KR20110118647A

KR20110118647A - 전기 자극시의 불편감을 감소시키는 방법과 그 조성물 및 장치

Info

Publication number: KR20110118647A
Application number: KR1020117017917A
Authority: KR
Inventors: 마롬 빅슨; 아브히r 다타; 바룬 반살; 지날 파텔; 존슨 호; 프릿 미나스; 죠르쥬 베가; 댄 스타인가르트; 루카스 파라
Original assignee: 리서치 파운데이션 오브 더 시티 유니버시티 오브 뉴욕
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2011-10-31
Also published as: AU2009334503B2; BRPI0918700A2; AU2009334503A1; WO2010078441A2; US20110319975A1; KR101685124B1; JP2012513851A; BRPI0918700B1; CA2748007C; BRPI0918700B8; MX2011007037A; WO2010078441A3; CA2748007A1; EP2384221A4; EP2384221A2; JP5559197B2; EP2384221B1; US9440063B2

Abstract

신경 두개 자극용 전극 어셈블리는 전극, 전도성 겔, 및 전극을 어댑터에 대하여 배치시키며 전도성 겔을 수용 및 유지하는 내측 격실을 포함하는 어댑터를 포함한다. 전도성 겔은 전극-겔 경계면을 따라 전극과 접촉한다. 내측 격실의 일 단부에 구비되며 전극 어셈블리를 사용자의 피부 표면에 대하여 배치시키기 위한 어댑터의 배치면과 인접하는 오리피스는 전극-겔 경계면과 겔-피부 경계면 사이의 최소 거리가 0.25㎝ 및 1.3㎝ 사이가 되도록, 사용자의 피부 표면과 접촉하여 겔/피부 경계면을 정의할 수 있다. 두개(cranium)의 목표 위치에 대하여 복수 개의 전극 어셈블리를 조절 가능하게 배치시키기 위한 전극 어셈블리 실장 장치가 제공된다.

Description

전기 자극시의 불편감을 감소시키는 방법과 그 조성물 및 장치{METHODS FOR REDUCING DISCOMFORT DURING ELECTROSTIMULATION, AND COMPOSITIONS AND APPARATUS THEREFOR}

본 발명은 "전기 자극시의 불편감을 감소시키는 방법 및 그 전극"이라는 명칭으로 2008년 12월 30일자로 출원된 미국 가출원 번호 61/141,469에 대한 우선권을 주장한다.

본 발명은 신경 두개 자극을 시행하기 위한 방법, 장치 및 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 불편감과 통증을 감소시키면서 두개(cranium)의 특정 영역에 신경 두개 자극을 인가하기 위한 방법, 장치 및 조성물에 관한 것이다.

비침습적 신경 두개 자극(non-invasive nuero-cranial stimulation)은 신경 시스템의 기능을 변화시키기 위한 목적으로 목 또는 머리에 하나 이상의 전극을 통하여 전류를 가하는 것이다. 이는 신경 정신병적 질병, 간질, 우울증, 파킨슨병, 알츠하이머병, 신경 퇴행성 장애, 비만, 및 강박 장애의 치료를 포함하는 치료적 목적이 있다. 또한, 이는 인지 능력, 학습 또는 인지와 관련된 업무를 향상시키거나 촉진시키는 목적이 있다.

비침습적 신경 두개 자극(NINCS)은 피부 내에 또는 피부를 가로질러 구비된 전극을 통한 전류의 통과를 수반한다. 경두개 직류 자극(transcranial direct current stimulation; tDCS)은 특정한 뇌 영역에 전류를 통과시키기 위해서 직류가 두피에 직접 인가되는 비침습성의 신경 두개 자극의 일 예이다. NINCS는 전기적 자극을 수용하는 대상자에 광범위한 불편감을 야기할 수 있다. 불편감은 저린감(tingling), 통증(pain), 화끈거림(burning), 또는 다른 불쾌한 감각의 인지를 포함할 수 있다. 또한, 벗겨짐, 발적, 염증, 화상 또는 피부 특성의 변화와 같은 징후를 갖는 피부 자극감이 일어날 수 있다. 불쾌감 및 자극감은 함께 또는 개별적으로 일어날 수 있다. 이들은 일반적으로 전극 바로 아래 또는 그 주위에서 일어나지만, 전극들 사이 또는 다른 곳에서도 일어날 수 있다. 불쾌감은 일반적으로 자극이 시행되는 동안 또는 자극 바로 직후에 느끼게 되지만, 자극이 중지된 후 오랜 시간 이후에서 느껴질 수 있다. 자극감은 자극이 시행되는 동안 또는 자극 바로 직후에 가장 많이 나타나지만, 자극 이후에도 잠시 동안 나타날 수 있다.

NINCS시의 자극감과 불쾌감은 몇 가지의 이유로 바람직하지 않다. 자극감과 불쾌감은 대상자에 통증 또는 불쾌감을 야기하며, 자극의 바람직한 효과를 복잡하게 하며, 건강에 악영향을 초래할 수 있다. 또한, 자극감과 불쾌감은 NINCS의 최적의 적용을 방해하며 NINCS를 받고자 하는 대상자의 바램을 감소시킨다.

종래의 tDCS (NINCS의 일종)는 이들 중 적어도 하나가 두피 상에 위치되는 양 전극 및 음 전극 사이에 일정한 직류(명목상으로는 260㎂ - 3㎃)의 통과를 이용한다. tDCS의 공간적 병소 위치(타겟팅)는 효능 및 안전성을 중심으로 하여 고려된다. 공간적 병소 위치를 향상시키기 위해 감소된 전극 및 두피 접촉 면적이 고려된다. 그러나, 주어진 전극 전류에 대해서는, 감소된 접촉 면적은 위험을 증가시킬 수 있는 전류 밀도를 증가시킨다.

tDCS 안전성의 관점에서, 1) 전기적 전류의 뇌에 대한 해로운 효과 및 2) 전기적 전류의 피부에 대한 소양증을 일으키고, 고통을 주며, 해로운 효과를 고려하는 것이 중요하다. 뇌 손상 및 피부 효과들은 반드시 연계되어 있지는 아니하기 때문에, 독립적으로 고려되어야 한다. 예를 들면, 피부 자극감을 야기하는 자극은 뇌 기능에 어떠한 악영향을 일으키지 아니할 수 있으며, 뇌 손상은 피부 자극감을 수반하지 아니할 수 있다.

종래의 전극들은 NINCS, 특히, tDCS와 같은 전기 자극 활동시에 피부 자극감과 통증을 최소화시키지 못한다.

본 발명의 목적은 크기가 작으며 더욱 병소 위치에 가까운 전극들의 설계에 특히 초점을 맞춘, 피부 자극감 및 통증을 최소화하기 위해서 전극 파라미터들을 최적화시키는 것이다.

본 발명의 제 1 양태에 따르면,

전극의 부착을 위한 리시버, 및 전도성 겔 또는 페이스트의 흐름을 한정하는 경질 또는 반경질의 벽을 갖는 겔 또는 페이스트를 저장하기 위한 홀더 저장소를 갖으며 전극과 전도성 겔 또는 페이스트의 사용을 위한 홀을 포함하는 어댑터; 및

홀더를 대상자의 두피에 부착하기 위한 부착수단을 포함하는 신경 두개 자극을 위한 전극 어셈블리가 제공된다.

본 발명의 제 2 양태에 따르면, 본 발명에서 상술된 신경 두개 자극 장치 및 전극 장치를 포함하는 자극감, 감각, 불쾌감, 손상, 화상, 인지, 염증, 통증 또는 발적을 줄이기 위한 방법이 제공된다.

본 발명의 제 3 양태에 따르면, 자극감, 감각, 불쾌감, 손상, 화상, 인지, 염증, 통증 또는 발적을 줄이거나 방지하는 신경 두개 자극 겔용의 조성물이 제공된다.

본 발명의 제 4 양태에 따르면, 음극(cathode) 또는 양극(anode)에 전해질 소모 또는 형성을 지지, 제어 또는 제한하는 겔(1) 및 고체 전도체(2)의 적절한 조합의 선택을 포함하는 두개 신경 자극 동안 자극감, 감각, 불쾌감, 손상, 화상, 인지, 염증, 통증 또는 발적을 줄이기 위한 방법이 제공된다.

본 발명의 제 5 양태에 따르면 두개 신경 자극 동안 자극감, 감각, 불쾌감, 손상, 화상, 인지, 염증, 통증 또는 발적의 감소 또는 방지를 허용하는 위한 전극의 겔(1) 및 고체 전도체(2)의 특정한 조합이 제공된다.

본 발명의 제 6 양태에 따르면,

적절한 전극-피부 접촉 면적을 선택하며;

적절한 금속 전극 재료를 선택하며;

전극 형상을 선택하며;

경질 또는 반경질의 홀더를 선택하며;

적절한 겔을 선택하며;

겔 또는 피부에 인가되는 화학 물질을 선택하며;

겔/피부에 대한 온도를 선택하며;

전극과 겔을 겔의 형상과 부피, 겔에 대한 전극의 위치 및 겔에 노출되는 피부의 부분을 결정하는 홀더에 결합시키며;

피부를 준비시키며;

어셈블리를 적절한 부착 수단으로 개인의 머리에 부착시키며;

전극 저항과 같은 전극 특성을 확인하며; 및/또는

피부에 인가되는 컨디셔닝 전기적 파형을 선택하는 단계들을 포함하는 두개 신경 자극 동안 자극감, 감각, 불쾌감, 손상, 화상, 인지, 염증, 통증 또는 발적을 줄이기 위한 방법이 제공된다.

본 발명의 제 7 양태에 따르면, 두피와 접촉하는 원위 단부와 겔의 일 부분을 포위하는 부분을 갖는 근위 단부를 구비하는 적어도 반경질의 쉘, 근위 단부와 두피와 접촉하며 전해질을 포함하지 않거나 하나 이상의 전해질을 포함하는 겔 또는 페이스트의 일 부분과 접촉하는 원위 단부를 구비하는 적어도 하나의 전기 자극 전극, 및 두피 상에 배치되며 반경질의 쉘에 연결되는 캡 또는 메쉬를 각각 포함하는 복수 개의 전극을 이용하여 경두개 전류를 두피를 통하여 인가하기 위한 장치가 제공된다.

본 발명의 제 8 양태에 따르면,

두피와 접촉하는 원위 단부와 제 2 겔의 일 부분을 포위하는 부분을 갖는 근위 단부를 구비하는 적어도 하나의 반경질의 쉘;

근위 단부와 전해질을 포함하지 않거나 최소한의 전해질 또는 하나 이상의 전해질을 포함하는 제 1 겔의 일 부분과 접촉하는 원위 단부를 구비하는 적어도 하나의 전기 자극 전극; 및

제1 겔의 일 부분과 두피와 접촉하며 전해질을 포함하지 않거나 하나 이상의 전해질을 포함할 수 있는 제 2 겔을 각각 포함하는 복수 개의 전극을 이용하여 경두개 전류를 두피를 통하여 인가하기 위한 장치가 제공된다.

본 발명의 제 9 양태에 따르면,

두피와 접촉하는 원위 단부와 근위 단부를 구비하는 적어도 하나의 반경질의 쉘;

반경질의 쉘과 접촉하는 일 부분과 전기 자극 전극과 접촉하는 일 부분을 구비하는 전극 마운트;

근위 단부와 겔의 일 부분과 접촉하는 원위 단부를 구비하는 적어도 하나의 전기 자극 전극; 및

두피와 접촉하며 전해질을 포함하지 않거나 하나 이상의 전해질을 포함하는 겔 또는 페이스트를 각각 포함하는 복수 개의 유닛을 이용하여 경두개 전류를 두피를 통하여 인가하기 위한 장치가 제공된다.

본 발명의 제 10 양태에 따르면, 전기 전도성 배킹(backing) 및 이에 피복되는 전기 전도성 하이드로겔 매트릭스를 포함하며, 상기 매트릭스는 환자의 피부와 접촉되도록 구성되며 신체의 윤곽과 일치하도록 충분히 가요성인 경두개 자극 전극이 제공된다.

다른 분야에 있어서, 뇌파 전위 기록술(electroencephalography)은 작은 머리 전극들을 사용하며 뇌 자극 전기 전류의 인가보다는 뇌 전위의 측정과 관련된다. 작은 멀리 전극들을 이용한 바람직한 신경 두개 자극 전류 레벨의 인가는 상당한 통증 및/또는 불쾌감을 야기하기에 충분히 높은 전류 밀도를 초래할 수 있기 때문에, 이러한 작은 전극들은 신경 두개 자극을 위해서는 이전에 사용되거나 논의되지 않았다. 여기에서 추후 설명되는 대규모의 실험의 결과로서, 출원인은 종래에 개시된 작은 머리 전극들이 여기에 설명된 본 발명의 일부를 형성하는 특정한 디자인 조건에서 신경 두개 자극에서의 효과적인 사용을 위해서 변경될 수 있다는 것을 발견하였다. 출원인은 종래의 뇌파 전위 기록 전극들을 설명하는 하기의 특허들을 참조한다: US 6640122, US 6574513, US 6445940, US 6201982, US 6175753, US 6161030, US 4171696, US 4537198, US 4683892, US 5357957, US 5479934, US 5511548, US 5630422, US 5730146, US 5740812, US 5800351, US 6047202, US 6067464, US 537198, US 4632120, US 4709702, US 4770180, US 4836219, US 4967038, US 5038782, US 5273037, US 5291888, US 5293867, US 5348006, US 5357957, US 5404875, US 5479934, US 5564433, US 5740812, US 5800351, US 5813993, US 6067464, US 6161030, US 6167298, US 6175753, US 6201982, US 6301493, US 6381481, US 4683892, US 4709702, US 5038782, US 5479934, US 6067464, US 6155974, US 4067321, US 4632120, US 4709702, US 4936306 및 US 5222498.

다른 전극들은 피부를 통한 약물 전달(경피 약물 전달)의 목적으로 사용되었다. 이러한 전극들은 일반적으로 전기적 자극, 전기 요법, 또는 신경 두개 자극의 목적으로는 사용되지 아니하였으나, 신경 두개 자극에 대한 본 발명의 원리에 따라서 변경되면 이러한 목적으로 적합하게 될 수 있다. 출원인은 이러한 종래 기술을 설명하는 하기의 특허들을 참조한다: US 41177817, US 4196737, US 5282843, US 4736752, US 3817252, US 4503863, US 4535779, US 7392096, US 6343226, US 4736752, US 4367755 및 US 7421299.

정의

여기에서 사용되는 하기의 단어 및 용어는 표시된 의미를 가질 수 있다:

달리 명시되지 아니한 경우, "포함하는(comprising)"와 "포함한다(comprise)"라는 용어 및 이의 문법적 변형들은 인용된 구성 요소들을 포함하며 또한 추가적인 인용되지 아니한 구성 요소들도 허용하도록 "개방된(open)" 또는 "포괄적인(inclusive)"이라는 뜻을 나타내는 것으로 의도된 것이다.

여기에서 사용되는 바와 같이, 제제의 성분의 밀도에 있어서 "약(about)"이라는 용어는 전형적으로는 정해진 값의 +/- 20%를 의미하며, 더 전형적으로는 정해진 값의 +/- 10%를 의미하며, 더 전형적으로는 정해진 값의 +/- 5%를 의미하며, 더 전형적으로는 정해진 값의 +/- 2%를 의미하며, 더욱 더 전형적으로는 정해진 값의 +/- 1%를 의미하며, 더욱 더 전형적으로는 정해진 값의 +/- 0.5%를 의미한다. 이러한 개시를 통하여, 일정 실시예들이 범위 포맷 이내에서 개시될 수 있다. 범위 포맷 이내에서의 설명은 주로 편의와 간결을 위한 것이며 개시되는 범위의 영역에 대해서 변경할 수 없는 한정으로써 추론되어서는 안 된다. 따라서, 범위의 설명은 그 범위 이내의 개별적인 수치 뿐만 아니라 가능한 모든 하위 범위를 명확하게 개시한 것으로 간주되어야 한다. 예를 들면, 1부터 6까지의 범위의 설명은 예를 들면, 1, 2, 3, 4, 5 및 6과 같은 그 범위 이내의 개별적 수치 뿐만 아니라 1부터 3까지, 1부터 4까지, 1부터 5까지, 2부터 4까지, 2부터 6까지, 3부터 6까지 등과 같은 하위 범위를 명확하게 개시한 것으로 간주되어야 한다. 이는 범위의 폭에 관계없이 적용한다.

도 1은 본 발명에 따른 전극 어셈블리의 어댑터 요소를 도시한다.
도 2는 해제 위치에 구비된 캡 요소와 결합된 도 1의 어댑터를 도시한다.
도 3은 걸림 위치에 구비된 캡 요소를 갖는 도 2의 어댑터를 도시한다.
도 4는 부속물 요소와 결합된 도 1의 어댑터를 도시한다.
도 5는 본 발명의 원리에 따른 전극 어셈블리의 다른 어댑터를 도시한다.
도 6은 해제 위치에 구비된 다른 캡 요소와 결합된 도 5의 어댑터를 도시한다.
도 7은 걸림 위치에 구비된 다른 캡 요소를 갖는 도 6의 어댑터를 도시한다.
도 8은 본 발명의 원리에 따른 전극 어셈블리의 다른 어댑터를 도시한다.
도 9는 본 발명의 원리에 따른 전극 어셈블리의 다른 어댑터를 도시한다.
도 10은 본 발명의 원리에 따른 전극 어셈블리의 다른 어댑터를 도시한다.
도 11은 본 발명의 원리에 따른 전극 어셈블리의 다른 어댑터를 도시한다.
도 12는 부속물 요소와 결합된 도 11의 어댑터를 도시한다.
도 13은 다른 부속물 요소와 결합된 전극 어셈블리의 어댑터를 도시한다.
도 14(a) 및 도 14(b)는 예비 장전된 겔, 전극, 쉴드 및 캡을 구비하는 도 1의 어댑터를 도시한다.
도 15는 본 발명의 원리에 따른 전극 어셈블리의 다른 어댑터를 도시한다.
도 16(a) 및 도 16(b)는 본 발명의 원리에 따른 전극 어셈블리의 다른 어댑터를 도시한다.
도 17은 캡은 구비하며 추가 쉴드는 구비하지 아니하는 도 14의 어댑터를 도시한다.
도 18은 추가 쉴드를 구비하는 도 14의 어댑터를 도시한다.
도 19(a) 및 도 19(b)는 본 발명에 따른 전극을 도시한다.
도 20은 본 발명에 따른 전극을 도시한다.
도 21은 본 발명에 따른 전극을 도시한다.
도 22는 본 발명에 따른 전극 어셈블리 실장 장치용의 실장 플레이트를 도시한다.
도 23 및 도 24는 본 발명에 따른 전극 어셈블리 실장 장치용의 반원형 밴드를 도시한다.
도 25는 본 발명에 따른 전극 어셈블리 실장 장치용의 십자형 밴드 디자인을 도시한다.
도 26은 본 발명에 따른 전극 어셈블리 실장 장치용의 원형 밴드 디자인을 도시한다.
도 27(a) 내지 도 28은 전극 어셈블리를 수용하며 배치시키는 가요성 암을 포함하는 본 발명에 따른 전극 어셈블리 실장 장치를 도시한다.
도 29 및 도 30은 펠렛 형태의 전극을 갖는 전극 어셈블리를 채용한 실험의 전극 전위 결과를 도시한다.
도 31은 본 발명에 따른 고무 전극을 갖는 전극 어셈블리를 채용한 실험의 전극 전위 결과를 도시한다.
도 32는 본 발명에 따른 Ag/AgCl 디스크형 전극을 갖는 전극 어셈블리를 채용한 실험의 전극 전위 결과를 도시한다.
도 33은 본 발명에 따른 Ag/AgCl 링형 전극을 갖는 전극 어셈블리를 채용한 실험의 전극 전위 결과를 도시한다.
도 34는 본 발명에 따른 다양한 겔 및 다양한 전극을 사용하여 자극이 인가될 때 다양한 대상자들 내부에서의 음극 자극시에 발현되는 통증을 도시한다.
도 35는 본 발명에 따른 다양한 겔 및 다양한 전극을 사용하여 자극이 인가될 때 다양한 대상자들 내부에서의 양극 자극시에 발현되는 통증을 도시한다.
도 36은 본 발명에 따른 서로 다른 전해질 겔들을 구비하는 서로 다른 전극들의 평균 실행 시간을 도시하는 그래프이다.
도 37은 본 발명에 따른 다양한 겔 및 다양한 전극을 이용하는 전기 화학적 거동 및 시간과 통증 성능 요약을 보여주는 표이다.

본 발명의 동일한 요소를 암시하기 위해 도면상에서 동일한 도면 번호가 사용된다.

의료용 전극들은 지금까지 많은 형상 및 형태를 취해오고 있다. 전류가 전극들을 거의 통하지 아니하는 EKG 및 EEG와 같은 모니터링 장치에 사용되는 전극들은 일반적으로 둥근 접촉면들을 갖는 반면, 자극 장치에 사용되는 전극들은 좀 더 큰 직사각형의 면들을 갖는 경향이 있다. 예를 들면, 경두개 직류 자극용의 전극들은 큰 정사각형의 스펀지의 형태를 취한다. 전기적 자극 프로토콜의 효능을 위해서는 머리의 특정 영역에서의 고전류 밀도가 바람직하며, 전류 전극들은 이러한 파라미터들을 최적화시키지 아니한다. 이러한 분야의 효능 및 진보를 달성시키기 위해서는 작은 전극들이 바람직하다. 그러나, 작은 전극들 또는 특히 더욱 높은 전류 밀도의 사용은 피부 통증 및 손상을 야기할 수 있다고 일반적으로 알려져 있다.

적절하게 디자인된 작은 전극들을 사용하여 고전류(고전류 밀도)가 안전하며 편안하게 피부에 인가될 수 있다는 것을 알게 되었다. 이러한 사실은 이 분야의 전문가들에 널리 알려진 종래의 인식에 대한 전도이다.

