KR20120069653A - 전기 자극을 위한 의료 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 자극을 위한 의료 장치(2)에 관한 것이다. 본 장치는 원위 단부(21) 및 근위 단부(22)를 구비하고 하나 이상의 전극(24)에 연결시키기 위한 하나 이상의 전기 전도체(23)를 포함하는 이식 가능한 긴 리드 시스템(20)을 포함한다. 하나 이상의 전기 전도체는 리드 시스템의 길이 축(25)을 따라 복수의 와인딩으로 감겨지며, 와인딩의 밀도는 길이 축을 따라 불균등하게 분포된다. 일 구체예에서, 본 의료 장치는 심뇌 자극 (DBS) 장치 형태를 갖는다.

Description

전기 자극을 위한 의료 장치 {MEDICAL DEVICE FOR ELECTRICAL STIMULATION}

본 발명은 전기 자극을 위한 의료 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 이식 가능한 부분을 포함한 전기 자극을 위한 의료 장치에 관한 것이다.

전기 자극 요법은 주로 광범위한 적용을 위한 이식 가능한 전기 자극 장치의 성공적으로 사용과 관련하여, 빠르게 성장하는 분야이다. 하나의 중요한 적용은 심뇌 자극 (DBS)이다. DBS 시스템은 두 개의 구성요소를 포함할 수 있다: 이식형 펄스 발생기 (IPG) 및 프로브. 상기 IPG는 표적 부위에서의 신경 활성을 저해하기 위해 전기적 펄스를 뇌로 보내는 배터리 전력 공급형 신경 자극기(battery powered neurostimlator)이다. 상기 프로브는 통상적으로 약 10 내지 15 cm 길이의 와이어 및 복수의 전극으로 이루어진다. 상기 와이어는 IPG를 프로브의 원위 단부에 위치되어 있는 전극에 연결시킨다. IPG는 증상 억제를 최적화하고 부작용을 조절하기 위하여 신경과 의사, 간호사 또는 훈련된 전문가에 의해 조정될 수 있다.

그러나, 일반적으로 이식 가능한 전기 전도성 구조물에 관심을 갖는다. 이식된 장치를 지닌 개체에 자기 공명 영상(MRI)을 실시하는 것이 요망될 수 있다. 그러나, MRI와 관련하여 크게 변하는 자기장으로 인하여, 강력한 전기장이 형성될 수 있으며, 관련된 전류 흐름이 전도체 주변의 조직을 가열시킬 수 있는데, 이는 조직을 손상시킬 수 있다. 이러한 문제는 특히 전도체 단부에서 발견된다. 예를 들어, 뇌 조직에서의 절연된 20 cm 직선 와이어의 경우에, 1.5 T MR 시스템의 정상 작동 모드에서 온도는 최대 48℃까지 상승할 수 있다. 1℃ 미만의 온도 상승이 안전한 것으로 여겨진다.

전극에서의 유도된 전류 밀도 및 이에 따른 요망되지 않는 가열은 높은 임피던스를 갖는 전극을 사용함으로써 감소될 수 있다. 그러나, 높은 임피던스의 인가는, 높은 임피던스가 높은 DC-저항으로서 실현되는 한 긴 배터리 수명과 충돌한다.

공개된 미국특허출원번호 제2008/243218호에는 전도체(들)의 배열로부터 MR 스캐닝으로부터 유도된 전기장에 대한 원치않는 커플링을 감소시킬 수 있는, 하나 또는 복수의 전도체를 갖는 이식 가능한 리드(lead)가 기재되어 있다. 이러한 문헌에는 마주하는 근위 부분 및 원위 부분을 갖는 적어도 하나의 전도체를 포함하는 리드를 배열시키는 것이 기재되어 있으며, 여기서 전도체는 적어도 2 회 자체적으로 방향이 바뀌어진다. 그러나, 전도체의 역방향 루팅(backward routing)은 전도체의 길이를 증가시킨다.

본 발명의 발명자들은 당해 분야에서 개선된 이식 가능한 장치가 여전히 요구된다는 것을 인식하였고, 그 결과 본 발명을 발명하였다.

