KR20150002770A

KR20150002770A - Rtms 장치

Info

Publication number: KR20150002770A
Application number: KR1020147031139A
Authority: KR
Inventors: 이 진; 찰스 네제비치; 로버트 디 실베츠; 마크 치엔
Original assignee: 뉴포트 브레인 리서치 래버러토리 인코포레이티드
Priority date: 2012-04-06
Filing date: 2013-04-08
Publication date: 2015-01-07
Also published as: IL234671A0; CA2867774A1; CN104519953B; US20130289433A1; US10350427B2; EP2833969A1; EA201400989A1; HK1207020A1; CN104519953A; AU2013243272A1; EP2833969A4; MX2014012021A; SG11201405672SA; IN2014DN09105A; WO2013152355A1; AU2013243272B2; MX344672B; JP2015515326A

Abstract

rTMS 코일 또는 코일의 세트는 동기식 자기장 펄스로 뇌의 복수의 영역에 영향을 미칠 수 있도록 설계된다. 관심있는 표적화된 영역상에 정렬된 복수의 코일, 또는 자기장이 관심있는 영역에 영향을 미칠 수 있는 형상으로 신장되거나 확대된 단일의 코일이 개시된다. 또한, 반복적 경두개 자기 자극(rTMS) 치료를 최적화하는 방법도 개시된다.

Description

RTMS 장치{RTMS DEVICE}

본 발명은 rTMS 장치로 치료한 환자의 뇌에서 2개 이상의 영역을 자극할 수 있는 신규한 반복적 경두개 자기 자극(repetitive transcranial magnetic stimulation)(rTMS) 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그래핀 위상 어레이 자석(graphene phased array magnet)에 관한 것이다.

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은, 그의 개시내용 전체가 본원에서 참고로 인용된, 2012년 4월 6일자로 출원된 미국 가출원 제 61/621,413 호에 대한 35 U.S.C. §119(e) 하에서의 우선권주장 출원이다.

경두개 자기 자극(Transcranial magnetic stimulation)(TMS)은 뇌 내의 신경 세포를 자극하여 우울증의 증상 및 다른 신경 정신병학적 상태를 개선하기 위하여 자기장을 사용하는 절차이다. 통상적으로, TMS 코일은 단일 지점에서 최대 강도를 달성하도록 설계된 원형 또는 8-자 형상을 갖는다. 표준 TMS로 우울증을 치료하기 위하여, 대형 전자기 코일은 이마 근처의 두피에 맞대어 또는 그에 근접하게 배치된다. TMS에 사용되는 전자석은 감정 제어 및 우울증과 관련된 뇌의 영역에서 신경 세포를 자극하는 전기 전류와 자기장을 생성한다.

TMS 코일의 디자인은, 예를 들면, 코일의 코어를 구성하는데 사용된 재료의 유형, 코일 구성의 기하학적 구조 및 코일에 의해 생성된 펄스의 특성에 따라 달라질 수 있다. 코일은 일반적으로는 강자성 활성 재료로 구성되어 있으며, 일반적으로는 '솔리드-코어(solid-core)' 디자인이라 불린다. 원형 코일, 8자형 코일, 이중 원추형 코일(double-cone coil) 및 4-엽 코일(four-leaf coil)을 포함하는 여러 가지 다른 유형의 코일이 존재하는데, 이들은 각각 상이한 자기장 패턴을 생성한다. TMS 코일의 형상에 있어서의 디자인 변경은 코일에 의해 발생된 자기장이 뇌를 가변적으로 관통하는 것을 허용한다. TMS 장치는 일반적으로는 한 번에 하나의 뇌 영역을 처리하도록 구성된다. 뇌의 여러 영역을 치료하기를 원하는 경우, 뇌의 상이한 영역의 순차적인 치료가 요구된다.

본 발명은, 뇌의 복수의 영역에 영향을 미치는 동기 TMS 펄스를 발생시키는데 rTMS가 필요한 경우, rTMS 장치로 치료한 환자의 뇌에서 2개 이상의 영역을 자극할 수 있는 신규한 rTMS 장치를 제공한다.

간단하게, 본 발명에 따르면, 반복적 경두개 자기 자극(rTMS) 장치는 신경 정신병학적 상태를 치료하거나 또는 생리학적 기능을 개선하는데 사용되며, 이때 이러한 장치는 자기장을 전달하도록 환자의 머리 또는 환자 머리의 일부분 및 코일의 형상에 따르는 하우징을 포함한다. 코일 구성은 rTMS 장치가 장착된 환자의 뇌의 2개 이상의 영역에 자기 자극을 전달할 수 있는 자기장을 생성한다. 코일 구성은 2개 이상의 코일 또는 대안적으로는 환자의 뇌의 2개 이상의 영역에 자기 자극을 전달하도록 형상화된 단일 코일을 포함한다. 코일 구성의 기하학적 구조는 복잡한 기하학적 구조 및 방출 영역을 허용하는 자기장 방출 장치의 위상 어레이일 수 있다.