여기에서 달성되는 바와 같이 본 발명의 목표는 신경 두개 전기 자극, 바람직한 실시예에 있어서는 경두개 직류 자극에 적합한 실질적으로 작은 의료용 전극이다. 주된 목표는 본 특허에 안전하고 편안한 방식으로 전류의 원하는 레벨을 전달하는 능력이다. 큰 전극들은 피부의 곡률을 수용하도록 가요성이 있게 만들어져야만 한다. 이는, 예를 들면, 금속 전극과 피부 사이의 겔 또는 다른 재료의 양과 같은 피부 경계면의 제어를 어렵게 한다. 이는 전류에 의한 핫-스팟 및 손상을 초래하는 것으로 보인다. 작은 전극들이 시도되고는 있으나, 작은 전극들의 이전의 디자인들은 여러 가지 이유로 적절하지 아니하였다. 몇몇의 디자인에 있어서, 금속과 피부의 거리를 엄격하게 조절하지 아니하는 가요성(점착성) 뒷면이 사용된다. 다른 이전의 디자인들이 있어서는, 낮은 프로파일의 구성이 금속과 피부 사이의 불충분한 거리를 초래한다. 본 발명에 있어서는, 피부에 대한 전극 위치를 고정하며, 금속과 피부 사이의 최소 거리를 유비하며, 안전하고 효율적인 방식으로 큰 전극들의 기능을 향상시키며 복제할 수 있는 전극들이 제공된다.

본 발명의 제 1 양태에 따르면,

경두개 자극시에 피부 안전과 안락을 보장하기 위해서, 전극들은 본 발명에 설명되는 바와 같이, 적절하게 디자인되어야 한다. 또한, 너무 높은 레벨까지 증가하지 않는 전극 전압을 보장하는 것이 필요하다. 이러한 디자인은 몇몇의 설계 요소들의 균형을 필요로 한다. 효과적이며 안전한 전극 장치들을 위해 중요한 세 가지 특징들이 발견되었다.

첫 번째는 겔-피부 접촉 면적이 원하는 범위 내에 있어야 한다는 것이다. 이 면적은 전류 진입의 위치를 집중시키며 접촉의 균일성을 실질적으로 제어하기 위해서 최소화되어야 한다. 그러나, 이 면적은 전류를 분배함으로써 불쾌감을 줄이기 위해서 최대화되어야 하며, 또한 이 면적은 통과될 전류의 양과 관련하여(비례하여) 최대화될 수 있다.

두 번째는, 헤드-기어 및 전극 프로파일 전체가 현실적이지 않게 너무 높지(즉, 머리로부터 멀리 떨어지지) 않도록 하면서도, 전극의 가장 가까운 구성 요소들과 피부 사이의 거리가 최대화되어야 한다는 것이다. 예를 들면, EEG를 위해 사용되는 전극들과 같이 머리에 사용되는 종래의 전극들은 두피에 표면 바로 위에 또는 이에 매우 가까이 놓이게 된다. 그러나, 신경 두개 자극에서처럼, 큰 전류가 두피에 가해지면, 전극의 피부와의 직접적 접촉에 의해서 전위 위험이 있다. 그러므로, 전극들과 이의 홀더들은 두피와 전극 사이가 충분한 이격되도록 디자인되는 것이 매우 중요하다. 또한, 피부는 편평하지 아니하며 가요성이어서 전극 어셈블리 내부로 개구의 크기에 의거하여 다양한 정도로 돌출될 수 있음이 고려되어야 한다. 그러므로, 본 발명에서 설명되는 바람직한 장치 및 이의 홀더들은 a) 전극을 어떠한 높이에 유지시키며, b) 피부가 전극 영역 내부로 돌출되는 것을 방지하는 홀더를 이용함으로써 물리적으로는 전극을 피부로부터 멀리 배치시키는 특정한 깊이를 갖는다. 전극(펠렛)의 영역을 제한하거나 또는 핀(링)을 이용함으로써 b)가 이루어질 수 있음에 주목하여야 한다. 이러한 거리를 유지하여야 하는 이유는 전기 화학적 생산물을 버퍼링하며, 전극과 피부 사이의 접촉을 방지하며, 전류가 겔을 구석구석 고르게 분배시키도록 하기 위한 것이다.

세 번째는, 금속 전극과 겔 사이의 접촉 면적이 홀더 부피와 전극 크기의 주어진 제약 이내에서 최대화되어야 한다는 것이다. 전극이 겔 재료의 단지 일면과 접촉하는 경우, 전극-겔 경계면은 본질적으로는 2차원 경계면이다. 그러나, 금속 전극이 겔 내부에 침지되는 경우, 이 경계면은 3차원 경계면이 되어, 표면적을 크게 증가시킨다. 예를 들면, 펠렛 전극은 작은 직경의 원통형 플라스틱 홀더 내부로 맞춤될 수 있다. 플라스틱 홀더는 작은 피부 접촉 면적을 갖지만, 이의 깊이는 증가된 표면적을 갖는 더 긴 펠렛들을 사용해도 될만큼 깊다. 그러나, 본 발명의 링형 디자인에서는, 전극 접촉 면적은 피부 접촉 면적보다는 실질적으로 작다.

전압 및 안전성의 최적화에 필요한 이러한 중요한 개념들을 구현하는 전극들의 특정한 예들과 하기에 언급되는 설명적 실시예들이 도면에 도시된다. 실질적으로는, 전극 홀더는 겔의 부피와 전극을 유지할 수 있도록 두 개의 단부에 노출된 경질 또는 반경질의 재료이다.

일 실시예에 있어서, 전극을 유지하는 저장소는 원통형, 원뿔형, 정사각형, 직사각형, 원형이거나 또는 이러한 형상의 더욱 복잡한 순열이다. 바람직한 실시예에 있어서는, 홀더는 전극과 겔 재료 양자를 유지시키기에 적합한 부피의 원통 또는 쌍곡면이다.

홀더를 형성하는 재료는 겔과 전극 양자를 제자리에 유지시키기에 적합한 어떠한 경질 또는 반경질의 재료일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 홀더는 플라스틱, 스펀지 및 세라믹으로 이루어진 군에서 선택된 일 재료로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다.

예를 들면, 도 1은 본 발명에 따른 전극 어셈블리의 어댑터(100)를 도시한다. 어댑터(100)는 실질적으로 쌍곡면의 형상인 내면을 갖는 내부 격실(102)을 포함하는 몸체(101)를 포함한다. 내부 격실(102)은 전극 어셈블리의 전극을 배치시키기 위한 제 1 격실(102a) 및 전극 어셈블리의 전도성 겔을 수용하기 위한 제 2 격실(102b)을 포함한다. 격실(102a, 102b)은 서로 유체 연통되어, 제 2 격실(102b)에 구비되는 전도성 겔이 전극과 물리적으로 접촉되도록 제 1 격실(102a)로 흐를 수 있도록 한다.

제 1 격실(102a)은 전극의 바닥면을 운반하기 위한 랜드면(land surface)을 각각 포함하는 만입부(103), 도 2에 도시된 바와 같은 캡(110)의 탭(110a)을 수용하는 그루브(104), 및 전극의 전도체가 제 2 격실(102a)로부터 멀어지도록 연장될 수 있는 통로를 정의하는 채널(105)을 더 포함한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 커버(110)의 각각의 탭(110a)은 캡(110)이 제 1 격실(102a)의 상부 내부에 밀폐 가능하게 위치되도록 대응하는 그루브(104)의 수직부(104a)로 삽입될 수 있다. 캡(110)은 제 1 격실(102a) 내부로 삽입되면 제 1 격실(102a)의 상부의 대응하는 면 부분과 정합 및 밀폐 가능하게 접촉되는 형상으로 이루어진 면(110b)을 포함한다. 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 격실(102a) 내부로 삽입되면, 탭(110c)은 캡(110)을 회전시키도록 조작되어 그루브(104)의 수평부(104b)를 따라 캡(110)의 폐쇄 위치를 향하여 외측으로 이동한다. 도 1을 참고로 알 수 있는 바와 같이, 수평부(104b)는 수평 방향으로 약간 하방으로 연장되어, 탭(110a)이 수평부(104b)를 따라 외측으로 이동하면, 면(110b)이 제 1 격실(102a)의 상부의 대응 면 부분에 압축되어 캡(110)을 몸체(101)에 폐쇄 위치로 효과적으로 고정 및 걸림시키는 왕복 운동력을 발생시킨다. 도 4는 어댑터(100)에 실장된 부속물(410)을 도시한다. 부속물(410)의 각각의 탭(410a)은 대응 그루브(104)의 수직부(104a) 내부로 삽입되어 부속물(410)이 어댑터(100)에 고정될 수 있도록 할 수 있다. 부속물(410)은 내측면(402)을 포함하는 몸체(401)를 포함한다. 내측면(402)은 전극 어셈블리의 전극을 배치시키기 위한 제 1 격실(402a) 및 전극 어셈블리의 전도성 겔을 수용하기 위한 제 2 격실(402b)로 분리된다. 격실(402a, 402b, 102a)은 서로 유체 연통된다.

도 5는 본 발명에 따른 전극 어셈블리의 어댑터(500)를 도시한다. 어댑터(500)는 전극 어셈블리의 전극을 배치시키기 위한 제 1 격실(502a) 및 전극 어셈블리의 전도성 겔을 수용하기 위한 제 2 격실(502b)을 포함하는 두 개의 격실을 갖는 내측면(502)을 포함하는 몸체(501)를 포함한다. 격실(502a, 502b)은 만입부(503)에 의해서 면(501)으로부터 분리된다. 이러한 만입부(503)들은 전극의 바닥면을 운반하기 위한 랜드면(504)을 형성한다. 전극의 측면으로부터 일정 거리로 전극을 유지시키기 위해 두 개의 돌출부(505a)가 디자인된다. 이러한 경우, 전극은 상부로부터 실장되어 돌출부(505a)가 전극을 두 개의 반대 측으로부터의 이동으로부터 격리시키면서 전극의 바닥면이 랜드면(504) 상에 안착될 수 있다. 돌출부(505b, 505c)는 도 6에 도시된 바와 같이, 캡(510)을 어댑터(500) 상에 정합 및 밀폐 가능하게 고정시키도록 하는 형상으로 이루어진다.

도 6의 캡은 돌출부(511)를 갖는다. 두 개의 수직 압출바(511a) 및 수평 압출바(511b)는 캡(51)이 어댑터(500)에 고정될 때 돌출부(505b) 아래에 위치된다.

도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 탭(51)의 각각의 돌출부(511b)는 돌출부(505b) 아래로 삽입되어 캡(510)이 제 1 격실(502a)의 상부에 안전하고 견고하게 위치될 수 있다. 캡(510)은 제 1 격실(502a) 내부에 삽입되면 제 1 격실(502a)의 상부의 대응 면 부분과 정합 및 밀폐 가능하게 접촉되는 형상으로 이루어진 면(513)을 포함한다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제 1 격실(102a) 내부로 삽입되면, 탭(504)은 캡(510)을 회전시키도록 조작되어 압출부(505)의 수평 돌출부(505b)를 따라 캡(510)의 폐쇄 위치를 향하여 외측으로 이동하도록 할 수 있다. 도 6을 참고로 알 수 있는 바와 같이, 돌출부(505b)는 수평 방향으로 약간 하방으로 연장되어, 탭(511b)이 돌출부(505b)를 따라 외측으로 이동하면, 면(513)이 제 1 격실(502a)의 상부의 대응 면 부분에 압축되어 캡(510)을 몸체(501)에 폐쇄 위치로 효과적으로 고정 및 걸림시키는 왕복 운동력을 발생시킨다.

도 8은 본 발명에 따른 전극 어셈블리의 어댑터(800)를 도시한다. 어댑터(800)는 전극을 배치시키기 위한 큰 직경을 갖는 상부 격실(802a) 및 전도성 겔을 수용하기 위한 작은 직경을 갖는 하부 격실(802b)을 포함하는 두 개의 큰 격실을 갖는 내측면(802)을 포함하는 몸체(801)를 포함한다. 격실(802a, 802b)은 서로 유체 연통되어, 제 2 격실(802b) 내부에 구비된 전도성 겔이 전극과 물리적으로 접촉하도록 제 1 격실(802a)로 진입하도록 한다.

수평 압출부(804)가 내측면(802)으로부터 상부 격실(802a)의 중심으로 향하여 연장된다. 수직 압출부(803)는 수평 압출부(804)로부터 연장되며, 격실(802c)을 포함한다. 격실(802c, 802b)은 서로 유체 연통된다. 전극의 바닥면은 상면(804)에 안착된다. 전극의 중심홀에 전극을 조이며 유지하기 위해 외측 각도의 압출부(805)가 압출 몸체(803)로부터 연장된다. 압출부(805)는 전극을 몸체(803)에 밀어 넣음에 응답하여 내측으로 이동하여 전극을 제자리에 견고하게 유지시킨다.

도 9는 본 발명에 따른 전극 어셈블리의 어댑터(900)를 도시한다. 어댑터(900)는 내측 원통면(902)을 포함하는 몸체(901)를 포함한다. 원통면(902)은 전극 어셈블리의 전극을 배치시키기 위한 제 1 격실(902a) 및 전극 어셈블리의 전도성 겔을 수용하기 위한 제 2 격실(802b)을 정의한다. 격실(902a, 902b)은 서로 유체 연통되어, 제 2 격실(902b) 내부에 구비된 전도성 겔이 전극과 물리적으로 접촉하도록 제 1 격실(902a)로 진입하도록 한다.

제 1 격실(902a)은 전극의 바닥면을 운반하기 위한 랜드면(903a)을 각각 포함하는 만입부(903) 및 전극이 제 1 격실(902a) 내부로 삽입될 수 있는 통로를 정의하는 채널(904)을 더 포함한다. 또한, 어댑터(900) 내부의 전극은 상부(902a)로부터 실장될 수 있다. 어댑터(900)의 외벽에 형성된 그루브(905)는 실장 장치 내부에서 어댑터(900)를 제자리에 견고하게 유지시키기 위해 사용된다.

도 10은 본 발명에 따른 전극 어셈블리의 어댑터(1000)를 도시한다. 어댑터(1000)는 내측 원통면(1002)을 포함하는 몸체(1001)를 포함한다. 원통면(1002)은 전극 어셈블리의 전극을 배치시키기 위한 제 1 격실(1002a) 및 전극 어셈블리의 전도성 겔을 수용하기 위한 제 2 격실(1002b)을 정의한다. 격실(1002a, 1002b)은 서로 유체 연통되어, 제 2 격실(1002b) 내부에 구비된 전도성 겔이 전극과 물리적으로 접촉하도록 제 1 격실(1002a)로 진입하도록 한다.

제 1 격실(1002a)은 전극의 바닥면을 운반하기 위한 랜드면(1003a)을 각각 포함하는 압출부(1003) 및 전극을 제자리에 유지시키기 위한 수직바(1003b)를 더 포함한다. 채널(1004)은 전극의 전도체가 제 1 격실(1002a)로부터 멀리 연장될 수 있는 통로를 정의한다. 어댑터(1000)의 외벽에 형성된 그루브(1005)는 상부에 어댑터(1000)의 실장 장치 상의 실장을 도와주는 플랩형의 압출부(1006)를 포함한다.

도 11은 본 발명에 따른 전극 어셈블리의 어댑터(1100)를 도시한다. 어댑터(1100)는 내측 원통면(1102)을 포함하는 몸체(1101)를 포함한다. 원통면(1102)은 전극 어셈블리의 전극을 배치시키기 위한 제 1 격실(1102a) 및 전극 어셈블리의 부피가 큰 전도성 겔을 수용하기 위한 넓게 연장된 제 2 격실(1102b)을 정의한다. 격실(1102a, 1102b)은 서로 유체 연통되어, 제 2 격실(1102b) 내부에 구비된 전도성 겔이 전극과 물리적으로 접촉하도록 제 1 격실(1102a)로 진입하도록 한다.

제 1 격실(1102a)은 전극의 바닥면을 운반하기 위한 랜드면(1103a)을 각각 포함하는 만입부(1103) 및 전극을 유지시키기 위한 바(1104)를 더 포함한다. 탭(1105)이 도 12에 도시된 바와 같이 부속물(1110)을 유지시키기 위한 바(1104)의 상부로부터 돌출된다. 부속물(1110)의 바닥부(1111)는 어댑터(1100)의 상부(1106) 상에 맞춤된다.

도 12에 도시된 바와 같이, 부속물(1110)은 또 다른 전극을 배치시키기 위한 수평 압출부(1113) 및 전극들을 유지시키기 위한 수직바(1113)를 포함하는 압출부(1113)를 갖는 내측 원통면(1112)을 포함한다. 원통면(1112)은 전극 어셈블리의 전극을 배치시키기 위한 제 1 격실(1112a) 및 전도성 겔을 수용하기 위한 제 2 격실(1112b)을 정의한다. 격실(1112a, 1112b)은 서로 유체 연통되어, 제 2 격실(1112b) 내부에 구비된 전도성 겔이 전극과 물리적으로 접촉하도록 제 1 격실(1112a)로 진입하도록 한다.

도 13은 본 발명에 따른 전극 어셈블리의 어댑터(1300)를 도시한다. 어댑터(1300)는 하부 몸체(100) 및 상부 몸체(1301)의 두 개의 서로 다른 몸체를 포함한다. 내측면(1302)은 전극 어셈블리의 세 개의 서로 다른 전극을 배치시키기 위한 제 1 격실(1302a) 및 전극 어셈블리의 전도성 겔을 수용하기 위한 제 2 격실(1302b)을 정의한다. 격실(1302a, 1302b)은 서로 유체 연통되어, 제 2 격실(1302b) 내부에 구비된 전도성 겔이 전극과 물리적으로 접촉하도록 제 1 격실(1302a)로 진입하도록 한다.

제 1 격실(1302a)은 전극의 바닥면을 운반하기 위한 랜드면(1303a)을 각각 포함하는 세 개의 슬롯(1303)을 더 포함한다. 전극들이 부속물(1300)의 상부로부터 세 개의 슬롯(1303) 각각 내부에 실장될 수 있다.

도 14(a) 및 도 14(b)는 본 발명에 따른 전극 어셈블리의 어댑터(1400)를 도시한다. 어댑터(1400)는 격실(102b)이 전도성 겔(1403)로 미리 충전되며 바닥면(100) 상의 제거 가능한 플라스틱 쉴드(1401)로 피복된 어댑터(100)를 포함한다. 어댑터(100)의 격실(102a)은 전극(1404)으로 예비 장전되며 격실(102a)의 상부 상의 조임 홀더 캡(110)으로 피복된다.

도 15는 본 발명에 따른 전극 어셈블리의 어댑터(1500)를 도시한다. 어댑터(1500)는 외측면(101)에 나선형 그루브(1505)를 갖는 어댑터(100)를 포함한다. 그루브(1501)는 연결 개구를 갖는 어댑터(100)를 어댑터(1500)를 개구 내에서 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시키는 실장 장치 내에 부착시키도록 디자인된다.

도 16(a) 및 도 16(b)는 본 발명에 따른 전극 어셈블리의 어댑터(1600)를 도시한다. 어댑터(1600)는 외측면(101)이 측부 각각에 실장 장치 내의 연결 개구로 슬라이드되는 두 개의 그루브(1601)를 포함하는 어댑터(100)를 포함한다.

도 17은 본 발명에 따른 전극 어셈블리의 어댑터(1700)를 도시한다. 어댑터(1700)는 격실(102b)이 전도성 겔(1703)로 사전 충전되며 바닥면(100) 상의 제거 가능한 플라스틱 쉴드(1701)로 피복된 어댑터(100)를 포함한다. 어댑터(100)의 격실(102a)은 또한 전극(1704)으로 예비 장전되며 격실(102a)의 상부 상의 제거 가능한 플라스틱 쉴드(1702)로 피복된다.

도 18은 본 발명에 따른 전극 어셈블리의 어댑터(1800)를 도시한다. 어댑터(1700)는 격실(102b)이 전도성 겔(1802)로 사전 충전되며 바닥면(100) 상의 제거 가능한 플라스틱 쉴드(1801)로 피복된 어댑터(100)를 포함한다. 어댑터(100)의 격실(102a)은 조임 솔더 캡(110)으로 피복되며, 어댑터 몸체(100)의 측면(101) 또한 전극(1804)이 측부로부터 홀더(100) 내부로 슬라이드될 수 있는 제거 가능한 플라스틱 쉴드(1803)로 피복된다.

실질적으로는 추가적인 기능을 위해 어떠한 어댑터도 추가될 수 있다. 예를 들면, 큰 전극들은 자극 시에 전극 영역의 외부로의 겔 또는 염 용액의 누설 또는 건조를 겪게 될 수 있다. 이는 큰 전극들은 가요성이어야 한다는 사실로부터 어느 정도 기인한다. 그러므로, 구성 요소들의 봉쇄 또는 구성 요소들의 위치 고정을 위한 전극 홀더에 특정 어댑터들이 추가될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 두피에 대해서 견고하게 배치된 견고한 플라스틱 삽입물은 이러한 누설을 방지한다. 다른 실시예에 있어서, 캡이 플라스틱 홀더의 상부에 배치되는 어댑터가 제조된다. 바람직한 실시예에 있어서는, 두 개의 구성 요소 상의 탭을 맞춤으로써 어댑터가 제자리에 고정된다. 특히, 바람직한 실시예에 있어서, 탭은 어댑터 상에 위치하며, 어댑터를 제자리에 고정하기 위해서 전극 홀더는 그 내측면에 그루브를 갖도록 설계된다. 다른 실시예에 있어서, 탭은 전극 홀더의 외측면에 위치하며, 그루브는 어댑터 내부에 위치한다.

주어진 전극 홀더를 겔 부피에 적절하게 맞춤시키며 전극 홀더를 제자리에 유지시키기 위해서, 전극 위치에 대한 실질적인 접근 및 제어를 위한 다양한 방법들이 홀더에 적용된다. 일 실시예에 있어서, 전극은 홀더의 상부로부터 정의된 거리의 일 세트의 리지(ridge)들로 압입된다. 다른 실시예에 있어서, 전극 어댑터는 리지의 높이에 측부 개구를 갖으며, 전극은 측부로부터 제자리로 슬라이드될 수 있다.

