KR20150035345A - 화학적 측정 방법을 이용한 폐쇄형 뇌심부 자극 방법 및 장치 - Google Patents

화학적 측정 방법을 이용한 폐쇄형 뇌심부 자극 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

화학적 측정 방법을 이용한 폐쇄형 뇌심부 자극 방법 및 장치가 개시된다. 폐쇄형 뇌심부 자극 방법은, 뇌의 타겟 부위에서 분비되는 신경전달 물질을 측정하는 측정 단계; 상기 신경전달 물질의 성분양을 분석하는 분석 단계; 상기 신경전달 물질의 성분양에 따라 자극 파라미터를 제어하는 제어 단계; 및 상기 자극 파라미터에 따라 상기 타겟 부위에 전기 자극을 주입하는 자극 단계를 포함할 수 있다.

Description

화학적 측정 방법을 이용한 폐쇄형 뇌심부 자극 방법 및 장치{CLOSED-LOOP DEEP BRAIN STIMULATION USING CHEMICAL MEASUREMENT METHOD}
본 발명의 실시예들은 환자를 대상으로 뇌의 특정 부위에 전기적 자극을 가하는 뇌심부 자극 기술에 관한 것이다.
현재 임상에서 파킨슨병의 치료를 위해서 사용되는 뇌심부 자극 기술은 의사의 임상적 경험에 의해 자극 파라미터를 고정하여 뇌의 특정부위에 전기적 자극을 가하고 있다.
예컨대, 한국공개특허 제10-2012-0069653호(공개일 2012년 06월 28일)에는 심뇌 전기 자극을 위한 의료 장치가 개시되어 있다.
뇌심부 자극(deep brain stimulation, DBS)은 파킨슨병, 근육긴장이상, 진정, 만성통증 등의 다양한 질환을 가지고 있는 환자들을 대상으로 뇌에 전극을 삽입을 한 후, 전기 자극을 주어 증상을 완화시키는 치료 방법으로서 최근 각광받고 있다.
특히, 파킨슨병 환자의 DBS 수술은 환자의 운동능력을 향상시키고, 파킨슨병 치료용 약물의 복용을 줄여주며, 환자의 삶의 질을 향상시키는데 큰 역할을 하고 있다.
그러나, 현재의 DBS 시스템은 의사의 경험에 의해 선택된 전기자극 파라미터를 이용하여 항상 자극을 켜둔 상태로 유지해야 하며, 환자의 증상 개선 여부와는 상관없이 지속적인 전기자극으로 뇌의 신경 회로를 간섭하고 있다. 다시 말해, 뇌심부 자극 시술 시에 환자와의 대화나 환자의 행동은 관찰하지만 환자의 신경신호 특성을 고려하지 않고 자극의 파라미터를 결정하게 된다.
결과적으로, 현재의 DBS 시스템은 항상 자극을 켜둬야 하는 작동원리로 인해 배터리 수명이 단축되고, 빈번한 배터리 교체를 필요로 하게 되어, 환자에게는 배터리 교체 수술과 비용이 부담으로 작용한다.
또한, 지속적인 전기자극은 뇌에서 자극에 대한 반응을 감소시키고, 다른 부작용을 초래 할 수 있으며, 환자의 운동 기능을 오히려 더 나쁘게 만들 수도 있다.
기존 DBS 시스템의 단점을 보완하기 위해 환자의 증상에 따라 자극을 제어할 수 있는 폐루프 형태(closed loop type)의 뇌심부 자극 방법 및 장치를 제공한다.