또한, 어레이를 구성하는 복수의 그래핀 자기 이미터(graphene magnetic emitter)를 갖는 본 발명의 rTMS 장치는 환자에 의해 착용되는 캡(cap )일 수 있다. 캡은 천 패브릭 메쉬와 같은 특정의 패브릭으로 제조된다. 또한, 합성 중합체 메쉬가 사용될 수도 있다. 이미터는 환자의 머리 전체에 걸쳐 이미터의 어레이를 만들기 위하여 캡에 부착된다. 캡은 환자의 머리에 착용되는데, 여기에서 이미터는 각각의 이미터를 제어하는 소프트웨어를 프로그래밍함으로써 목적하는 자기장을 생성할 수 있다. 어레이의 요소는 자기 로브(magnetic lobe)의 형상 및 위치를 최적화하여 위상 어레이를 생성하도록 각각의 이미터를 켜고 끄는 소프트웨어에 의해 구동된다. 캡은 추가적으로 환자의 EEG가 rTMS를 제공할 뿐만 아니라 모니터할 수 있도록 터치-리스 EEG 센서가 장착될 수 있다.

본 발명의 rTMS 장치는 뇌의 전방 및 후방 영역; 뇌의 운동 피질(motor cortex) 및 전두엽 피질(frontal cortex) 영역; 또는 뇌의 전두엽 영역의 측부에 자기 자극을 전달할 수 있다. 바람직하게, 코일 구성은 뇌 내의 복수의 위치 사이의 간섭성(coherence) 및 동기 거동을 촉진하도록 동기화된다.

본 발명의 rTMS 장치는 생리학적 기능을 향상시키거나 또는 개선하고 신경 정신병학적 장애 또는 상태를 치료하는데 사용될 수 있다. 생리학적 기능은 집중력, 수면, 각성도, 기억력, 혈압, 스트레스, 성욕, 언어 능력, 운동 기능, 신체적 성능, 인지 기능, 지능, 신장(어린이의 경우) 및 체중을 포함한다. 신경 정신병학적 상태 또는 장애는 자폐증 스펙트럼 장애(ASD), 알츠하이머병, ADHD, 정신분열증, 불안증, 만성 통증, 우울증, 혼수상태, 파킨슨씨병, 약물 남용, 양극성 장애, 수면 장애, 섭식 장애, 이명, 외상성 뇌손상, 외상후 스트레스 증후군, 및 섬유 근육통을 포함한다.

본 발명을 실시하는데 있어서 특히 관심있는 것은 뇌의 2개 이상의 영역을 동시에 치료할 수 있는 장치를 제공함으로써, 예를 들면, 알츠하이머병, 언어 장애, 정신분열증 및 우울증과 같은 뇌의 상이한 영역을 가로질러 빈약한 간섭성(coherence)을 가진 장애를 치료하는데 사용되는 rTMS 장치이다.

도 1은 db 그래핀 이미터의 실시태양을 나타낸다.
도 2는 yy 그래핀 이미터의 실시태양을 나타낸다.
도 3은 터치-리스 EEG 센서를 나타낸다.
도 4는 2 가지 유형의 그래핀 이미터 및 터치-리스 EEG 센서를 포함하는 rTMS 캡을 착용한 환자의 평면도이다.
도 5는 2 가지 유형의 그래핀 이미터를 포함하는 rTMS 캡을 착용한 환자의 평면도이다.
도 6은 2 가지 유형의 그래핀 이미터를 포함하는 rTMS 캡을 착용한 환자의 평면도이다.
도 7은 뇌의 다양한 영역에서 별개의 자기장 소스를 제공하는 다중-루프 코일(multi-loop coil)을 나타낸다. 코일은 뇌를 가로질러 동기화된 자기장의 세트를 제공하도록 함께 접속된다.
도 8은 위상 어레이 구성을 나타낸다. 이러한 구성에서, 자기장 펄스의 위상은 서로 부가 또는 감소 간섭(additive or subtractive interference)을 제공하도록 변경됨으로써 특이 자기장 패턴을 생성할 수 있다.
도 9는 rTMS로 치료하기 전의 개인에 대한 평면도 지형에 있어서의 전력 분포를 포함하는 EEG 및 뇌파 맵의 결과를 나타낸다.
도 10a는 정상적인 8자형 코일을 나타내며, 도 10b는 이러한 영역내에 놓여 있는 뇌의 모든 영역에 영향을 미치는, 코일 아래의 영역을 따라 신장되는 자기장을 생성하는 연장되거나 신장된 8자형 코일을 나타낸다.