전극 홀더를 몸체에 부착시키기 위해서, 두개, 두피 및 헤드 기어가 하기하는 바와 같이 사용될 수 있다. 전극 홀더를 헤드 기어에 부착시키기 위해서, 헤드 기어로의 단단한 부착을 위해 전극 홀더는 수정될 수 있다. 이는 로크 메커니즘(lock mechanism), 스냅 메커니즘(snap mechanism), 스크류 메커니즘(screw mechanism)의 사용을 포함한다. 또한, 전극 홀더가 고정되면 자극을 허용하도록 수정되거나 기능적으로 활성화되도록 전극 홀더를 헤드 기어에 고정하기 위한 하드웨어가 디자인될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 겔은 전극 홀더 내부에서 밀봉되며, 전극 홀더가 헤드 기어에 부착되면 실(seal)이 천공된다.

상기한 바와 같이, 최적의 전극 홀더의 크기는 겔-두피 접촉 면적에 최적인 수치 범위들과 전극과 피부 사이의 거리에 의존한다. 일 실시예에 있어서, 겔-두피 접촉 면적은 7㎠보다 작으며 0.07㎠보다 크다. 바람직한 실시예에 있어서, 겔-두피 접촉 면적은 3㎠보다 작으며 1㎠보다 크다. 전극 홀더의 바닥의 오리피스(orifice)의 크기는 논리적으로 상기한 크기를 따르며, 겔-두피 접촉 표면적과 동일한 면적을 노출시키도록 구성된다.

본 발명의 안전성 목표는 홀더가 전극과 피부 사이의 최적의 거리를 허용하기에 충분히 높게(즉, 두피에 수직인 축을 따라 충분히 큰 거리로) 형성되는 것을 추가적으로 필요로 한다. 일 실시예에 있어서, 전극과 두피 사이의 거리는 0.25㎝와 1.3㎝ 사이이다. 바람직한 실시예에 있어서, 이 거리는 0.5㎝와 0.8㎝ 사이이다.

그러므로, 최적의 홀더의 전체 부피는 겔-피부 접촉 오리피스의 이상적인 면적, 전극과 피부 사이의 이상적인 거리를 수용하는데 필요한 거리(높이), 및 홀더의 내부 윤곽 및 형상에 의해 결정된다. 내부 홀더의 면적은 자극 시에 사용되는 겔의 적절한 부피를 수용할 수 있도록 형성되어야 한다. 일 실시예에 있어서, 겔의 부피는 0.1㎖와 10㎖ 사이이다. 바람직한 실시예에 있어서는, 겔의 부피는 0.5㎖와 5㎖ 사이이며, 바람직하게는 0.5㎖와 1.5㎖ 사이이다.

상기한 바와 같이, 작은 전극들이 최소의 전압 및 감각으로 상당한 전류를 통과시킬 수 있다는 것을 알게 되었다. 그러나, 이러한 전극들은 통증과 전압 양자를 고려한 최소의 크기보다는 커야 한다. 작은 전극 디자인에서 큰 전극 디자인으로 변화되는 동안, 전극의 전압 용량의 극적인 향상이 관찰되었으며, 전압 용량의 증가는 겔-피부 접촉 면적과 관련되지 아니하며 금속-겔 피부 접촉 면적과 관련된다. 그러므로, 금속-겔 경계면을 증가시키기 위한 방법들이 본 발명의 전극 어셈블리에 채용된다.

일 실시예에 있어서, 금속 전극의 특성들이 특히 고려된다. 전극은 링형, 디스크형, 펠렛형 또는 다른 형상으로 이루어질 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 전극은 전극 홀더 내부에 정의된 공간을 차지하기 위한 최적의 면적을 갖도록 디자인되는 링형이다. 이러한 라인을 따라, 전극-겔 면접촉 영역을 증가시키기 위해 전극의 더 복잡한 순열을 계획하여, 본 발명의 통찰을 사용할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 금속-겔 접촉 면적은 겔-피부 접촉 면적보다 50% 이상 크다. 다른 실시예에 있어서, 금속-겔 접촉 면적은 겔-피부 접촉 영역보다 100% 이상 크다. 바람직한 실시예에 있어서, 겔 내부로 노출된 금속 수직 돌출부를 증가시킴으로써 금속-겔 접촉 면적은 겔-피부 접촉 면적과 대비하여 증가된다.

바람직한 일 실시예에 있어서, 증가된 수직 돌출부는 펠렛형 전극 디자인의 형태를 취한다. 바람직한 다른 실시예에 있어서, 금속의 최대 수직 면적은 수평 직경보다 3배 이상 크다. 다른 실시예에 있어서, 최대 전극 수직 면적은 최대 수평 면적보다 작다.

바람직한 다른 실시예에 있어서, 전극 금속-겔 접촉 면적은 상기 금속 전극의 상부 및 하부를 포함하여, 금속과 겔 사이의 접촉 영역을 (겔의 상부에 안착된 금속 전극과 비교하여) 약 두 배로 증가시킨다 . 다른 실시예에 있어서, 금속 전극의 표면은 리지(ridges), 스파이크(spikes), 조면 처리(roughening) 및 곡면(curves)의 사용을 포함하여 금속-겔 접촉 면적을 증가시키도록 복잡화된다. 바람직한 다른 실시예에 있어서, 금속-겔 접촉 면적은 소결(sintering) 공정을 통하여 증가된다. 바람직한 다른 실시예에 있어서, AgCl이 소결 공정에 사용된다.

바람직한 다른 실시예에 있어서, 전극의 중심은 겔/금속 접촉 면적을 증가시키도록 중공으로 이루어진다. 여기에서, 이러한 실시예는 링형의 전극으로 설명된다. 바람직한 다른 실시예에 있어서, 중공의 전극은 전극 홀더의 벽 내부에 형성된다.

다른 실시예에 있어서, 전극 홀더는 다수의 전극을 허용함으로써 겔에 노출되는 최대의 전극 면적을 허용하도록 구성된다. 바람직한 일 실시예에 있어서, 어댑터는 두 개의 전극이 동일한 홀더 내부에서 동시에 사용되어 면적의 노출을 두 배로 증가시키는 여분의 부속적인 슬리브(sleeve)를 구비한다. 바람직한 다른 실시예에 있어서, 어댑터는 세 개의 개별 전극들이 단일의 홀더 내에서 겔과 완전히 접촉하도록 하여, 면적 노출을 세 배로 증가시키는 세 개의 개구를 갖도록 구성된다.

도 19(a) 내지 도 21은 본 발명에 따른 몇몇의 전극을 예시적으로 도시한다.

도 19(a) 및 도 19(b)는 본 발명에 따른 전극(1900)을 도시한다. 전극(1900)은 겔과 접촉하는 금속면적을 증가시키기 위해 바닥면에 삼각형의 스파이크를 포함한다.

도 20은 겔-금속 접촉 면적을 증가시키기 위해, 예를 들면, 인자(3)에 의해서 증가된 높이를 갖는 전극(2000)을 도시한다. 전극(2000)은 전극 어댑터(100)의 내부에 실장된다. 전극(2000)은 동일한 상부 및 하부면 영역(2001, 2002)을 구비한다.

도 21은 겔과 접촉하는 전체적인 면적을 증가시키기 위해 나선형으로 디자인된 전극(2100)을 도시한다. 전극(2100)은 겔 격실(102b) 내부에 완전히 침지되도록 구성된다.

상기한 디자인들은 겔 및 이에 침지되는 전극을 위한 단일의 격실을 포함한다. 그러나 전도도를 위하여 또는 pH, 온도 또는 전위 생성의 더욱 복잡한 관리를 위해서 다수의 겔을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예는 서로 다른 겔들을 수용하는 다수의 격실들을 갖는 홀더 저장소를 수반한다.

서로 다른 전극 재료들이 자극 동안에 서로 다른 물리 화학적인 효과를 낼 수 있다고 이해되며, 그러므로, 전압 생성 및 통증 감각 양자를 최소화하기 위해서 몇몇의 재료들이 다른 재료들보다 바람직할 수 있다. 그러므로, 전극의 고체의 전도체는 금속, 고무, 전도성 고무, Ag/AgCl, Ag 및 금일 수 있다.

바람직한 실시예에 있어서, 고체의 전도체는 소결된 Ag/AgCl이다.

그러므로, 특히 바람직한 실시예에 있어서, 본 발명의 전극 어셈블리는 두피 오리피스 상부로 약 0.5㎝로 안내된 리지에 의해 전극 홀더의 측부 내부로 삽입되는 소결된 AgCl 링형 전극과 결합하며, 추후 하기의 양태에서 논의되는 바람직한 조성물의 1㎖ 겔에 침지되는 약 2㎠의 표면적을 두피에 노출시키는 원통형의 반경질의 플라스틱 전극 홀더를 포함한다.

신뢰성 있는 자극을 획득하여 신경 두개 자극 동안 일관된 안전성 프로파일을 획득하기 위해서, 전극과 겔이 금속과 전극 및 두피와의 접촉을 유지하도록 전극과 두피 사이의 연결이 충분하게 고정되어야 한다. 전자는 상기한 바와 같이, 플라스틱 홀더에 의해 달성된다. 후자는 전극 어셈블리, 바람직하게는 다수의 전극 어셈블리들의 머리와의 연결부를 필요로 한다. 이러한 사용을 위한 가장 실질적인 방법은 플라스틱 어셈블리를 두피 상의 제자리에 유지시키는 "헤드 기어"의 형태이다. 그러므로, 플라스틱 삽입물을 두피에 유지시키는 기술이 중요하며, 여기에 논의되는 바와 같이, 가장 실질적인 사용을 위해 최적화될 수 있다.

EEG와 같은 몇몇의 측정 장치에 있어서, 머리의 고정된 위치에 전극 어레이를 위치시키기 위해 고정된 위치 선정 홀들을 갖는 가요성 캡이 사용된다. 사실, 이러한 측정으로, 대상자들에 걸쳐 미리 정의된 고정된 위치의 사용이 바람직하다. 이와는 달리, 자극에 대한 미리 설정된(EEG) 위치의 사용이 계획될 수 있도록 하면서, 자극 효능 및 안전성 양자가 특정 자극 인가에 의거하여 두피 상의 다양한 특정한 위치에 전극을 위치시키는 능력을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 이는 개개인의 머리 크기와 윤곽의 편차를 설명할 뿐만 아니라 뇌 영역의 특정한 타겟팅을 보증하기 위해 필요하다. 여기에 설명되는 헤드(실장) 기어는 여기에 설명되지 아니하는 전극 및 홀더에서 적용 가능하지만, 본 발명에 설명되는 플라스틱 홀더와 맞춤되도록 디자인된다.

일 실시예에 있어서, 다수의 전극 어셈블리들이 머리를 가로질러 전방부에서 후방부로 또는 측부에서 측부로 감싸는 가요성의 밴드에 의해 부착된다. 이러한 밴드는 밴드를 따라 고정된 거리로 전극 어셈블리를 위한 자신의 자리들을 갖는 머리의 나머지 부분을 가로질러 벌어지는 서브-밴드들의 연결을 위한 슬롯들 뿐만 아니라 전극 어셈블리들을 위한 개별 공간들을 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 메인 밴드는 머리 주위에 완전하게 감싸지며 걸쇠(clasp)와 연결된다.

도 26은 본 발명에 따른 전극 어셈블리 실장 장치용의 예시적인 원형 밴드 디자인을 도시한다.

헤드 기어(2600)는 조절 가능한 플라스틱 헤드 밴드(2601)와 교차 지점에 원형의 직물로 형성된 디스크형 영역(2605)을 포함하는 직물로 형성된 C 형상의 십자 밴드(2604)를 포함한다. 원형의 노브(2603)가 헤드 밴드의 길이를 증가시키거나 감소시키도록 구비되는 것이 바람직하다. 헤드 밴드(2601)의 길이 전체에 걸쳐 십자 밴드(2604)를 적절한 위치에 유지시키기 위한 돌출부(2602)들이 구비된다. 십자 밴드(2604)는 헤드 밴드(2601)의 돌출부(2602)와 맞춤되는 각 밴드의 가장자리 단부에 홀(2604)을 포함한다. 디스크 형상의 영역(2605)은 전기 어댑터(예를 들면, 상술된 바와 같은 어댑터(100, 800, 1300, 1400, 1500, 1700 또는 500))들을 수용하기 위한 홀(26007)들을 포함한다. 십자 밴드(2604)는 디스크 형상의 영역(2605)을 머리에 정확하게 위치시키기 위해서 헤드 밴드(2601)의 서로 다른 돌출부(2602)들을 따라 조절될 수 있다.

바람직한 다른 실시예에 있어서, 밴드는 중앙의 메인 밴드로부터 분기된 밴드들에 의해 헤드 상에 고정된 반원형으로 형성된다.

도 23 및 도 24는 본 발명에 따른 전극 어셈블리 실장 장치용의 예시적인 반원형 밴드 디자인을 도시한다.

예를 들면, 도 23은 헤드 상에 밴드의 길이를 조절하기 위해서, 일 단부에 웨빙 버클(webbing buckle; 2302)을 구비하는 가요성의 헤드 밴드(2301)를 도시한다. 다양한 서브-밴드 부착물들(2303)이 전극 어댑터(예를 들면, 상술된 바와 같은 어댑터(100, 800, 1300, 1400, 1500, 1700 또는 500))들의 모듈형 배치를 위한 밴드(2301)의 홀들(2305)에 부착되는 것이 바람직하다. 어댑터들은 서브-밴드(2304)의 헤드 밴드의 서로 다른 홀들(2305)에 실장될 수 있다.

도 24는 플라스틱 "이중 C형 구성의" 십자 밴드(2400)를 도시한다. 여분의 가요성 밴드(2403)가 십자 밴드(2400)의 두 개의 메인 밴드 사이에 부착될 수 있다. 십자 밴드(2400)는 서로 다른 종류의 전극 어댑터(예를 들면, 상술된 바와 같은 어댑터(100, 800, 1300, 1400, 1500, 1700 또는 500))의 실장을 위한 면 전체를 따라 다수의 홀들(2404)을 갖는다. 전극들은 십자 밴드(2400) 상의 서로 다른 홀들(2404)을 사용하여 머리의 어느 곳에나 효과적으로 위치할 수 있다.

바람직한 다른 실시예에 있어서, 두 개의 메인 밴드는 머리의 상부에 "십자"를 형성하며, 이러한 십자의 각각의 이동 암의 단부는 이동 전극 홀더를 포함한다.

도 25는 본 발명에 따른 머리-고정 수단용의 예시적 십자형 밴드 디자인을 도시한다. 플라스틱 십자 밴드(2501)는 중심에서 교차하는 두 개의 플라스틱 암(2501a, 2602b)을 포함한다. 두 개의 암(2501a, 2602b)은 중심을 따라 이동될 수 있다. 두 개의 암(2501a, 2602b)의 중심 부분은 추가적인 전극 어댑터(예를 들면, 상술된 바와 같은 어댑터(100, 800, 1300, 1400, 1500, 1700 또는 500))를 부착하기 위한 리셉터클(2504)을 제공한다. 각 암(2501a, 2602b)의 가장자리 단부에는 다른 플라스틱 부속물(2502)을 유지하기 위해 이동 가능한 C 형상의 플라스틱 홀더(2503)가 구비된다. 전극 어댑터(예를 들면, 상술된 바와 같은 어댑터(100, 800, 1300, 1400, 1500, 1700 또는 500))들이 플라스틱 부속물(2502) 상에 실장될 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 머리-고정 수단은 유닛을 제자리에 유지시키는 두 개의 밴드와 메인 밴드로부터 분기된 각각 전극 어셈블리를 위한 특정한 가요성의 또는 미리 정의된 공간을 갖는 두 개 이상의 플레이트를 포함하는 "실장 플레이트" 디자인을 수반한다. 플레이트들은 힌지에 의해서 서로 연결되어, 정확한 배치를 허용하기 위해서 머리 크기 및 윤곽을 수용하기 위한 개별의 플레이트들의 조절을 허용한다. 특히 바람직한 실시예에 있어서, 중앙 밴드에 연결되는 세 개의 플레이트들이 구비된다.

도 22는 본 발명에 따른 전극 어셈블리 실장 장치용의 예시적 실장 플레이트 디자인을 도시한다.

예를 들면, 도 22는 전극의 모듈적 배치를 위한 다수의 홀(2203)을 갖는 원형의 플라스틱 플레이트(200)를 도시한다. 전극 플레이트는 서로 다른 플레이트(2200)의 자유로운 움직임을 허용하는 힌지 조인트(2203)에 의해서 서로 부착된 세 개 이상의 서로 다른 부분들로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 가요성 밴드(2201)가 머리를 가로질러 플레이트를 유지시키기 위하여 플레이트에 부착된다. 플레이트는 작은 가요성 밴드(2206)를 부착하기 위해서 중심(2207)에 오리피스를 갖는다. 작은 가요성 밴드는 플레이트(2200)의 오리피스(2207)의 내부 가장자리를 따라 탭(2206)을 부착하기 위해서 가장자리 단부에 홀을 갖는다.

도 27(a) 내지 도 28은 서브 밴드가 근위 단부에서 반원형 또는 원형 밴드에 각각 부착되며, 원위 단부에서는 전극 어셈블리를 수용하며 사용자의 두개 피부면 상에 전극 어셈블리들을 가요성있게 위치시키도록 조작될 수 있는 가요성 암으로 치환된 반원형 및 원형 밴드 디자인의 변형예들을 각각 도시한다.

도 27(a) 및 도 27(b)는 헤드 밴드(2700)의 상면(2700a)으로부터 사방으로 뻗어 있는 5개의 가요성이며 이동 가능한 암(271)을 구비하는 플라스틱 반원형 헤드 밴드(2700)를 도시한다. 각각의 암은 또 다른 플라스틱 편(2703)을 유지하는 C 형상의 플라스틱 컵(2702)을 갖는다. 각각의 플라스틱 편(2703)은 전극 어댑터(예를 들면, 상술된 바와 같은 어댑터(100, 800, 1300, 1400, 1500, 1700 또는 500)들 중 어느 하나)를 유지하다. 서로 다른 암들(2701)을 움직임으로써, 전극들은 머리의 어떠한 위치에도 배치될 수 있다.

도 28은 헤드 밴드(2800)의 길이 전체에 걸쳐 그루브(2802)를 갖는 원형의 조절 가능한 플라스틱 헤드 밴드(2800)를 도시한다. 작은 플라스틱 슬라이더 탭(2801)이 그루브(2802)로부터 돌출되며 돌출된 가요성 암를 그루브(2802) 내에서 슬라이드시키도록 조작될 수 있다. 각각의 암은 또 다른 플라스틱 편(2703)을 유지하는 C 형상의 플라스틱 컵(2702)을 갖는 것이 바람직하다. 각각의 플라스틱 편(2703)은 전극 어댑터(예를 들면, 상술된 바와 같은 어댑터(100, 800, 1300, 1400, 1500, 1700 또는 500)들 중 어느 하나)를 유지하다. 그루브(2802) 내부에서 서로 다른 암들(2701)을 움직임으로써, 전극들은 머리의 어떠한 위치에도 배치될 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 임의의 전극 배치를 허용하도록 가요성의 EEG 캡이 변경된다. 바람직한 실시예에 있어서, 서브-밴드가 가요성의 EEG 캡의 특정 지점에 위치한다.

또 다른 실시예에 있어서, 전극은 테이프, 접착제, 클립 또는 리지를 사용하여 두피에 부착된다.

신경 두개 전극용의 전극 어셈블리의 배치에 적합한 밴드들과 천공된 영역들로 이루어진 헤드-기어가 설명된다. 필요한 경우 신경 두개 시스템 또는 다른 자극 기술들에 필요한 변경을 하면서, 당업자들에게 공지된 두뇌 자극을 위한 다른 기술들을 갖는 신경 두개 자극을 위한 설명된 방법의 사용이 가능하다. 이러한 다른 두뇌 자극 기술들은 경두개 자기 자극(Transcranial Magnetic Stimulation), 경두개 직류 자극(Transcranial Direct Current Stimulation), 심부 뇌 자극(Deep Brain Stimulation), 미주 신경 자극(Vagus Nerve Stimulation), 두개표 자극(Epicranial Stimulation), 경피 전기 자극(Transcutaneous Electrical Stimulation) 및 경두개 전기 자극(Transcranial Electrical Stimulation)을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 신경 두개 자극은 특정의 일 실시예에 따른 여분의 두개 전극과 같은 두개 또는 신체의 다른 부위에 위치하는 전극에 의한 자극에 능동적으로 결합될 수 있으며, 전원은 신체 상의 일 신경 두개 전극 및 다른 전극에 연결된다. 신체 상의 추가적인 전극은 당업자들에게 공지된 형태 범위를 취할 수 있으며, 신경 두개 자극을 위해 개발된 기술들을 채용할 수 있다.

본 발명의 제 2 양태에 따르면, 본 발명에서 상술된 신경 두개 자극 장치를 구비하는 전극 장치의 사용을 포함하는 자극감, 감각, 불쾌감, 손상, 화상, 인지, 염증, 통증 또는 발적을 줄이기 위한 방법이 제공된다. 본 발명은 또한 경두개 자극, 특정 적용예에 있어서는, 경두개 직류 자극에도 유용하지만, 본 발명은 어떠한 신경 두개 자극 기술에도 관련된다. 이상적인 실시예들에 있어서, 본 방법은 본 발명에 설명된 바와 같이 선택된 전극, 겔을 구비하는 전극 홀더 및 봉쇄 어댑터와 상기한 바와 같이 머리에 부착되는 특정 수단을 포함하는 상기한 전극 장치의 사용을 포함한다.

과거에는 겔이 두개 전극과 함께 사용되었으나, EEG와 같은 모니터링 애플리케이션 또는 일반적인 저전류 자극을 위해서 주로 사용되었다. 이러한 방식의 겔은 효과적인 신경 두개 자극을 위해서 필요한 고전류 및 적용 시간(즉, 20분 이상 동안 2㎃까지)을 위해서는 디자인되지 아니하였으며, 이러한 겔은 통증 또는 불쾌감으로부터 환자를 보호하기에는 충분하지 아니하다고 일반적으로 생각된다. 그러나, 겔은 최소의 불쾌감을 갖는 자극의 이러한 고전류와 오랜 시간을 허용할 수 있다는 것이 예기치 못하게 관찰되었다. 본 발명에 있어서, 최소의 통증 또는 불쾌감을 갖고 두피에 원하는 전류의 전달을 허용하기에 효과적이라고 발견된 특정 조성물들이 제공된다.