질환과 관련된 신경전달 물질의 측정 결과를 이용하여 뇌에 가하는 자극 파라미터를 능동적으로 조절할 수 있는 뇌심부 자극 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 폐쇄형 뇌심부 자극 방법은, 뇌의 타겟 부위에서 분비되는 신경전달 물질을 측정하는 측정 단계; 상기 신경전달 물질의 성분양을 분석하는 분석 단계; 상기 신경전달 물질의 성분양에 따라 자극 파라미터를 제어하는 제어 단계; 및 상기 자극 파라미터에 따라 상기 타겟 부위에 전기 자극을 주입하는 자극 단계를 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 측정 단계는, 전극을 이용하여 상기 타겟 부위에 산화와 환원 반응을 발생시켜 산화와 환원 반응에 따라 변화하는 전류를 측정하는 고속스캔전압전류법(Fast-scan cyclic voltammetry)을 통해 상기 신경전달 물질을 측정할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 측정 단계는, 산화 반응이 발생하는 전압과 환원 반응이 발생하는 전압에 따라 상기 신경전달 물질의 종류를 구분할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 분석 단계는, 상기 신경전달 물질을 측정하기 위한 전극에 대한 다중 펄스 전압전류도(Multiple Pulse Voltammogram)를 이용하여 상기 신경전달 물질의 농도를 추정할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 분석 단계는, 상기 신경전달 물질을 측정하기 위한 전극에 대한 상기 신경전달 물질의 흡착력(adsorption)을 정량화 하여 상기 신경전달 물질의 성분양을 분석할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 제어 단계는, 상기 신경전달 물질의 성분양에 따라 전기자극을 위한 신호의 주파수(frequency), 펄스폭(pulse width), 진폭(amplitude) 중 적어도 하나를 결정할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 폐쇄형 뇌심부 자극 방법은, 상기 자극 단계 이후 상기 측정 단계와 상기 분석 단계 및 상기 제어 단계를 반복하면서 상기 자극 파라미터를 상기 신경전달 물질의 성분양에 따라 능동적으로 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 폐쇄형 뇌심부 자극 장치는, 뇌의 타겟 부위에서 분비되는 신경전달 물질을 측정하는 측정부; 상기 신경전달 물질의 성분양을 분석하는 분석부; 상기 신경전달 물질의 성분양에 따라 자극 파라미터를 제어하는 제어부; 및 상기 자극 파라미터에 따라 상기 타겟 부위에 전기 자극을 주입하는 자극부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 화학적인 측정 방법을 이용하여 뇌에서 분비되는 신경전달 물질을 측정하고, 이것을 폐루프를 위한 피드백(feedback) 파라미터로 사용하여 뇌심부 자극을 위한 전기자극 파라미터를 능동적으로 조절할 수 있다.
따라서, 환자의 증상과 신경전달 물질의 변화를 반영하여 환자의 현재 증상에 적합한 자극 파라미터로 피드백을 줄 수 있는 방법으로 환자에게 최적의 자극 조건을 제시함으로써 기존 뇌심부 자극 시스템의 단점을 보완하고 환자에게 보다 효과적인 결과를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 화학적 측정 방법을 이용한 폐쇄형 뇌심부 자극 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 고속스캔전압전류법에서의 신경전달 물질 분석 과정을 설명하기 위한 예시 도면이다.
도 3은 발명의 일 실시예에 있어서, 화학적 측정 방법을 이용한 폐쇄형 뇌심부 자극 장치의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 발명의 일 실시예에 있어서, 화학적 측정 방법을 이용한 폐쇄형 뇌심부 자극 시스템의 구현 예시를 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 실시예들은 재활이나 치료 목적으로 뇌의 특정 부위에 전기적 자극을 가하는 뇌심부 자극 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 기존 뇌심부 자극 기술을 응용하여 뇌의 특정 부위에서 분비되는, 질환과 관련이 높은 신경전달 물질을 측정하고 이 측정 결과를 이용하여 뇌에 가하는 자극 파라미터를 능동적으로 조절하고자 하는 것이다.