본 발명은 MRI와 양립가능한 이식 가능한 장치를 달성하는데 유리할 것이다. 이러한 목적을 위하여, 빠르게 변하는 전자기장에 노출하는 동안 전도성 부분에서의 임의의 관련된 온도 상승을 최소화하거나 낮추는, 전도성 부분을 포함하는 이식 가능한 장치를 달성하는 것이 유리할 것이다. 일반적으로, 본 발명은 바람직하게 상술된 단점들 중 하나 이상을 단독으로 또는 임의의 조합으로 경감시키거나, 완화시키거나, 제거하는 것을 모색한다. 특히, 본 발명의 목적은 종래 기술의 상술된 문제점 또는 그밖의 문제점을 해결하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

이러한 관심들 중 하나 이상을 보다 잘 다루기 위하여, 본 발명의 제 1 양태에서, 원위 단부 및 근위 단부를 구비하고 하나 이상의 전극에 연결시키기 위한 하나 이상의 전기 전도체를 포함하는 이식 가능한 긴 리드 시스템을 포함하고, 하나 이상의 전기 전도체는 상기 리드 시스템의 길이 축을 따라 복수의 와인딩으로 감겨지며, 여기서 와인딩의 밀도는 길이 축을 따라 불균등하게 분포된, 전기 자극을 위한 의료 장치가 기술된다.

하나 이상의 전기 전도체를 감음으로써, 낮은 주파수(자극 주파수)에서의 DC 저항이 결합된 배터리 전력 공급형 펄스 발생기의 긴 배터리 수명을 확보하기 위해 충분히 낮게 유지될 수 있으면서, 와인딩으로부터의 자가 인덕턴스로 인하여 높은 주파수(MRI 주파수)에서 일반적으로 프로브의 임피던스는 증가될 수 있다. MRI 주파수는 통상적으로 1-테슬라 시스템의 경우 42 MHz 내지 3-테스라 시스템의 경우 128 MHz이며, 통상적으로 신경자극-자극 펄스는 0.001 내지 10 kHz 범위의 주파수를 함유한다. 본 발명의 발명자들은 MRI 주파수에서 임피던스를 충분히 억제하기 위해 매우 큰 수의 와인딩이 요구될 수 있다는 것을 실현시켰다. 이에 따라, 감겨진 전도체와 관련하여 요구되는 전기 커넥터(electrical connector)의 길이는 상당히 커질 수 있다. 전기 커넥터는 상이한 방식으로 제작될 수 있다. 하나의 방식으로, 전기 커넥터는 박막 기술을 이용하여 제작된다. 긴 감겨진 구조물은 박막 기술을 이용하여 제조하기 어려울 수 있다. 또한, 와이어의 길이가 증가함에 따라, 또한 DC 저항이 증가하는데, 이는 배터리 수명 요건과 관련하여 바람직하지 않다. 본 발명의 발명자들은 또한, 이식된 의료 장치의 MRI 스캐닝으로부터 초래하는 가열이 본 장치를 따라 불균등하게 분포된다는 것을 실현시켰다. 이에 따라, 와인딩의 밀도가 길이 축을 따라 불균등하게 분포되도록, 전기 전도체의 와인딩을 배치시킴으로써, 고밀도의 와인딩은 이러한 것이 요구되는 영역에서 사용될 수 있으며, 보다 낮은 밀도의 와인딩은 가열과 관련된 문제점이 보다 덜 심각한 영역에서 사용될 수 있다. 고밀도의 와인딩이 감겨진 전체 영역을 따라 동일하게 사용되지 않기 때문에, 와인딩의 수 및 이에 따른 전기 전도체의 길이는 감소되며, 동시에, 와인딩의 존재로부터, 임피던스가 이식 및 MRI와 관련하여 사용하기에 적합한 장치를 제공하기 위해 적절한 영역에서 임피던스가 충분히 증가될 수 있다.

특히, 본 장치는 심뇌 자극(DBS)과 관련하여 유익하게 적용될 수 있는데, 왜냐하면 뇌 조직은 국소 가열에 대해 특히 민감하며 또한 뇌 조직의 임의의 손상이 매우 심각한 결과를 가질 수 있기 때문이다. 그러나, 일반적으로, 본 구체예에 따른 장치는 여러 신체 부분의 전기 자극을 위해 사용되는 프로브와 관련하여 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 장치는 신경자극, 기능적 자극(functional stimulation), 척수 자극, 뇌 자극, 피질 자극, 근육 자극, 위장 자극, 근육 자극, 보측(pacing) 및 심장 제세동과 같은 적용과 관련하여 사용될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 뇌 적용을 위하여, 본 장치는 두개골에서 뇌의 표적 용적(target volume)으로 연장하는 프로브 형태를 가질 수 있다. 심장 적용을 위하여, 본 장치는 혈관(vessel), 예를 들어 서혜부(groin)의 혈관에 삽입되고 혈관을 통해 심장의 요망되는 위치로 연장하는 카테터 형태를 가질 수 있다.

