. 이를 이용하여, 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름을 신경에 감고, 외부에서 초음파를 인가했을 때 발생하는 전기장을 이용하여 신경을 자극하고자 하는 것이 본 발명의 특징이다. 신경은 전도성을 가지기 때문에 외부 전기장에 따라 전하가 유도되는데, 그 값이 역치를 넘기면 신경자극이 가능하다.
정리하면, 본 발명의 경우, 초음파의 파장은 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름의 두께와 같거나 큰 파장을 갖는 초음파가 이용되고, 초음파의 파장이 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름의 두께 이상인 경우 초음파가 폴리머 필름을 통과하면서 두께 변화를 일으키고, 두께 변화에 따라 유전율의 변화가 발생되며, 이에 의해 전기장이 생성되어 신경 자극이 이루어질 수 있다.
초음파 발생부는 20 내지 50kHz의 초음파를 발생시켜 신경 자극 치료를 수행한다. 이 경우 초음파의 에너지는 약 1W/cm2이다.
초음파 발생부는 4MHz 이상의 집속 초음파(HIFU; High Intensity Focused Ultrasound)를 인가하여 상기 다공성 구조의 시한성 폴리머를 분해시킬 수 있다. 이 경우 초음파의 에너지는 약 5W/cm2 이상일 수 있다.
본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 인체 적합성 고유전 물질을 매트릭스에 임베딩하여 물질 자체의 유전율을 증가시킴으로써 더 큰 전기장을 생성할 수 있고, 전기 자극 크기를 증가시킬 수 있다.
본 발명의 추가적인 실시예에 따른 전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 장치는, 체내에 삽입되어 신경에 감는 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름; 상기 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름에 임베딩(embedding)되어 있는 고유전 물질; 및 체외에서 초음파를 발생시켜 인가하는 초음파 발생부를 포함한다.
상기 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름은 PLA(Polylactic Acid), PCL(Polycaprolactone), PVA(Poly (vinyl alcohol)), PLGA(polylactide-co-glycolide) 및 PHBV(Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate)) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 고유전 물질은 Barium titanate (BTO) 또는 Calcium copper titanate (CCTO) 중 어느 하나 이상을 포함한다. 이러한 고유전 물질은 인체 적합성을 갖는 고유전 물질이 이용된다.
초음파의 파장은 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름의 두께와 같거나 큰 파장을 갖는 초음파가 이용되고, 초음파의 파장이 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름의 두께 이상인 경우 초음파가 폴리머 필름을 통과하면서 두께 변화를 일으키고, 두께 변화에 따라 유전율의 변화가 발생되며, 이에 의해 전기장이 생성되어 신경 자극이 이루어질 수 있다.
초음파 발생부는 20 내지 50kHz의 초음파를 발생시켜 신경 자극 치료를 수행한다. 이 경우 초음파의 에너지는 약 1W/cm2이다.
초음파 발생부는 4MHz 이상의 집속 초음파(HIFU; High Intensity Focused Ultrasound)를 인가하여 상기 다공성 구조의 시한성 폴리머를 분해시킬 수 있다. 이 경우 초음파의 에너지는 약 5W/cm2 이상일 수 있다.
이하에서는 구체적인 실시예와 함께 본 발명의 내용을 추가적으로 설명하도록 하겠다.
도 2는 본 발명의 내용을 확인하기 위해 제작한 초음파 구동 발전 소자의 구조 및 전기적 출력의 결과를 도시한다. 도 2는 2cm × 2cm 크기의 초음파 구동 발전소자의 구조와 20kHz의 주파수를 갖는 초음파를 1W/cm2의 세기로 인가하였을 때, 발전하는 전압을 측정한 데이터이다. RMS값 기준으로, 76.3mV를 발전하는 것으로 확인하였다.
도 3은 인체적합성 고유전 물질을 임베딩한 초음파 구동 발전소자의 전기적 출력값을 도시한다.
도 3은 도 2와 같은 구조의 초음파 구동 발전소자에서 매트릭스에 인체적합성 고유전 물질(BTO)을 임베딩하였을 때의 전기적 출력 결과이다. 20kHz의 주파수를 갖는 초음파를 1W/cm2의 세기로 인가하였을 때, 발전하는 전압을 측정한 데이터이다. RMS값 기준으로, 각각 2.012V, 56.73μA를 발전하는 것으로 확인하였다.
도 4는 신경과 비슷한 저항을 갖는 pAAm hydrogel에 1cm × 1cm의 다공성의 시한성 폴리머 필름을 감아 초음파를 인가했을 때의 전기적 출력 결과이다. RMS값 기준으로 0.89mV를 발전하는 것으로 확인하였다.
도 5는 필름을 감은 쥐와 감지 않은 쥐의 신경 치료 효과 검증한 결과로, 소자와 초음파 유무에 따른 치료효과를 검증한 데이터이다. with film의 경우 소자를 신경에 감고 초음파를 인가한 경우, no film의 경우 소자가 없는 상태로 초음파를 인가한 경우, control의 경우 소자가 없고 초음파도 인가하지 않은 경우를 의미한다. with film의 경우 2.45배 치료효과를 보였으며, no film의 경우 1.4배, control의 경우 1.17배 치료효과를 보였다.
본 발명에 따르면, 다공성 구조의 시한성 폴리머를 이용한 초음파 구동 소자는 목표로 하는 신경 크기에 맞게 얇은 두께의 다공성 구조 시한성 폴리머를 감아주고 체외에서 초음파를 이용해 신경 자극을 가해줄 수 있다. 기존 신경 자극 기기들과는 달리 리드선과 커프 전극 없이 얇은 폴리머만 감아주면 되기 때문에 수술 위치에 제한이 없고 그 과정도 간단하고, 또한 배터리를 사용하지 않아 소형화가 가능해 환자의 부담이 적고 또한 시한성 물질은 체내에서 분해되기 때문에 소자 제거를 위한 재수술이 필요하지 않아 환자의 정신적, 육체적 스트레스를 절감하는데 효과적이다. 본 발명은 기존의 신경 자극 기기의 한계를 극복하였다는 점에서 신경 자극 및 치료에 있어 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대되며 인체에 무해한 전력원을 사용하므로 상용화 측면에서도 의미가 클 것으로 기대된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 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.