또한, 전극 및 겔의 물리적인 변화(즉, 전기 자극 동안 전위, pH 및 온도의 변화)가 자극을 겪는 대상자에 통증과 반응을 예측할 수 있다고 논리적으로는 기대되지만, 자극 동안 겔 내부에서의 pH 또는 온도 변화가 없는 경우에도 대상자가 통증을 경험할 수 있다는 것이 예기치 못하게 발견되었다. 그리고, 전극 전압의 증가의 제한은 pH 및 온도 변화를 감소시킬 수 있으나, 통증을 반드시 방지하지는 아니한다. 예를 들면, Lectron II 겔은 전극 전위 생성 및 pH 변화에 대해서 가장 넓게 보호하는 것으로 보여지나, CCNY-4 겔보다는 더 큰 통증 감각을 초래한다. 그러므로, 본 발명의 신경 두개 적용을 위한 안전하고 효과적인 겔을 위해서는 pH 및 온도 이외의 다른 특징들이 고려되어야 한다.

신경 두개 자극 동안 통증 또는 불쾌감에 대해서 효과적인 보호를 유지하면서도 전류의 능률적인 전달을 허용하는 최적의 겔은 1) 지지 특성을 가지고 기능하는 폴리머, 2) 투과성의 증가 및/또는 저항력의 변화를 위해서 피부에 작용하도록 기능하는 계면 활성제 또는 표면 활성제, 3) 겔 수화를 유지하도록 기능하는 습윤제, 4) 전기 전도도를 증가시키도록 기능하는 염, 5) 물, 및 6) 보존제 또는 다른 화학 물질들을 포함하는 핵심 구성 요소들을 갖는다. 이들은 적절한 겔의 일반적인 구성 요소들이며, 겔의 성능은 제조 후에 이의 전체 특성들과 관련되는 것으로 이해된다. 성분으로서의 이러한 구성 요소들 각각은, 예를 들면, 염 함량을 갖는 계면 활성제 또는 수화 특성을 갖는 폴리머와 같이, 다른 구성 요소의 기능을 제공할 수 있다. 다른 예를 들면, 폴리머 또는 계면 활성제와 같은 다른 물질에 의해서 전도도가 제공되는 경우, 염은 생략될 수 있다. 따라서, 이러한 목록은 중심 성분 또는 이루어져야 하는 핵심 기능의 목록으로 해석될 수 있다.

그러나, 이러한 특성들을 갖는 제제의 예들이 의료용 전극에 관하여 발견될 수 있다 하더라도, 특정 제제들이 특히 본 적용예들에 적절하고 적합함이 예기치 않게 발견되었다. 도 37은 이의 일반적인 조성 특징들과 다른 물리적 특성들이 기재된 테스트된 겔의 샘플을 도시한다. 이러한 겔들은 모두 유사한 특징을 가지며 금속 전극들과 함께 사용될 수 있지만, 단지 CCNY 겔만이 사용된 각각의 전극에 대한 최소의 통증 반응을 보여줄 수 있었다(본 특허의 도 34 및 도 35 참조). 일반적인 전극 겔들은 겔의 기초로서 사용될 수 있으마 고전류를 갖는 신경 두개 자극 동안 통증 또는 불쾌감을 방지하기에는 충분하지 아니함이 발견되었다. 그러므로, Signa Gel, Spectra 360, Tensive, Redux, 1090 BioGel, 및 Lectron과 같이 전극 적용을 위해서 전도성 겔로서 당 분야에 공지된 겔들은 겔의 기초 또는 베이스 조성물로서 적합하지만, 최소의 통증 또는 불쾌감을 가지고 효과적으로 기능하기 위해서 여기에 설명된 추가적인 특정의 추가된 구성 요소들을 필요로 한다.

하나의 특별한 고려 사항은 바람직한 또는 바람직하지 않은 방식으로 겔의 특성들을 변경할 수 있는 시스템을 통하여 구동되는 전기 전류의 존재를 포함한다. 바람직하지 않은 변화의 일례는 DC 자극 동안 전극 주위의 봉지층(encapsulation layer)의 형성의 발견이다. 다른 특별한 고려 사항은 전기 전류가 바람직한 또는 바람직하지 않은 방식으로 겔 구성 요소들의 활동 및 전달에 영향을 미치는 방법을 포함한다. 또 다른 바람직하지 않은 일례는 독성 물질들의 전기적 전달을 포함한다. 이에 반하여, 바람직한 일례는 진통성 물질들의 특정한 전달을 포함한다. 또 다른 특별한 고려 사항은 피부 상의 전기 및 겔 구성 요소들의 상승적 또는 상반적 활동이다. 상승적 일례는 계면 활성제과 전기 자극에 의해 감소된 피부 저항을 포함한다. 또한, 많은 예들과 설명들이 실시예들에 존재한다. 이러한 사실에 의거하며, 의료용 전극 겔이 적용을 위해 특별하게 디자인되어야 한다는 것이 명백하다. 특정한 타입의 성분 또는 기능 각각은 최적화되어야 한다.

겔은 겔 수화를 유지시키기 위해서 습윤제를 사용하여야 한다. 습윤제는 프로필렌 글리콜과 같은 재료를 포함하며, 에탄올을 포함하거나 포함하지 않도록 조제될 수 있다. 프로필렌 글리콜은 또한 보존제로 사용될 수 있다. 프로필렌 글리콜은 피부 발적을 야기할 수 있으며, 이의 밀도는 조절되어야 한다. 일 실시예에 있어서, 프로필렌 글리콜은 1㎛ 내지 10mM의 농도로 포함된다. 바람직한 실시예에 있어서, 프로필렌 글리콜은 1㎛ 내지 1mM의 농도로 포함된다. 더욱 바람직한 실시예에 있어서, 프로필렌 글리콜은 1㎛ 내지 50㎛의 농도로 포함된다.

이온성 및 비이온성 계면 활성제를 포함하는 오일에 용해되는 계면활성제가 겔에 포함될 수 있다. 피부 상의 오일층을 용해시키거나 피부를 관통하는 약제가 사용될 수 있다. 이들은 피부 저항의 감소에 특히 유용하다. 예를 들면, 헥사메타인산나트륨, 인산나트륨(trasodium phosphate) 및 Atlas Chemicals사에 의해 제조된 TWEEN 및 SPAN과 같은 상품들을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 겔은 0.5 내지 5%의 헥사메타인산나트륨을 포함한다. 바람직한 실시예에 있어서, 겔 내부의 헥사메타인산나트륨의 1% 조성물이 바람직하다.

적절한 겔 점도는 특화된 플라스틱 홀더에 대응하여 조절될 수 있다. 당업자들에게 잘 알려진 다양한 기술들을 사용하여 폴리머가 조제될 수 있으나, 전류 통과를 허용하도록 디자인되어야만 한다. 특정한 실시예에 있어서, 폴리머 또는 폴리머 약제에 하이드록시셀룰로오즈(hydroxycellulose)가 사용될 수 있다.

사용되는 폴리머는 베이스 용액에 용해되어야 한다. 적절한 용액들은 물, 알코올, 아세톤, 디메틸설폭사이드(dimethlysulfoxide; DMSO), 디메틸 포마이드(dimethyl formide; DMF), 또는 극성 용매를 포함한다. 물, 알코올 및 그의 혼합물이 바람직하다. 가교제와 같은 추가적인 약제들이 점성을 포함하는 겔 특성들을 조절하기 위해서 추가될 수 있다. 폴리머는 광자, 열 처리, 또는 디프로톤화, 산화 또는 환원을 포함하며 이에 제한되지는 아니하는 화학적 처리를 통하여 설정되거나 가교될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 10,000 내지 1,000,000 GPS의 점도가 사용되며, 더 바람직하게는 점도는 150,000 내지 200,000 GPS의 범위 내에 있다. 다른 실시예에 있어서, 겔의 점도는 탈수, 온도 변화 또는 피부 접촉에 의한 전달에 의가하여 변화한다. 바람직한 실시예에 있어서, 점도는 대략 섭씨 25도로부터 섭씨 37도로 온도가 변화되는 동안 증가한다. 바람직한 다른 실시예에 있어서, 점도는 공기, 피부 또는 폴더 표면과의 접촉 시에 감소한다. 점도의 변화는 본 발명에서 설명되는 바와 같이 공기 또는 피부에 노출에 의해서 조정 또는 유발된다. 예를 들면, 배치면에 부착되어 어댑터의 오리피스 상에 연장되는 실링 부재를 구성하는 어댑터가 사용되며, 이러한 실링 부재는 벗겨지거나 천공되도록 구성된다. 일 실시예에 있어서, 겔은 알코올을 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 겔은 온도의 증가 또는 감소와 함께 응고된다. 일 실시예에 있어서, 겔의 용매는 낮은 압력에서 기화되어, 어떠한 고체를 남기며, 점도의 변화를 초래하게 된다. 또한, 겔의 점도 또는 다른 연관 특성들을 조절하기 위해서, 예를 들면, 교반으로 점도를 증가시키는 팽창제와 같은 추가적인 성분들이 사용될 수 있다. 결과적인 얻어지는 고 점도는 실의 자유로운 움직임을 제한한다. 요변성 유체(thoxotropic fluid)는 교반으로 겔 점도를 감소시킨다. 플라스틱 유체들의 추가 또는 존재는 점도를 변화시킨다.

전해질이 겔 조제의 핵심이다. 여기에서, 전해질은 액체 내부를 이온화시킬 수 있는 재료일 수 있다. 전해질은 금속 전극 또는 생물학적 조직 내부에 있는 이온들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 이의 적절한 재료들은 이온화 가능한 염, 산 또는 염기의 염 또는 완충 용액을 포함한다. 무기염으로는 염화 칼륨, 황산 나트륨, 및 시트릭산, 시트르산 칼륨 또는 아세트산 칼륨과 같은 유기산 또는 염을 포함한다.

이전에는, 피부/조직에 대하여 전극/겔의 증가된 전도도는 전극 가장자리에서의 전류 밀도 및 관련 통증/불쾌감 문제점들 야기한다고 간주되었기 때문에, 전극은 피부 또는 조직과 접한 전극의 저항력을 증가시키도록 디자인되었다. 모형화연구가 DC 자극 동안 이러한 사실을 뒷바침한다. 그러나, 예기치 못하게도, 증가된 전도도(예를 들면, 증가된 Cl- 전도도)을 갖는 겔은 종종 낮은 불쾌감을 초래하였다.

바람직한 실시예에 있어서, 추가된 염들은 염으로 추가 및/또는 염수 베이스 내에 존재하는 NaCl을 포함한다. 하나 이상의 염이 사용될 수 있다. 베이스 100 그램당 NaCl 0.1 내지 50그램을 추가하는 NaCl 보충제들이 사용될 수 있다. 특히 바람직한 실시예에 있어서, 물 내부의 전해질 농도는 0.01 내지 15중량%이며, 바람직하게는 0.25 내지 4중량%이며, 더 바람직하게는 0.5 내지 2.5중량%이다. 가장 바람직한 실시예에 있어서, 겔은 약 2중량%의 농도로 NaCl을 포함한다.

상기한 핵심 요소들에 추가하여, 겔은 향료, 착색제 및 보존제와 같은 다양한 추가 약제들을 포함할 수 있다. 이의 적절한 재료들은 당업계에서 종래에 사용되는 재료들이다. 피부를 보호 또는 재생시키도록 작용하는 특화된 추가 약제들은 주석산 칼륨, 코코넛 오일, 황산화 피마자유, 알로에 베라, 알로에 바바덴시스 잎 추출물, 글리세린, 합성 밀랍, 세테아릴 알코올, 아세트산 칼슘 및 비타민 E, A 및 D를 포함한다. 국소 마취제가 겔에 추가될 수 있으며, 이는 리도케인, 벤조케인 또는 이의 유도체들을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 벤조케인 6%가 겔에 혼합된다. 바람직한 실시예에 있어서, 벤조케인 6%를 포함하는 라나카인이 1 내지 50중량%, 더욱 바람직하게는 2-10중량%로 겔에 희석된다. 바람직한 다른 실시예에 있어서, 리도케인 5% 및/또는 프리로케인 2.5%가 겔에 혼합된다. 바람직한 다른 실시예에 있어서, Fougera사에 의해 판매되는 리도케인/프리로케인 2.5/2.5% 크림이 겔에 1-50중량%로 혼합된다. 바람직한 다른 실시예에 있어서, Doak Dematologics사에 의해 판매되는 Amantle이 겔에 1-50중량%로 혼합된다.

핵심적 특성들이 결정되었으며, 이러한 특성들을 갖는 특정 겔은 신경 두개 자극 동안 최소의 통증 또는 불쾌감을 위해 사용될 수 있다. 그러므로, 가장 바람직한 실시예에 있어서, 본 발명의 전극 겔은 폴리머, 습윤제, 역삼투수, 표면 활성제, 착색제, 및 염화나트륨(NaCl 보충제 추가 0.5% 염수 베이스)을 포함한다(CCNY-4). 바람직한 또 다른 실시예에 있어서, 겔은 마취제로서 리도케인 또는 벤조케인 2.5%을 추가적으로 포함한다(CCNY-5).

본 발명의 제 4 양태에 따르면, 음극 또는 양극에 전해질 소모 또는 형성을 지지하는 겔(1) 및 고체 전도체(2)의 적절한 조합의 선택을 포함하는 두개 신경 자극 동안 자극감, 감각, 불쾌감, 손상, 화상, 인지, 염증, 통증 또는 발적을 줄이기 위한 방법이 제공된다.

따라서, 본 발명의 제 5 양태는 두개 신경 자극 동안 자극감, 감각, 불쾌감, 손상, 화상, 인지, 염증, 통증 또는 발적을 줄이거나 방지하기 위한 전극의 겔(1) 및 고체 전도체(2)의 특정 조합을 제공한다.

상기의 겔에 대한 논의를 통하여 전극 어셈블리의 디자인은 겔 pH 또는 온도의 단순한 제한을 넘어서는 단계들을 필요로 함이 명백하다. 특히 효과적인 전략은 신경 두개 자극 동안 전극을 겔(들)과 특정하게 매치시키는 것이다. 실시예들에 있어서, 사용된 겔/전극 조합은 전기 화학적 지식에 기초하여 활성 전해질 형성 또는 고체 전도체의 소모를 지지하는 것으로 예측된다.

전해질 겔의 사용되는 전극과의 매치에 있어서, 전극에서의 전극 전해질 형성 또는 소모를 지지하는 금속/겔 구성은 어떠한 것도 전압을 최소화한다고 일반적으로 알려진다. AgCl로 형성된 바람직한 전극의 적절한 일 예에 있어서, AgCl 형성/소모는 전극 전압을 최소화한다고 일반적으로 생각된다.

그러나, 이러한 점에 있어서 다른 사실들이 발견되었다. 이러한 반응을 지지했던 몇몇의 구성들은 반응을 동일한 수준으로 지지하지 아니한 구성들보다 통증을 줄이는 데 있어서 실질적으로는 "지나치게 덜" 작용했다는 것을 알 수 있었다. 예를 들면, Cl-(Lectron II)을 구비하지 않는 겔의 사용은 Cl-(Signa)를 구비하는 다른 겔들과 비교하여 감소된 전위(그리고, 증가된 실행 시간)를 초래하였고, Lectron II는 Cl-을 필요로 하는 이러한 반응을 명목상으로 더 적게 뒤받침하였다.

그러므로, 전도성에 대한 상기 결과와 연결하여, 전기 전도도의 최적화된 수준을 갖는 겔들이 디자인되었다. 바람직한 실시예에 있어서, 이러한 겔들은 이상적인 염 함량을 갖는다. 더욱 바람직한 실시예에 있어서, 이러한 겔들은 하기에 논의되는 Cl-의 이상적인 함량을 갖도록 디자인되었다. 바람직한 실시예에 있어서, 겔 전기 전도도는 0.5 S/m 내지 10 S/m이다. 더욱 바람직한 실시예에 있어서, 전기 전도도는 1 S/m 내지 6 S/m이다. 가장 바람직한 실시예에 있어서, 전기 전도도는 4 S/m 내지 5 S/m이다. 다른 실시예에 있어서, 겔 열 전도도는 0.01 W/m.C 내지 0.05 W/m.C이다. 가장 바람직한 실시예에 있어서, 열 전도도는 0.025 W/m.C 내지 0.035 W/m.C이다.

또한, 사용을 위해 의도된 전기 화학적 시스템(즉, 전극 및 겔)에 대한 연구는 주어진 전극 시스템 하에서 특정한 겔 파라미터들을 알려준다. 일 실시예에 있있어서, 금속 전해질 MX는 "음전극"에서 하나의 전자의 추가를 통하여 M+ X- (aq)로 변환되며, M은 "양전극"에서 X- (aq) 이온을 수용하며 전자를 방출함으로써 MX로 변환된다. 다른 실시예에 있어서, MX는 "양전극"에서 하나의 전자의 제거를 통하여 M+ +X (aq)로 변환되며, M은 "음전극"에서 M+ (aq) 이온을 수용하며 전자를 방출함으로써 MX로 변환된다. 이러한 실시예들에 있어서, X는 염소 또는 요오드 같은 할로겐 화합물일 수 있으며, M은 MX가 어떠한 전기 전도 물질이며 M의 MX로의 그리고 MX의 M으로의 변환이 전기 화학적으로 가역적 또는 비가역적 반응이 되도록 하는 어떠한 금속일 수도 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 양 및 금의 금속 전극들은 모두 AgCl이며 이온은 Cl이다. 특히 바람직한 실시예에 있어서, 겔을 포함하는 Cl과 접촉하는 AgCl의 표면적은 40 쿨롬의 전하 전송당 0.5㎠보다 크다. 특히 바람직한 다른 실시예에 있어서, 양 및 음의 전극의 금속은 동일하지 아니하다. 이러한 실시예에 있어서, 일 전극은 Ag이며 다른 전극은 AgCl이다. 전극은 1㎛와 100㎛ 사이의 평균 기공 크기를 갖는 0%(완전히 조밀한) 및 50% 사이의 다공률을 가져야 한다.

다른 실시예에 있어서, 내부식성의 금속 전극(스테인레스 스틸 합금, 금, 알루미늄, 니켈, 구리로 이루어지나, 이에 제한되지는 아니함)의 플레이트 또는 메쉬, 전도성 탄소 패드, 직물 또는 메쉬는 중성염이 물에 용해되면 M+와 X-를 형성하는 MX전류 집전체로서 작용한다. 전위를 전극에 위치시키면, 수소 가스가 음의 전극에서 발생하고 종 X가 양의 전극에서 퇴적/발생하며, 종 X는 염소 또는 요오드일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 금속 전극은 백금이다. 특히 바람직한 실시예에 있어서, 겔과 접촉하는 Pt의 표면적은 40 쿨롬의 전하 전송당 0.5㎠보다 크다. 전극은 1㎛와 100㎛ 사이의 평균 기공 크기를 갖는 0%(완전히 조밀한) 및 50% 사이의 다공률을 가져야 한다.

몇몇의 적용예에 있어서, 하나 이상의 겔 또는 전해질층이 사용된다. 일 실시예에 있어서, Xn-이 겔, 페이스트 또는 수화된 막 전해질을 통하여 피부 또는 다른 신체 조직을 통과하여 피부를 통하여 제 2의 겔, 페이스트 또는 수화된 막 전해질로 다시 빠져나오도록 필름 전하가 전송된다. 상대 이온 Mn+이 존재하여야만 하며, 이 또한 전하를 운반할 수 있다. 바람직한 일 실시예에 있어서, M과 X는 생물학적 유체 또는 조직에 일반적으로 존재하는 이온들로부터 선택된다.

하나 이상의 겔의 상기한 설명의 특히 바람직한 실시예에 있어서, X는 Cl이며 M은 Ag이다. 바람직한 일 실시예에 있어서, 겔 내부의 X의 농도는 피부 또는 생물학적 유체와 같은 생물학적 조직에 존재하는 X의 농도와 가깝도록 선택된다. 특히 바람직한 실시예에 있어서, Ag+와 Cl-의 농도는 10mM과 200mM의 사이이다. 바람직한 다른 실시예에 있어서, 겔 내부의 X의 농도는 생물학적 조직에 일반적으로 존재하는 X의 농도를 초과하도록 선택된다. 더욱 바람직한 실시예에 있어서, 겔 내부의 [Ag]와 [Cl]의 농도는 200mM 내지 2M이다. 바람직한 다른 실시예에 있어서, 생물학적 유체 또는 조직에서 일반적으로 발견되는 두 개 이상의 이온들이 겔 내부에 존재한다. 특히 바람직한 실시예에 있어서, 이온의 농도는 생물학적 유체 또는 조직에 일반적으로 존재하는 이온의 농도에 가깝다. 더욱 바람직한 실시예에 있어서, 겔 내부의 5개의 이온들이 생물학적 유체 또는 조직 내부의 5개의 이온들의 농도에 가깝다. 이러한 이온들은 조직 내부의 더욱 우세하며 활동적인 이온 또는 더욱 이동성이 강한 이온에 해당한다. 이 이온들은 Na, K, Cl, Ca 및 Mg을 포함할 수 있다. 바람직한 일 실시예에 있어서, 겔 내부의 X-의 피크 또는 평균 전류 밀도는 ㎠당 0.1 mA 보다 크며 ㎠당 10 mA 보다 작다.