본 발명을 실시하는 경우, 반복적 경두개 자기 자극(rTMS) 장치는 환자의 머리 및/또는 인간 머리의 하나 이상의 부분의 형상에 따르는 하우징을 포함하도록 제작된다. 소아, 청소년 및 성인을 치료하기 위하여 상이한 크기로 제작될 수 있다. 본 발명의 장치는 또한 자기장을 전달하기 위한 코일을 포함할 수도 있다. 코일 구성은 rTMS 장치를 장착한 환자의 뇌의 2개 이상의 영역에 자기 자극을 전달할 수 있는 자기장을 생성한다. 코일 구성은 2개 이상의 코일, 또는 대안적으로는 환자의 뇌의 2개 이상의 영역에 자기 자극을 전달하도록 형상화된 단일 코일일 수 있다. 이와 달리, 코일 구성의 기하학적 구조는 복잡한 기하학적 구조 및 방출 영역을 허용하는 자기장 방출 장치의 위상 어레이일 수 있다. 그래핀계 자석도 또한 본 발명의 실시에 유용하다.

본 발명의 바람직한 실시태양에서, rTMS 장치는 환자가 착용하는 모자 또는 캡으로서, 이때 캡은 어레이를 구성하는 복수의 자성 그래핀 이미터를 갖는다. 캡은 천 패브릭 메쉬와 같은 특정의 패브릭으로 제조된다. 또한, 합성 중합체 메쉬가 사용될 수도 있다. 이미터는 환자의 머리 전체에 걸쳐 이미터의 어레이를 만들기 위하여 캡에 부착된다. 캡은 환자의 머리에 착용되는데, 이때 이미터는 각각의 이미터를 제어하는 소프트웨어를 프로그래밍함으로써 목적하는 자기장을 생성할 수 있다. 어레이의 요소는 자기 로브의 형상 및 위치를 최적화하여 위상 어레이를 생성하도록 각각의 이미터를 켜고 끄는 소프트웨어에 의해 구동된다. 도 5 는 환자에게 장착된 rTMS 캡의 평면도로서, 이때 코(501)는 도면의 상부에 나타나 있으며, 귀(502, 503)는 측부에 나타나 있다.

본 발명의 이미터는 그래핀 이미터를 사용하여 평평한 풋-프린트(flat-foot-print)의 곡면 배치되고 좌표화된 위상 어레이를 생성하는데 사용된다. 그래핀(탄소 나노-튜브 섬유) 와이어가 소형 코일을 제조하는데 사용된다. 그래핀이 갖고 있는 매우 낮은 저항 및 그래핀 섬유의 나노 구조로 인하여, 벌크상의 무거운 코일에서 발생하는 저항을 감소시키기 위하여 직경이 큰 와이어를 필요로 하는 전류 전자기 코일과는 대조적으로 매우 소형의 전자기 코일이 제조될 수 있다. 작은 크기의 그래핀 전자기 코일은 특히 센서와 결합되었을 때 많은 독특한 용도를 가능하게 한다. 이러한 용도는 자기 자극, 산업 공정, 생물학적 혼합, 바이오필름 분해, 콜로이드 가공, 자기 구동 등을 이용하는 의료 용도를 포함하지만, 이들로 국한되는 것은 아니다. 이러한 용도에서, 그래핀 전자기 코일은 각각의 구성이 특이 자기장을 생성하는 상이한 공간적 구성으로 이루어질 수 있다. 다르게 형상화된 그래핀 전자기 코일은 특정의 소정 용도에서 원하는 전체적인 자기장 방향 특성을 최적화하기 위하여 사용될 수 있다.

그래핀 섬유가 개뼈(dog-bone) 형상으로 감겨져 있는, 소위 개뼈(db)형 이미터라 불리워지는 한 가지 유형의 그래핀 전자기 코일 또는 그래핀 이미터가 도 1에 도시되어 있다. 도 1에서, 직사각형 중심축(105)은 그래핀 섬유 코일(이미터)(106)로 감싸여져 권취 디스크(winding disc)(103)내에 포함되어 있다. 자기 방사 쉘(magnetic radiating shell)(104)은 그래핀 코일(106)을 감싸고 있다. 케이블 스트레인 릴리프(cable strain relief)(101)는 (도시되지 않은) 처리 장치를 작동시킨다. 림(107)은 권취 디스크를 포함하며, 스레드(thread)(102)에 의해 기판(108)에 부착되어 있다. 기판은 사용시에, 예를 들면, 본원에서 기술된 바와 같은 rTMS 장치의 용도에서의 캡과 같은 db 이미터를 갖는 것이 요망되는 특정의 재료이다. 전기가 db 이미터를 통과할 때 자기장이 이미터의 단부 밖으로 방출되며, 로브는 폭이 넓으며 구형이다. TMS 용도에서, 이는 두개골을 침투하여 다른 이미터에서 뇌쪽으로 다른 로브를 유인하거나 밀어낼 것이다.