파킨슨병을 대표적인 예로 들면, 이것은 뇌의 흑질(substantia nigra compacta, SNc)에 있는 도파민 생성 신경세포가 퇴화하면서 도파민 분비가 감소하게 되고, 이로 인하여 운동장애 등의 증상이 나타나게 된다. 따라서, 본 발명은 화학적인 측정 방법을 이용하여 뇌에서 분비되는 도파민의 양을 측정하고 이것을 피드백 파라미터로 사용하여 뇌심부 자극을 위한 전기자극 파라미터를 능동적으로 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 뇌심부 자극 기술은 파킨슨병 치료는 물론, 만성통증이나 떨림증(tremor), 근긴장이상(dystonia)등의 치료에도 적용될 수 있으며, 최근에는 운동장애 질환뿐만 아니라, 강박증, 중독 등 정신장애 질환의 치료에도 적용 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 화학적 측정 방법을 이용한 폐쇄형 뇌심부 자극 방법을 도시한 순서도이다. 일 실시예에 따른 뇌심부 자극 방법은 이하에서 설명하게 될 뇌심부 자극 장치에 의해 각각의 단계가 수행될 수 있다.
단계(S110)에서 뇌심부 자극 장치는 화학적 측정 방법을 이용하여 뇌에서 분비되는 신경전달 물질을 측정할 수 있다.
신경전달 물질을 측정하기 위한 화학적 측정 방법으로는 미세투석법(microdialysis), 전류측정법(amperometry), 고속스캔전압전류법(Fast-scan cyclic voltammetry, FSCV) 등이 이용될 수 있다.
표 1을 참조하면, 미세투석법은 선택성(selectivity)과 민감성(sensitivity)이 높지만 측정 시간이 수분에서 수십분으로 다소 길기 때문에 폐루프 뇌심부 자극술과 같이 빠른 변화의 측정을 요구하는 기술에서는 적합하지 못하다.
그리고, 전류측정법은 특정 센서 자극을 이용하여 실시간으로 특정 신경전달 물질을 측정할 수 있는 기술이지만 전극 제작이 고가이거나 어렵고, 장시간 측정을 하는 응용 분야에서는 적합성이 떨어지는 단점이 있다.
이에 반하여, 고속스캔전압전류법의 경우 시스템의 크기가 매우 작게 만들 수 있고, 스캔 방법의 다양성을 통하여 민감도, 선택성을 자유롭게 조절 가능하다는 장점이 있다. 또한, 전극에 사용하는 물질에 대한 연구가 활발하게 진행되면서 생체 내에서의 측정 가능 기간이 점점 늘어나는 추세이다.
Figure pat00001
본 발명에서는 신경전달 물질을 측정하기 위한 화학적 측정 방법으로서 고속스캔전압전류법을 이용할 수 있다. 고속스캔전압전류법은 산화환원 반응을 일으켜 변화하는 전류를 측정하는 방식으로 단일한 전극(예컨대, 탄산 섬유(Carbon Fiber) 전극)을 통해 도파민, 세로토민, 노어에피네프린, 아데노신 등 다양한 신경전달 물질의 측정이 가능하며, 초당 10회(10Hz) 이상의 스캔을 통해 실시간 신경전달 물질 측정이 가능하다. 이는 그 크기와 측정량에 있어서 뇌에서 분비되는 신경전달 물질을 측정하는 것에 특화되어 발전된 기술이다.
다시 말해, 고속스캔전압전류법은 측정 전극에 특정 파형을 인가하여 전극과 측정물질 사이에서 발생하는 산화와 환원에 따른 전자의 이동을 통하여 신경전달 물질의 여부를 결정하는 방법이다.
이때, 측정하는 물질의 종류(예컨대, 도파민, 세로토민, 노어에피네프린, 아데노신 등)에 따라 산화하는 전압의 위치와 환원하는 전압의 위치가 다르므로 이러한 특징을 관찰하여 물질의 존재 여부와 물질의 종류를 구분할 수 있다. 일반적으로 전극의 전압(potential)이 양을 띄고 있을 때 산화가 발생하고 음의 전압을 띄고 있을 때 환원이 발생한다.
다시 도 1에서, 단계(S120)에서 뇌심부 자극 장치는 단계(S110)에서 측정되는 신경전달 물질에 대한 정량화를 통해 신경전달 물질에 대한 성분양을 분석할 수 있다.