조직의 가열과 관련된 문제점은 리드 시스템의 중앙 및/또는 근위 단부에서 보다 리드 시스템의 첨단 또는 원위 단부에서 더욱 커질 수 있다. 유리한 구체예에서, 와인딩의 밀도는, 근위 단부에서 보다 원위 단부에서 보다 높도록, 배치된다.

본 발명의 구체예의 장점은 와인딩의 상이한 특정 배치가 특정 사용 상황에 맞춰질 수 있도록 다양한 장치를 제공하기 위해 사용될 수 있다는 것이다. 예시적 구체예는, 하나 이상의 전기 전도체가 전도체의 실질적으로 전체 길이를 따라 감겨져 있으며 하나 이상의 전기 전도체가 감겨지지 않은 섹션에 의해 분리된 하나 이상의 별개의 섹션에 감겨져 있는 것을 포함한다.

유리하게, 100개 정도로 적은 와인딩은 리드 시스템의 길이를 따라 불균등하게 분포될 수 있다. 그러나, 본 구체예에서, 125, 150, 200 또는 심지어 250개 초과의 와인딩과 같은 보다 많은 와인딩이 사용/요구될 수 있다. 이러한 수는 직경이 1 mm인 10 cm 길이의 프로브를 사용한 연구에 대해 발견되었지만, 유사한 수가 직경이 0.5 mm 내지 2 mm인 5 내지 20 cm 길이의 프로브와 같은 유사한 크기의 프로브에 대해 적용할 것으로 예상된다. 중요하게, 프로브의 길이와 무관하게, 일반적으로 균등하게 분포된 와인딩을 갖는 유사한 프로브 보다 더욱 적은 와인딩이 요구된다.

구체예에서, 와인딩은 와인딩의 균일한 밀도를 갖는 그룹으로 분포되며, 이러한 그룹 밀도는 길이 축을 따라 변한다. 또다른 구체예에서, 와인딩의 밀도는 각 와인딩의 가변성 길이와 함께 길이 축을 따라 연속적으로 변할 수 있다.

구체예에서, 하나 이상의 전기 전도체는 두 개 이상의 섹션으로 감겨지며, 여기서 적어도 두 개 또는 두 개 이상의 섹션은 반대 회전 방향을 갖는 와인딩을 포함한다. 적어도 1회 회전 방향을 변경시킴으로써, 이러한 배치는 교류 자기장 구성요소에 대해 보다 덜 민감하게 되게 한다.

구체예에서, 의료 장치는 복수의 전기 전도체를 포함한다. 유리하게, 복수의 전기 전도체는 호일 상에 길이 축을 따라 평행하게 진행하는 트랙으로서 동시에 감겨진다. 이러한 배치는 유리하게 박막 기술을 이용함으로써 제공될 수 있다. 또다른 구체예에서, 전기 전도체는 컴파운드 와이어에서 함께 묶여진다.

유리한 일 구체예에서, 본 장치는 근위 단부에서 전기 전도체에 전기적으로 결합된 전력공급원을 추가로 포함할 수 있으며, 여기서 상기 전력공급원은 하나 이상의 전극 중 선택된 전극에서 전기적 펄스를 발생시키도록 작동될 수 있다. 전력공급원은 공통의 하우징에서 전력공급원과 함께 동시에 위치된, IC와 같은 제어기에 의해 적절하게 제어될 수 있다. 상기 제어기는 의료 장치의 작동을 셋팅하기 위해 사용자 인터페이스를 포함하거나 의료 장치의 작동을 셋팅하기 위해 별도의 컴퓨터 시스템에 연결시키기 위한 인터페이스를 포함할 수 있다. 일 구체예에서, 전력공급원 (및 제어기)은 예를 들어 두개골(또는 다른 신체 부분)에서 이식 가능한 또는 부분적으로 이식 가능한 장치로서, 전극에 대해 아주 가까이에 위치된다. 다른 구체예에서, 전력공급원 (및 제어기)은 연장 리드를 통해 흉부의 이식 가능한 장치와 같은 제공된 위치에 연결될 수 있다.

일반적으로, 본 발명의 다양한 양태는 본 발명의 범위 내에서 가능한 한 임의의 방식으로 조합되고 결합될 수 있다. 본 발명의 이러한 양태, 특징 및/또는 장점, 및 그밖의 양태, 특징 및/또는 장점은 하기에 기술되는 구체예로부터 명확하게 될 것이고 이러한 구체예를 참조로 하여 설명될 것이다.