그래핀 섬유가 요요줄(yoyo string)과 유사한 형상으로 감겨져 요요(yo-yo)에 부착되어 있는, 소위 요요(yo-yo)(yy)형 이미터라 불리워지는 다른 유형의 그래핀 전자기 코일 또는 그래핀 이미터가 도 2에 도시되어 있다. 도 2에서, 원형 중심축(201)은 그래핀 섬유 코일(이미터)(206)로 감싸여져 자기 방사 쉘(203)내에 포함되어 있다. 케이블 스트레인 릴리프(202)는 (도시되지 않은) 처리 장치를 작동시킨다. 이미터는 스레드(205)에 의해 기판(204)에 부착되어 있다. 기판은 사용시에, 예를 들면, 본원에서 기술된 바와 같은 rTMS 장치의 용도에서의 캡과 같은 db 이미터를 갖는 것이 요망되는 특정의 재료이다. 전기가 yy 이미터를 통과할 때 대복수의 자기장이 그래핀 섬유 코일(206)에 수직인 원형 축(201)의 단부 밖으로 방출된다. rTMS 용도에서, 발생된 자기장의 반은 두개골을 향할 것이며, 나머지 반은 머리에서 멀리 떨어질 것이다.

본 발명의 그래핀 전자기 코일은 바람직하게는 특정 센서가 특정 코일의 사용을 위해 선택될 경우 센서와 함께 사용된다. TMS 용도를 위하여, 터치-리스 드라이 전극(touch-less dry electrode) EEG 센서가 그래핀 이미터와 함께 결합하여 사용된다. 터치-리스 드라이 전극 EEG 센서는 미국 캘리포니아주 샌디에고에 소재한 코그니오닉스(Cognionics)사로부터 상업적으로 입수가능하다. 도 3은 EEG 센서 쉘(301)내에 수용되어 있는 PCB 기판(303)을 포함하는 EEG 터치-리스 드라이 전극 EEG 센서를 나타낸다. 케이블 스트레인 릴리프(302)는 (도시되지 않은) 처리 장치를 작동시킨다. 센서는 스레드(304)에 의해 기판(305)에 부착되어 있다.

본 발명의 바람직한 실시태양에서, db 이미터, yy 이미터 및 터치-리스 드라이 전극 EEG 센서는 위상 어레이 효과를 생성함으로써 EEG 패턴을 검출하고 환자에게 경두개 자기 자극을 부여할 수 있는 TMS 캡을 제조하는데 사용된다.

도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 각각의 이미터(404, 405) 및 EEG 센서(406)는 일반적으로는 원형의 기본 형상을 가진 평평한 디스크(404, 405 및 406)이다. 이미터와 센서는 서로 맞대어 있고, 직물 메쉬에 부착되어 있으며, 기동 순서(starting sequence)가 다양하고 열(row)에서 열까지의 위치가 다양하다. 이미터(404, 405) 및 센서(406)는 (도시되지 않은) 와이어에 의해 프로그래밍된 소프트웨어 및 전원 공급장치를 포함하는 (도시되지 않은) 제어 패널에 접속된다. 도 4에 도시된 2가지 유형의 이미터가 있으며, 본원에서는 그들의 형상에 기초하여 명명된다. 하나는 개뼈(db)형 이미터(404)라 지칭되며, 다른 하나는 요요(yy)형 이미터(405)라 지칭된다. 캡상에 이미터 및 센서를 배치하기 위한 다음의 2가지 바람직한 패턴이 있다: (1) -[db]-[eeg]-[yy]- 및 (2) -[yy]-[eeg]-[db]-. 부설되어 부착된 기본 패턴은 다음과 같다:

-[db]-[eeg]-[yy J-[db]-[eeg]-[yy]-[db]-[eeg]-[yy]-

-[db]-[yy]-[eeg]-[db]-[yy]-[eeg]-[db]-[yy]-[eeg]-

-[eeg]-[yy]-[db]-[eeg]-[yy]-[db]-[eeg]-[yy]-[db]-

-[db]-[eeg]-[yy]-[db]-[eeg]-[yy]-[db]-[eeg]-[yy]-

-[db]-[yy]-[eeg]-[db]-[yy]-[eeg]-[db]-[yy]-[eeg]-

-[eeg]-[yy]-[db]-[eeg]-[yy]-[db]-[eeg]-[yy]-[db]-

이미터(404, 405) 및 센서(406)는 머리를 감싸기 위해 장착된 전체 직물 메쉬상에 꿰매거나, 또는 버튼과 유사한 다른 수단에 의해 부착된다. 센서와 이미터는 중첩되어서는 안된다. 평균 크기의 캡은 45개의 eeg 센서, 45개의 Db 이미터, 및 45개의 Yy 이미터를 포함할 것이다.