Claims (14)

  1. 체내에 삽입되어 신경에 감는 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름; 및
    체외에서 초음파를 발생시켜 인가하는 초음파 발생부를 포함하고,
    상기 초음파의 파장은 상기 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름의 두께 이상인,
    전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름은 PLA(Polylactic Acid), PCL(Polycaprolactone), PVA(Poly (vinyl alcohol)), PLGA(polylactide-co-glycolide) 및 PHBV(Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate)) 중 어느 하나로 이루어진,
    전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파의 파장이 상기 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름의 두께 이상인 경우,
    초음파가 폴리머 필름을 통과하면서 두께 변화를 일으키고, 두께 변화에 따라 유전율의 변화가 발생되며, 이에 의해 전기장이 생성되어 신경 자극이 이루어지는,
    전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파 발생부는 20 내지 50kHz의 초음파를 발생시켜 신경 자극 치료를 수행하는,
    전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파 발생부는 4MHz 이상의 집속 초음파(HIFU; High Intensity Focused Ultrasound)를 인가하여 상기 다공성 구조의 시한성 폴리머를 분해시키는,
    전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 장치.
  7. 체내에 삽입되어 신경에 감는 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름;
    상기 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름에 임베딩(embedding)되어 있는 고유전 물질; 및
    체외에서 초음파를 발생시켜 인가하는 초음파 발생부를 포함하는,
    전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름은 PLA(Polylactic Acid), PCL(Polycaprolactone), PVA(Poly (vinyl alcohol)), PLGA(polylactide-co-glycolide) 및 PHBV(Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate)) 중 어느 하나로 이루어진,
    전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 고유전 물질은 Barium titanate (BTO) 또는 Calcium copper titanate (CCTO) 중 어느 하나 이상을 포함하는,
    전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 초음파의 파장은 상기 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름의 두께 이상인,
    전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 초음파의 파장이 상기 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름의 두께 이상인 경우,
    초음파가 폴리머 필름을 통과하면서 두께 변화를 일으키고, 두께 변화에 따라 유전율의 변화가 발생되며, 이에 의해 전기장이 생성되어 신경 자극이 이루어지는,
    전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 장치.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 초음파 발생부는 20 내지 50kHz의 초음파를 발생시켜 신경 자극 치료를 수행하는,
    전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 장치.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 초음파 발생부는 4MHz 이상의 집속 초음파(HIFU)를 인가하여 상기 다공성 구조의 시한성 폴리머를 분해시키는,
    전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 장치.
  14. 체내에 삽입되어 신경에 감는 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름;
    상기 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름에 임베딩(embedding)되어 있는 고유전 물질; 및
    체외에서 초음파를 발생시켜 인가하는 초음파 발생부를 포함하고,
    상기 다공성 구조의 시한성 폴리머 필름은 PLA(Polylactic Acid)이고, 상기 고유전 물질은 Barium titanate(BTO)이며, 20 내지 50kHz의 초음파를 발생시켜 신경 자극 치료를 수행할 수 있고, 4MHz 이상의 집속 초음파(HIFU)를 인가하여 상기 다공성 구조의 시한성 폴리머를 분해할 수 있는,
    전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 장치.
KR1020210109224A 2021-08-19 2021-08-19 전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 장치 KR102566374B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210109224A KR102566374B1 (ko) 2021-08-19 2021-08-19 전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 장치
US17/888,872 US20230059692A1 (en) 2021-08-19 2022-08-16 Ultrasonic powered neural stimulating device without power sources and lead wires