본 발명의 구체예는 단지 예로서 도면을 참조하여 기술될 것이다.
도 1은 사람의 두부에 위치된 DBS 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 DBS 프로브 형태의 의료 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3 및 도 4는 전기 전도체 구조물의 구체예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 상이한 전도체 배치의 계산 예(example calculation)를 도시한 것이다.

본 섹션에서, 본 발명은 주로 심뇌 자극 (DBS)을 위한 장치 형태의 전기 자극을 위한 의료 장치와 관련하여 기술된다. DBS 장치가 본 발명의 구체예에 따른 장치의 중요한 적용이지만, 이러한 장치는 신체 부분의 전기 자극 또는 감지를 위해 금속 와이어를 사용하는 다수의 적용과 관련하여 적용될 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 사람의 두부에 위치된 DBS 장치(또한, DBS 프로브로서 칭하여짐)를 개략적으로 도시한 것이다. 도 1a는 뇌의 좌측 및 우측의 자극을 위해 두부에 일부 이식된 두 개의 DBS 프로브 (2, 3)를 지닌 사람(1)을 개략적으로 도시한 것이며, 도 1b는 도 1a에 도시된 사람의 개략적 단면도를 도시한 것이다. DBS 프로브(들)의 배치 및 갯수는 다루어지는 증상의 타입에 따라 결정된다. 도시된 예는 특정 배치의 일 예로서 단지 예시를 위한 것이다. DBS 장치는 세 개의 주요 구성요소를 포함한다: 제어기, 전기 전도체 및 전극. 상기 제어기는 전력공급원 및 제어 전자기기를 포함하며, 이는 통상적으로 이식형 펄스 발생기(IPG) (4, 5)로서 칭하여진다. IPG는 배터리-전력 공급된다. IPG는 통상적으로 예를 들어 티타늄 하우징으로 싸여져 있다. IPG는 전기 전도체(또는 인터커넥트) (8, 9)에 의해 뇌 조직과 접촉하여 있는 전극 (6, 7)에 연결된다. IPG는 전극 (6, 7)에 의해 뇌에 전달되는 전기적 펄스를 발생시킨다. DBS 장치는 다수의 전극을 포함할 수 있다. 예를 들어, 64개의 전극이 사용될 수 있다. 전극은 개별적으로 다루어질 수 있거나 그룹으로 다루어질 수 있다. 통상적으로, 전극의 서브세트는, 전기적 펄스를 표적 부위로 향하게 하기 위해 치료 동안에 활성화된다. 도면에서는, IPG가 두개골에 이식되거나 일부 이식되어 있는 것으로 도시되어 있다. 이러한 것이 유리한 구체예이지만, 본 발명은 이러한 배치로 제한되지 않는다. 예를 들어, IPG는 인간 흉부에 및 프로브 (2, 3)에 연결된 연장 리드(extension lead)를 통해 이식될 수 있다.

도 1c는 MRI 동안에 이식된 DBS 프로브를 지닌 사람의 두부에서 발생하는 시뮬레이션된 장 세기(simulated field strength)를 도시한 스크린 덤프(screen dump)를 도시한 것이다. 이러한 도면에는 두 개의 프로브 (2, 3), 뿐만 아니라 회색 스케일의 장 세기가 도시되어 있다. 이러한 스케일은 150 V/m에서 고정된다. 이러한 예시의 목적은 등전위 라인이 외부 장에서 전도성 프로브의 윤곽을 따르기 때문에, 높은 장 세기가 참조 번호 10에 의해 지시된 바와 같이 프로브의 첨단 (원위 단부) 가까이에서 발생한다는 사실을 강조하기 위한 것이다. 약한 전도성 매질, 예를 들어 인간 뇌에서, 이는 높은 전류 밀도를 야기시키는데, 왜냐하면 전류 밀도는 옴 법칙에 따라 전기장에 비례하기 때문이다. 첨단 영역(10)에서, 뇌 조직에서의 전류 밀도가 가장 크다. 국소 온도 증가는 국소 전력 소산(power dissipation)에 비례하고, 이에 따라 국소 장 세기의 제곱에 비례한다. 조직의 저항이 와이어의 저항에 비해 매우 크며 와이어의 바로 외측의 전류 밀도가 와이어에서의 전류 밀도와 유사하기 때문에, 조직에서의 국소 가열은 매우 높아질 것이다. 첨단에 가까울수록, 전류 밀도가 높아지며, 이에 따라 가열이 높아진다.