2가지 유형의 이미터, 즉 db 및 yy 이미터는 자기장 방향을 형상화하고 최적화하는데 사용되는 어레이를 생성한다. 이러한 "위상-어레이(Phased-Array)"는 소프트웨어에 의해 제어되며, 따라서 자기장이 조정될 수 있다. 자석 어레이의 위상은 순차적으로 시간이 지남에 따라 각각의 개개 이미터의 규모, 위치 및 방위의 소프트웨어 제어를 통하여 달성된다. 대향하는 자기장이 서로를 유인하기 때문에, 로브는 두피 및 기저 뇌 구조의 표적 영역에 효과적으로 집중될 수 있다. 이미터 및 센서의 크기는 본 발명의 실시에서 중요하지 않다. 이미터 및 센서의 직경은 전형적으로는 15 내지 30 밀리미터(mm)의 범위, 바람직하게는 17 내지 19mm의 범위이다. 평균 크기의 캡은 약 45개의 eeg 센서, 45개의 db 이미터, 및 45개의 yy 이미터를 포함할 것이다.

yy 이미터에서, 대복수의 자기장은 디스크의 방향에 수직인 포스트의 단부 밖으로 방출된다. 따라서, yy 이미터가 머리에 대하여 그의 측부에 놓여 있기 때문에 자가장의 반은 뇌의 방향으로 향하는 경향이 있으며, 자기장의 나머지 반은 뇌에서 멀리 이격되어 밖으로 향하는 경향이 있다. db 이미터에서는 반대의 상황이 발생한다. 자기장은 로브가 아직도 상당히 넓고 구형이어서 두개골 침투를 제공하는 경우 두개골의 측부에 평행한 쪽을 향하는 경향이 있는 db 이미터의 단부 밖으로 방출된다. 더 중요하게는, db 이미터는 뇌로 되돌아 가는 다른 로브를 더 유인하거나 또는 밀어내며, 위상 어레이내에서의 로브의 방향을 결정한다.

이러한 자기 로브 어레이의 집속은 본 발명의 실시에 유용하다. 일례로서, yy 이미터의 3-7 클러스터는 머리의 일측상의 주요 자기 로브를 구동할 것이다. 동일측상의 db 이미터는 이들 주요 로브를 형상화하고 신장시키는데 도움을 줄 것이다. 머리의 다른 측상의 yy 및 db 이미터는 로브를 바람직한 표적 영역까지 최대 농도로, 따라서 위상-어레이로 형상화되고 신장될 것이다.

도 5는 db 이미터(504) 및 yy 이미터(505)를 포함하지만 EEG 센서는 전혀 포함하지 않는 본 발명의 TMS 캡을 착용한 환자의 평면도이다. 캡의 방향은 환자의 코(501)와 귀(502, 503)로써 알 수 있다. 이미터(504, 505)는 일반적으로는 원형의 기본 형상을 가진 편평한 디스크이다. 이미터는 서로 맞대어 있고, 직물 메쉬 기판에 부착되어 있으며, 기동 순서가 다양하고 열에서 열까지의 위치가 다양하다. 이미터(504, 505)는 (도시되지 않은) 와이어에 의해 프로그래밍된 소프트웨어 및 전원 공급장치를 포함하는 (도시되지 않은) 제어 패널에 접속된다. 바람직하게, 이미터는 도 5에 도시된 바와 같이 교호 구성(alternating configuration)으로 배열된다. 이미터(504, 505)는 머리를 감싸기 위해 장착된 전체 직물 메쉬상에 꿰매거나, 또는 버튼과 유사한 다른 수단에 의해 부착되며, 중첩되어서는 안된다. 평균 크기의 캡은 약 125개 또는 그 이상의 이미터를 포함할 것이다. 이러한 TMS 캡은 뇌의 표적 영역에 대해 반복적 TMS를 투여하는데 사용된다.

도 6은 db 이미터(604) 및 yy 이미터(605)를 포함하지만 EEG 센서는 전혀 포함하지 않는 본 발명의 TMS 캡을 착용한 환자의 또 다른 평면도이다. 캡의 방향은 환자의 코(601)와 귀(602, 603)로써 알 수 있다. 이미터(604, 605)는 일반적으로는 원형의 기본 형상을 가진 편평한 디스크이다. 이미터는 서로 맞대어 있고, 직물 메쉬 기판에 부착되어 있으며, 기동 순서가 다양하고 열에서 열까지의 위치가 다양하다. 이미터(504, 505)는 (도시되지 않은) 와이어에 의해 프로그래밍된 소프트웨어 및 전원 공급장치를 포함하는 (도시되지 않은) 제어 패널에 접속된다. 도 6에 도시된 실시태양은 더 적은 수의 이미터가 사용된 것을 제외하고는 도 5에 도시된 실시태양과 유사하다.

이러한 자기 로브 어레이의 집속은 본 발명의 실시에 유용하다. 일례로서, yy 이미터의 3-7 클러스터는 머리의 일측상의 주요 자기 로브를 구동할 것이다. 동일측상의 db 이미터는 이들 주요 로브를 형상화하고 신장시키는데 도움을 줄 것이다. 머리의 다른 측상의 yy 및 db 이미터는 로브를 바람직한 표적 영역까지 최대 농도로, 따라서 위상-어레이로 형상화하고 신장시킬 것이다.

본 발명의 rTMS 장치는, 예를 들면, 뇌의 전방 및 후방 영역; 뇌의 운동 피질(motor cortex) 및 전두엽 피질(frontal cortex) 영역; 또는 뇌의 전두엽 영역의 측부에 자기 자극을 전달할 수 있다. 바람직하게, 코일 구성은 뇌 내의 복수의 위치 사이의 간섭성(coherence) 및 EEG 파 패턴과 같은 동기 거동을 촉진하도록 동기화된다.

본 발명의 rTMS 장치는 생리학적 기능을 향상시키거나 또는 개선하고 신경 정신병학적 장애 또는 상태를 치료하는데 사용될 수 있다. 생리학적 기능은 집중력, 수면, 각성도, 기억력, 혈압, 스트레스, 성욕, 언어 능력, 운동 기능, 신체적 성능, 인지 기능, 지능, 신장(어린이의 경우) 및 체중을 포함한다. 신경 정신병학적 상태 또는 장애는 자폐증 스펙트럼 장애(ASD), 알츠하이머병, ADHD, 정신분열증, 불안증, 우울증, 혼수상태, 파킨슨씨병, 약물 남용, 양극성 장애, 수면 장애, 섭식 장애, 이명, 외상성 뇌손상, 외상후 스트레스 증후군, 및 섬유 근육통을 포함한다.

본 발명을 실시하는데 있어서 특히 관심있는 것은 뇌의 2개 이상의 영역을 동시에 치료할 수 있는 장치를 제공함으로써, 예를 들면, 알츠하이머병, 언어 장애, 정신분열증 및 우울증과 같은 뇌의 상이한 영역을 가로질러 빈약한 간섭성을 가진 장애를 치료하는데 사용되는 rTMS 장치이다.

본 발명의 하나의 실시태양에서, rTMS 장치는 뇌의 전방부 및 후방부에 자기장 자극을 제공함으로써 알츠하이머 환자를 치료하도록 구성된다. 환자는 분당 6초의 자기 자극으로 하루에 30분 동안 치료한다.

본 발명의 다른 실시태양에서, rTMS 장치는 뇌의 운동 피질 및 전두엽 피질 영역에 자기장 자극을 제공함으로써 언어 장애가 있는 환자를 치료하도록 구성된다. 환자는 분당 6초의 자기 자극으로 하루에 30분 동안 치료한다.

본 발명의 또 다른 실시태양에서, rTMS 장치는 뇌의 전두엽의 측부에 자기장 자극을 제공함으로써 정신분열증 환자를 치료하도록 구성된다. 환자는 분당 6초의 자기 자극으로 하루에 30분 동안 치료한다.

본 발명의 또 다른 실시태양에서, rTMS 장치는 뇌의 전두엽의 측부에 자기장 자극을 제공함으로써 우울증 환자를 치료하도록 구성된다. 환자는 분당 6초의 자기 자극으로 하루에 30분 동안 치료한다.

서로 다른 뇌 영역사이의 비간섭성 또는 비동기성인 EEG 활성을 유발하는 장애의 몇 가지 사례가 있다. 알츠하이머병에서, 뇌의 전방부와 후방부사이의 활성은 간섭이 결여되는 경향이 있다. 언어 장애에서, 운동 피질은 보통 전두엽 피질과 비동기성이다. 정신 분열증이나 우울증과 같은 다른 장애에서, 보통 전두엽의 측면들 사이의 간섭이 결여된 것을 알 수 있다.

본 발명의 rTMS 펄스를 투여하여 영역에 혼입시켜 일제히 그리고 동시에 작용시킴으로써 장애의 증상이 감소되며 인지 기능에 있어서의 개선이 달성된다.

뇌의 상이한 영역에 대한 본 발명의 rTMS 장치에 의해 발생된 펄스는 바람직하게는 함께 동기화되어 뇌 전체에 걸쳐 간섭을 촉진시킨다. 코일은 두피에 맞게 설계된 기울기로 인체공학적으로 배향된다. rTMS 장치는 뇌의 상이한 영역을 치료하도록 배향된 다중 코일을 포함할 수 있거나, 또는 자기장의 초점이 더 넓은 영역상으로 일렬로 확산되도록 단일 코일이 신장될 수 있다. 일례는 전전두엽의 양 측면을 덮도록 코일을 신장시키는 것이다. 원하는 경우, 코일은 자기장이 더 분산될 수 있도록 더 크게 만들 수 있다.

도 10b는 환자에게 rTMS를 투여하는데 사용되었을 때 자기장이 코일의 아래로 확산되어 코일 아래의 영역을 덮는 신장된 코일을 나타낸다. 도 10a는 신장된 코일과 동일한 영역을 덮지 않은 종래의 코일이다. 도 10b에 도시된 코일은 뇌의 하나 이상의 영역을 치료할 수 있다.

도 7은 뇌의 별도의 영역을 동시에 자극하도록 위치되어 있는, 함께 접속된 다중 코일을 나타낸다.

도 8은 뇌의 다중 영역을 향하게 하고 표적화하기 위하여 펄스의 위상차를 이용하도록 의도된, 코일(801)의 위상 어레이를 나타낸다. 코일은 각각의 코일에 의해 생성되는 자기장을 조정할 수 있는 중앙처리장치(802)에 의해 작동된다. 온/오프 스위치(803)는 필요한 경우 특정 코일을 해제하도록 요청된다.

본 발명의 추가적인 양태는 환자의 머리 전체의 EEG를 기록하고; 하나 이상의 주파수에서 EEG의 에너지를 맵핑(mapping)하여 비간섭성 또는 비동기성 뇌 활성의 영역을 식별하고; 비간섭성 및 비동기성인 뇌의 영역에 rTMS를 투여함으로써 환자의 반복적 경두개 자기 자극(rTMS)을 최적화하는 방법이다. 이러한 최적화된 프로세스는 (a) 2개 이상의 코일, (b) 뇌의 2개의 별개 영역에 자극을 전달하는 방식으로 구성된 단일 코일, 또는 (c) 복잡한 기하학적 구조 및 방출 영역을 형성할 수 있는 위상 어레이 자기장 방출 장치(여기서, 위상 어레이 방식은 위치 강도 및 시간 강도를 유도하도록 조절된다)를 갖는 rTMS 장치를 포함할 수 있다. 바람직한 위상 어레이는 본원에서 기술된 rTMS 캡이다. EEG 맵핑에도 불구하고, 저 에너지의 영역은 최소 제곱근, 로레타(LORETA), 및 초점 최적화로 이루어진 군 중에서 선택되는 잘 알려진 알고리즘을 이용하여 뇌를 가로지르는 관심있는 주파수에서 EEG의 에너지를 측정함으로써 식별된다. 저 에너지의 영역은 또한 EEG의 에너지를 맵핑하는데 사용된 하나 이상의 주파수에서 Q-인자(주파수 플롯의 폭)를 측정함으로써 식별될 수도 있다.

도 9는 rTMS로 치료하기 전의 개인에 대한 평면도 지형내에서의 전력 분포를 포함한 EEG 및 뇌파 맵의 결과를 나타낸다. 좌측 패널은 시간 영역에서의 신호를 나타내며, 중간 패널은 고속 퓨리에 변환(FFT)에 따른 주파수 영역을 나타내는데, 이때 지배 주파수는 9.71 Hz이다. 9.71의 지배 주파수가 일부 중앙 채널에서 빠져있는 것을 알 수 있다. 우측 맵은 평면도 지형내에서의 전력 분포를 나타낸다. 치료는 고유 주파수를 컴퓨터 스크립트 파일내의 TTL 펄스의 트레인으로 전환시켜 TMS 펄스 방전을 촉발시킨다. 자극 영역은 9.71의 주파수에서 양측 전두엽일 것이다. 30분 동안 매일 치료에 기초하여 시작한 rTMS 치료는 생체 신호중 하나의 하모닉에서 자극을 제공함으로써 이러한 빠져있는 채널에서 9.71 Hz로 끌어 올릴 것이다.

본 발명은 그의 사상 또는 본질적인 특징을 벗어나지 않고서도 다른 특정 형태로 구현될 수 있다. 설명된 실시태양은 모든 관점에서 단지 예시적이지 국한적인 것이 아닌 것으로 간주되어야 한다. 따라서, 발명의 범주는 전술한 설명보다는 차라리 첨부된 특허청구범위로 표시된다. 특허청구범위와 등가의 의미 및 그 범위내에 속하는 모든 변화는 그 범주에 포함되어야 한다.