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210109224A KR102566374B1 (ko) 2021-08-19 2021-08-19 전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230027440A KR20230027440A (ko) 2023-02-28
KR102566374B1 true KR102566374B1 (ko) 2023-08-10

Family

ID=85228105

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210109224A KR102566374B1 (ko) 2021-08-19 2021-08-19 전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 장치

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20230059692A1 (ko)
KR (1) KR102566374B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102348997B1 (ko) * 2020-11-03 2022-01-07 성균관대학교산학협력단 초음파 선택적 반응 시한성 나노복합소재 기반 마찰전기 발전소자 및 이를 이용한 신경 자극 치료 장치

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110138917A (ko) 2010-06-22 2011-12-28 가톨릭대학교 산학협력단 초음파 분해를 이용한 생분해성 고분자의 분자량 조절 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102348997B1 (ko) * 2020-11-03 2022-01-07 성균관대학교산학협력단 초음파 선택적 반응 시한성 나노복합소재 기반 마찰전기 발전소자 및 이를 이용한 신경 자극 치료 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230027440A (ko) 2023-02-28
US20230059692A1 (en) 2023-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4308868A (en) Implantable electrical device
US11654279B2 (en) Applying tumor treating fields (TTFields) via electrodes embedded into skull implants
RU2403923C2 (ru) Переносной аппликатор для стимуляции образования коллагена
US10086201B2 (en) Electronic stimulation device, method of treatment and electronic stimulation system
KR101229625B1 (ko) 전자기 치료 장치 및 방법
FI59203C (fi) Elektromedicinsk apparat foer terapeutisk behandling av celler och/eller levande vaevnad
US9770592B2 (en) Electronic stimulation system and device thereof for dorsal root ganglion
EP2968939B1 (en) Spinal nerve stimulation rings for rehabilitation of patients with spinal trauma and stroke
US10335594B2 (en) Desensitizing device
CA2626444A1 (en) Wireless electrical stimulation of neural injury
US20150112300A1 (en) Method for enhanced trans-tissue delivery of therapeutic substances
KR102566374B1 (ko) 전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 장치
AU2017254920B2 (en) Method of reducing renal hypertension and computer-readable medium
US10183165B2 (en) Method of reducing renal hypertension and computer-readable medium
KR20050089140A (ko) 고주파 전기 발모기
RU2316363C2 (ru) Автоматический внешний дефибриллятор
KR20230136237A (ko) 고유전 물질의 농도 기울기가 형성되어 있는 전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 장치
TWM541866U (zh) 軟薄膜微電極裝置
US20220288405A1 (en) Electrode array and methods of production and use thereof
CN111465427A (zh) 用于刺激皮肤再生的设备
CN114849059A (zh) 一种无电池柔性植入式深部脑刺激器、系统和制备方法
US20200121959A1 (en) Non-invasive treatment system using intermedium
KR20240024493A (ko) 전력원 및 리드선이 없는 초음파 구동 신경 자극 장치
WO2007085822A1 (en) Improvements in and relating to peripheral neurostimulation
WO2015027748A1 (zh) 改变神经阈值的高频电磁场刺激器

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant