KR20090033168A

KR20090033168A - 전기 자극 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20090033168A
Application number: KR1020087025214A
Authority: KR
Inventors: 안드레아 자넬라; 구이도 코마이; 알레산드리오 자나; 마싸미오 바렐라; 로사나 토스카노
Original assignee: 로렌즈 바이오테크 에스.피.에이.
Priority date: 2006-03-17
Filing date: 2007-03-15
Publication date: 2009-04-01
Also published as: KR101143273B1; RU2008141146A; RU2438732C2; US20090204175A1; CA2646221A1; WO2007107831A2; IL194109A; EP1996285A2; ITMO20060087A1; WO2007107831A3

Abstract

본 발명의 전기 자극 장치(1)는, 통상적인 파라미터의 소정값을 갖는 시퀀스로 기질화된 전기 펄스를 발생시키되 상기 파라미터가 상기 펄스의 진폭, 폭 및 주파수를 포함하는 발생수단(14), 독립적인 방식으로 유기체의 신체 부위에 상기 시퀀스를 분배하기 위한 다수의 자극 채널(2), 및 상기 통상의 파라미터 중 적어도 하나를 적절히 변화시켜 상기 유기체가 상기 전기 펄스에 익숙해지는 것을 실질적으로 방지하기 위한 변경수단(12,15)을 포함한다. 유기체를 전기 자극하기 위한 방법은, 이완 효과를 갖는 전기펄스 시퀀스 및 혈관활성 효과를 갖는 추가 전기펄스 시퀀스를 발생시키는 단계; 및 상기 전기펄스 시퀀스를 상기 유기체의 신체부위에 분배하고, 상기 추가 전기펄스 시퀀스를 상기 유기체의 추가 신체부위에 분배하는 단계를 포함하되, 상기 신체 부위와 상기 추가 신체부위는 상기 유기체에 포함된 신경근육 구획의 주동근과 길항근을 포함한다.

전기 자극 장치, 자극 채널, 전기 펄스, 경피성 전극, 통합 타이밍 유닛, 제어유닛

Description

전기 자극 장치 및 방법{Electrostimulating apparatus and method}

본 발명은 전기 자극 장치 및 방법에 관한 것이다.

신경 생리학에서, H 반사 또는 호프만 반사(Hoffman reflex)가 알려져 있는데, 비록 이 호프만 반사는 근육의 기계적 스트레칭(mechanical stretching)에 후속하는 단일 연접 반사(monosynaptic reflex)와 매우 유사하긴 하지만 구심 신경분포(afferent innervation)의 수준으로 수행되는 전기 자극을 통해 유발될 수도 있다. 최근의 과거에는, 인간의 H 반사의 특징을 통해 생리학적 및 병리학적 조건에서 인간의 척수 흥분도(spinal excitability)를 정의하기 위한 유용한 정보가 얻어짐에 따라 인간의 H 반사가 광범위하게 연구되어 있다. 특히, 경직(spasticity), 근육 긴장이상(dystonia) 및 섬유근육통(fibromyalgia)을 포함하는 병리현상(pathologies)의 이질 집단(heterogeneous group)의 심각한 임상소견을 추종하는 H 반사의 조정(modulation)에 관한 연구가 진행되어 왔다. 이들 병리현상에서, 단일 동분 이성체(single metamer) 또는 다중 동분 이성체(several metamers) 수준의 척수 흥분도의 증가는 여러 가지 중앙 및 주변 영향에 의해 활성화되는 생리학적 및 병리학적 공통 분모로서 인식되고, 척수 흥분도는 분배된 자극(dispensed stimulation)에 대해 잠시(latency) 및 반사의 진폭 측면에서 인간의 생체 내에서 H 반사를 주의깊게 평가함으로써 연구될 수 있다. 이 H 반사는 가장 간단한 척수 반사로 정의될 수 있고 근육방추 종말(muscle spindle endings)에 포함된 Ia 타입의 구심성 신경섬유(afferent fibers)를 전기적으로 자극함으로써 유발될 수 있다. 이러한 자극 이후에는 척수로 들어오는 유발 분비물(evoked discharge)이 전달되고, 알파 타입의 운동 신경원(motor neuron)의 축삭(axons)을 따라 반사 분비물(reflex discharge)이 근육으로 전달됨과 아울러, 해당 풀(pool)의 운동 신경원을 방전하는데 충분한 동기화된 흥분 연접후전위(synchronised postsynaptic excitatory potential)가 발생된다. 척수 운동 신경원의 흥분도는, 통상 내분비 수준에 있고 주변 반사궁(peripheral reflex arch)의 돌기 신경 전달물질의 순환에 의해 조정되는 전신 영향(systemic influence)하의 중앙 하강 경로에 직접 좌우된다. H 파의 진폭, 폭 및 임계값과 결합하는 H 파의 최소 잠시(latency)의 측정을 통해 반사궁의 전도레벨에 관한 정보가 제공된다. 반면, H 반사의 진폭은 다양한 구심성 신경섬유에 의해 동기적으로 활성화되고 조정된 알파 타입 운동 신경원의 양을 간접적으로 측정할 수 있게 해준다. 약한 수의적 수축(voluntary contraction)은 H 반사를 강화시켜 운동 신경원 풀의 방전이 증가하지만, 반사의 잠시(latency of the reflex)가 변경된다. 비병리학적 환경에서, H 환경은 정강신경(tibial nerve)을 자극하여 가자미근(soleus muscle)으로부터 기록될 수도 있고 저주파수 자극을 통해 정중신경(median nerve)을 자극하여 요측수근굴근(flexor carpi radialis muscle: 橈側手根屈筋)으로부터 기록될 수도 있다.

만약, 반사반응이 재생될 수 없다면, 이것은 구심성 장애(afferent disturbance) 또는 낮은 중앙 흥분도에 기인할 수 있다. 이러한 낮은 중앙 흥분도는, 약한 근수축 중에 수행된 테스트 결과 정상 잠시(normal latency)를 갖는 무손상 반사경로(intact reflex path)가 드러날 수도 있기 때문에, 반드시 특이 병리현상을 나타내지는 않는다. 문헌에서는, 반사경피신경 전기 자극(transcutaneous electric stimulation (TENS)이 호프만 반사를 가질 수 있다는 효과에 대해 한 목소리의 의견일치를 보인적은 없지만, 경피신경 전기 자극을 통해 운동 신경원의 흥분성 항진(hyperexcitability)을 감소시키기 위한 다양한 시도가 보고된 바 있다. 척수 흥분도는 척수 영향, (호르몬 및 순환하는 신경전달물질로 인한) 전신 영향, 척수고유 (척수내 연결부) 또는 반사 주변 영향(reflected peripheral influences)으로 간명하게 분류될 수 있는 다종의 영향(influences)에 의해 조절된다.

반사 주변 영향은, 단일연접 및 핀접합 또는 다연접 반사이고 명백한 척수 신경분포 레벨(이성체)로 통합되는 반사궁들의 조합을 포함한다 주변 구심성 신경섬유는 척수 신경절(spinal ganlia)의 세포의 중앙 가지(central branch)에서 유래한다. 주변 가지(peripheral branch)는 서로 다른 타입의 수용기, 즉 근육 방추, 건수용기(tendon receptors), 관절 수용기 및 다양한 유형의 피부 수용기에 연결된다. 특히, 근육 방추 (섬유 Ia)의 구심성 신경섬유는 소위 "쉐링톤 단일연접 반사"로 상호작용하는 알파 운동신경 세포들의 풀(pool)과의 가장 직접적인 관계를 결정하는 구심성 신경섬유이다. 비록 쉐링톤 반사 모델은 여전히 논의의 대상이긴 하지만, 근육이 신장될 때, 일차 감각 섬유, 즉 근육 방추의 그룹 Ia의 구심성 신경원은 신전의 속도 및 정도(speed and degree of extension)에 반응하여 척수 수준으로 정보를 보내게 된다. 반면, 이차 감각 섬유, 즉 그룹 Ⅱ의 구심성 신경원(afferent neurons)은 신장의 정도(degree of stretching)에 관한 정보만을 검출하여 이를 중추 신경계(central nervous system: CNS)에 보낸다. 이 정보는 신장(stretching)을 줄이기 위해 방추외 근섬유(extrafusal fibres)를 활성화하는 알파 운동 신경원으로 전송되고, 재개 신경원(interneuron)에 의해 길항근(antagonist muscle)의 수축을 억제하는 또 다른 운동 신경원으로 전송된다. 또한, 이와 동시에, 정적 및 동적 운동 신경원으로 알려진 두 가지 형태의 감마 운동 신경원을 통해, CNS가 운동중에 근육 방추의 구심성 신경섬유에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 근육 방추는 반사 활동이 운동 및 조절에 있어 기본적인 역할을 갖는 가장 중요한 고유 수용기(proprioceptor)로서 정의될 수 있다. 각 근육의 다수의 근육 방추에서 나오는 결합 신호는 CNS에 정보를 제공함으로써 근육 활성화의 미세 조정을 발생시킴으로써 일종의 서보 제어기(servo control)의 역할을 수행한다. 동시에, 이들 근육 방추는 방추외 운동 문턱값(extrafusal motor threshold) 이하의 자극에 흥분된다: 즉, 운동 문턱값을 초과하자 마자, 근육 수축으로 인해 건수용기가 활성화되어 근육 방추의 효과가 유발된다. W0 02/09809는 10 내지 40 마이크로초의 폭과 자극을 받은 조직의 임피던스 및 전도도의 함수에서 가변적인 강도(intensity)를 갖고 있고 100 내지 170 마이크로암페어를 갖는 전기 펄스열을 포함하는 자극이 환자에게 인가되도록 하는 근질환, 건질환 및 혈관질환(muscular, tendon and vascular pathologies)을 치료하기 위한 장치를 개시하고 있다.

WO 2004/084988은 발생된 전기 자극의 유형 및 채택된 구성 파라미터의 함수에서 마이크로써클(microcircle) 및 매크로써클(macrocircle)상에서 혈관활성 현상을 발생시키는데 적절한 유도 생물활성 신경조정(bioactive neuromodulation)의 발생을 가능하게 하기 위한 전기 자극 장치를 개시하고 있다. 이들 현상은 연접후 수용기의 자극을 통해, 평활 근육의 직접 자극과 연관된 현상 및 근본적인 카테콜아민 작동현상에 의해 매개된다. 전술한 장치는 재현가능하고 일정한 신경생리학적 반응을 유발하는 특정 자극 시퀀스(stimulation sequences)를 발생시킬 수 있다. 특히, WO 2004/084988은 마이크로써클을 활성화하기 위한 활성화 시퀀스(ATMC) 및 근섬유를 이완시키기 위한 이완 시퀀스 (DCTR)를 개시하고 있는데, 이들 시퀀스는 횡문근(striated muscle), 평활근 및 혼합 말초신경을 포함하는 다양한 기능성 수반부(functional contingents)를 자극할 수 있다. 전술한 자극 시퀀스는 세 가지 기본 파라미터, 즉 자극의 폭, 자극의 주파수 및 서로 다른 폭/주파수 조합이 발생하는 시간 간격 상에서 조립된다. 자극 시퀀스의 일반적인 동작모드는 신경 펄스의 전송시 발생하는 디지털-아날로그 변환을 반영한다.

전술한 WO 2004/084988 및 WO 2004/067087 (참고로 본 명세서에 포함됨)에 개시된 주파수 및 진폭 변조, 또는 FREMS^TM (Frequency Rhythmic Electric Modulation System^TM: 주파수 리듬 전기 변조 시스템)에 의한 신경원 전기 자극의 특징은 가변 주파수 및 폭을 갖는 순차적인 전기펄스에 의해 발생되는 경피전류를 사용한다는데 있다. 주파수 범위는 0.1 내지 999 Hz에서 가변가능하고, 자극의 폭은 0/1 내지 40 ㎲의 범위에 존재하며, 인지 역치(perception threshold) 이상에서 일정하게 유지되는 전압은 0.1 내지 300 V (바람직하기로는 150 V)의 범위에 존재에 존재한다. 전술한 주파수 및 폭 변동값들을 적절히 조합함으로써, DCTR로 정의되는 특정 시퀀스가 얻어지는데, 이 특정 시퀀스는 이완 효과를 갖고 A, B 및 C라는 일련의 서브 위상을 포함한다. 서브 위상 A에서는 주파수 및 폭이 일정하고, 서브 위상 B에서는 주파수가 일정하지만 폭이 가변적이며, 서브 위상 C에서는 주파수가 가변적이지만 폭이 일정하다.

실험 연구에서, FREMS의 효과에 대한 평가가 가능했고, 후경골 신경의 자극및 이 자극을 조건자극으로 이용한 전술한 H 반사의 진폭 변화에 의해 모지외 전근(abductor hallucis muscle)에서 얻어질 수 있는 복합근 활동전위(CMAP)를 유발하기 위한 FREMS의 용량에 대한 평가가 가능했다. 또한, WO 2004/084988에 개시된 바와 같이, 전술한 실험 연구는, 구할 수 있는 CMAP의 가장 큰 진폭 (0.60 ±0.02 mV)은 TENS 전류를 분배하는 공지의 장치로 얻어진 CMAP의 진폭의 약 15배 이하, 즉 통상 200 내지 1,000 ㎲의 범위에 있는 폭을 갖는 자극으로 약 9 ±0.02 mV의 진폭에 해당한다는 것을 보여주었다. 또한, CMAP의 최대 진폭값은 0.13의 폭/주파수 비 (40 ㎲/29 Hz)의 존재하에서 구할 수 있다.

혈관활성 효과를 얻기 위해 적절히 설계된 ATCM이라 불리는 또 다른 유형의 시퀀스는 피하조직의 세동맥 및 세정맥의 평활 조임근의 운동성에 대해 효과적인 작용을 한다. ATCM 시퀀스는 S1, S2 및 S3의 세 가지 서브 시퀀스로 구분될 수 있 다. 서브 시퀀스 S1 및 S3은 별개의 시간 모드로 주파수 증가 위상에 의해 구별된다. 서브 시퀀스 S2S는 주로 생물반응이 안정화될 때까지 생물반응을 줄이는 방식으로 점진적으로 증가하는 주파수 범위에서 각각의 주파수의 폭으로 변동성(variability)을 발생시키도록 구성된다. 보다 구체적으로는, 이완 효과를 가짐에 따라 전술한 DCTR 시퀀스와 매우 유사한 효과를 갖는 서브 시퀀스 S1은 1 Hz에서 수행된 제 1 적응 위상 이후 주파수가 일정한 진폭에서 점진적으로 증가하는 위상을 포함함으로써, 생물반응이 점진적인 방식으로 감소한다. 이어서, 주파수는 19 Hz의 목표치에 도달할 때까지 고속방식으로 증가한다. 이때, 서브 시퀀스 S2가실행되고 S2-A, S2-B, S2-C 및 S2-D의 네 개의 위상으로 분할가능하다. 서브 시퀀스 S2에서는, 인스턴트 1이 될 때까지 진폭이 신속하게 증가하는 일정한 주파수에서 수행되는 위상(S2-A) 이후에 주파수가 점진적으로 증가하고 그 결과 인스턴트 2 (S2-B)가 될 때까지 생물반응이 신속하게 감소한다. 이때, 인스턴트 3(S2-C)이 될 때까지 일정한 주파수에서 다시 상승하는 진폭이 리셋된다. 후속하여, 주파수가 다시 점진적으로 증가하는 반면, 생물반응은 인스턴트 3 (S2-D)가 될 때까지 점진적으로 감소한다. 이러한 방식으로, 생물반응은 불연속 방식으로 변화함으로써, 갑작스런 기울기 변화 지점, 즉 지점 1, 2 및 3이 생성된다. 실제로, WO 2004/084988에 개시된 바와 같이, 자극 부위를 에워싸고 있는 마이크로써클의 조혈 흐름의 순차적인 증가 및 감소와 함께 혈관 확장 및 혈관 수축의 시퀀스를 발생시키는 시스템이 얻어진다. 이들 혈관 확장 및 혈관 수축은 모세관 및 세동맥의 평활근을 통해 혈관 활성에 영향을 주는 교감 자율신경계의 신경조정에 의해 명확하 게 발생하는 "펌프" 효과를 야기한다. 따라서, 이러한 방식으로, 기전류의 교대 변동(alt ernating variations)에 의해 구별되는 이러한 서브 시퀀스는 순차적인 혈관 확장 위상 및 혈관 수축 위상으로 구성되는 혈관 활성 효과를 발생시킨다. 이것은 분명히 배액 효과(draining effect)을 유발하고, 무엇보다 마이크로써클을 탄력적으로 만들고 기전류의 평균 변동값을 결정하는 주요 운반 이벤트(main carrying event) 주위에서 마이크로써클을 조정한다.

본 발명의 목적은 환자의 척수 및/또는 대뇌 기시부(origin)의 근육 흥분성 항진을 치료가능하도록 해주는 전기 자극 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 환자의 척수 및/또는 대뇌 기시부의 근육 흥분성 항진을 치료가능하도록 해주는 전기 자극 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 제 1 양태에 의하면, 통상적인 파라미터의 소정값을 갖는 시퀀스로 기질화된 전기 펄스를 발생시키되 상기 파라미터가 상기 펄스의 진폭, 폭 및 주파수를 포함하는 발생수단(14), 독립적인 방식으로 유기체의 신체 부위에 상기 시퀀스를 분배하기 위한 다수의 자극 채널(2), 및 상기 통상의 파라미터 중 적어도 하나를 적절히 변화시켜 상기 유기체가 상기 전기 펄스에 익숙해지는 것을 실질적으로 방지하기 위한 변경수단(12,15)을 포함하는 전기 자극 장치(1)가 제공된다.

본 발명의 제 2 양태에 의하면, 유기체를 전기 자극하기 위한 방법이 제공되고, 이 방법은, 이완 효과를 갖는 전기펄스 시퀀스 및 혈관활성 효과를 갖는 추가 전기펄스 시퀀스를 발생시키는 단계; 및 상기 전기펄스 시퀀스를 상기 유기체의 신체부위에 분배하고, 상기 추가 전기펄스 시퀀스를 상기 유기체의 추가 신체부위에 분배하는 단계를 포함하되, 상기 신체 부위와 상기 추가 신체부위는 상기 유기체에 포함된 신경근육 구획의 주동근과 길항근을 포함한다.

본 발명의 전술한 양태들은 전술한 FREMS상에서 수행된 최근 실험연구 중에 확인된 새로운 신경생리학적 효과에 근거한 것이다. 이들 연구는 사실상, 짧은 모지외전근에 인가된 FREMS를 조절하거나 조절하지 않은 채 동측 가자미근(ipsilateral soleus muscle)으로부터 샘플링된 H 반사의 진폭이 FREMS 자극 중에 실질적으로 (50%의 값 만큼) 감소된다는 사실을 보여주었다. H 반사의 진폭변화는 특히, 서브 위상 C (r²= 0.43; P<0.001) 동안에 폭 펄스/자극 주파수 비 (w/f)의 변화에 의해 크게 영향을 받는다. 이 결과는 아마 FREMS가 근육 방추의 활성동원(active recruitment)을 통해 H 반사의 진폭을 변조할 수 있다는 것을 제시해주었다.

이러한 결과로 인해, 새로운 전기 자극 장치의 제조가 가능했고, 이 전기 자극 장치에 의해 대뇌 손상 또는 축수 손상에 부수적으로 수반되며 환자의 근육 경직(spasticity)의 원인인 척수 흥분성 항진을 치료하기 위한 새로운 전기 자극 방법이 수행될 수 있다. 새로운 전기 자극 장치로 인해 구심성 신경원/중간 신경원/알파 운동 신경원 루프(회로)를 통해 동일한 이성체에 연결되고 상호 연결되는 운동 사지(motion limb)의 두 개의 신경근 길항 영역(antagonist neuromuscular districts)에서 전술한 FREMS가 서로 다른 시퀀스로 그리고 동시에 인가될 수 있다. 이러한 방식으로, 상지 운동 신경원(uper motor neuron)의 기능장애에 의해 야기되어 중추신경계의 대뇌 또는 척수 손상에 부수적으로 수반되는 경직 현상의 전형인 과다근육 긴장 수축을 억제하는 시너지 효과가 발휘될 수 있다.

본 발명은 실시예들을 예시하고 있지만 이들 실시예를 한정하지 않는 첨부 도면을 참조하여 더 잘 이해될 수 있고 구현될 수 있다:

도 1은 다수의 독립된 자극 채널을 포함하는 전기 자극 장치를 도시한 블록도이다.

도 2 내지 도 4는 DCTR 시퀀스로 후경골 신경을 자극하여 모지외전근에서 얻어진 CMAP의 발생을 예시한 근전도(electromyograms)를 도시한 것이다.

도 5는 DCTR 시퀀스의 서브 위상 A,B 및 C 동안의 CMAP 값의 변화를 예시하는 전위차/시간 직교 그래프를 도시한 것이다.

도 6은 DCTR 시퀀스의 인가중에 CMAP 값의 변화를 예시하는, 전위차/펄스폭과 펄스 주파수간의 비율 직교 그래프를 도시한 것이다.

도 7은 FREMS 자극의 존재 또는 부재시 H 반사의 진폭을 도시한 그래프이다.

도 8 내지 도 10은 세 개의 FREMS 자극기간 중에 펄스폭과 펄스 주파수간의 비율 변화의 함수로 H 반사의 평균 진폭 변화를 도시한 직교 그래프이다.

도 11은 도 8 내지 도 10의 세 가지 FREMS 자극 중에 측정된 바와 같은, 펄 스폭과 펄스 주파수간의 비율 변화의 함수로 H 반사의 평균 진폭 변화를 도시한 직교 그래프이다.

도 1은 다수의 경피성 전극 쌍(7)에 의해 각각 형성되는 다수의 독립된 자극 채널(2)을 통해 FREMS 자극에 포함된 전술한 DCTR (이완) 시퀀스 및 ATMC (혈관활성) 시퀀스를 발생시키고 분배하는 전기 자극 장치(1)에 포함된 회로들의 조립체를 개략적으로 도시하고 있다.

도 1에 도시된 장치(1)의 실시예에서는, 네 개의 자극 채널(2)이 제공되는데, (구성의 간결성을 위해) 그 중 단 두 개만이 도시되어 있고 2A 및 2B로 표시되어 있다.

도시되지 않은 실시예에서는, 네 개보다 많은 개수의 자극 채널(2)을 포함하는 장치(1)가 제공된다.

도시되지 않은 또 다른 실시예에서는, 네 개보다 적은 개수의 자극 채널(2)을 포함하는 장지(1)가 제공된다.

전기 자극 장치(1)는, 상호 작용하고 공지된 타입의 마이크로프로세서로 구성된 제 1 제어유닛(3) 및 제 2 제어유닛(4)을 포함한다. 제 1 제어유닛(3)은 표시장치, 예컨대 액정 디스플레이(5) 및 영숫자 키보드(6)를 제어한다. 영숫자 키보드(6)상의 키를 누름으로써, 장치(1)의 사용자는 영숫자 키보드의 동작을 지시할 수 있고 디스플레이(5)상에 표시가능하며 환자에게 투여될 전기 자극의 파라미터를 설정할 수 있다.

도시되지 않은 실시예에서는, 전기 자극 장치(1)에 연결된 환자가 키보드(6)와의 상호작용없이 전기 자극 장치의 동작을 제어할 수 있도록 해주는 원격제어 장치가 제공된다. 본 실시예는 특히, 전기 자극 장치(1)의 하나 이상의 동작 파라미터에 관한 감각 피드백 요소(sensory feedback element)로서 작용함으로써 사용자가 장치(1)를 제어가능하도록 하는 한 유용하다. 제 1 제어유닛(3)은 입력 공급 전압 V_A을 제어하는 안전 스위치(9)를 제어한다. 정상 동작 조건에서는, 스위치(9)가 폐쇄되고 각각의 자극 채널(2)에 포함된 전압 조절기(16)(그 기능은 이하에서 설명됨)가 공급된다. 비상 조건에서는, 예컨대 장치의 고장이 발생한 경우에는, 제 1 제어유닛(1)이 안정 스위치(9)를 개방하고 그에 따라 전압 조절기(16)로의 전압공급을 차단한다. 발광장치, 예컨대 공지된 타입의 LED(10)가 제 2 제어유닛(4)에 연결된다. 환자가 전극(7)에 의해 전기 자극 장치(1)에 연결되고 전압 V_A가 공급된 장치(1)가 전기 자극을 환자에게 투여하면, LED(10)가 점등됨으로써 환자가 전류의 작용을 받고 있음을 알려준다.

공지된 형태의 직렬 통신 인터페이스(8)를 통해, 제 1 제어유닛(3)이 제 2 제어유닛(4)에 연결되는데 이 제 2 제어유닛은 전기펄스의 기본 파라미터, 즉 진폭, 폭 및 주파수를 조절함으로써 전기펄스의 발생을 제어하고, 통합 타이밍 유닛(ITU)을 포함한다. 제 2 제어유닛(4)에는, 예컨대 장치(1)에 의해 재생가능한 자극 시퀀스에 관한 데이터와 같이 장치(1)의 동작에 필요한 데이터가 기록되는 지 지부(20)가 수용될 수 있다. 지지부(20)는 장치(1) 내부에 포함되거나 장치(1) 외부에 배치되어 장치(1)와 인터페이싱되는 공지된 타입의 데이터 처리 수단을 통해 판독가능하다. 데이터 처리수단은, 장치(1) 내에 포함되는 경우, 예컨대 제 2 제어유닛(4)에 배치될 수 있다.

도시되지 않은 실시예에서는, 지지부(20)가 제 1 제어유닛(3)에 수용된다.

아날로그-디지털 변환기(11)는 펄스 진폭에 관한 (전압 형태의) 피드백 신호를 수신하고, 만약 장치(1)에 의해 발생된 펄스 진폭이 사용자가 설정한 것과 상이하면 조절 신호 및/또는 알람신호를 발생함으로써 개입한다. 특히, 아날로그-디지털 변환기(11)는 아날로그-디지털 변환기(11)의 동작을 조절하는 기준전압 V_T, 아날로그-디지털 변환기(11)의 정확한 동작을 체크가능하게 하는 또 다른 기준전압 V_T, 및 피드백 전압 V_F을 각각의 자극 채널(2)로부터 수신한다.

통합 타이밍 유닛(12)은 타이밍 제어장치(13)와 상호작용함으로써 펄스의 폭과 주파수를 정의한다. 타이밍 제어장치(13)는 발생된 펄스의 폭과 주파수를 제어하고, 이들 파라미터 중 어느 하나가 정확하지 않으면 제 2 제어유닛(4)을 구속할 수 있는 폭 에러 신호 E_D 및/또는 주파수 에러 신호 E_F를 발생시켜 전송한다.

제 1 제어유닛(3)과 관련하여 설명된 것과 마찬가지로, 제 2 제어유닛(4) 역시 장치(1)에 포함된 자극 채널(2)의 개수와 동일한 개수로 제공되는 안전 스위치(9)를 제어한다. 제 1 제어유닛(3) 및 제 2 제어유닛(4)에 의해 제어되는 안전 스위치(9)는 상호 작용하며 "OR"-타입의 논리 포트(18)를 통해 LED(10)와 상호 작 용한다.

펄스의 주파수 및 폭을 정의하는 전기신호는 통합 타이밍 유닛(12)에 의해 발생되어 출력 펄스 발생기(14)로 직접 전송된다. 전기 자극 장치(1)에서, 출력 펄스 발생기(14) 및 자극 채널(2)은 동일한 개수로 제공된다. 펄스폭은 디제 2 제어유닛(4)와 상호작용하는 디지털-아날로그 변환기(DAC)(15)에 의해 정의되고 조절된다. 디지털-아날로그 변환기(DAC)(15)는 각각의 단일 채널(2)에 대해 펄스 진폭을 정의하는 다수의 전기 신호를 발생시키고, 각각의 신호는 전압 조절기(16)로 보내진다. 전기 자극 장치(1)는 자극 채널(2)의 개수와 동일한 다수개의 전압 조절기(16)를 포함한다. 0 내지 300 볼트의 값을 갖는 출력 전압 V_U는 각각의 전압 조절기(16)에 의해 발생되어 해당 출력 펄스 발생기로 보내진다. 각각의 출력 펄스 발생기(14)는 소정의 주파수 및 폭을 갖는 펄스를 발생시키고 이 펄스를 전극(7)이 연결되는 한 쌍의 출력 선택기(17A,17B)로 보낸다. 한 쌍의 출력 선택기(17A,17B)는 장치(1)에 포함된 출력 펄스 발생기(14)의 개수와 동일한 개수로 제공된다. 각각의 출력 선택기(17A,17B)는 이 선택기에 연결된 전극(7)의 개수와 동일한 개수로 제공되는 다수의 스위치(19)를 포함하는데, 발생된 펄스는 이들 스위치에 의해 해당 전극(7)에 교대로 전송되거나 전송 중지될 수 있다. 각 쌍의 출력 선택기(17A,17B)에서는, 전극들(7)이 기능적으로 연결되어 4 쌍을 형성하고, 이 경우, 각 쌍의 전극들은 각각 7A, 7B, 7C 및 7D로 표시된다. 각 쌍의 전극들(7)은 해당 출력 선택기(17A 또는 17B)에 연결된다.

도시되지 않은 실시예에서는, 네 개보다 많은 개수의 전극 쌍(7)을 포함하는 출력 선택기(17A,17B)가 제공된다.

도시되지 않은 또 다른 실시예에서는, 네 개보다 적은 개수의 전극 쌍(7)을 포함하는 출력 선택기(17A,17B)가 제공된다.

스위치(19)의 작동에 의해 장치(1)가 사용 중 일때, 출력 펄스 발생기(14)에 의해 발생된 펄스를 전송할 전극(7)을 선택하는 것이 가능하다. 따라서, 두 개 이상의 자극 채널(2)에 포함된 전극 쌍(7A-7D) 및 단일 자극 채널(2)에 포함된 전극 쌍(7A-7D)을 독립적으로 사용하는 것이 가능하다.

제 2 제어유닛(4)는 디지털-아날로그 변환기(15) 및 통합 타이밍 유닛(12)에 의해 각 채널(2)에 대해 독립된 방식으로 자극 채널(2)에서 발생된 펄스의 진폭, 폭 및 주파수를 조절할 수 있기 때문에, 장치(1)는 출력 펄스를 증가시킬 수 있고 소정 방식으로 이 출력 펄스에 일정간격을 둘 수 있다.

또한, 통합 타이밍 유닛(12)은 출력 펄스의 폭이 소정 방식으로 증가하도록 해준다. 특히, 펄스의 폭다수의 위상으로 수행된 전기 자극 펄스의 폭의 증가율을 달성할 수 있고, 이 위상의 종료 후에 펄스 폭은 일정하게 남아 있게 된다. 펄스 폭의 증가율, 펄스의 폭 및 펄스의 수는 다음 식에 의해 상호 상관된다:

T_i(Nf) = T_o ×(1 + I%)^Nf

여기서, Nf = 위상의 개수;

T_i(Nf) = 위상의 개수의 함수에서의 자극 펄스의 폭;

T_o = 초기 자극 펄스의 폭;

I% = 펄스폭의 증가율.

도 1에 도시된 장치(1)의 실시예에서, 구할 수 있는 증가율 I%는 20%, 25%, 33%, 50%이고, Nf(즉, 위상의 개수)를 나타내는 값은 0 내지 9이다.

또한, 통합 타이밍 유닛(12)은 두 개의 후속 위상 사이에서 경과하는 시간 기간의 길이를 의사 난수의 방식으로 변경할 수 있다. 이러한 방식으로, 펄스의 폭이 무작위 방식으로 펄스폭 증가율에 비례하여 변경되는 자극 시퀀스를 발생시킬 수 있다. 이렇게 함으로써, 생물학적 적응 현상이 방지될 수 있다. 즉, 환자의 자극된 조직이 펄스에 길들여지는 것이 방지되어 펄스에 더 민감해진다.

도 1에 도시된 장치(1)의 실시예에서는, 무작위 수로 발생될 수 있는 적어도 네 개의 시간 기간의 길이가 제공된다.

전술한 생물학적 적응현상을 방지하기 위해, 장치(1)는 펄스의 주파수 및 진폭을 변경하여 작동할 수 있다. 전술한 바와 같이, 주파수는 통합 타이밍 유닛(12)에 의해 조절되는 반면, 진폭은 디지털-아날로그 변환기(15)에 의해 조절된다.

전술한 바와 같이, 원격 제어기가 장착된 장치(1)의 실시예가 제공되고, 환자는 이를 이용하여 장치(1)의 동작에 대해 감각 피드백 요소로서 작용할 수 있다. 사실상, 환자는 전술한 생물학적 적응 현상을 방지하기 위해 원격 제어 기능을 통해 디지털-아날로그 변환기(15)에 작용함으로써 전기 자극 치료중에 진폭을 변경하도록 적절히 지시를 받을 수 있다. 예컨대, 환자는 펄스가 인내도(torlerability) 의 최대 레벨에 도달할 때 펄스 진폭을 변경하도록 지시를 받을 수 있다. 이와는 달리, 환자는 펄스가 민감도 역치(sensitivity threshold)에 도달할 때 펄스 진폭을 변경하도록 지시를 받을 수 있다.

사용시, 장치(1)는 경직 현상(spastic phenomena)에 의해 영향을 받는 환자에게 연결되고 적어도 두 개의 별도 자극 채널(2), 예컨대 전술한 채널(2A, 2B)이 사용되며, 이 채널의 전극(7)은 과다긴장 근육(주동근)의 특정 원심성 신경 근방의 신체부위 및 해당 길항근을 포함하는 또 다른 신체 부위에 각각 인가된다. 이때, 과다긴장 근육은 DCTR 이완 시퀀스를 통해 자극받는 반면, 이와 동시에 길항근은 ATMC 혈관활성 시퀀스를 통해 자극을 받는다. ATM 혈관활성 시퀀스는 직접 근육 자극은 물론, 운동 신경원, 중간 신경원(interneuron) 및 구심성 신경원을 포함하는 회로를 폐쇄하는 것과 같은 교감 구심성 신경섬유 및 자율신경계의 구심성 신경섬유와의 상호작용을 가능하게 해준다. 전술한, 이중 자극, 동시 자극 및 차별화 자극은 과다긴장 작용제 근육의 수축을 억제하고 과다긴장 길항근과의 상승작용을 하는 운동 신경원을 주기적으로 흥분시킴으로써, 중간 신경원의 채널을 통해 상호 억제작용을 유발한다. 전술한 과다긴장 근육의 수축 억제 효과는 H 반사의 위상 감소를 발생시키는데 적합한 시퀀스로 과다긴장 근육을 자극하여 얻어진다.

필요한 경우, 적절한 개수의 자극 채널(2) 및 적절한 개수의 전극 쌍(7)을 사용하여, 환자의 두 군데 이상의 신체부위, 특히, 4, 8 또는 16 군데의 신체 부위를 동시에 자극하는 것이 가능하다. 다양한 신체 부위에 분배된 펄스는 동일한 주파수를 가질 수도 있고, 갖지 않을 수도 있으며, 동시 방식 또는 시간경과에 따른 이격 방식, 즉 순차 방식으로 분배될 수도 있다.

장치(1)가 환자의 여러 군데의 신체부위를 전기적으로 자극하는데 사용될 때, 치료중에 소정 개수의 신체 부위를 선택하여 이 선택된 신체 부위에 자극을 제한하는 것도 가능하다. 이것은 소정의 시간 기간 동안 자극하고자 하는 신체 부위와 관련한 자극 채널을 제외한 모든 자극 채널(2)을 배제하도록 제 2 제어유닛(4)에 작용함으로써 얻어진다.

전술한 "선택적 부위" 자극 모드를 포함하는 장치(1)의 동작 모드와 관련한 모든 파라미터는 전술한 지지부(20) 상에 기록될 수 있고, 그에 따라 장치(1)의 독작이 프로그래밍될 수 있다.

전술한 전기 자극 장치(1)의 구현 및 임상실험에 의해 제공된 후속된 확증을 이끈 실험 결과가 이하에서 설명된다.

척수 및/또는 대뇌 기시부의 근육 흥분성 항진의 치료에서 FREMS 자극의 이용 가능성을 검증하기 위해, Lorenz^TM 전기 자극 장치에 의해 발생된 전술한 DCTR 타입의 전기 펄스 시퀀스가 사용되었다. 이들 DCTR 시퀀스에서, 연속적인 폭 변화(10 내지 40 ㎲) 및 주파수 변화(1 내지 39 Hz)는 시간적 가산(temporal summation)에 의해 수의근 동원현상(voluntary muscle recruitment)과 함께 발생하는 것과 유사한 방식으로 근육의 운동신경을 따라 인가될 경우 복합근 활동 전위(CMAP)를 유발할 수 있다. 특히, 다양한 타입의 근육 방추의 활성화의 서로 다른 조절을 통해 운동 척수 활성도에 영향을 줄 가능성을 평가할 수 있었다. 이를 위해, 제 1 천추(sacral vertebra)(S1)의 레벨로 부분적으로 활성화된 가자미근과 모지외전근 사이에서 근육 방추의 활성화를 유발하여 얻어진 H 반사의 진폭의 변화가 평가되었다. 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, DCTR 시퀀스로 후경골 신경을 자극함으로써 모지외전근에서의 CMAP를 얻을 수 있었다. 신호 또는 RMS(0.60 mV ±0.02)의 전체 진폭 측면에서 측정된 가장 높은 CMAP는, 200-1,000 ㎲의 폭을 갖는 자극을 이용하고 약 9-10 mV의 CMAP를 발생시키는 공지된 타입의 전기 자극기 TENS로 얻어질 수 있는 CMAP의 진폭보다 약 15배 작았다. CMAP의 RMS 진폭의 최대값은, 29 Hz의 펄스 주파수 및 40 ㎲의 자극 폭에 해당하는 값인 0.13의 w/f 비의 존재하에서 검출가능하다. 자극 주파수를 39 Hz로 추가로 증가시킴으로써, w/f 비는 0.10으로 감소하고 CMAP의 RMS진폭의 값은 약간 감소한다. w/f 비의 절대값과 CMAP의 RMS 진폭 간에는 상관관계가 없기 때문에, CMAP의 증가는 DCTR 시퀀스의 진행과 연관이 있지만 w/f 비의 절대값과는 직접적인 연관이 없다.

도 7은 FREMS 자극이 있거나 없는 H 반사의 진폭을 도시한 도면이다. FREMS 자극이 없는 경우, H 반사는 유의한 선형적 상관성(significant linear correlation)(r² = 0.44)으로 점진적으로 감소한다. FREMS 자극이 있을 경우, H 반사의 진폭은 즉시 감소하고, 어떤 상관성(r² = 0.01)을 보여주지 못한 채 낮은 레벨에서 남아있게 된다. 이것은 펄스 주파수(f) 및 펄스폭(w)의 변화시 H 반사의 조절을 달성할 가능성을 입증하는 것이다. 그 결과는 이러한 자극 패턴이 해당 척수 운동 신경원의 흥분도의 직접적이고 재현 가능한 조절을 야기한다는 것을 보여준 다. DCTR 시퀀스는 일련의 증분 피크(incremental peaks)를 통해 신경근 접합부를 동원(recruiting)하는 것과 유사한 방식으로 CMAP를 동원할 수 있다. 이렇게 얻어진 CMAP는 100 ㎲ 보다 작은 펄스폭을 갖는 종래의 신경생리학적 모드에 의해 얻어질 수 있는 CMAP 보다 작다. 전술한 CMAP 의 동원 및 FREMS 자극과 관련하여, CMAP의 증가시 선형적인 경향이 DCTR 시퀀스의 폭 및 주파수의 증분적 경향과 일치한다는 사실이 강조되어야만 한다. 실제로, f 및 w의 단일 변화 이상으로, 이들 두 개의 변수가 자극의 세기에 미치는 영향에 대해 더 잘 설명하는 것이 w/f 비이다. 또한, w/f 비와 H 반사의 진폭 간의 상관성은 선형적이 아니라는 사실도 확인할 수 있다. 따라서, CMAP의 진폭은 자극의 세기에 의해 결정될 뿐만 아니라, 시간적 자극 시퀀스가 큰 연관성이 있음을 알 수 있다. 장치 Lorenz^TM의 경피성 전극을 모지외전근에 직접 인가함으로써, 근육 근방에서의 자극은 확실히 운동신경의 자극과는 동일하지 않으며, 이러한 운동 역치 이하의 투여 모드는 순차적이지는 않지만 척수 운동 신경원의 흥분도에 영향을 미칠 수 있음이 입증되었다.

도 8 내지 도 11을 참조하면, 모든 샘플링된 FREMS 자극 사이클의 서브 위상 C 동안에 강한 선형 상관성이 H 반사의 진폭과 w/f 비(r² = 0.43; P<0.001) 사이에서 확인할 수 있다. 전술한 바와 같이, 척수 흥분도를 조절하기 위한 가장 중요한 시스템중 하나는, 근육 방추에서 유래하고 억제성 중간 신경원에 의해 알파 운동 신경원의 풀의 흥분도에 영향을 주는 반사 경로이다. 근육 활성도의 전기 동원(electric recruitment)은, 낮은 자극 세기에서 근육 방추의 낮은 활성화 역치를 따르는 전체 횡문근 보다는 근육 방추를 활성화하는데 더 효과적일 수 있다고 가정한다. FREMS 자극이 없는 경우, H 반사의 진폭은 종래의 적응 메카니즘으로 인해 순간적이고 점진적인 감쇠를 보여준다. 반면, FREMS 자극 중에는 H 반사의 진폭의 경향이 크게 일정한 방식으로 감쇠된다. DCTR 시퀀스의 위상 B는 사실상 일정한 주파수 펄스의 폭의 감소에 의해 구별되는데, 이것은 핵 주머니 근육 방추가 민감하게 반응하는 "긴장(tonic)" 및 비례 활성화 모드(proportional activation mode)이다. DCTR 시퀀스의 서브 위상 B 동안의 H 반사의 경향이 만연해 있는 핵 주머니 근육 방추의 병발(involvement)의 표현임을 가정할 수 있다. 반면, 서브 위상 C 동안에, H 반사의 진폭의 신속하고 재현가능한 발진이 발생하는데, 이것은 DCTR 시퀀스의 펄스의 신속한 주파수 증가와 선형적 상관성을 갖는다. 핵사슬 근육 방추는 우선적으로 고 주파수 및 고 가변성의 자극에 의해 활성화된다. 전술한 언급부분에 기초하여, DCTR 시퀀스의 위상 C은 핵사슬 근육 방추의 수반부에 작용하는 것이 바람직함을 가정할 수 있다. 위상 C의 터미널 위상에서, H 반사의 진폭은 자극 주파수가 최대값에 도달하더라도 다시 증가함을 보여준다. 이것은 근육이 수축하는 동안, 힘줄 신장으로 인한 Ib 수용기의 자극 효과이다. 이러한 분석의 또 다른 기본 생리학적인 함축의미는 DCTR 자극의 종료 후에도 H 반사의 평균 감쇠의 유의적 존속을 유도한다. H 반사의 진폭을 억제함에 있어서의 이러한 지속성은 문헌에 도시되지 않았던 척수 억제 활성도의 적응 증가를 반영한다.

이것은 비정상적인 운동 신경원 흥분도에 의해 구별되는 어떤 운동 장애를 위해 새로운 치료법을 고안할 가능성에 주목하기 때문에, 전술한 가설들은 임상 실 험을 거쳤다. 이 임상 실험은 반마비, 양측마비, 사지마비 또는 강직성 사지마비와같은 상위 운동 신경원병으로 고통받는 입원 환자를 대상으로 실시하였다. 이들 병은 허혈현상, 중앙출혈(뇌졸중 또는 두부손상) 현상 또는 척수병변의 결과였다.

치료 프로토콜은 과다긴장 근육을 DCTR 시퀀스로 그리고 길항근을 ATMC 시퀀스로 동시에 자극하는 것으로 구성된다. 적당한 시공간 감각과 의젓한 태도 또는 높은 협력도를 지니고 있으면서 관절의 고정수축 및 랭킨 스케일(modified Rankin Scale: mRS) 상에서 등급 2-4의 근육-힘줄 뒷당김(muscle-tendon retraction)으로 고통받지는 않는 적당히 기만한 환자들이 치료를 위해 허용되었다. 반면에, 의식 변경 상태의 환자, 협력적이지 못한 환자, 박동 조율기(pacemaker) 또는 체내삽입형 제세동기(implantable defibrillators) 착용자, 및 전기치료법의 사용을 할 수 없는 병변에 의해 영향을 받는 환자들은 제외되었다. 이들 환자는 동원 순간, 치료 종료시, 그리고 요법 종료시로부터 15일, 30일 및 45일 경과후 임상적으로 평가되었다. 기능적 평가를 위해, 특정 임상 스케일이 사용되었다: Ashworth Scale, A.D.L. Index (Barthel에 따른 일상 생활활동(ADL)), Rankin Scale, Spasm Frequency Scale), Morticity Index, FIM (기능성 독립 측정). 이들 임상 스케일로 인해 환자의 긴장성(tone) 및 연축성(spasticity)의 정도가 평가될 수 있고 이러한 평가 가능성으로 인해 사지(limbs)를 이용하여 운동 기능을 수행할 수 있고, 일상 생활 활동(ADL)에서 독립적으로 활보할 수 있다. 고통 평가를 위해, VAS 0-100 스케일이 사용되었다. 환자들은 15회에 걸친 연속된 치료적 만남(sessions)을 위해 일상 치료 만남을 가졌다. 초기 평가시에는, 모든 환자들이 하지(lower limbs)의 등급 2의 Ashworth 과다긴장을 가졌다. 첫 번째 치료 사이클의 종료시에는, 등급 1의 Ashworth 평군 평가를 통해 과다근육 긴장의 감소가 확인되었다. 이들 증거는 전술한 전기 자극 장치 및 방버의 임상적 효용성을 보여준다.

Claims

통상적인 파라미터의 소정값을 갖는 시퀀스로 기질화된 전기 펄스를 발생시키되 상기 파라미터가 상기 펄스의 진폭, 폭 및 주파수를 포함하는 발생수단(14), 독립적인 방식으로 유기체의 신체 부위에 상기 시퀀스를 분배하기 위한 다수의 자극 채널(2), 및 상기 통상의 파라미터 중 적어도 하나를 적절히 변화시켜 상기 유기체가 상기 전기펄스에 익숙해지는 것을 실질적으로 방지하기 위한 변경수단(12,15)을 포함하는 전기 자극 장치.
제1항에 있어서, 상기 시퀀스는 이완 및/또는 혈관 활성 시퀀스를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 변경수단(12,15)은 상기 펄스의 상기 폭을 변경시키기 위해 배치된 타이밍 수단(12)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제3항에 있어서, 상기 타이밍 수단(12)은 상기 펄스의 상기 주파수를 변경시키기 위해 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 타이밍 수단(12)은 통합 타이밍 유닛(12) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변경수단(12,15)은 상기 펄스의 상기 진폭을 변경하기 위해 배치된 아날로그-디지털 변환 수단(15)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펄스의 상기 진폭을 변경하기 위해 배치된 원격 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제6항에 부가된 제7항에 있어서, 상기 원격 제어기는 사용시 상기 아날로그-디지털 변환 수단(15)에 대해 작용하는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제5항, 또는 제 5항에 부가된 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통합 타이밍 유닛(12)은 상기 펄스의 상기 폭의 증가율 (Ｉ%)을 발생시킬 수 있는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제9항에 있어서, 상기 증가율(Ｉ%)은 위상의 개수(Nf), 초기 자극 펄스폭(To) 및 하기 식에 따라 상기 위상의 개수(Nf)의 함수로서 표현되는 자극 펄스폭(Ti(Nf)과 상관성이 있는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치:

T_i(Nf) = T_o ×(1 + I%)^Nf.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 증가율(I%)은 20%, 25%, 33%, 50%을포함하는 값의 그룹으로부터 선택되는 값을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제10항 또는 제10항에 있어서, 상기 위상의 개수(Nf)는 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9를 포함하는 값의 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통합 타이밍 유닛(12)은 상기 위상들 중 연속적인 두 개의 위상 사이에 포함된 시간 간격을 의사 무작위 추출 방식으로 변경시킴으로써 상기 펄스의 상기 폭을 무작위 추출방식으로 변경시켜고 상기 유기체가 상기 펄스에 익숙해지는 것을 실질적으로 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다수의 자극 채널(2)은 네 개의 자극 채널(2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다수의 자극 채널(2)은 경 피성 전극수단(7)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제15항에 있어서, 상기 경피성 전극수단(7)은 다수 쌍의 경피성 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제16항에 있어서, 상기 다수 쌍의 경피성 전극은 네 쌍의 경피성 전극(7A, 7B, 7C, 7D)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제15 항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다수의 자극채널(2)은 상기 경피성 전극 수단(7)이 전기적으로 연결되는 다수의 출력 선택 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제18항에 있어서, 상기 다수의 출력 선택 수단은 다수 쌍의 출력 선택기(17A, 17B)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제19항에 있어서, 상기 다수 쌍의 출력 선택기(17A, 17B)는 상기 경피성 전극 수단(7)을 교대로 활성 및/또는 비활성시키기 위해 배치되는 다수의 스위치(19)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다수의 출력 선택 수단은 상기 다수의 펄스 발생 수단(14)에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 사용시 상기 펄스 발생 수단(14)은 볼트 조절 수단(16)에 의해 발생되는 0 내지 300 볼트의 전압을 수신하는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제5항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통합 타이밍 유닛(12)은 상기 펄스 발생 수단(14)을 조정하는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 사용 중에 상기 다수의 자극 채널(2)을 조정하되 각 채널(2)을 독립된 방식으로 교대로 활성화 및/또는 비활성화시켜 상기 펄스를 분배할 소정 개수의 상기 신체부위가 선택되도록 배치되는 제어 유닛 수단(4)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제5항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통합 타이밍 유닛(12)은 상기 제어 유닛 수단(4)에 포함되는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제24항 또는 제25항에 있어서, 상기 제어 유닛 수단(4)은 상기 펄스의 진폭에 관한 다수의 피드백 신호(VT, VR, VF)를 수신하기 위해 배치된 아날로그-디지털 변환 수단(11)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제6항 및 제22항에 부가된 제24항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 유닛 수단(4)은 상기 아날로그-디지털 변환 수단(15)을 통해 상기 전압 조절 수단(16)을 조정하는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제24항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펄스의 상기 폭 및 주파수를 제어하고, 상기 제어 유닛 수단(14)을 중지시키도록 폭 에러 신호(E_D) 및 주파수 에러 신호(E_F)를 발생시키기 위한 타이밍 제어 장치(13)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제24항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 유닛 수단(4)에는, 데이터 처리 수단을 통해 판독가능한 지지부(20)가 내장가능하고, 상기 지지부는 상기 시퀀스의 상기 파라미터들을 정의하는 다수의 데이터를 포함하며 상기 장치(1)를 조정하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 영숫자 키보드 수단(6) 및 표시 수단(5)과 기능적으로 연결되는 추가 제어 유닛 수단(3)을 추가로 포함하되, 상기 영숫자 키보드(6) 및 표시 수단(5)은 사용중에 상기 장치(1)의 동작을 제어하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제30항에 있어서, 제24항 내지 제29항 중 어느 한 항에 부가된 제30항에 있어서, 상기 제어 유닛 수단(4) 및 상기 추가 제어 유닛 수단(3)은 직렬 통신 인터페이스 수단(8)을 통해 상호작용하는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제29항에 부가된 제30항 또는 제31항에 있어서, 상기 지지부(20)는 상기 추가 제어 유닛 수단(3)에 내장가능한 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치 사용중에 상기 펄스들은 상기 주파수가 상기 펄스와 동일한 방식으로 상기 다수의 자극 채널(2)에서 발생되는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치 사용중에 상기 펄스들은 상기 주파수가 상기 펄스와 상이한 방식으로 상기 다수의 자극 채널(2)에서 발생되는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제1항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치 사용중에 상기 펄스들은 상기 다수의 자극 채널(2)을 통해 동시 방식으로 분배되는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치 사용중에 상기 펄스들은 상기 다수의 자극 채널(2)을 통해 순차 방식으로 분배되는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제1항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 2, 4, 8, 16을 포함하는 그룹으로 부터 선택된 가변적인 개수의 신체 부위에 동시방식으로 분배되는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제1항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 2, 4, 8, 16을 포함하는 그룹으로 부터 선택된 가변적인 개수의 신체 부위에 순차방식으로 분배되는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제2항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이완 및/또는 혈관활성 시퀀스는 상기 폭, 상기 주파수, 및 상기 폭과 상기 주파수간의 다수의 조합이 발생되는 다수의 시간 간격에 기초하는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제39항에 있어서, 상기 이완 시퀀스는 상기 주파수 및 상기 폭이 일정한 서브 위상(A), 상기 주파수가 일정하고 상기 폭이 가변적인 또 다른 서브 위상(B), 및 상기 주파수가 가변적이고 상기 폭이 일정한 또 다른 서브 위상(C)을 포함한 근 섬유 이완 시퀀스를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
제39항 또는 제40항에 있어서, 상기 혈관활성 시퀀스는 서브 시퀀스(S1), 또 다른 서브 시퀀스(S2) 및 또 다른 서브 시퀀스(S3)를 포함하는 마이크로써클 활성 시퀀스를 포함하되, 상기 서브 시퀀스(S1) 및 상기 서브 시퀀스(S3)에서는, 상기 주파수의 증가가 발생하고, 상기 또 다른 서브 시퀀스(S2)에서는 상기 폭이 변경되는 것을 특징으로 하는 전기 자극 장치.
유기체를 전기 자극하기 위한 방법으로서,

-이완 효과를 갖는 전기펄스 시퀀스 및 혈관활성 효과를 갖는 추가 전기펄스 시퀀스를 발생시키는 단계; 및

상기 전기펄스 시퀀스를 상기 유기체의 신체부위에 분배하고, 상기 추가 전기펄스 시퀀스를 상기 유기체의 추가 신체부위에 분배하는 단계를 포함하되, 상기 신체 부위와 상기 추가 신체부위는 상기 유기체에 포함된 신경근육 구획의 주동근과 길항근을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제42항에 있어서, 상기 주동근 및 상기 길항근은 상기 유기체의 운동 사지(motion limb)의 구별되는 신경근육 영역에 포함되는 것을 특징으로 하는 방법.
제42항 또는 제43항에 있어서, 상기 신체 부위 및 상기 추가 신체 부위는 구 심성 신경원, 중간 신경원 및 알파 타입의 운동 신경원을 포함하는 적어도 하나의 신경회로를 통해 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
제42항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기펄스 시퀀스 발생단계와 상기 추가 전기펄스 시퀀스 발생단계는 전기 자극 장치 수단(1)을 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제42항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펄스의 진폭, 폭 및 주파수를 포함하는 통상적인 파라미터들 중 적어도 하나를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제45항에 부가된 제46항에 있어서, 상기 파라미터 변경 단계는 상기 전기 자극 장치 수단(1)에 포함된 변경 수단(12)을 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제47항에 있어서, 상기 파라미터 변경 단계는 상기 변경 수단(12)에 포함된 타이밍 수단(12)을 통해 상기 펄스의 상기 폭을 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제48항에 있어서, 상기 파라미터 변경 단계는 상기 타이밍 수단(12)을 통해 상기 펄스의 상기 주파수를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제48항 또는 제49항에 있어서, 상기 파라미터 변경 단계는 상기 타이밍 수단(12)에 포함된 통합 타이밍 유닛(12)을 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제47항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파라미터 변경 단계는 상기 변경 수단(12,15)에 포함된 아날로그-디지털 변환 수단(15)을 통해 상기 펄스의 상기 주파수를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제51항에 있어서, 상기 주파수 변경단계는 상기 아날로그-디지털 변환 수단(15)에 작용할 수 있는 원격 제어 수단을 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제42항 내지 제52항 중 어느 한 항에 있어서, 가변 개수의 위상으로 수행되는 상기 펄스의 상기 폭의 증가율(I%)을 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제53항에 있어서, 상기 증가율(Ｉ%)은 위상의 개수(Nf), 초기 자극 펄스폭(To) 및 하기 식에 따라 상기 위상의 개수(Nf)의 함수로서 표현되는 자극 펄스 폭(Ti(Nf)과 상관성이 있는 것을 특징으로 하는 방법:

T_i(Nf) = T_o ×(1 + I%)^Nf.
제53항 또는 제54항에 있어서, 상기 증가율(I%)의 값은 20%, 25%, 33%, 50%을 포함하는 값의 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제54항 또는 제55항에 있어서, 상기 위상의 개수(Nf)는 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9를 포함하는 값의 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제50항에 부가된 제53항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펄스 폭 증가율 발생단계는 상기 통합 타이밍 유닛(12)을 통해 얻어지는 것을 특징으로 하는 방법.
제53항 내지 제57항 중 어느 한 항에 있어서, 의사 무작위 추출방식으로 상기 위상 중 두 개의 연속된 위상 사이에 포함된 시간 간격을 변경하는 단계를 포함함으로써, 상기 펄스의 폭을 무작위 추출 방식으로 변경하고 상기 유기체가 상기 펄스에 익숙해지는 것을 실질적으로 방지하는 것을 특징으로 하는 방법.
제58항에 있어서, 상기 시간 간격을 의사 무작위 추출방식으로 변경하는 단 계는 상기 통합 타이밍 유닛(12)를 통해 얻어지는 것을 특징으로 하는 방법.
제45항, 또는 제45항에 부가된 제46항 내지 제59항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기펄스 시퀀스의 분배단계 및 상기 추가 전기펄스 시퀀스 분배단계는 상기 전기 자극 장치 수단(1)에 포함된 다수의 자극 채널(2)을 통해 얻어지는 것을 특징으로 하는 방법.
제60항에 있어서, 상기 추가 전기펄스 시퀀스 분배단계는 상기 다수의 자극 채널(2)에 포함된 경피성 전극 수단(7)을 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제61항에 있어서, 상기 추가 전기펄스 시퀀스 분배단계는 상기 경피성 전극 수단(7)에 포함된 다수 쌍의 경피성 전극을 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제61항 또는 제62항에 있어서, 상기 전기 자극 장치 수단(1)에 포함되어 있고 상기 경피성 전극 수단(7)에 전기적으로 연결된 다수의 출력 선택 수단을 통해 상기 경피성 전극 수단(7)을 교대로 활성 및/또는 비활성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제63항에 있어서, 상기 경피성 전극 수단(7)을 교대로 활성 및/또는 비활성시키는 단계는 상기 출력 선택 수단에 포함된 다수의 스위치(19)에 작용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제45항, 또는 제45항에 부가된 제46항 내지 제64항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기펄스 시퀀스 발생단계와 상기 추가 전기펄스 시퀀스 발생단계는 상기 전기 자극 장치 수단(1)에 포함되어 있고 상기 출력 선택 수단에 전기적으로 연결된 펄스 발생 수단(14)을 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제65항에 있어서, 전압 조절 수단(16)을 통해 0 내지 300 볼트의 전압을 발생시키고 상기 전압을 상기 펄스 발생 수단(14)에 보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제65항 또는 제66항에 있어서, 상기 통합 타이밍 유닛(12)을 통해 상기 펄스 발생 수단(14)을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제60항 내지 제67항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다수의 자극 채널(2)을 조정하되 각 채널(2)을 독립된 방식으로 교대로 활성화 및/또는 비활성화시켜 상기 펄스를 분배 및/또는 추가 분배할 소정 개수의 상기 신체부위 및/또는 추가 신체부위가 선택되도록 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제68항에 있어서, 상기 다수의 자극 채널(2)을 조정하는 단계는 상기 전기 자극 장치 수단(1)에 포함된 제어 유닛 수단(4)을 통해 얻어지는 것을 특징으로 하는 방법.
제45항, 또는 제45항에 부가된 제46항 내지 제69항 중 어느 한 항에 있어서, 데이터 처리 수단을 통해 판독가능하고 상기 시퀀스 및/또는 추가 시퀀스의 통상적인 파라미터들을 정의하는 다수의 데이터를 포함하는 지지부(20)를 통해 상기 전기 자극 장치 수단(1)을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제45항, 또는 제45항에 부가된 제46항 내지 제70항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 자극 장치 수단(1)을 조정하는 단계는 상기 전기 자극 장치 수단(1)에 포함된 영숫자 키보드 수단(6) 및 표시 수단(5)을 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제46항에 부가된 제60항 내지 제71항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다수의 자극 채널(2)에서 상기 펄스의 발생 단계 및/또는 추가 발생 단계는 상기 주파수가 상기 펄스에서와 동일한 방식으로 발생하는 것을 특징으로 하는 방법.
제46항에 부가된 제60항 내지 제72항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다수의 자극 채널(2)에서 상기 펄스의 발생 단계 및/또는 추가 발생 단계는 상기 주파수가 상기 펄스에서와 상이한 방식으로 발생하는 것을 특징으로 하는 방법.
제60항 내지 제73항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펄스의 분배단계 및/또는 추가 분배단계는 상기 다수의 자극 채널(2)을 통해 동시방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제60항 내지 제74항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펄스의 분배단계 및/또는 추가 분배단계는 상기 다수의 자극 채널(2)을 통해 순차방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제42항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펄스의 분배단계 및/또는 추가 분배단계는 2, 4, 8, 16을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 가변적인 개수의 상기 신체부위 및/또는 상기 추가 신체부위에서 동시방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제42항 내지 제76항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펄스의 분배단계 및/또는 추가 분배단계는 2, 4, 8, 16을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 가변적인 개수의 상기 신체부위 및/또는 상기 추가 신체부위에서 순차방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제46항 내지 제77항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이완 효과를 갖는 전기펄스 시퀀스 및/또는 상기 혈관활성 효과를 갖는 추가 전기펄스 시퀀스는 상기 폭, 상기 주파수, 및 상기 폭과 상기 주파수간의 다수의 조합이 발생되는 다수의 시간 간격에 기초하는 것을 특징으로 하는 방법.
제78항에 있어서, 상기 이완 효과를 갖는 상기 시퀀스는 상기 주파수 및 상기 폭이 일정한 서브 위상(A), 상기 주파수가 일정하고 상기 폭이 가변적인 또 다른 서브 위상(B), 및 상기 주파수가 가변적이고 상기 폭이 일정한 또 다른 서브 위상(C)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제78항 또는 제79항에 있어서, 상기 혈관활성 효과를 갖는 시퀀스는 서브 시퀀스(S1), 또 다른 서브 시퀀스(S2) 및 또 다른 서브 시퀀스(S3)를 포함하는 마이크로써클 활성 시퀀스이고, 상기 서브 시퀀스(S1) 및 상기 서브 시퀀스(S3)에서는, 상기 주파수의 증가가 발생하고, 상기 또 다른 서브 시퀀스(S2)에서는 상기 폭이 변경되는 것을 특징으로 하는 방법.
제42항 내지 제80항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펄스의 분배단계 및/또는 추가 분배단계는 상기 주동근의 과다 근육긴장 수축이 실질적으로 억제되도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
제81항에 있어서, 상기 주동근의 과다 근육긴장 수축을 억제하는 것은 H 반사의 위상 감소를 발생시킴으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 방법.
데이터 처리 수단을 통해 판독가능하고, 통상적인 전기펄스 시퀀스의 파라미터를 정의하는 다수의 데이터를 담고 있고, 제42항 내지 제82항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위해 제1항 내지 제41항 중 어느 한 항에 따른 전기 자극 장치(1)와 조합하여 사용가능한 지지부.