다른 실시예에 있어서, X-는 X-가 이를 통하여 종 Y에 전하를 전송하는 피부에 수송되며 X가 침적 또는 발생되며 종 Y이 필요한 전하 균형을 통하여 Y-가 되는 겔, 페이스트 또는 수화된 막 전해질을 통과한다. 그러면, 종 Y-는 피부 및 신체 조직을 통하여 종 Y가 발생 또는 침적되며 종 X가 필요한 전하 균형을 통하여 종 X-로 변환되는 제 2의 겔, 페이스트 또는 수화된 막 전해질로 수송된다. 그리고 나서, 종 X-는 제 2 전극으로 수송되어 상기한 바와 같은 전기 화학적 반응을 겪게 된다. 따라서, M+는 M+가 이를 통하여 종 N에 전하를 전송하는 피부에 수송되며 M이 침적 또는 발생되며 종 N이 필요한 전하 균형을 통하여 N-가 되는 겔, 페이스트 또는 수화된 막 전해질을 통과한다. 그러면, 종 N-은 피부 및 신체 조직을 통하여 종 N이 발생 또는 침적되며 종 M이 필요한 전하 균형을 통하여 종 M-로 변환되는 제 2의 겔, 페이스트 또는 수화된 막 전해질로 수송된다. 그리고 나서, 종 M+는 제 2 전극으로 수송되어 상기한 바와 같은 전기 화학적 반응을 겪게 된다. 바람직한 일 실시예에 있어서, 신체에 일반적으로 존재하지 아니하는 이온들로부터 상당한 농도로 선택된다. 더욱 바람직한 실시예에 있어서, X-는 염소 이온 또는 요오드 이온이다. 바람직한 일 실시예에 있어서, X 및 Y의 전하 전송 밀도는 0.5㎠의 겔 피부 접촉 면적당 1 쿨롬보다 크며, 0.5㎠의 겔 피부 접촉 면적당 100 쿨롬보다 작다. 바람직한 다른 실시예에 있어서, 상기의 반응을 방지하기 위해서, 생물학적 조직 또는 유체 내부에 일반적으로 많은 양으로 존재하지 아니하는 이온들은 겔에서 생략된다. 더욱 바람직한 실시예에 있어서, 생물학적 조직에 많은 양으로 존재하지 아니하는 겔 내부의 이온의 활동성은 1mM보다 작다. 생물학적 조직에 존재하는 이온의 포함 또는 생략은 발생 전압의 감소, 바람직하지 않은 전기 화학적 산물, 및 자극감을 포함하는 상기한 전체적인 디자인 인자에 의해 결정된다. 본 발명에 도시된 바와 같이, 안전하며 효과적인 신경 두개 자극을 위해 적절한 방식으로의 겔 조성물의 디자인 및 선택이 필요하다.

다른 실시예에 있어서, 전해질 매체는 셀룰로오스, 셀룰로오스 유도체 또는 변형체, 또는 물 내에 소정 농도의 염 MX으로 이루어진 염수 용액과 혼합된 천연 섬유로 이루어진 페이스트이다. 이때, M은 나트륨, 칼륨, 마그네슘 또는 은이며, X는 염소 또는 요오드이며, 염수 내의 염의 농도는 10 과 200mM 사이이며, 약 10-3 S/㎝ 또는 그 이상의 전도도를 유지하면서 100 CPS의 최소 점도와 100,000 CPS의 최대 점도가 유지되도록 용액에 대한 염수의 비율이 구성된다.

다른 실시예에 있어서, 전해질 매체는 셀룰로오스, 셀룰로오스 유도체 또는 변형체, 또는 물 내에 소정 농도의 염 MX으로 이루어진 염수 용액과 혼합된 천연 섬유로 이루어진 페이스트이다. 이 때, M은 나트륨, 칼륨, 마그네슘 또는 은이며, X는 염소 또는 요오드이며, 염수 내의 염의 농도는 10 과 200mM 사이이며, 약 10-3 S/㎝ 또는 그 이상의 전도도를 유지하면서 100 CPS의 최소 점도와 100,000 CPS의 최대 점도가 유지되도록 용액에 대한 염수의 비율이 구성된다.

다른 실시예에 있어서, 물 내에 소정 농도의 염 MX으로 이루어진 염수 용액에 수화된 친수성 막 또는 멤브레인(천연 스폰지, 폴리에틸렌 옥사이드, 100,000을 초과하는 분자량을 갖는 플루오르화된 고분자 폴리머를 포함하나, 이에 제한되지는 아니함)이 이용된다. 이 때, M은 나트륨, 칼륨, 마그네슘 또는 은이며, X는 염소 또는 요오드이며, 염수 내의 염의 농도는 10 과 200mM 사이이며, 약 10-3 S/㎝ 또는 그 이상의 전도도를 유지하면서 100 CPS의 최소 점도와 100,000 CPS의 최대 점도가 유지되도록 용액에 대한 염수의 비율이 구성된다. 막은 광자, 열 처리, 또는 디프로톤화, 산화 또는 환원을 포함하며 이에 제한되지는 아니하는 화학적 처리를 통하여 설정되거나 가교될 수 있다.

낮은 수준의 불쾌감을 유지하면서 전기 화학적 성능을 향상시키기 위해서, 특정한 추가적 전해질들이 사용될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기에 논의된 염수 이외에 심층수 또는 해수(100 mM 내지 500 mM 용액)의 형태이며 NaCl, MgCl₂or KCl일 수 있으나 이에 제한되지는 아니하는 지지 전해질이 사용된다.

전해질 및 전극에 대한 지지 재료가 본 발명의 목적을 위해 특별하게 디자인될 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 지지 재료는 홀더가 다공성이거나 다공성이 아닐 수 있는 제한적이지 아니하는 Al₂O₃ 또는 TiO₂와 같은 비반응성 및 비전도성 세라믹일 수 있다. 다공성인 경우, 기공 크기는 30㎛ 및 500㎛ 사이일 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 지지 재료는 홀더가 다공성이거나 다공성이 아닐 수 있는 제한적이지 아니하는 PVDF, PVC, 아크릴 또는 ABS와 같은 비반응성 및 비전도성 폴리머일 수 있다. 다공성인 경우, 기공 크기는 30㎛ 및 500㎛ 사이일 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 지지 재료는 비반응성 및 비전도성 폴리머와 세라믹의 혼합물일 수 있으며, 폴리머는 제한적이지 아니하는 PVDF, PVC, 아크릴 또는 ABS이며, 세라믹은 홀더가 다공성이거나 다공성이 아닐 수 있는 제한적이지 아니하는 Al₂O₃ 또는 TiO₂ 일 수 있다. 다공성인 경우, 기공 크기는 30㎛ 및 500㎛ 사이일 수 있다.

조합에 사용되는 고체 전도체들은 피부를 가로질러 전류의 적용 또는 모니터링을 위해서 당분야에 일반적으로 사용되는 고체 전도체들을 포함한다. 이러한 적절한 도체들은 예를 들면, 고무, Ag, 및 AgCl을 포함한다. 바람직한 실시예에 있어서, 전극 고체 전도체는 소결된 AgCl이다.

상술한 바와 같이, 상기 조합은 조합되는 경우, 전기 화학적 지식에 기초하여 활성 전해질 형성 또는 고체 전도체의 소모를 지원하는 것으로 예측되는 겔과 전해질로 이루어진다. 바람직한 실시예에 있어서, 전극/겔 조합이 양극 및 음극에서 각각 AgCl의 형성 및 소모를 지지하는 것으로 예측된다. 특히 바람직한 실시예에 있어서, 조합은 CCNY-4 겔을 갖는 Ag 또는 Ag/AgCl 고체 전도체로 이루어진다.

본 발명의 제 6 양태에 따르면,

적절한 전극-피부 접촉 영역을 선택하며;

적절한 금속 전극 재료를 선택하며;

전극 형상을 선택하며;

경질 또는 반경질의 홀더를 선택하며;

적절한 겔을 선택하며;

겔 또는 피부에 인가되는 화학 물질을 선택하며;

겔/피부에 대한 온도를 선택하며;

피부를 준비시키며;

전극 저항을 확인하며; 및/또는

본 발명의 일 실시예에 있어서, 전극 형상은 펠렛, 링, 함몰면(recessed surface), 톱니형상의 면(saw shaped surface), 오목면(concave surface), 볼록면(convex surface), 말발굽형(horse shore shape), 사각, 격벽, 디스크로 이루어진 군에서 선택된다. 바람직한 실시예에 있어서, 전극 형상은 링이다. 더욱 바람직한 실시예에 있어서, 링형의 외경은 링형의 두께보다 3배 이상 크다. 바람직한 또 다른 실시예에 있어서, 링형의 내경은 링형의 외경보다 50% 이상 크다.

바람직한 다른 실시예에 있어서, 전극 형상은 펠렛이다. 더욱 바람직한 실시예에 있어서, 펠렛 길이는 펠렛 직경보다 3배 이상 크다.

다른 실시예에 있어서, 겔은 수정된 현존하는 변경 전극 겔들과 Signa, Spectra, Tensive, Lectron II 및 Redux를 포함하는 현존하는 베이스 겔들로 이루어진 군에서 선택된다. 바람직한 실시예에 있어서, 겔은 추가적인 염을 포함하는 Signa의 변경 버전이거나 또는 CCNY-4이다. 더욱 바람직한 실시예에 있어서, 겔은 CCNY-4이다.

다른 실시예에 있어서, 온도는 섭씨 -10 - 45 도로 이루어진 범위로부터 선택된다. 바람직한 실시예에 있어서, 온도는 섭씨 10 내지 37 도의 범위로부터 선택된다.

다른 실시예에 있어서, 전기적 파형은 DC, 단속적 DC, 대칭형 AC, 비대칭형 AC, 비균형 삼상파(unbalanced triphasic), 램핑된 파(ramped), 노이즈로 이루어진 군에서 선택된다. 바람직한 실시예에 있어서, 전류는 경두개 직류 자극(tDCS)의 방법을 통하여 인가된 직류이다.

다른 실시예에 있어서, 피부 준비는 겔 또는 크림과 같은 전달 재료로서 얻어질 수 있는 화학 물질과 같은 피부 치료제의 인가, 전기적인 피부 치료, 찰과상 또는 할큄을 통한 것을 포함하는 피부의 기계적 변경, 및 피부 온도의 변화를 포함하는 군으로부터 선택된다.

다른 실시예에 있어서, 저항은 100 ohm 내지 5 메가 ohm, 또는 더욱 바람직하게는 200 ohm 내지 1 메가 ohm, 또는 더욱 바람직하게는 300 ohm 내지 1 메가 ohm, 또는 더욱 바람직하게는 200 ohm 내지 600 ohm, 또는 더욱 바람직하게는 100 ohm 내지 600 ohm, 또는 더욱 바람직하게는 400 ohm 내지 600 ohm으로 구성된 군에서 선택된다.

다른 실시예에 있어서, 홀더의 형상은 원형, 원통형, 원뿔형 및 사각형으로 이루어진 군에서 선택된다. 바람직한 실시예에 있어서, 형상은 원통형이거나 원통의 쌍곡면 순열이다.

제 7 양태에 따르면, 두피와 접촉하는 원위 단부와 겔의 일 부분을 포위하는 부분을 갖는 근위 단부를 구비하는 적어도 하나의 경질 또는 반경질의 쉘, 근위 단부와 두피와 접촉하며 전해질을 포함하지 않거나 하나 이상의 전해질을 포함하는 겔 또는 페이스트의 일 부분과 접촉하는 원위 단부를 구비하는 적어도 하나의 전기 자극 전극, 및 두피 상에 배치되며 반경질의 쉘에 연결되는 캡 또는 메쉬를 각각 포함하는 복수 개의 전극을 이용하여 경두개 전류를 두피를 통하여 인가하기 위한 장치가 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 장치는 밴딩 장치, 플레이트 장치, 교차 장치 또는 가요성의 캡 또는 메쉬를 포함하는 본 발명에서 제공되는 수단에 의해 머리에 부착되는 반경질의 쉘을 갖는다. 다른 실시예에 있어서, 상기 전극은 원통형을 갖는다. 또 다른 실시예에 있어서, 전극은 디스크형 또는 링형으로 이루어진 군에서 선택된다. 일 실시예에 있어서, 상기 겔은 고 저항률을 갖는 반면, 다른 실시예에 있어서, 겔은 저 저항률을 갖는다. 일 실시예에 있어서, 상기 쉘은 원형의 원위 단부를 갖는 반면, 다른 실시예에 있어서, 상기 쉘은 사각형의 원위 단부를 갖는다. 일 실시예에 있어서, 상기 전극은 금속인 반면, 다른 실시예에 있어서, 상기 전극은 세라믹이다. 일 실시예에 있어서, 상기 전극은 은인 반면, 다른 실시예에 있어서, 상기 전극은 염화은이다. 일 실시예에 있어서, 상기 반경질의 쉘은 금속 구성 요소를 포함하는 반면, 다른 실시예에 있어서, 상기 반경질의 쉘은 원위 단부의 일 부분은 차단하는 절연 재료를 포함한다. 또 다른 실시예에 있어서, 상기 반경질의 쉘은 최소 1㎠의 개구를 갖는 원위 단부를 갖는다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반경질의 쉘은 환자 개개인에 적합하도록 상기 메쉬 캡의 최적의 위치로 상기 반경질의 쉘을 조절하기 위한 조절 및 부착 메커니즘을 갖는다. 다른 실시예에 있어서, 상기 반경질의 쉘은 전류 밀도를 줄이기 위해 증가된 영역을 갖는 원위 단부를 갖는다. 다른 실시예에 있어서, 상기 반경질의 쉘은 전류 밀도를 줄이기 위해 메쉬를 갖는 원위 단부를 갖는다.

제 8 양태에 따르면,

근위 단부와 전해질을 포함하지 않거나 하나 이상의 전해질을 포함하는 제 1 겔의 일 부분과 접촉하는 원위 단부를 구비하는 적어도 하나의 전기 자극 전극; 및

본 발명에 따른 일 실시예에 있어서, 상기 제 2 겔은 고 저항률을 갖는 반면, 다른 실시예에 있어서, 상기 제 2 겔은 저 저항률을 갖는다. 일 실시예에 있어서, 상기 전기 자극 전극은 제 2 겔의 일 부분과 접촉되는 반면, 다른 실시예에 있어서, 상기 전기 자극 전극은 제 2 겔의 일 부분과 접촉되지 않는다. 일 실시예에 있어서, 상기 반경질의 쉘은 제 1 겔 및 제 2 겔을 위한 별개의 격실을 포함하는 반면, 다른 실시예에 있어서, 상기 반경질의 쉘은 제 1 겔 및 제 2 겔을 위한 단일의 격실 하나를 포함한다.

제 9 양태에 따르면,

일 실시예에 있어서, 상기 반경질의 쉘은 상기 전극 마운트의 일 부분을 둘러싸는 반면, 다른 실시예에 있어서, 상기 반경질의 쉘은 상기 전극 마운트 전체를 둘러싼다. 일 실시예에 있어서, 상기 전극 마운트는 상기 겔 또는 페이스트와 접촉하는 반면, 다른 실시예에 따르면, 상기 전극 마운트는 상기 전극 마운트는 상기 겔 또는 페이스트와 접촉한다. 일 실시예에 있어서, 상기 전극 마운트는 원형 또는 관형(tubular)이다. 일 실시예에 있어서, 상기 전극 마운트는 그 내측면에서 상기 겔 또는 페이스트와 접촉하는 반면, 다른 실시예에 있어서, 상기 전극 마운트는 그 외측면에서 상기 겔 또는 페이스트와 접촉한다. 일 실시예에 있어서, 상기 매트릭스는 매트릭스의 약 10% 내지 70%의 양으로 물을 포함하는 소수성 폴리머이다. 다른 실시예에 있어서, 상기 매트릭스는 실질적으로 산 또는 강산의 염을 함유하지 않는다. 또 다른 실시예에 있어서, 상기 매트릭스는 실질적으로 염화염을 함유하지 않는다. 일 실시예에 있어서, 상기 매트릭스는 두피에 비해서 고 저항률을 갖는 반면, 다른 실시예에 있어서, 상기 매트릭스는 두피에 비해서 저 저항률을 갖는다. 일 실시예에 있어서, 상기 매트릭스는 1㎠ 이하의 면적에서 두피와 접촉한다.

제 10 양태에 따르면, 전기 전도성 배킹(backing) 및 이에 피복되는 전기 전도성 하이드로겔 매트릭스를 포함하며, 상기 매트릭스는 환자의 피부와 접촉되도록 구성되며 신체의 윤곽과 일치하도록 충분히 가요성인 경두개 자극 전극이 제공된다.

본 발명은 전기 자극 동안 야기되는 자극감 또는 불쾌감을 줄이거나 제거함으로써 비침습성의 신경 두개 자극을 용이하게 한다. 자극이 자극감 또는 불쾌감을 초래할 수 있도록 하는 몇몇의 메커니즘이 있으며, 이는 1) 가열, 2) 축색 돌기의 전기적 자극, 3) pH 변화, 4) 온도 변화, 5) 전기 천공 또는 전기 투과, 6) 전기 분해, 7) 전기 영동, 8) 이온토포레시스(iontophresis), 및 9) 전기 삼투를 포함한다. 이러한 메커니즘들은 연계되거나 독립적으로 실행될 수 있다. 자극감 또는 불쾌감을 초래할 수 있는 다른 메커니즘들이 있다.

NINCS 동안 불쾌감 또는 자극감을 줄이기 위한 몇몇의 방법들이 발견되었다. 이러한 방법들은 1) 겔 또는 고체 전도체 특성의 최적화, 2) 전극 및 전극 홀더 지오메트리 및 물리적 특성의 최적화, 3) 화학적 전처리, 4) 전기적 전처리, 및 5) 피드백 모니터링이다. 이러한 방법들 각각은 독립적으로 또는 서로 조합되어 적용될 수 있다.

전형적 NINCS 설정:

전기 전도성의 와이어를 통하여 대상자의 머리에 위치하는 전극에 전달되는 전기 에너지를 발생시키는 장치가 제공된다. 이 장치는 인가된 전압 및/또는 전류를 제어할 수 있다. 전류는 암페어(A)가 단위이며, 밀리 암페어(mA)로 측정될 수도 있다. 전류는 전기 와이어 아래에서 먼저, 예를 들면, 은 디스크와 같은 고체의 (반)경질의 전도체로 진입하는 전극을 향하여 이동한다. 전류는 와이어로부터 고체 전도체 내부로 확산된다. 전류 밀도(A/㎡의 단위인)는 전류가 고체 전도체를 통하여 어떻게 확산되는지를 설명한다 - 이러한 확산은 균일하지 않음(즉, 전류 밀도는 모든 곳에서 동일하지 않음). 고체 전도체의 일 부분에서의 전류 밀도는 고체 전도체의 다른 부분들에서의 전류 밀도와 동일하지 않다. 종종, 전류는 전도체의 가장자리를 따라 집중되는 경향이 있다. 전도체에 도달한 후, 전류(고체 전도체 전체에 걸쳐 확산되는)는 전도성 겔 내부를 지난다. 고체 전도체와 겔 사이에는 경계면(이러한 경계면은 다른 경우에는 "전극"이라 불리지만 여기서 "전극"은 전체 헤드 어셈블리를 언급한다)이 있다. 이러한 경계면에서의 전류 밀도는 특히 중요하다. 일반적으로, 항상 그렇지는 아니하지만, 전류 밀도는 가능한 한 낮고 균일한 것이(즉, "핫 스팟"이 없는 것이) 바람직하다. 그리고 나서, 전류는 계속해서 "확산"되는 겔을 통하여 이동하며, 이러한 확산의 측정은 겔 내부의 전류 밀도의 값을 통해 이루어진다. 겔의 일 부분에서의 전류 밀도는 겔의 다른 부분에서의 전류 밀도와 다르기 때문에, 겔의 전류 밀도는 겔 전체에서 균일하지 않다. 겔은 피부와 접촉한다. 겔과 피부 사이에는 경계면이 있다. 이러한 경계면에서, 전류 밀도는 가능한 한 낮고 전류 밀도가 매우 높은 핫 스팟을 갖지 않는 것이 중요하다. 그리고 나서, 전류는 피부로 진입 및 이동한다. 피부 내부에는 겔에서 처럼, 반드시 균일하지는 않아서 피부에 전류 밀도 핫 스팟을 초래하는 특정한 전류 밀도가 있다. 일반적으로, 피부 내부의 전류 밀도를 가능한 한 낮고 균일하게 함으로써 피부 내부의 이러한 전류 밀도 핫 스팟을 피하는 것이 바람직하다. 이전의 텍스트가 전극을 통하여 전류가 만드는 행로를 설명한 바 있다. 이러한 행로 상의 세부 내용들은 사용된 재료의 형상, 사용될 재료의 타입, 및 피부의 상태에 좌우된다. 중요한 것은 전극을 만드는 방법과 피부를 준비시키는 방법이다. 이러한 파라미터들을 제어함으로써, 전류 밀도는 자극감 및 불쾌감을 감소시키거나 방지하는 방식으로 제어될 수 있다. 전류 밀도는 자극감 및 불쾌감의 야기에 대한 유일한 설명은 아니며 제어될 필요가 있는 유일한 파라미터도 아니지만, 이는 중요하다고 여겨지는 파라미터이다.

겔, 반경질의 홀더 또는 고체 전도체의 특성의 변화:

겔은 화학적 조성물과 재료 특성을 갖는 재료로 이루어진다. 반경질의 홀더는 조성물과 재료 특성을 갖는 재료로 이루어진다. 고체 전도체는 조성물과 재료 특성을 갖는 재료로 이루어진다. 이러한 인자들은 NINCS 동안 피부 자극감/불쾌감을 감소시키기 위해 제어 및 선택될 수 있다.

실험 전에 상기 재료들이 결정되며 제조될 수 있다. 특정한 경우, NINCS 바로 직전 또는 NINCS 동안에도 상기 재료 및 재료 특성의 변화가 가능하다.

겔의 하기의 재료 특성들은 자극감 또는 불쾌감을 감소시키기 위해 변화될 수 있다:

겔 전도도, 더욱 명확하게는 30,000 내지 60,000 또는 40,000 ㎛hos/㎝ 이상. 겔 이온 함량, 더욱 명확하게는 NaCl, KCl 및 CaCl₂.

겔 온도, 더욱 명확하게는 섭씨 0 과 37도 사이 범위.

겔 점도, 더욱 명확하게는 1,000 내지 1,000,000 또는 180,000 - 260,000 CPS의 범위.

아세트산나트륨, 수산화나트륨, 구연산나트륨 등의 화학 물질의 겔 내부로의 추가. 본 발명에 설명된 바와 같이, 신경 두개 자극에 있어서 Cl의 농도가 중요하다. 염화나트륨의 추가는 나트륨 농도 뿐만 아니라 염화물 농도도 증가시킨다. 상기의 화학 물질의 추가는 나트륨 농도는 증가시키지만 염화물 농도는 증가시키지 않는다.

겔 항산화성, 더욱 명확하게는 본 발명에 설명된 바와 같이 항산화제의 겔 내부로의 추가.

겔 진통 효과, 더욱 명확하게는 본 발명에 설명된 바와 같이 진통제의 겔 내부로의 추가.