Claims

(a) 환자의 머리의 형상에 따르는 하우징(housing); 및
(b) rTMS 장치가 장착된 환자의 뇌의 2개 이상의 영역에 자기 자극을 전달할 수 있는 자기장을 생성하는 코일 구성(coil configuration)
을 포함하는, 신경 정신병학적 상태를 치료하거나 또는 생리학적 기능을 개선하기 위한 반복적 경두개 자기 자극(rTMS) 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 코일 구성이 2개 이상의 코일을 포함하는, rTMS 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 코일 구성이, 환자의 뇌의 2개 이상의 영역에 자기 자극을 전달하도록 형상화된 단일 코일(single coil)을 포함하는, rTMS 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 코일 구성의 기하학적 구조가, 복잡한 기하학적 구조 및 방출 영역을 허용할 수 있는 자기장 방출 장치의 위상 어레이(phased-array)인, rTMS 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 장치가 뇌의 전방 영역 및 후방 영역에 자기 자극을 전달하는, rTMS 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 장치가 뇌의 운동 피질 영역 및 전두엽 피질 영역에 자기 자극을 전달하는, rTMS 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 장치가 뇌의 전두엽 영역의 측부에 자기 자극을 전달하는, rTMS 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 코일 구성에 의해 발생된 펄스가, 뇌 내의 다중 위치들 간의 간섭성 및 동기 거동을 촉진하도록 동기화되는, rTMS 장치.
(a) 환자의 머리 전체의 EEG를 기록하는 단계;
(b) 하나 이상의 주파수에서 EEG의 에너지를 맵핑하여 비간섭성 또는 비동기성 뇌 활성을 식별하는 단계; 및
(c) 비간섭성 및 비동기성인 뇌의 영역에 rTMS를 투여하는 단계
를 포함하는, rTMS 장치로 환자의 반복적 경두개 자기 자극(rTMS)을 최적화하는 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 rTMS 장치가,
(a) 2개 이상의 코일,
(b) 뇌의 2개의 별개의 영역에 자극을 전달하는 방식으로 구성된 단일 코일,
(c) 복잡한 기하학적 구조 및 방출 영역을 형성할 수 있는 위상 어레이 자기장 방출 장치(여기서, 위상 어레이 방식은 위치 강도 및 시간 강도를 유도하도록 조절된다), 또는
(d) 그래핀계(graphene-based) 자석
을 포함하는, 방법.
제 9 항에 있어서,
저 에너지의 영역이, 최소 제곱근, 로레타(LORETA), 및 초점 최적화(focal optimization)로 이루어진 군 중에서 선택되는 알고리즘을 이용하여 뇌를 가로지르는 관심있는 주파수에서 EEG의 에너지를 측정함으로써 확인되는, 방법.
제 9 항에 있어서,
저 에너지의 영역이, EEG의 에너지를 맵핑하는데 사용된 하나 이상의 주파수에서 Q-인자(주파수 플롯의 폭)를 측정함으로써 확인되는, 방법.
(a) 환자의 머리 위로 장착되는 캡 베이스(cap base);
(b) 제 1 구성을 갖는 복수의 그래핀 자기 이미터; 및
(c) 제 2 구성을 갖는 복수의 그래핀 자기 이미터
를 포함하며, 이때 상기 그래핀 이미터들의 배치는 상기 이미터들이 활성화되었을 때 위상 어레이 효과를 생성하는, TMS 캡.
제 13 항에 있어서,
상기 제 1 구성이 db 이미터 구성이고, 상기 제 2 구성이 yy 이미터 구성인, TMS 캡.
제 14 항에 있어서,
(d) 복수의 터치-리스(touch-less) EEG 센서
를 더 포함하는 TMS 캡.
rTMS 장치를 장착한 환자의 뇌의 하나 이상의 영역에 자기 자극을 전달할 수 있는 자기장을 생성하는 구성으로 복수의 그래핀 자기 이미터를 포함하는, 신경 정신병학적 상태를 치료하거나 또는 생리학적 기능을 개선하기 위한 반복적 경두개 자기 자극(rTMS) 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 그래핀 자기 이미터의 기하학적 구조가, 복잡한 기하학적 구조 및 방출 영역을 허용할 수 있는 자기장 방출 장치의 위상 어레이인, rTMS 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 그래핀 자기 이미터가 db 이미터 및 yy 이미터를 포함하는, rTMS 장치.
(a) 환자의 머리 위로 장착되는 캡 베이스;
(b) 제 1 구성을 갖는 복수의 그래핀 자기 이미터;
(c) 제 2 구성을 갖는 복수의 그래핀 자기 이미터; 및
(d) 복수의 터치-리스 EEG 센서
를 포함하며, 이때 상기 그래핀 이미터들의 배치는 상기 이미터들이 활성화되었을 때 위상 어레이 효과를 생성하며, 상기 터치-리스 EEG 센서는 상기 센서가 활성화되었을 때 뇌파 패턴을 측정하는, TMS 캡.
제 19 항에 있어서,
상기 제 1 구성이 db 이미터 구성이고, 상기 제 2 구성이 yy 이미터 구성인, TMS 캡.
(a) 환자의 머리 위로 장착되는 캡 베이스;
(b) 제 1 구성을 갖는 복수의 그래핀 자기 이미터;
(c) 제 2 구성을 갖는 복수의 그래핀 자기 이미터;
(d) 복수의 터치-리스 EEG 센서; 및
(e) 상기 이미터 및 센서를 작동시키도록 프로그래밍된 제어 패널에 상기 이미터 및 센서를 접속하는, 각각의 이미터 및 센서에 부착된 와이어
를 포함하며, 이때 상기 그래핀 이미터들의 배치는 상기 이미터들이 활성화되었을 때 위상 어레이 효과를 생성하며, 상기 터치-리스 EEG 센서는 상기 센서가 활성화되었을 때 뇌파 패턴을 측정하는, TMS 캡.
제 21 항에 있어서,
상기 제 1 구성이 db 이미터 구성이고, 상기 제 2 구성이 yy 이미터 구성인, TMS 캡.
(a) 위상 어레이 효과를 생성하는 구성의 복수의 그래핀 자기 이미터; 및
(b) 적어도 하나의 센서
를 포함하는 자기 장치.
제 23 항에 있어서,
상기 이미터가 2개 이상의 구성인, 자기 장치.
제 24 항에 있어서,
상기 이미터가 db 이미터 및 yy 이미터를 포함하는, 자기 장치.
복수의 그래핀 자기 이미터를 포함하는 TMS 장치.
제 26 항에 있어서,
복수의 EEG 센서를 더 포함하는 TMS 장치.