일 예로, 뇌심부 자극 장치는 신경전달 물질이 현재 측정 전극과 가지는 물리적인 카이네틱 모델(kinetic model)을 만들고 이 모델을 활용하여 획득한 데이터에서 흡수율에 따른 정확한 파라미터를 정량적으로 추출한 후 이를 통해 한번의 다중 펄스 전압전류도(Multiple Pulse Voltammogram)를 통해서 얻어진 데이터를 이용하여 현재의 전기 자극에 의해 타겟 뇌 부위에서 분비되는 신경전달 물질의 농도를 추정할 수 있다.
Figure pat00002
수학식 1은 도파민에 대한 카이네틱 모델을 정의한 것으로, 여기서 DAsoln은 뇌에서 분비된 도파민, DAads는 전극에 흡착된 도파민, DOQsoln은 뇌에서 분비된 산화 상태의 도파민, DOQads는 전극에 흡착된 산화 상태의 도파민을 의미할 수 있다.
측정된 신경전달 물질에 대하여 기존 정량화 방법은 신경전달 물질의 분비가 일어나지 않았다고 판단되는 시간 구간의 백그라운드 전류를 기준으로 변화된 양을 이용하여 정량화 할 수 있다.
본 실시예에서는 신경전달 물질의 성분양을 분석하기 위해 신경전달 물질의 흡착력(adsorption)을 이용한 정량화 방법을 적용할 수 있다. 확산의 경우 전극에 흡착되지 않고 바로 반응이 일어나는 반면, 흡수 성분의 경우 도 2에 도시한 바와 같이 시간이 지남에 따라 흡수 성분의 농도가 점점 증가함으로써 반응 속도가 느려지는 현상을 보인다.
탄산섬유 전극은 유기물 분자(organic molecule)를 잘 흡수하는 것으로 알려져 있어 도 2와 같이 도파민의 경우는 흡수되는 분자로서 고속스캔전압전류법에서의 반응은 서서히 증가하고 서서히 감소하여 흡수되는 형태를 보이는 반면, 이에 반하여 흡수의 영향이 덜한 pH 변화의 경우에는 반응이 급격히 증가하고 감소하는 현상을 보인다.
만약 측정하는 일정한 구간에서는 물질의 농도에 변화가 없다고 가정하면 확산 전류는 시간에 의한 영향을 받지 않는 반면 흡수 전류의 경우 흡수 시간에 비례하여 변화한다.
고속스캔전압전류법에서는 흡수 시간을 스캔반복(scan repetition rate) 시간으로 조절할 수 있으므로 기존 정량화 방법에 비해 다른 형태의 전압 스캔을 통하여 흡수 전류와 확산 전류를 구분하고 이를 통하여 각각의 물질을 구분할 수 있는 새로운 방법을 제시할 수 있다.
일반적으로 고속스캔전압전류법을 이용한 분석은 앞서 설명한 정량적 분석과도 분리할 수가 없다. 신경전달 물질마다 가진 고유한 파형(waveform)을 로 데이터(Raw data) 자체만으로도 분석 및 구분이 가능하다. 하지만, 현재 좀더 발전된 방법들이 개발된 상태이고 더 복합적인 상황에서 활용이 가능하다.
복합적인 상황의 대표적인 예는 단일 신경전달 물질만 분비된 상태가 아닌, 여러 가지 신경전달 물질이 공존할 상황에서 아래와 같은 수학적 알고리즘을 통하여 분리 및 분석이 가능하다.
이중 혹은 다중 펄스 볼타메트리에 의해 얻어진 볼타모그램을 분석하기 위해서는 주성분회기분석기법(Principle Component Regression) 및 독립성분회기분석기법(Independent Component Regression)에 기반한 알고리즘을 이용할 수 있다.
여러 개의 볼타모그램을 한번에 처리할 수 있도록 각 신경전달 물질(예컨대, 도파민, 세로토닌, 아데노신, Uric acid 등)과 각 이온들(pH 변화, Ca2+, K+)의 변화에 대하여 ICA(independent component analysis) 혹은 PCA(principal component analysis)의 기반 요소 데이터베이스(basis component database)를 구축할 수 있다.