도 2는 DBS 프로브(2)의 형태를 갖는 본 발명의 구체예에 따른 의료 장치를 개략적으로 도시한 것이다. DBS 장치는 이식 가능한 긴 리드 시스템(20)을 포함한다. 상기 리드 시스템은 원위 단부 (21) 및 근위 단부 (22)를 지닌다. 상기 리드 시스템은 하나 이상의 전극 (24)에 연결시키기 위한 하나 이상의 전기 전도체(23)를 포함한다. 전극은 단일 튜브로서 개략적으로 도시되어 있지만, 당업자에게 공지된 바와 같이, 제공된 갯수의 전극이 리드 시스템의 원위 단부에서 뇌 조직에 접촉시키기 위해 다양한 배치로 분포되고 배열될 수 있다. 튜브는 단지 예시 목적을 위해 도시된 것이다. 프로브는 하나 이상의 전극 중 선택된 전극에서 전기적 펄스를 발생시키기 위해 IPG (4)를 포함한다. 본 발명의 중요한 양태는 하나 이상의 전기 전도체 (23)가, 전체 헬리컬(helical) 또는 스피랄(spiral) 형태를 갖는 전기 전도체를 제공하기 위해, 리드 시스템의 길이 축 (25)을 따라 복수의 와인딩으로 감겨져 있는 것이다. 와인딩의 분포는, 와인딩의 밀도가 길이 축을 따라 불균등하게 분포되게 하는 정도이다. 또한, 리드 시스템은 홀더 구조물, 예를 들어 전도체 및 전극을 수반하거나 지지하기 위한 튜브형 구조물을 포함할 수 있다. 홀더 구조물은 도면에 도시되어 있지 않다.

도 3은 근위 단부 (22) 및 원위 단부 (1)를 구비한 전기 전도체 구조물 (30)의 일 구체예를 개략적으로 도시한 것이다. 예시된 구체예에서, 단지 단일 나선형 밴드가 도시되어 있다. 구체예에서, 리드 시스템은 복수의 전기 전도체 (및 관련 전극)를 포함한다. 구체예에서, 전기 전도체는 동시에 감겨져 있다. 공동-와인딩은 적어도 두 가지 방식으로 구현될 수 있다. 제 1 타입의 공동-와인딩에서, 전기 전도체는 길이 축을 따라 평행하게 트랙으로서 진행하는 전도체를 갖는 호일로서 형성되어 있으며, 이는 평행한 트랙을 개략적으로 도시하는 블로우-업(blow-up)(33)에 의해 개략적으로 도시된다. 제 2 타입의 공동-와인딩에서, 전기 전도체는 컴파운드 와이어에서 함께 묶여져 있는 단일 절연 와이어로서 형성되어 있으며, 여기서 각 개개의 와이어는 본 발명의 구체예에 따라 배치된다. 도 3의 일반적인 예시는 하나 이상의 전도체의 적절한 개조와 함께 이러한 두 가지 상황을 포함한다.

일반적인 구체예에서, 와인딩의 밀도는 와인딩의 밀도는 근위 단부에서 보다 원위 단부에서 더욱 높다. 도 3에서, 와인딩의 밀도는 각 와인딩의 가변성 길이와 함께 길이 축(25)을 따라 연속적으로 변한다. 이에 따라, 두 개의 와인딩의 인접한 섹션 사이의 간격(31, 32)에 의해 나타낸 바와 같이, 와인딩의 길이는 일반적으로 근위 단부(22) 쪽으로 보다 크고, 일반적으로 원위 단부(21) 쪽으로 더욱 작아진다.

도 4는 전도성 구조물의 개략적 구체예를 도시한 것이다. 도 2 및 도 3에서, 하나 이상의 전기 전도체는 전도체의 실질적으로 전체 길이를 따라 감겨진다. 그러나, 도 4a에 개략적으로 도시된 바와 같이, 전도체 구조물은, 구체예에서 와인딩이 단지 전도체 시스템의 섹션을 따라 제공될 수 있도록, 감겨진 섹션(40) 및 감겨지지 않은 섹션(41, 42)을 포함할 수 있다. 여기서, 이는 원위 단부를 향하여 배치된 중앙 부분(40)을 따라 와인딩을 갖는 전도체 시스템으로서 예시되어 있지만, 근위 부분(41) 및 원위 단부(42) 자체는 감겨지지 않은 섹션을 포함할 수 있다. 그러나, 다른 구체예에서, 일반적으로 전도체 구조물의 섹션은 와인딩을 포함하며, 섹션의 위치는, 단지 단일의 감겨지지 않은 섹션이 존재할 수 있도록, 디자인 고려사항 또는 다른 고려사항에 따라 배치될 수 있다. 감겨진 섹션의 경우에, 와인딩의 밀도는 길이 축을 따라 불균등하게 분포된 것으로 이해되어야 한다.

도 4b는 하나 이상의 전기 전도체가 감겨지지 않은 섹션(41)에 의해 분리된 다수의 별개의 감겨진 섹션(40)에 감겨져 있는 구체예를 개략적으로 도시한 것이다. 왼쪽 상에 근위 단부(22)를, 및 오른쪽 상에 원위 단부(21)를 배정함으로써, 감겨진 섹션에 대하여, 와인딩의 밀도가 길이 축을 따라 불균등하게 분포되어 있는 것으로 이해되어야 한다. 일 구체예에서, 와인딩의 밀도는, 와인딩 밀도가 일반적으로 근위 단부에서 보다 원위 단부에서 더욱 높도록 한다. 도면에서, 감겨진 섹션(40) 및 감겨지지 않은 섹션(41) 둘 모두는 동일한 크기를 갖는다. 그러나, 일반적으로, 감겨진 섹션 및 감겨지지 않은 섹션 둘 모두의 개개의 크기는 다양할 수 있다.

도 4c는 와인딩이 다수의 그룹(42-49)으로 나뉘어진 일 구체예를 개략적으로 도시한 것으로서, 여기서 그룹 내의 와인딩의 밀도, 즉 그룹 밀도는 일정하다. 그러나, 그룹 밀도는 그룹 밀도가 근위 단부(22)에서 보다 원위 단부(21)에서 더욱 높아지도록 길이 축(25)을 따라 변한다. 이에 따라, 그룹 밀도는 그룹(42)에서 가장 크고, 가장 작은 그룹(48)까지 그룹(43)에서 더 낮아진다.

도 4d는 두 개의 섹션(400, 401)이 반대 회전 방향을 갖는 와인딩을 포함하는 일 구체예를 개략적으로 도시한 것이다. 이러한 구체예에서, 제공된 위치(402)에, 와인딩의 방향이 제 1 방향(403)에서 제 2의 반대 방향(404)으로 변하는 것으로 예시되어 있다. 도면에서, 회전의 방향이 중간에서 변하는 것을 나타내고 있지만, 반드시 이러한 경우일 필요는 없다. 또한, 회전 방향은 길이 축(25)을 따라 2회 이상 변경될 수 있다.

도 3 및 도 4a 내지 4d와 관련하여 기술된 전도성 구조물의 특정 특징은 본 발명의 범위 내에서 임의의 방식으로 조합될 수 있다.

도 5는 상이한 전도체 배치의 시뮬레이션을 도시한 것이다. 계산치는 이식된 전도체의 존재로 인하여, MRI 동안에 뇌 조직에서 일어나는 전기장 세기의 시뮬레이션이다. 허용 가능한 시뮬레이션 횟수에서 정확한 시뮬레이션 결과를 달성하기 위하여, 하기 모델이 고려된다. DBS 장치는 인간 뇌의 대표적인 전기적 성질을 갖는 물질의 균질한 블록으로 고려된다. 외부 평면파는, 임의의 금속 와이어 없이, 중앙의 전기장 세기가 약 900 V/m이도록 이러한 물질의 블록 상에 입사된다. 와이어의 존재는 전기장 세기의 강력한 증가를 초래한다. 도면에서, 스케일은 2,000 V/m으로 고정되었다. 고정된 수치의 윤곽의 변화는 와이어의 와인딩으로 인하여 장 세기의 강력한 감소의 명확한 지시를 제공한다. 시뮬레이션은 CST (www.cst.com)로부터의 3D 전자기 시뮬레이션 프로그램 MicroWave Studio를 이용하여 수행된다. 제어기 박스는 7 mm의 높이 및 24 mm의 직경을 갖는 중공 실린더로서 모델링된다. 리드 시스템은 10 cm 길이 및 1.6 mm의 직경의 얇은 실린더로서 모델링된다. 전자기기의 인터페이스는 와이어와 고체 박스 사이에 50 Ω 저항기에 의해 모델링된다. 프로브에서 평행한 전도체는 서로 매우 가까이 진행되고 이에 따라 MRI 주파수에서 강력하게 커플링되는 것으로 나타났다. 이러한 커플링은 너무 강력하여 평행한 전도체가 하나의 단일 와이어로서 모델링될 수 있다.