고체 전도체의 하기의 재료 특성들은 자극감 또는 불쾌감을 감소시키기 위해 변화될 수 있다:

1Ω 내지 1,000Ω 또는 10Ω-1KΩ의 범위인 고체 전도체 저항 (근위 단부에서 원위 단부).

고체 전도체는 금속, 고무, 전도성 고무, Ag/AgCl, Ag 및 금일 수 있다.

바람직한 일 실시예에 있어서, 고체 전도체는 소결된 Ag/AgCl이다. 바람직한 다른 실시예에 있어서, 고체 전도체는 전도성 고무이다. 바람직한 다른 실시예에 있어서, 고체 전도체와 겔의 저항률의 비율이 제어된다.

변화 전극 지오메트리:

전극은 금속, 겔, 및 고체 전도체와 겔을 위한 홀더로 이루어진다. 일반적으로, 홀더는 전기 절연체이다. 홀더는 두피 또는 머리 또는 목의 다른 부분과 접촉한다. 홀더를 일반적으로 홀더가 겔의 형상을 정의하는 방식으로 겔이 삽입되는 하나의 우물 또는 일련의 우물들을 형성한다. 고체 전도체는 겔과 접촉하며 일반적으로 홀더에 의해서 제자리에 유지된다. 홀더는 일반적으로 전극을 머리에 위치시키는 전극 컵 또는 밴드에 부착된다. 한 쌍의 영상이 NINCS 동안 자극감 또는 불쾌감을 감소시킬 수 있는 지오메트리 및 바람직한 실시예들의 몇몇의 예들을 도시한다.

이러한 실시예들의 몇몇은 핀 디자인을 포함한다. 핀은 홀더의 일 부분이다. 핀 디자인은 하나 이상의 면을 포함하며, 이러한 면들은 두피의 표면에 수직하며, 1) 이들이 겔을 격실들로 분리하며, 2) 전극의 일 부분이 이러한 격실들 각각과 접촉하는 방식으로 전극을 이러한 격실들에 걸쳐 위치시키는 두 개의 상호 관련된 기능을 제공한다. 핀은 평지와 평행하거나 전극 중심을 축으로 하여 방사형으로 대칭하거나 몇몇의 다른 패턴으로 배치될 수 있다. 각각의 핀은 직사각형의 형상이거나 다른 형상일 수 있다.

이러한 지오메트리의 몇몇의 특징들은 외경이 1 내지 1,000mm 또는 11-12mm의 범위이며 내경이 1 내지 1,000mm 또는 6-7mm인 하나 이상의 링형 금속 전도체를 포함한다. 펠렛형 금속 전도체는 직경이 1 내지 1,000mm 또는 1.5-2.5mm의 범위이며 깊이가 1 내지 1,000mm 또는 2-4mm의 범위이다. 디스크형의 금속 전도체는 직경이 1 내지 1,000mm 또는 11-12mm의 범위이다.

홀더는 겔을 1 내지 100의 격실 수를 갖으며, 바람직하게는 단일 겔에 대해서 하나의 격실 또는 2와 7 사이의 격실 수를 갖으며, 더욱 바람직하게는 겔들의 조합에 대해 2 내지 5의 격실 수를 갖는 격실들로 분리한다.

홀더는 겔을 격실들로 분리하며 다른 또는 동일한 겔이 각각의 격실에 적용된다. 홀더는 0.1 내지 100mm 또는 2-5mm의 범위인 인접하는 고체 전도체에서 두피 표면까지의 거리를 고정한다.

홀더는 핀의 개수가 1에서 1,000까지, 2에서 7까지, 및 3에서 5까지의 범위인 핀 디자인을 이용하여 고체 전도체의 위치를 고정한다.

전극 표면은 니들, 마이크로 니들, 마이크로 아키텍처, 나노 특징 또는 나노 튜브를 갖도록 변경된다.

바람직한 일 실시예에 있어서, 고체 전도체는 세 개의 핀이 방사형으로 대칭인 전극 홀더에 위치하는 링이다. 바람직한 다른 실시예에 있어서, 단일의 홀더는 두 개의 고체 전도체를 수용한다. 바람직한 다른 실시예에 있어서, 만입부 또는 곡면의 연장부를 포함하는 연장부의 추가를 포함하는 고체 전도체의 표면 형상을 변화시킴으로써 고체 전도체 표면적이 증가된다.

화학적 전처리:

NINCS 동안의 자극감과 불쾌감을 감소시키기 위해서, NINCS전에 화학 물질을 도포하여 피부 또는 전극을 전처리할 수 있다. 화학 물질은 처리 며칠, 몇 시간, 또는 몇 분 전에 도포될 수 있다. 화학 물질은 피부 또는 전극에 도포될 수 있다. 화학 물질은 솔질, 압착, 주사 또는 주입을 포함하는 다양한 수단에 의해서 도포될 수 있다. 화학 물질은 피부 또는 겔을 투과하는 것이 허용될 수 있다. 화학 물질은 NINCS 동안 도포될 수 있다. 화학 물질은 NINCS 전에 도포될 수 있다. 화학 물질은 액체 캐리어에 용해되거나 혼합될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 예비-컨디셔닝(pre-conditioning) 크림이 0.2-2㎖로 전극 아래에 도포된다. 바람직한 실시예에 있어서, 예비-컨디셔닝(pre-conditioning) 크림은 주자극 단계 5분 이상 (>5) 전에 도포될 수 있다. 바람직한 다른 실시예에 있어서, 예비-컨디셔닝 크림의 저항률은 겔의 저항률보다 크도록 선택된다. 이러한 경우, 컨디셔닝 크림은 전류 출입의 균일성의 증가를 포함하는 전류 확산을 변경할 수 있다. 바람직한 다른 실시예에 있어서, 예비-컨디셔닝 크림의 저항률은 겔의 저항률보다 작도록 선택된다. 이러한 경우, 컨디셔닝 크림은 전류 흐름의 전체적 저항을 크게 증가시키지 아니하여, 전극 전위에 대한 기여를 최소화할 수 있다. 크림은 하기에 설명하는 바와 같은 변화를 가지고 겔과 피부 양자와의 경계면을 형성한다. 이러한 이유로, 적절한 예비-컨디셔닝 크림을 본 발명에 설명되는 디자인 명세 및 제약 조건에 기초하여 본 발명에 설명되는 바와 같이 사용되는 겔과 매치시킬 수 있다. 예를 들면, 바람직한 일 실시예에 있어서, 예비-컨디셔닝 크림은 겔 내부에 제 1 이온 캐리어를 포함한다. 바람직한 다른 실시예에 있어서, 예비-컨디셔닝 크림은 겔 내부에 제 1 이온 캐리어를 포함하지 아니한다. 겔 내부의 제 1 이온 캐리어가 조직 또는 피부 내부의 제 1 이온 캐리어와 매치되는 경우 인자들이 고려되어야 한다.

다른 실시예에 있어서, 전처리의 특성들은 본 발명에서 상기에 설명된 전극 겔들의 특성들과 본질적으로 동일하다. 그러므로, 본 실시예에 있어서, 전처리 크림은 최적의 전극 겔과 동일한 조성물이며, 자극 전에 두피에 도포된다.

화학 물질은 피부의 특성을 변화시키거나, 전극의 특성을 변화시키거나, 또는 전류가 서로 다른 재료들 사이에서 그리고 피부 내부와 피부를 통과하여 이동하는 방법을 변화시킬 수 있다.

화학적 전처리의 목표들 중 몇몇은 피부 저항을 변경시키며, 피부 저항률을 변경시키며, 피부 저항률을 더욱 균일하게 하며, 저항률 핫 스팟 또는 콜드 스팟을 제거하며, 모공(skin pores)을 폐쇄하며, 모공을 개방하며, 모공의 특성(땀샘과 모낭을 포함)을 변화시키며, 확장 반응을 포함하는 피부 내의 혈관의 특성을 변화시키며, 발화 임계를 포함하는 피부의 축색 돌기의 특성 및 발화 임계와 기계적 반응을 포함하는 근육 세포의 특성을 변화시키는 것이다. 화학 물질은 땀구멍을 폐쇄 및 개방하는 물질일 수 있다. 화학물질은 다음을 포함한다:

완충제 또는 피부의 산 균형의 재생을 도와주는 산성 외피(acid mantle)와 같은 pH-균형 크림. 이러한 크림은 균형을 유지시키기 위해서, 기본적 산물을 생산하는 크림 아래에서 사용될 수 있다. 또한, 이 크림은 하기의 크림의 특성을 기초로 양극 및 음극 아래에서 서로 다른 크림들 또는 국소 용액들의 사용에 유용하게 적용될 수 있다;

자극감을 감소시키기 위한 크림의 주된 성분 중의 하나인 산화 아연을 갖는 하이드로코르티손 1% 크림과 같은 통증 연고. 산화 아연 크림(Balmex, Desitin), 바셀린, 및 초산 알루미늄(burrow's solution)의 조합이 자극감을 감소시키도록 제조될 수 있다;

만성적인 발적과 염증의 감소를 도와주는 알로에 베라와 같은 약제;

Foille과 같은 화상 연고;

태양광 차단 SPF 30+의 Cellex-C와 같은 항염증 약제; 또는

벤조케인, 리도케인, 프릴로케인 또는 라나카인과 같은 마취 또는 진통 크림 또는 연고.

화학 물질은 NaH₂PO₄와 같은 pH 완충제일 수 있다.

화학 물질은 스테아르산, 프로필렌 글리콜, 리놀레산, 에탄올, 라우릴 황산나트륨(sodium lauryl sulfate), 올레산, 및 스테아르산과 같이 피부 임피던스를 감소시키는 침투 증진제일 수 있다.

화학 물질은 NINCS 동안 또는 전기 자극 동안 전기에 의해 활성화되거나 수송될 수 있다. 화학 물질은 1 내지 1,000,000의 범위, 바람직하게는 40,000보다 크며, 가장 바람직하게는 40,000 - 60,000 ㎛hos/㎝의 고 전도도를 가질 수 있다. 화학물질은 국소 용액과 같은 마취제일 수 있다. 화학 물질은 Tronolane과 같이 통증 및 자극감을 감소시킬 수 있다. 화학 물질은 Relaxaid와 같은 근육 이완제일 수 있다.

화학 물질은 BenGay와 같이 온도 변화를 유도할 수 있다.

바람직한 일 실시예에 있어서, 화학 물질은 피부의 표면에 도포되며, 그리고나서 전극을 그 표면에 위치시킬 수 있다.

바람직한 다른 실시예에 있어서, 화학 물질은 피부와 접촉할 표면 상의 전극에 도포되며, 그리고 나서 전극을 피부에 위치시킬 수 있다.

전기적 전처리:

NINCS 동안 자극감 또는 불쾌감을 감소시키기 위해서, 실제 자극 프로토콜 이전에 전기 전류가 인가되어, 대상자를 효과적으로 민감하게 할 수 있다. 가장 단순한 실시예에 있어서, 전류는 이후에 자극을 위해서도 사용되는 동일한 전극을 통하여 인가된다. 그러나, 전기적 전처리를 위해서 별개의 전극들이 사용될 수 있다.

전기적 전처리는 처리 며칠, 몇 시간, 또는 몇 분 전에 적용될 수 있다. 또한, 전기적 전처리는 NINCS 동안 또는 NINCS 이후에 적용될 수 있다.

전기적 전처리 단계는 전처리를 위한 적절한 파형을 선택하여 실행된다. 전처리 전기 파형은 NINCS와 동일하거나 동일하지 않을 수 있다. NINCS의 파형과 다른 전처리 파형의 이용은 하기의 방법에 있어서 유익하다: 1) 전처리 파형 자체는 어떠한 피부 자극감 및 불쾌감도 야기하지 않지만, 이후의 NINCS가 자극감 또는 불쾌감을 야기하지 않도록 피부 또는 전극 상태를 변화시킨다; 2) 전처리 파형은 되 기능을 변화시키지 아니하나 피부 특성은 변화시킨다.

사용되는 전기적 전처리 파형은 0.1 내지 1 mA의 진폭 범위를 갖는 DC 이며 0.1 내지 60분 동안 인가될 수 있다. 전기적 전처리 파형은 0.1 내지 1 mA의 진폭 범위와 0.01 내지 500 kHz의 주파수 범위를 갖는 AC 이며 0.1 내지 60분 동안 인가될 수 있다. 전기적 전처리 파형은 0.01 내지 500 kHz의 주파수 범위로 펄스될 수 있으며, 펄스 폭은 0.1 마이크로초 내지 100 초이며, 펄스 사이 간격은 0.1 마이크로초 내지 100 초이다.

전기적 전처리 파형은 백색 노이즈, 가우시안 노이즈, 1/f 노이즈, 열 노이즈, 쇼트 노이즈를 포함하는 노이즈이거나 또는 노이즈가 섞여 있을 수 있다.

전기적 전처리 파형은 분당 1 mA 내지 밀리세컨드당 1 mA의 슬로프(slope)를 갖는 램프(ramp)이다. 전기적 전처리 파형은 0 내지 10 또는 0 내지 10,000의 값의 표준 편차를 갖는 가우시안(Gaussian)이다.

전기적 전처리 파형은 상기한 바들의 조합일 수 있으며, 반복적 예비 자극과 관련될 수 있다. 전기적 전처리 파형은 대상자의 피드백 수용과 관련될 수 있다.

바람직한 일 실시예에 있어서, 저 레벨의 컨디셔닝 DC 전류가 자극 이전에 인가될 수 있다. 컨디셔닝 DC 전류는 0.5 mA보다 작으며 0.1 mA보다 클 수 있다. 컨디셔닝 DC 전류는 1분 내지 30분 동안 인가된다. 컨디셔닝 DC 전류는 분당 0.1 mA의 속도로 천천히 램프-업 및 램프-다운될 수 있다. 이러한 컨디셔닝 DC 후에, NINCS 용법 전류(DC 전류일 수 있지만, 일반적으로 더 높고 두뇌 효과적인 진폭을 갖는다 - 이 경우, 컨디셔닝 전류는 DC 전기 요법 전류 동일한 극성 또는 반대의 극성일 수 있다)가 인가된다. DC 컨디셔닝 전류와 NINCS 전기 요법 전류 사이의 간격은 0 과 10분 사이에서 변경될 수 있다. DC 컨디셔닝 전류와 NINCS 전기 요법 전류 사이의 간격 동안, 전극의 저항이 테스트될 수 있다 - 이러한 저항 판단은 NINCS 전기 요법 자극 이전에 또 다른 추가적인 컨디셔닝 전류가 필요한 지를 알려줄 수 있다 (하기의 피드백 모니터링 참조).

바람직한 일 실시예에 있어서, 전기적 전처리 파형은 단조적으로 증가한다. 바람직한 다른 실시예에 있어서, 전처리 파형의 세기는 증가하다가 메인 자극 단계 이전에 감소한다. 더욱 바람직한 실시예에 있어서, 전처리 전기 파형의 세기는 0으로 되돌아온다. 더욱 바람직한 실시예에 있어서, 파형은 사인형의 파형이다. 이러한 일 실시예에 있어서, 사인형 파형은 0의 평균 세기를 갖는다. 이러한 다른 실시예에 있어서, 사인형 파형은 평균 세기가 양의 값 또는 음의 값일 수 있으며 메인 전기 처리 단계의 세기 및 극성과 매치될 수 있는 0이 아닌 평균 세기를 갖는다. 바람직한 다른 실시예에 있어서, 파형은 변조된 진폭을 갖는 사인형 파형이다. 이러한 일 실시예에 있어서, 사인형 주파수는 1000 Hz보다 클 수 있다. 이러한 다른 실시예에 있어서, 사인형 주파수는 10000 Hz보다 클 수 있다. 바람직한 다른 실시예에 있어서, 파형은 두 개 이상의 파들로 구성된다. 이러한 일 실시예에 있어서, 두 개의 파형 사이의 주파수 차이는 100 Hz보다 클 수 있다. 이러한 다른 실시예에 있어서, 두 개의 파형 사이의 주파수 차이는 100 Hz보다 작을 수 있다. 바람직한 다른 실시예에 있어서, 전기적 전처리 파형은 펄스들을 포함한다.

피드백 모니터링:

피부 자극감과 불쾌감을 감소시키기 위해서, 자극 이전, 자극 동안 또는 자극 이후에 전극 및/또는 피부의 상태가 모니터링될 수 있다. 이러한 상태는 파라미터를 감지함으로써 모니터링된다. 이러한 판단은 NINCS를 턴 오프하거나 하기에 설명되는 모든 특성들을 포함하는 NINCS 특성들을 조절하도록 사용된다.

상태 또는 파라미터를 모니터링하는 장치 또는 센서는 NINCS 장치와 통합되거나, 별개의 장치로 사용되거나, 몇몇의 중첩 요소들을 포함할 수 있다.

모니터링된 파라미터는 예를 들면, 디지털 디스플레이, 지시등 또는 오디오 모니터를 사용하여 대상자/시술자에게 표시될 수 있다. 파라미터는 예를 들면, 저장 장치에 추후 검색을 위해 저장될 수 있다. 파라미터 또는 파라미터들의 조합은 알고리즘 또는 수학 함수를 이용하여 처리될 수 있다. 이러한 알고리즘 또는 수학 함수는 추가, 삭감, 평균화, 시간에 따른 평균화, 필터, 저역 필터링(low-pass filtering), 고역 필터링(high-pass filtering), 선형 또는 비선형 동작, 사용자에 의해 정의된 동작을 포함한다. 이러한 알고리즘 및 파라미터의 출력은 NINCS 파라미터들을 변화시키기 위해 사용되는 판단을 제공한다.

각각의 판단에 대해서 NINCS가 시작되는지, 정지하는지, 중단되는지 또는 경고가 대상자 또는 시술자에게 제공되어야 하는지를 결정하기 위해서 사용되는 "임계값"가 제공될 수 있다.

바람직한 일 실시예에 있어서, 전극 전압 및 전극 전류가 모니터링되고, 전압 또는 전류가 임계를 초과하거나, 전압 또는 전류의 변화율이 임계를 초과하거나, 전류와 전압의 곱이 임계를 초과하거나, 또는 전류와 전압의 곱의 변화율이 임계를 초과하는 경우, 자극이 정지된다. 자극은 순간적으로 정지하거나 점진적으로 감소될 수 있다. 경고는 대상자 또는 시술자에게 제공될 수 있다. 자극은 자동적으로 정지하거나 또는 대상자 또는 시술자가 수동 스위치 또는 트리거를 작동시킨 후에 정지할 수 있다.

바람직한 다른 실시예에 있어서, 전극 전압 또는 전극 전류가 모니터링되고, 전압 또는 전류가 임계를 초과하거나, 전압 또는 전류의 변화율이 임계를 초과하거나, 전류와 전압의 곱이 임계를 초과하거나, 또는 전류와 전압의 곱의 변화율이 임계를 초과하는 경우, 자극이 감소된다. 자극 전류 및/또는 전압은 임계 아래로 유지되도록 자동적으로 감소된다. 경고는 대상자 또는 시술자에게 제공될 수 있다. 대상자 또는 시술자는 수동 스위치 또는 트리거의 작동에 의한 자동 감소보다 우위에 있도록 한다.

바람직한 다른 실시예에 있어서, 전극의 저항이 모니터링된다. 저항은 테스트 전압 또는 전류 펄스의 인가에 의해서 모니터링될 수 있다. 테스트 전압 및 전류 펄스는 뇌 변조 또는 피부 자극감을 야기하지 않도록 충분히 작을 수 있다. 테스트 전압 및 전류 펄스는 DC 또는 AC일 수 있다. 저항은 NINCS가 시작되는지 또는 계속되는지를 결정하기 위한 피드백을 위한 임계로 작용할 수 있다. 전극의 저항은 저항 품질을 결정하기 위한 수학 함수를 통과할 수 있다. 일 전극의 저항은 다른 전극의 저항과 같은 다른 값과 비교될 수 있다.

바람직한 다른 실시예에 있어서, 전극의 임피던스가 모니터링된다. 임피던스는 일련의 테스트 전압 또는 전류 펄스들의 인가에 의해서 모니터링될 수 있다. 일련의 테스트 전압 및 전류 펄스는 뇌 변조 또는 피부 자극감을 야기하지 않도록 충분히 작을 수 있다. 일련의 테스트 전압 및 전류 펄스는 서로 다른 주파수를 갖는 DC 또는 AC일 수 있다. 임피던스는 NINCS가 시작되는지 또는 계속되는지를 결정하기 위한 피드백을 위한 임계로 작용할 수 있다. 전극의 임피던스는 임피던스 품질을 결정하기 위한 수학 함수를 통과할 수 있다. 일 전극의 임피던스는 다른 전극의 임피던스와 같은 다른 값과 비교될 수 있다.

바람직한 다른 실시예에 있어서, 온도 탐침(temperature probe)이 겔 또는 전극의 일 부분에 삽입되어 온도를 모니터링한다. 온도 탐침은 열전대(thermocouple), 서미스터(thermistor), 또는 광학 기구(optical)일 수 있다.

바람직한 다른 실시예에 있어서, pH 탐침이 겔 또는 전극의 일 부분에 삽입되어 pH를 모니터링한다. pH 탐침은 전기 화학적 기구, 고체 상태 기구, 또는 광학 기구일 수 있다. 전극 전압은 1 내지 1000 V 및 50 내지 150 V의 범위로 변화되는 임계를 갖는다. 전극 전압은 시간당 0.001 V 내지 초당 1000 V의 범위로 시간에 대해 변화한다. 전극 전류는 0.1 내지 1000 mA 및 1 내지 20 mA의 범위로 변화되는 임계를 갖는다.