도 5a는 10 cm 길이의 직선 와이어에 대한 자극 결과를 도시한 것이며, 도 5b는 전도성 구조물의 길이 축을 따라 250 개의 균등하게 분포된 와인딩을 포함하는 전도성 구조물에 대한 자극 결과를 도시한 것이다. 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 구체예에 따라, 및 특히 도 4c에 개략적으로 도시된 바와 같은 일 구체예와 관련한 전도성 구조물의 길이 축에 따라 분포된 불균등한 수의 와인딩을 갖는 DBS에 대해 수행된 시뮬레이션을 나타낸 도 5c 내지 도 5f와 비교하기 위해 나타낸 것이다. 모든 도면은 중앙에 배치된 DBS 프로브를 포함한다. 이는 참조 번호 50에 의해 지시된 바와 같이 도 5a에서 가장 용이하게 보여지지만, 또한 다른 도면은, 칼라 스케일로 인하여 잘 보여지지 않지만 프로브를 포함한다.

도 5a는 직경이 1 mm인 10 cm 길이의 직선 와이어에 대해 얻어진 자극 결과를 도시한 것이다. 이러한 도면에서는, 상당히 큰 영역이 약 2000 V/m의 장 세기를 가짐을 나타내고 있다. 분포의 상세한 검사로부터, 이러한 장 세기 및 분포가 MRI와 관련하여 허용되지 않을 수 있는 것으로 평가될 수 있는데, 왜냐하면 이는 뇌 조직에서 너무 높은 온도 상승을 초래할 것이기 때문이다.

도 5b는 프로브를 따라 250 개의 균등하게 분포된 와인딩을 갖는 1 mm의 직경을 갖는 10 cm 길이의 와이어에 대해 얻어진 자극 결과를 도시한 것이다. 균등하게 분포된 와인딩을 갖는 프로브에 대해 수행된 자극의 검사로부터, 비록 이러한 것이 고정 한계(hard limit)는 아니지만, 250 개의 와인딩이 사용을 위해 적절한 것으로 평가된다.

도 5c 내지 도 5f는 불균등하게 분포된 와인딩을 갖는 1 mm의 직경을 갖는 10 cm 길이의 와이어에 대해 얻어진 자극 결과를 도시한 것이다. 프로브 각각은 그룹 밀도로서 칭하여지는, 그룹 내에서의 일정한 와인딩 밀도를 갖는 1 센티미터의 그룹으로 섹션화된다. 도면 각각은 세 개의 항목이 도시되어 있다. 왼쪽에는, 특정 프로브(51)의 개략적 예시가 도시되어 있다. 중간에는 프로브에 따른 그룹 밀도가 도시되어 있다. 이에 따라, 도 5c에서의 프로브에 대하여, 원위 단부는 24개 와인딩/cm를 포함하며, 다음 그룹은 22개 와인딩/cm를 포함하며, 6 와인딩/cm를 포함하는 근위 단부까지 계속된다. 오른쪽에는, 특정 프로브 배치에 대한 자극 결과(53)가 도시되어 있다. 불균등하게 분포된 와인딩을 갖는 프로브에 대해 수행된 자극의 검사로부터, 도 5c에서의 프로브가 MRI와 관련하여 사용하기에 적절한 것으로 평가되었다. 그러나, 와인딩의 밀도의 다른 특정 분포가 또한 사용될 수 있다. 당업자의 능력 내에 적절한 특정 와인딩 배치가 평가될 수 있다. 상세하게, 도 5c의 배치의 경우에, 단지 150개의 와인딩이 사용되며, 이는 250개의 균등하게 분포된 와인딩을 갖는 도 5b의 배치와 비교하여 60% 감소된 것이다.

본 발명이 도면 및 상기 설명에서 예시되고 상세히 기술되어 있지만, 이러한 예시 및 설명은 예시적이거나 대표적이고 제한적이지 않은 것으로 여져질 것이다. 본 발명은 기술된 구체예들로 제한되지 않는다. 기술된 구체예에 대한 다른 변형예는 도면, 설명, 첨부된 도면의 연구로부터 청구된 발명을 실행함에 있어서 당업자에 의해 이해되고 달성될 수 있다. 청구 범위에서, 단어 "포함하는"은 다른 구성요소 또는 단계들을 배제하지 않으며, 단수는 복수를 배제하지 않는다. 단일 프로세서 또는 다른 유닛은 청구범위에 기술된 여러 항목들의 기능을 충족시킬 수 있다. 특정 수단이 서로 상이한 종속항에 기술된 단순한 사실은 측정된 이러한 것들의 조합이 장점으로 사용되지 못할 수 있음을 명시하지 않는다. 컴퓨터 프로그램은 적합한 매체, 예를 들어 다른 하드웨어와 함께 또는 이의 일부로서 공급된 광학적 저장 매체 또는 고체 상태 매체 상에 저장/분포될 수 있지만, 또한 인터넷 또는 다른 유선 또는 무선 통신 시스템고 같은 다른 형태로 분포될 수 있다. 본 청구범위의 임의의 참조 기호는 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않을 수 있다.

Claims (14)

1. 하나 이상의 전극 (6, 7, 24)에 연결시키기 위한 하나 이상의 전기 전도체 (8, 9, 23, 30)를 포함하는, 원위 단부 (21) 및 근위 단부 (22)를 갖는 이식 가능한 긴 리드 시스템(elongated lead system) (20)을 포함하는 전기 자극을 위한 의료 장치(2, 3)로서, 하나 이상의 전기 전도체가 리드 시스템의 길이 축 (25)을 따라 복수의 와인딩(winding)으로 감겨져 있으며, 와인딩의 밀도가 길이 축을 따라 불균등하게 분포되어 있는, 전기 자극을 위한 의료 장치 (2, 3).
2. 제 1항에 있어서, 와인딩의 밀도가 근위 단부에서 보다 원위 단부에서 더욱 높은 장치.
3. 제 1항에 있어서, 하나 이상의 전기 전도체가 전도체의 실질적으로 전체 길이에 따라 감겨져 있는 장치.
4. 제 1항에 있어서, 하나 이상의 전기 전도체가 감겨지지 않은 섹션(non-wound section) (41)에 의해 분리된 하나 이상의 별개의 섹션 (40)에 감겨져 있는 장치.
5. 제 1항에 있어서, 리드 시스템의 길이를 따라 분포된 와인딩의 수가 100 개를 초과하는 장치.
6. 제 1항에 있어서, 와인딩이 다수의 그룹(42-49)으로 나누어지며, 상기 그룹내의 와인딩의 밀도, 즉 그룹 밀도가 일정하며, 상기 그룹 밀도가 근위 단부 (22)에서 보다 원위 단부 (21)에서 더욱 높은 그룹 밀도를 갖도록 길이 축(25)을 따라 변하는 장치.
7. 제 1항에 있어서, 하나 이상의 전기 전도체가 두 개 이상의 섹션 (400, 401)에 감겨져 있으며, 적어도 두 개 또는 두 개 이상의 섹션이 반대 회전 방향 (403, 404)을 갖는 와인딩을 포함하는 장치.
8. 제 1항에 있어서, 와인딩의 밀도가 각 와인딩의 가변성 길이 (31, 32)를 갖도록 길이 축을 따라 연속적으로 변하는 장치.
9. 제 1항에 있어서, 복수의 전기 전도체를 포함하며, 상기 전기 전도체들이 동시에 감겨져(co-wound) 있는 장치.
10. 제 9항에 있어서, 전기 전도체가 길이 축을 따라 평행하게(33) 진행하는 전도체를 갖는 호일로서 형성된 장치.
11. 제 9항에 있어서, 전기 전도체가 컴파운드 와이어(compound wire)에 함께 묶여져 있는 장치.
12. 제 1항에 있어서, 전기 전도체의 근위 단부에 전기적으로 연결되어 있는 전력공급원 (4, 5)을 추가로 포함하며, 전력공급원이 하나 이상의 전극 중 선택된 전극에서 전기적 펄스를 발생시키기 위해 작동될 수 있는 장치.
13. 제 1항에 있어서, 장치의 적용이 신경자극, 기능적 자극, 척수 자극, 뇌 자극, 피질 자극, 근육 자극, 위장 자극, 근육 자극, 보측(pacing) 및 심장 제세동으로 이루어진 군으로부터 선택된 장치.
14. 제 1항에 있어서, 뇌에 전기 자극을 위해 적합한 전기적 펄스를 발생시키기 위해 작동될 수 있는 전력공급원을 포함하는, 심뇌 자극을 위해 적합한, 장치.

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