실험예

방법

전극 구성: 재료 및 지오메트리

이 연구에서 다섯 가지 타입의 고체 전도체들이 테스트되었다: 1) "Ag 펠렛"(2117 - 은 와이어; Florham Park, NJ, USA 소재의 Surepure Chemetals사); 2) "Ag/AgCl 소결된 펠렛"(550015 - 펠렛 전극; Carlsborg, WA, USA 소재의 A-M Systems Inc.사); 3) "고무 펠렛"(116A-GSR-5, 고무 전극; Westchester, TX, USA 소재의 Austin Medical equipment사; 모든 펠렛은 ~ 30 ± 2.5 ㎟의 고체 전도체-겔 접촉 면적을 야기하는 2mm(깊이) x 4mm(길이)의 크기였다); 4) "Ag/AgCl 소결된 링"(소결된 EL-TP-RNG; San Rafael, CA 소재의 Stens Biofeedback Inc사; ~ 140 ± 5 ㎟의 고체 전도체-겔 접촉 면적을 야기하는 각각 12mm 및 6mm의 외경 및 내경을 갖음); 및 5) "Ag/AgCl 소결된 디스크"(550025, 디스크형 전극; A-M Systems사; ~ 85 ± 5 ㎟의 전극-겔 접촉 면적을 야기하는 8mm의 직경을 갖음). 각각의 전극-겔 구성은 양극 또는 음극으로서 독립적으로 평가되었다. 모든 전극에 대한 플라스틱 홀더는 피부에 전극을 위치시키며 사용되는 겔 부피를 표준화하기 위해서 사용되었다. 모든 펠렛 전극에 대한 플라스틱 홀더는 ~ 25 ± 2.5 ㎟의 겔-피부 접촉 면적을 가지고 있는 ~ 90 ± 5 ㎣의 겔 부피를 유지하였다. 링/디스크형 전극에 대한 맞춤형 홀더는 ~ 280 ± 10 ㎣의 겔을 포함하였으며 ~ 95 ± 5 ㎟의 겔-피부 접촉 면적을 제공하였다.

하기의 겔들이 테스트되었다: 1) "Signa Gel"(Fairfield, NJ, USA 소재의 Parker Laboratories Inc.사); 2) "Spectra 360"(Parker Laboratories Inc.사); 3) "Tensive"(Parker Laboratories Inc.사); 4) "Redux"(Parker Laboratories Inc.사); 5) "1090 BioGel"(Morro Bay, CA, USA 소재의 UFI Inc.사); 6) "Lectron II"(Newark, NJ, USA 소재의 Pharmaceutical Innovations Inc.사); 및 7) "CCNY-4"(맞춤형). 모든 겔은 도포 시간 동안 상온에 놓여졌다. 휴대용 디지털 전도도 미터(모델 2052; Bridgeport, NJ, USA 소재의 VWR International LLC사)에 의해 측정된 겔의 전기 전도도값은 다음과 같았다(㎛hos/㎝의 단위): CCNY-4 ~ (45,000 ± 10,000), Signa ~ (40,000 ± 10,000), Redux ~ (35,000 ± 10,000), Lectron II ~ (15,000 ± 7,500), 1090 BioGel ~ (15,000 ± 7,500), Tensive ~ (6,000 ± 3,000), 및 Spectra ~ (1,500 ± 500). 열특성 미터(모델 KD2; Pullman Washington, USA 소재의 Decagon사)에 의해 측정된 겔의 열 전도도값은 다음과 같았다(W/m℃의 단위): CCNY-4 ~ (0.0326 ± 0.0043), Signa ~ (0.0285 ± 0.0034), Redux ~ (0.0326 ± 0.0043), Lectron II ~ (0.0285 ± 0.0008), 1090 BioGel ~ (0.0280 ± 0.0008), Tensive ~ (0.0295 ± 0.0024), 및 Spectra ~ (0.0274 ± 0.0007).

DC 자극 및 저항

모든 실험에 있어서 66.7 볼트의 최대 구동 전압 능력을 갖는 직류를 인가하기 위해서 정전류 자극기(CX 6650; Gleichen, Germany 소재의 Schneider Electronics사)가 사용되었다. "자극 단절" 효과를 방지하기 위해서 10초의 자동 온/오프 램프를 갖는 2 mA의 세기의 전류가 최대 22 분 동안 사용되었다. 자극기는 모든 실험에서 차단 지점으로 사용되는 66.7 V의 출력 전위(전위 전체가 전극 및 한천/조직을 가로지름)에서 자동으로 자극을 종료한다. 자극 이전 및 이후에, 한천 겔 또는 전완 피부의 전체 셀 저항(하기 참조)이 RMS 디지털 멀티미터(Everett, WA, USA 소재의 FLUKE Corporation사)를 이용하여 측정되었다; 자극은 전체 셀 저항이 8 MΩ보다 작으면 자극이 초기화되었다.

전극 전위, pH 및 온도의 연구

전극 전위, pH 및 온도 변화의 측정에 대한 연구를 위해서, 전극들이 150 mM NaCl(생리학적)을 가지고 제조되는 한천의 편평한 블럭 상에 겔로 실장되었다. 이러한 연구를 위한 근본적 원리는 두개의 복귀 전극의 기여 없이 단지 하나의 양극 또는 음극에서의 변화를 측정하는 것이다. 일반적으로 소결된 Ag/AgCl 디스크 또는 링 전극인 두 개의 복귀 전극은 ~ 400 ± 10 ㎣을 초과하는 Signa Gel 내에 침지되었다. 전체 셀 저항은 활성 전극과 평행하게 연결된 두 개의 복귀 전극 사이의 저항을 반영하였다. 여기에서, "전극 전위"는 일반적으로 전극, 겔 및 피부의 어셈블리 전체에 대한 전체 전위를 나타낸다.

모든 실험에서, 2 mA의 DC 전류가 하나의 활성 양극 또는 음극과 두 개의 복귀 전극 사이에 최대 22 분 동안 인가되었다. 전극 전위를 양을 정하기 위한 실험을 위해서, 전류가 활성 전극과 복귀 전극 사이를 통과하며 전압이 동시에 측정되었다. 기준 전극은 ~ 400 ± 10 ㎣을 초과하는 부피의 Signa Gel 내에 침지된 8mm의 소결된 Ag/AgCl 디스크 전극이었다. 그러므로, 측정된 전체 전압은 활성 전극(전극, 활성 전극-겔 경계면, 활성 전극 겔을 포함), 한천 겔(활성 전극으로부터 기준 전극까지), 및 기준 전극(전류가 통과하지 아니함)을 걸쳐 하강하는 전압의 합계이다: 자극의 결과로서 실질적으로 변화될 전압만이 활성 전극에 걸쳐지는 전압이라고 예상된다. 그러므로, 이러한 실험에서 측정된 전압들은 활성 전극에서 전극-겔 경계면 "과전위"를 크게 반영한다.

다양한 노출 기간에서 한천 면에서의 활성 전극의 겔 내부의 pH를 측정하기 위해서 교정된 마이크로 pH 전극(Orion 9810BN; Waltham, MA, USA 소재의 Thermo Scientific 사) 및 디지털 pH 미터(SM100; Rocky Mount, NC, USA 소재의 Milwaukee Instruments Inc.사)가 사용되었다. pH를 측정하기 위해서, 자극이 턴 오프되며, 고체 전도체가 겔로부터 제거되며, 마이크로 pH 전극이 5초 이내에 겔에 삽입되었다. 1분, 5분, 10분, 15분 및 20분의 노출 기간 이후에 pH가 기록되었다. pH에 대한 연구가 세 개의 전해질 겔(Signa Gel, Lectron II Gel, CCNY4 Gel)과 조합하여 네 개의 고체 전도체(Ag 펠렛, Ag/AgCl 소결된 펠렛, 고무 펠렛, Ag/AgCl 소결된 링) 상에서 실행되었다. 온도 실험을 위해서, 타입 T의 열전대 온도계(Clifton, NJ, USA 소재의 Physitemp Instrumentst사)가 자극 동안 겔의 바닥면 상에서 사용되었다.

상기한 바와 같이, 66.7 V의 전체 전위(차단 전압)가 달성되면, 자극기는 자동적으로 정지되었다. 자극이 22분 동안 인가되면, "자극 시간"이 22분으로 점수 계산되었고 22분 동안의 최대 pH 및 온도 변화가 기록되었다. 22분 이전에 66.7 V의 전위에 도달하면, "자극 시간"은 전위가 66.7 V에 도달하는 시간으로 점수 계산되었다; 그러면 이러한 "자극 시간"에서의 최대 pH 및 온도가 기록되었다.

주관적 감각: 여덟 명의 건강한 대상자(6명의 남성 및 2명의 여성; 19-35의 연령)가 각 실험에 참여하였다. 이들은 모두 연구에 포함되기 이전에 서면으로 된 동의서를 작성하였다. 연구는 뉴욕의 City College의 임상시험심사위원회의 승인을 받았다. 감각 테스트는 네 개의 고체 전도체(Ag 펠렛, Ag/AgCl 소결된 펠렛, 고무 펠렛, Ag/AgCl 소결된 링)와 세 개의 전해질 겔(Signa, Lectron II, CCNY4)과 조합하여 네 개의 고체 전도체(Ag 펠렛, Ag/AgCl 소결된 펠렛, 고무 펠렛, Ag/AgCl 소결된 링)로 제한되었다. 실험은 대상자들에 의해서 임의로 선호되는 바와 같이, 원위 또는 근위 전완 상에서 실행되었다. 감각에 대한 연구를 위한 근본적 원리는 "활성" 전극 (음극 또는 양극 중 하나)의 효과를 결정하는 것이었다. 두개의 Ag/AgCl 링 전극이 "복귀" 전극으로 사용되었다. 복귀 전극들은 활성 전극의 반대 측들에 위치하였다. 각각의 전극은 ~ 280 ± 10 ㎣ 부피의 Signa Gel 내에 침지되었다. 자극 이전에 가시성 자극감 또는 상처를 갖는 피부의 영역은 회피되었다. 그렇지 않으면, 자극 이전에 피부를 준비시키는 단계는 없었다.

자극은 최대 22분 동안 자극 2분 전에 시작하여 매분마다, 자극 동안 매분마다, 또는 자극 2분 후에 종결되는 매분마다 점수화된 통증(1 내지 10의 아날로그 척도의)을 갖는 대상자들에게 인가되었다. 더욱이, 대상자들이 감각(타는 듯한 통증, 찌르는 듯한 통증 등)을 설명하도록 하였다. 자극 이전에, 각각의 대상자는 시술자에 의해 자극이 정지될 개개인의 종료값(5 또는 이보다 작은)을 표시하였다. 또한, 각각의 대상자는 현재의 통증 점수 또는 인지의 특성과 관계없이 실험의 어떠한 지점에서도 자극을 멈추도록 요청할 수 있었다. 자극이 노출 22분 이전에 정지되면, 종료 시의 통증 점수가 기록되었다. 실험 사이에는 1 시간보다 큰 연기가 허용되었으며, 자극 부위(즉, 팔)는 연속적인 실험을 위해서 변화되었다. 참여자들은 테스트되는 고체 전도체 및 겔의 타입 및 조합을 알지 못하였다. 자극 이후에 어떠한 피부 손상 및 발적도 기록되었다.

결과 전극 전위

2 mA DC 자극 동안 전도성 한천에 대한 전극 전위가 기록되었다. 임상 자극 동안 하기의 몇몇의 이유로 전극 전위를 최소화하는 것이 바람직하다: 1) 정전류 자극기들에서의 전압 제한; 2) 전기 화학적 반응(전극 과전위에 의해 제한됨)을 통하는 것과 가열을 포함하는 피부 손상에 대한 증가된 위험. 고무 펠렛을 구비하는 음극 자극은 다양한 전압 증기를 초래하였으나, 반면 전극 전위는 모든 다른 고체 전도체에 대해서 1V 이하로 유지되었다. 모든 고체 전도체를 구비하는 양극 자극은 증가된 다양한 전극 전위 값을 초래하였다.

양극 자극 실험에 대한 전극 전위는 요약되었다; (전극/겔 조합당 5번의 실험) 실험 전체에 걸쳐 평균 전위 및 가변성이 보고된다. 이러한 전위는 또한 DC 양극 자극 동안 전극 부위에 저항의 변화를 반영하는 것으로 해석될 수 있다. 자극기 전위가 66.7 V(CX 6650의 구동 전압 용량)에 도달하면, 자극은 자동으로 정지되었으며 이는 그 실험 동안 최대 노출 기간("자극 시간")으로서 기록되었다; 만약 그런지 않으면, 노출 기간은 22분으로 점수 계산되었다.

도 29 및 도 30은 펠렛형 전극을 갖는 전극 어셈블리를 채용한 실험에 대한 전극 전위 결과를 도시한다.

도 29는 시간에 따른 양극에 대한 명시 전압으로서 도시되는 AG 펠렛형 전극 어셈블리의 전류-유도 극성을 도시한다. 표시된 겔들을 구비하는 2 mA의 DC 전류가 통과되었으며, 시간에 따른 전압의 변화가 측정되었다. 후방의 점선 곡선은 다섯 번의 반복을 도시하며 실선은 평균을 도시한다. 표시된 전극 어셈블리는 일반적인 디자인을 나타내기 위해 사용된다.

도 30은 시간에 따른 양전극 어셈블리에 대한 명시 전압으로서 도시되는 Ag/AgCl 펠렛형 전극 어셈블리의 전류-유도 극성을 도시한다. 표시된 겔들을 구비하는 2 mA의 DC 전류가 통과되었으며, 시간에 따른 전압의 변화가 측정되었다. 후방의 점선 곡선은 다섯 번의 반복을 도시하며 실선은 평균을 도시한다. 표시된 전극 어셈블리는 일반적인 디자인을 나타내기 위해 사용된다.

도 31은 고무 전극을 갖는 전극 어셈블리를 채용한 실험에 대한 전극 전위 결과를 도시한다. 고무 펠렛형 전극 어셈블리의 전류-유도 극성이 시간에 따른 양전극 어셈블리에 대한 명시 전압으로서 도시된다. 표시된 겔들을 구비하는 2 mA의 DC 전류가 통과되었으며, 시간에 따른 전압의 변화가 측정되었다. 후방의 점선 곡선은 다섯 번의 반복을 도시하며 실선은 평균을 도시한다. 표시된 전극 어셈블리는 일반적인 디자인을 나타내기 위해 사용된다.

도 32는 디스크형 전극을 갖는 전극 어셈블리를 채용한 실험에 대한 전극 전위 결과를 도시한다. Ag-AgCl 디스크형 전극 어셈블리의 전류-유도 극성이 시간에 따른 양극에 대한 명시 전압으로서 도시된다. 표시된 겔들을 구비하는 2 mA의 DC 전류가 통과되었으며, 시간에 따른 전압의 변화가 측정되었다. 후방의 점선 곡선은 다섯 번의 반복을 도시하며 실선은 평균을 도시한다. 표시된 전극 어셈블리는 일반적인 디자인을 나타내기 위해 사용된다.

도 33은 링형 전극을 갖는 전극 어셈블리를 채용한 실험에 대한 전극 전위 결과를 도시한다. Ag-AgCl 링형 전극 어셈블리의 전류-유도 극성이 시간에 따른 양전극 어셈블리에 대한 명시 전압으로서 도시된다. 표시된 겔들을 구비하는 2 mA의 DC 전류가 통과되었으며, 시간에 따른 전압의 변화가 측정되었다. 후방의 점선 곡선은 다섯 번의 반복을 도시하며 실선은 평균을 도시한다. 표시된 전극 어셈블리는 일반적인 디자인을 나타내기 위해 사용된다.

도 36은 도 31 내지 도 33의 실험에 따른 전극 타입에 의한 실행 시간, 즉, 디자인된 전극 어셈블리들에 대한 양극 자극 동안의 평균 전위 실행 시간의 요약을 나타낸다. 22분은 테스트된 최대 시간을 나타낸다. 각각의 전극에 대해서, 일곱 개의 겔들: 전극 겔, Lectron, Redux, Signa, Spectra, Tensive, CCNT4에 대한 실행 시간이 왼쪽에서 오른쪽에서 오른쪽으로 표시된다.

도 37은 디자인된 신경 두개 전극 어셈블리들의 통증 및 전기 화학적 성능의 요약을 나타낸다. 모든 경우에 2 mA의 전류가 사용되었다. 22분 이전에 자극을 정지시키도록 결정한 대상자들의 백분율, 자극 이후에 전극 아래의 발적을 갖는 대상자들의 백분율, 및 겔의 온도 및 pH의 피크 변화의 표시와 함께 대상자에 대한 평균 통증 점수(자극 기간 동안 높은 평균의)의 요약이 제공된다.

Ag-AgCl 소결된 펠렛을 이용하는 경우, 전체 22분의 양극 자극이 어떠한 겔의 조합에도 인가되지 아니할 수 있었다. Ag 펠렛을 이용하는 경우, 22분의 양극 자극이 Lectron II에만 일관적으로 인가될 수 있었고, 자극 이후에는 제거 가능한 검은 색의 페이스트와 유사한 잔류물이 전극의 표면을 따라 관찰되었다. 고무 펠렛을 이용하는 경우, 다양한 실험 및 겔에 대해서 노출 시간의 가변성이 관찰되었다; 추가로, 자극 이후에 비교적 넓은 퇴적층이 고무 상부에서 관찰되었다. 이러한 층은 쉽게 세정되었으며 손상됨 없이 영향받지 않은 고무 고체 전도체층이 잔류되었다. Ag-AgCl 소결된 링 및 Ag-AgCl 디스크 전극들을 이용하는 경우, 22분의 자극이 가장 낮은 평균 전극 전위를 갖는 Ag/AgCl 디스크를 구비한 어떠한 겔의 조합에도 일관적으로 인가될 수 있었다.

겔 pH 및 온도

pH 및 온도 측정을 위해서, 세 개의 겔들: 염화물을 갖는 두 개의 겔(Signa 및 CCNY-4) 및 염화물을 갖지 않는 하나의 겔(Lectron II)이 조사되었다; 각각의 겔은 네 개의 고체 전도체(Ag 펠렛, Ag/AgCl 소결된 펠렛, 고무 펠렛, Ag/AgCl 소결된 링)와 조합하여 독립적으로 테스트되었다. 모든 측정은 한천 겔(NaCl 150 mA) 상에서 실시되었다. 양극 자극 및 음극 자극이 모두 독립적으로 테스트되었다. 전체 셀 전위(전극 전위 포함)가 자극기의 차단(66.7 V)을 초과하는 경우, 측정은 차단 전에 허용된 최대 노출 시간으로 제한되었다.

최소 전극 전위 값을 초래하는 음극 자극은 어떠한 테스트 상태에서도 겔 내부에서의 현저한 온도 증가를 유도하지 않았다. 양극 자극에 있어서, 어떠한 전극 전위 변화가 일어나지 않는 경우(예를 들면, 어떠한 겔을 구비하는 Ag/AgCl 소결된 링의 경우), 어떠한 온도 변화도 겔 내부에서 관찰되지 않았다. 세 개의 모든 테스트된 겔에 있어서, 전극 전위가 또한 최대인 Ag 펠렛과 Ag/AgCl 소결된 펠렛 고체 전도체를 갖는 양극 자극에서의 온도 상승이 관찰되었다. 고무 펠렛을 갖는 자극 동안, 유도된 온도 변화에서의 현저한 실험 별 변위성이 있었다; 그러나, 전압 증가가 관찰되면, 온도는 전압 및 시간에 대해서 변조적(선형적이 아닌)으로 증가하였다. 그러므로, 전극 전위의 변화를 제한함으로써 전극 아래의 겔 내부의 온도 변화가 방지될 수 있다. 고정된 전극 구성(펠렛)의 경우, 전위의 변화는 온도의 변화와 질적으로 연관되었다.

Lectron II 겔을 이용하는 동안 모든 테스트된 전극들에 있어서 어느 하나의 극성에 대한 어떠한 pH 변화도 발견되지 않았다. Ag/AgCl 소결된 펠렛 및 Ag/AgCl 링의 경우, 세 개의 모든 겔에 대한 음극 또는 양극 자극 중 어느 하나의 자극 동안 어떠한 pH 변화도 관찰되지 않았다. Ag 펠렛을 이용하는 경우, 양극 자극 동안 어떠한 pH 변화도 관찰되지 않았으나, 음극 자극 동안 Signa 및 CCNY-4 겔에 대해 pH 알칼리화가 관찰되었다. Signa 및 CCNY-4 겔만을 이용하는 고무 펠렛은 전압 변화의 부재시에도 양극 자극 동안 산성 겔 pH 및 음극 자극 동안 염기성 겔 pH를 초래하였다. 그러므로, 온도의 변화가 증가된 전극 전위와 연관된 반면에, pH 변화는 전극 전위와 직접 연관되지 않고 재료에 의해 일정하다; 적절한 고체 전도체와 겔 조합의 사용으로 pH 변화가 방지될 수 있다.

주관적 감각

도 34는 음극 자극을 채용한 실험에 대한 주관적 통증 결과, 즉, 각각의 전극 어셈블리에 대해 음극 자극의 22분 동안(t=0 내지 22) 네 명의 대상자들의 주관적 감각 점수를 도시한다.

도 35는 양극 자극을 채용한 실험에 대한 주관적 통증 결과, 즉, 각각의 전극 어셈블리에 대해 양극 자극의 22분 동안(t=0 내지 22) 네 명의 대상자들의 주관적 감각 점수를 계산한다.

n원 분산 분석(n-way(겔, 극성 및 전극) ANOVA)이 통증 평가에 적용되었다. 분산 분석은 통증 평가에 대한 겔(F(1,8)=10.37, p=.0001)과 전극(F(1,8)=3.38, p=.019)의 상당한 영향을 나타내었다. 극성(F(1,8)=0.05, p=.831)의 효과와 겔-극성(F(1,8)=0.72, p=.488), 겔-전극(F(1,8)=0.33, p=.922), 극성-전극(F(1,8)=0.13, p=.944) 및 겔-전극-극성(F(1,8)=0.37, p=.897)의 상호 관련 효과는 없었다. 전반적으로, Signal 겔 및 CCNY-4는 Lectron II 보다 더 허용적이었다. 양극 자극과 음극 자극 사이의 현저한 차이는 없었다.

대상자, 자극 극성, 전극 겔 및 구성에 있어서, 주관적 감각은 자극이 램프 온 또는 오프되었을 때 가장 높았다. 어떠한 관련된 개인 통증 점수에 대해 예상되는 바와 같이, 허용된 상태의 차이 뿐만 아니라 대상자들 사이의 절대값의 차이가 있었다. 대다수 대상자들은 감각이 "활성" 테스트 전극(양극 또는 음극)에만 제한되였음을 보여주었으며, 몇몇의 대상자들을 복귀 전극(들) 아래에 감각을 보여주었다; 이는 배제 기준이 아니었다. pH와 대상자 감각의 이에 대한 온도 변화 사이에 명백한 상관 관계는 없었다; 예를 들면, Ag/AgCl 소결된 링 전극은 어떠한 온도 또는 pH 변화도 초래하지 않았으나 몇몇의 대상자들에 있어서는 불쾌감을 유도하였다.

자극 이후의 피부 검사는 약간의 발적을 나타내었다. 전반적으로, 음극 자극에 있어서, 전극 아래에서 피부의 작은 혹 또는 검은 반점(<1 mm) 또는 외견상의 굴곡의 형태인 피부 자극감이 관찰될 확률이 더 높다. 손상의 관찰은 주관적인 통증 감각 또는 어떠한 물리적 겔 변화와도 명백하게 상과 관계는 없었다. 피부 상의 모든 효과는 가역적이었고 몇 시간 이내에 사라졌다. 어떠한 대상자도 통증의 지속적인 자극감을 보고하지 않았다.

전완과 한천 겔 자극 사이를 비교하면, 기록된 전체 셀 전위는 크게 다르지 않았다. 그러므로, 전체 셀 전위에 대한 전완과 한천 겔에 대해 획득된 결과는 유사하였다. 전극 전위의 변화와 자극 동안 피부 감각(또는 자극 후 발적) 사이의 어떠한 일관된 관계도 관찰되지 않았다. Ag/AgCl 링형 전극을 구비하는 자극 이전에 조직의 평균 저항은 675.95 ± 1100 kΩ의 평균값의 100 kΩ에서 8 MΩ 사이였다. 자극 이후에 조직 저항은 68.62 ± 272.3 kΩ의 평균값의 3 kΩ에서 800 kΩ 사이였다. 그러므로, 자극 이후 저항의 평균 백분율 저하는 92.56 ± 67 %였다.

표면 DC 자극의 전기 화학

하기의 저기 화학적 기법이 제안된다: 음극/양극에서의 AgCl 소모/형성을 지원하는 전극/겔 상태가 존재하면, 최소의 과전위를 갖으며 pH 또는 온도 변화는 갖지 아니하는 전기 자극이 발생할 수 있다. 자극이 진행되는 동안, AgCl 소모/형성은 더 이상 지원되지 않으며 가열 및 pH 변화를 차례로 초래할 수 있는 추가적인 화학 반응을 초래하는 전극 과전위가 증가한다. 과전위는 이러한 변화를 반드시 초래하지는(이러한 변화에 대해 반드시 충분하지는) 않지만, 추가적인 화학 반응을 위해서는 필요하다.

DC 자극을 위한 일반적인 접근법은 Ag/AgCl 비편광 전극을 사용하는 것이다. Ag/AgCl 전극을 이용하여, 전극 경계면에서 페러데이 전하-전송 반응이 발생할 수 있는 한, 현저한 전기 화학적 공정들은 일어나지 않는다. 음극에서, 염화은의 분해 및 은 이온의 환원은 전극으로의 페러데이 전하 전달을 촉진한다.

AgCl → Ag+ + Cl- + 추가 전자 → Ag(은) + Cl- -----------(1)

음극에서, AgCl은 전극 표면으로부터 소모된다. 모든 Ag/AgCl 전극들(펠렛형 및 링형 양자 모두)을 이용한 테스트 상황에서, AgCl의 이용 가능성은 2 mA에서 22 분 동안 음극 반응을 허용하기에 명백하게 충분했으며, 따라서 최소의 과전위가 발생되었다; 이는 겔 조성(예를 들면, 제품이기에 겔 내부의 Cl-의 기준 농도는 무관함)과는 관계없이 진행되었다. 유사한 이유로, Ag/AgCl 전극들을 구비하는 음극 자극 동안 겔 조성과는 관계없이 pH 또는 온도 변화가 관찰되지 않았다.

양극 전극 부위에서 AgCl이 형성된다.

Ag+ + Cl- → AgCl + e- -----------(2)

상기한 음극 공정과는 달리; 이러한 양극 공정은 겔 내부의 Cl- 이용 가능성과 고체 전도체 표면에서의 Ag를 필요로 한다. Ag 펠렛 및 Cl-를 구비하는 양극 자극은 반응(2)이 지원되기 때문에 최소의 과전위와 최장의 실행 시간을 산출할 것이라 예측된다. 그러나, 그 결과는 높은 과전위가 Ag 펠렛을 구비하는 양극 자극 동안 발현되었으며 22분의 실행 시간이 Cl-을 포함하지 않는 겔(Lectron II)의 경우에만 달성되었음을 보여준다. 이러한 경우의 가설은 반응(2)의 속도에 기인하여 금속 전극에 전극 상에 검은 색의 층으로 나타날 수 있는 AgCl이 빠르게 형성된다는 것이다. 이러한 층은 전극 과전위의 증가 및 실행 시간의 밤소를 차례로 설명할 수 있는 뒤따르는 반응들로부터 전극을 "화학적으로 격리"시킬 수 있다. 이러한 가설은 상기 층의 제거 후에 제 2 자극의 실행이 Ag 펠렛 전극의 신규한 경우에 비하여 실행 시간을 지원한다는 관찰 결과에 의해 지원된다. 그러나, AgCl층의 제거 없이 제 2 자극의 실행은 1분 이하의 실행 시간을 초래한다. Ag/AgCl 펠렛의 양극 전극 지원의 실패는 1) 유사한 화학적 격리층의 형성, 또는 2) 이용 가능한 Ag의 불충분한 축적을 나타낼 수 있다.

Ag/AgCl 펠렛은 이러한 반응을 완전하게 지원하지는 않으며 따라서 과전위가 발현된다. 자극 동안 전극 아래의 물리적/화학적 변화를 검출하기 위한 마이크로 온도 및 pH 센서가 사용되었다. 피부에 대한 자극 동안, 예를 들면, 본 연구에서 측정될 수 없는 땀샘 내부의 온도에 의한 핫 스팟 또는 pH 변화가 발생할 수 있다는 사실이 배제될 수 없다. 겔에서, 펠렛 전극 및 금속 전도체/겔의 특정한 조합을 갖는 경우에만 pH 변화가 관찰되었다. pH 변화는 고체 전도체/겔 경계면에서의 전기 화학적 반응 및 pH 변화를 완충하는 겔의 능력을 반영한다. pH 변화가 관찰되면, 양극 부위는 더욱 산성화되며 음극 부위는 더욱 염기성화된다; 이러한 관찰 결과는 양극 부위에서의 물의 산화(H+의 형성) 및 음극 부위에서의 물의 환원(OH-의 형성; 2005, Merrill et al.에 의해 검토)과 일치한다.

양극: 2H2O → O2↑ + 4H+ + 4e- --------------(3)

음극: 2H2O + 2e- → H2↑ + 2OH- --------------(4)

양극에서의 산화(acidification) 및 음극에서의 알칼리화(alkalization)는 비최적화된 구성을 이용한 본 관찰 결과 및 다양한 타입의 전극을 이용한 이전의 pH 측정 결과와 일치한다. 전극/겔 조합이 AgCl의 형성 또는 소모를 지원하도록 예측되었던 모든 경우, pH 변화는 관찰되지 않았다. 이는 AgCl 형성/소모를 시작하기 위해 더 높은 전극 과전위를 필요로 하는 물의 산화/환원과 일치한다. 각각의 AgCl 반응이 지원되지 않는 경우, pH의 변화는 항상 관찰되는 것은 아니며, 특정 전극 디자인의 중요성을 강화한다. 고무 전극은 음극에서의 AgCl 소모(1) 또는 양극에서의 AgCl 형성(2)의 어느 하나도 지원하지 않는다. 고무-겔 경계면에서 발생하는 화학 반응들은 불충분하게 정의되며, 이들이 장기간의 자극을 지원할 수 있더라도, 유도된 전위 및 관련 온도 및 pH 변화가 실험 별로 가변되었다.

본 발명이 바람직한 실시예들을 참조로 도시 및 설명되었으나, 본 발명의 범위 및 정신을 벗어나지 아니하는 한 개시된 실시예에 대한 방식 및 세부에 대한 다양한 변경이 가능함은 당업자에게 있어서 명백하다. 따라서, 본 발명은 첨부되는 청구 범위 및 이의 동등물에 의해서만 제한된다.

Claims

전극;
전도성 겔; 및
전극을 어댑터에 대하여 배치시키며 전도성 겔을 수용 및 유지하여, 전도성 겔이 전극-겔 경계면을 따라 전극과 접촉하도록 하는 내측 격실; 및 내측 격실과 연통되며 전극 어셈블리를 사용자의 피부 표면에 대하여 배치시키기 위한 어댑터의 배치면과 인접하여, 전도성 겔이 사용자의 피부 표면과 접촉하여 겔/피부 경계면을 정의할 수 있도록 하는 오리피스를 포함하는 어댑터를 포함하며,
배치면은 오리피스를 측 방향으로 가로질러 연장되는 면을 정의하며 어댑터는 사용 중에 전극-겔 경계면과 면 사이의 최소 거리가 0.25㎝ 및 1.3㎝ 사이가 되도록 구성되는 신경 두개 자극용 전극 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 오리피스 내부의 면의 면적은 25㎟ 및 95㎟ 사이인 전극 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 전극-겔 경계면의 접촉 면적은 30 및 140㎟ 사이인 전극 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 전극-겔 경계면의 접촉 면적과 오리피스 내부 면의 면적의 비율은 0.3 내지 5.6 사이인 전극 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 오리피스 내부의 면의 영역은 원형 또는 타원형을 정의하는 전극 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 전극의 하나 이상의 면은 링, 비후화된 링(thickened ring), 디스크, 펠렛, 연장된 펠렛, 함몰면, 톱니 형상의 면, 오목면, 말발굽 형상의 면, 나선 형상의 면, 정사각형, 직사각형, 플레이트, 메쉬 및 격벽으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 형상을 정의하는 전극 어셈블리.
제 6 항에 있어서, 전극의 하나 이상의 면은 전극의 표면적을 증가시키는 면 특성을 구비하는 전극 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 전극은 금속, 합금, 고무, 전도성 고무, Ag/AgCl, Ag 및 Au로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 재료를 포함하는 전극 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 전극은 소결된 AgCl을 포함하는 링형 전극인 전극 어셈블리.
제 9 항에 있어서, 소결된 AgCl 전극은 1 ㎛와 100 ㎛ 사이의 평균 기공 크기를 갖는 50%보다 작은 다공률을 갖는 전극 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 어댑터는 경질의 재료를 포함하는 전극 어셈블리.
제 11 항에 있어서, 어댑터는 비전도성의 플라스틱 재료를 포함하는 전극 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 배치면에 부착되며 어댑터의 오리피스에 걸쳐 연장되는 제 1 실링 부재를 더 포함하며, 제 1 실링 부재는 벗겨지거나 천공되도록 구성되어 전도성 겔이 사용자의 피부 표면과 접촉하여 겔-피부 경계면을 정의하도록 하는 전극 어셈블리.
제 13 항에 있어서, 오리피스에 대하여 멀리 위치하는 어댑터의 내측 격실의 개방 단부는 제 2 실링 부재를 포함하며, 제 1 실링 부재 및 제 2 실링 부재는 내측 격실 내부의 전도성 겔을 구속하도록 구성되는 전극 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 전도성 겔은 0.5 mL 내지 5 mL 사이의 부피를 갖는 전극 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 전도성 겔은 30,000 내지 60,000 ㎛hos/㎝의 전도도를 갖는 전극 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 전도성 겔은 NaCl, KCl 및 CaCl₂로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 염을 포함하는 전극 어셈블리.
제 17 항에 있어서, 전체 겔 Cl 농도는 150 mM보다 큰 전극 어셈블리.
제 18 항에 있어서, 전체 겔 Cl 농도는 200 mM보다 큰 전극 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 전도성 겔은 180,000 내지 260,000 CPS 사이의 점도를 갖는 전극 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 전도성 겔은 첨가제를 더 포함하는 전극 어셈블리.
제 21 항에 있어서, 첨가제는 항산화제를 포함하는 전극 어셈블리.
제 21 항에 있어서, 첨가제는 마취제를 포함하는 전극 어셈블리.
제 23 항에 있어서, 마취제는 리도케인, 벤조케인 및 프릴로케인으로 이루어진 군에서 선택되는 전극 어셈블리.
제 21 항에 있어서, 첨가제는 pH 완충제를 포함하는 전극 어셈블리.
제 21 항에 있어서, 첨가제는 스테아르산, 프로필렌 글리콜, 리놀레산, 에탄올, 라우릴 황산나트륨(sodium lauryl sulfate) 및 올레산으로 이루어진 군에서 선택된 침투 증진제를 포함하는 전극 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 내측 격실은 전극을 배치시키기 위한 하나 이상의 위치 선정 탭(locating tabs)을 포함하는 전극 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 어댑터는 내측 격실 내의 전극을 밀봉하도록 구성된 캡 부재를 더 포함하는 전극 어셈블리.
제 28 항에 있어서, 전극은 캡 부재에 고정되도록 구비되는 전극 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 어댑터는 내측 격실 내에 복수 개의 전극을 배치시키도록 구성되는 전극 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 어댑터는 적어도 다른 전극을 유지하기 위한 부속물 편(accessory piece)을 더 포함하며, 부속물 편은 어댑터에 부착되며 어댑터의 내측 격실과 연통되어 전도성 겔이 더 연장되어 다른 전극과 접촉하는 전극 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 내측 격실은 오리피스와 근접하여 내측 격실 내부에서 연장되는 하나 이상의 핀을 더 포함하는 전극 어셈블리.
제 32 항에 있어서, 하나 이상의 핀은 전극의 적어도 일 면을 배치시키도록 구성되는 전극 어셈블리.
제 1 항에 있어서, 어댑터의 외측면은 하나 이상의 위치 선정 특징을 포함하는 전극 어셈블리.
제 1 항에 청구된 하나 이상의 전극 어셈블리;
사용자의 두개(cranium)에 고정되도록 구성되는 하나 이상의 밴드; 및
각각 하나 이상의 밴드에 고정되도록 구성된 하나 이상의 천공 요소 내에 구비되는 두 개 이상의 개구를 포함하며,
사용자의 두개에 하나 이상의 전극 어셈블리의 배치는 하나 이상의 밴드 중 적어도 하나의 재배치 또는 하나 이상의 전극 어셈블리의 두 개 이상의 개구로의 교번적 이동에 의해 조절되는 신경 두개 자극용 장치.
제 35 항에 있어서, 하나 이상의 전극 어셈블리는 최소 네 개의 전극 어셈블리와 최대 다섯 개의 전극 어셈블리를 포함하는 장치.
제 35 항에 있어서, 사용자의 두개의 목표 위치의 1 ㎝ 이내에 전극을 조절 가능하게 배치시키도록 구성된 장치.
제 35 항에 있어서, 두 개 이상의 전극 어셈블리의 배치면은 하나 이상의 배치면 또는 사용자의 피부 표면에 구비되는 접착제 없이 사용자의 피부 표면에 대하여 고정적으로 배치될 수 있는 장치.
제 35 항에 있어서, 하나 이상의 천공 요소는 힌지식으로 결합되어 단일의 원형의 관절형 플레이트를 형성하는 두 개 이상의 반원형의 플레이트를 포함하는 장치.
제 35 항에 있어서, 하나 이상의 천공 요소는 하나 이상의 천공 밴드를 포함하는 장치.
제 39 항에 있어서, 하나 이상의 천공 요소는 두 개 이상의 전극 어셈블리를 수용하기 위한 전극 컵을 갖는 두 개 이상의 밴드를 포함하며, 전극 컵은 두 개 이상의 밴드의 단부에 피봇식으로 실장되는 장치.
제 1 항에 청구된 하나 이상의 전극 어셈블리;
사용자의 두개(cranium)의 기저부를 둘러싸는 베이스 밴드;
베이스 밴드로부터 상부로 연장되며 두 개 이상의 전극 어셈블리를 수용하기 위한 가요성 선형 연장부의 단부에 전극 컵을 포함하는 하나 이상의 가요성 선형 연장부를 포함하며, 두 개 이상의 가요성 선형 연장부는 사용자의 피부 표면의 두개 부분에 대하여 두 개 이상의 전극 어셈블리 각각을 조절 가능하게 배치시키도록 이동할 수 있는 신경 두개 자극용 장치.
제 42 항에 있어서, 하나 이상의 전극 어셈블리 또는 피부 표면의 두개 부분에 접착제를 도포하지 않고, 두 개 이상의 가요성 선형 연장부는 사용자의 피부 표면의 두개 부분에 대하여 두 개 이상의 전극 어셈블리 각각을 배치시키도록 이동할 수 있는 신경 두개 자극용 장치.
조절된 전류원으로부터 전기 에너지를 수용하기 위한 전극, 전도성 겔, 및 전극을 어댑터에 대하여 배치시키며 전도성 겔을 수용 및 유지하여, 전도성 겔이 전극-겔 경계면을 따라 전극과 접촉하도록 하는 내측 격실 및 내측 격실과 연통되며 어댑터의 배치면과 인접하는 어댑터를 각각 포함하는 하나 이상의 전극 어셈블리를 선택하는 단계; 및
사용자의 피부면의 두개 부분에 대하여 각각의 전극 어셈블리의 배치면을 배치시켜서, 전극-겔 경계면과 겔-피부 경계면 사이의 최소 거리가 0.25㎝ 및 1.3㎝ 사이가 되도록 전도성 겔 재료가 오리피스의 겔-피부 경계면을 따라 두개의 피부 표면과 접촉하는 단계를 포함하는 신경 두개 자극을 시행하기 위한 방법.
제 44 항에 있어서, 배치 단계에서 각각의 전극 어셈블리는 하나 이상의 전극 어셈블리 또는 피부 표면의 두개 부분에 접착제를 도포하지 않고 사용자의 피부 표면의 두개 부분에 대하여 배치되는 방법.
제 43 항에 있어서,
하나 이상의 전극 어셈블리를 전원에 연결하는 단계; 및
소정의 기간 동안 하나 이상의 전극 어셈블리를 통하여 소정의 전류를 발생시키는 단계를 더 포함하는 방법.
제 44 항에 있어서, 각각의 전극 어셈블리의 오리피스의 단면적은 25㎟와 95㎟ 사이이며 전극 어셈블리의 액체/겔-피부 경계면의 전류 밀도는 ㎠당 0.1 mA와 ㎠당 10 mA 사이인 방법.
제 44 항에 있어서, 배치 단계 이전에 두개의 피부 표면을 전처리하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 48 항에 있어서, 전처리 단계는 전도성 겔 또는 피부 표면 중 하나 이상에 화학 물질을 도포하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 49 항에 있어서, 화학 물질은 항산화제, 마취제 또는 발적제 중 하나 이상을 포함하는 방법.
제 48 항에 있어서, 전처리 단계는 피부 표면에 전처리 파형을 인가하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 51 항에 있어서, 전처리 파형은
0.1 내지 60 분 동안 인가되는 0.1 내지 1 mA사이의 DC 전류; 또는
0.01 내지 500 kHz사이의 주파수를 갖으며 0.1 내지 60 분 동안 인가되는 0.1 내지 1 mA사이의 AC 전류 중 하나를 포함하는 방법.
제 52 항에 있어서, 전처리 파형은 0.01 내지 500 kHz사이의 주파수, 0.1 마이크로초 내지 100 초의 펄스 폭, 및 0.1 마이크로초 내지 100 초의 펄스 사이의 간격을 갖는 AC 전류를 포함하는 방법.
제 51 항에 있어서, 전처리 파형은 백색 노이즈, 가우시안 노이즈, 1/f 노이즈, 열 노이즈, 쇼트 노이즈로 이루어지는 군으로부터 선택된 전기 노이즈 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
제 51 항에 있어서, 전기적 전처리 파형은 분당 1 mA 내지 밀리세컨드당 1 mA의 슬로프(slope)로 램프된 전류(ramped current)를 포함하는 방법.
제 55 항에 있어서, 전기적 전처리 파형은 0 내지 10000의 표준 편차를 갖는 가우시안(Gaussian) 파형을 포함하는 방법.
제 44 항에 있어서, 하나 이상의 전극 어셈블리의 적어도 하나에 대한 전극 저항을 모니터링하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 44 항에 있어서, 적어도 하나 이상의 전극 어셈블리는 적어도 두 개 이상의 전극 어셈블리를 포함하며, 적어도 두 개 이상의 전극 어셈블리의 적어도 두개에 인가되는 전압을 모니터링하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 44 항에 있어서, 전도성 겔의 pH를 모니터링하는 단계를 더 포함하는 방법.
전극;
전도성 액체 또는 겔; 및
절연체를 포함하며,
전도성 액체 또는 겔은 전극-액체/겔 경계면을 따라 전극과 접촉하며 액체/겔-피부 경계면에서 사용자의 피부 표면과 접촉하기 위한 전극 어셈블리의 외측면에 도달하며;
절연체는 전극-액체/겔 경계면과 피부 표면과 접촉하기 위한 전극 어셈블리의 외측면 사이의 최소 거리가 0.25㎝ 이상이 되도록 전극을 배치시키도록 구성되는 신경 두개 자극용 전극 어셈블리.
전극, 전극-액체/겔 경계면을 따라 전극과 접촉하며 액체/겔-피부 경계면에서 사용자의 피부 표면과 접촉하기 위한 전극 어셈블리의 외측면에 도달하는 전도성 액체 또는 겔, 및 절연체를 각각 포함하는 두 개 이상의 전극 어셈블리를 선택하는 단계;
사용자의 피부면의 두개 부분에 대하여 각각의 전극 어셈블리의 배치면을 배치시켜서, 전극-액체/겔 경계면과 액체/겔-피부 경계면 사이의 최소 거리가 0.25㎝ 및 1.3㎝ 사이가 되도록 전도성 겔 재료가 오리피스의 액체/겔-피부 경계면을 따라 두개의 피부 표면과 접촉하는 단계;
양극/음극 쌍으로 이루어진 두 개 이상의 전극 어셈블리를 연결하는 단계; 및
소정의 기간 동안 각각의 양극/음극 쌍을 통하여 소정의 전류를 발생시키는 단계를 포함하며,
오리피스의 단면적은 25㎟와 95㎟ 사이이며 액체/겔-피부 경계면의 전류 밀도는 ㎠당 0.1 mA와 ㎠당 10 mA 사이인 신경 두개 자극을 시행하기 위한 방법.