뇌심부 자극 장치는 사전에 계산된, 물질마다의 농도와 기반 요소와의 관계를 알 수 있는 회귀 매트릭스(regression matrix)를 이용하여 새로운 다중 펄스 볼타메트리를 입력할 때 각 신경전달 물질에 대한 성분양을 계산할 수 있다.
다시 도 1에서, 단계(S130)에서 뇌심부 자극 장치는 신경전달 물질의 성분양에 따라 뇌에 가하는 자극 파라미터를 결정할 수 있다.
일 예로, 뇌심부 자극 장치는 신경전달 물질의 성분양을 바탕으로 뇌의 전기자극을 위한 신호의 주파수(frequency), 펄스폭(pulse width), 진폭(amplitude) 등을 조절할 수 있다. 다시 말해, 뇌심부 자극 장치는 화학적 측정 방법을 통해 측정된 신경전달 물질의 성분양에 대응하여 환자에 뇌에 가하고자 하는 자극 파라미터를 능동적으로 조절할 수 있다.
단계(S140)에서 뇌심부 자극 장치는 단계(S130)에서 결정된 자극 파라미터에 따라 해당 환자의 뇌에 전기 자극을 전달할 수 있다. 상기한 과정(S110~S140)을 반복하면서 능동적으로 변경되는 자극 파라미터에 따라 분비되는 신경전달 물질을 지속적으로 모니터링 할 수 있다.
따라서, 본 실시예는 뇌에서 분비되는 신경전달 물질의 성분양을 추정하여 그 결과를 바탕으로 정밀한 전기자극 파라미터를 피드백에 이용하는 것으로, 환자의 증상과 신경전달 물질의 변화를 반영하여 환자의 현재 증상에 적합한 자극 파라미터로 피드백을 줌으로써 환자에게 최적의 자극 조건을 제시할 수 있다.
도 3은 발명의 일 실시예에 있어서, 화학적 측정 방법을 이용한 폐쇄형 뇌심부 자극 장치의 내부 구성을 도시한 블록도이다. 일 실시예에 따른 폐쇄형 뇌심부 자극 장치는 측정부(310), 분석부(320), 제어부(330), 및 자극부(340)를 포함하여 구성될 수 있다.
측정부(310)는 화학적 측정 방법을 이용하여 뇌에서 분비되는 신경전달 물질을 측정하는 역할을 한다. 일 예로, 측정부(310)는 DBS 수술을 받은 환자를 대상으로 고속스캔전압전류법을 이용하여 환자의 뇌에서 분비되는 신경전달 물질을 일정 시간 간격으로 측정할 수 있다. 이때, 고속스캔전압전류법은 산화환원 반응을 일으켜 변화하는 전류를 측정하는 방식으로 단일 전극을 통해 도파민, 세로토민, 노어에피네프린, 아데노신 등을 측정할 수 있으며 초당 10회 이상의 스캔을 통해 실시간으로 신경전달 물질의 측정이 가능하다.
분석부(320)는 측정부(310)에서 측정되는 신경전달 물질을 정량화 하고 신경전달 물질의 성분양을 분석하는 역할을 한다. 일 예로, 분석부(320)는 측정된 신경전달 물질에 대하여 카이네틱 모델을 만들고 이 모델을 활용하여 획득한 데이터에서 흡수율에 따른 정확한 파라미터를 정량적으로 추출한 후 이를 통해 한번의 다중 펄스 전압전류도를 통해서 얻어진 데이터를 이용하여 현재의 전기 자극에 의해 타겟 뇌 부위에서 분비되는 신경전달 물질의 농도를 추정할 수 있다. 다시 말해, 분석부(320)는 신경전달 물질의 흡착력을 이용한 정량화 방법을 적용함으로써 측정된 신경전달 물질의 변화량을 관찰할 수 있다. 더 나아가, 분석부(320)는 물질마다의 농도와 기반 요소와의 관계를 알 수 있는 회귀 매트릭스(regression matrix)를 이용하여 이중 혹은 다중 펄스 볼타메트리에 의해 얻어진 볼타모그램을 분석함으로써 여러 가지 신경전달 물질에 대한 성분양 분석 또한 가능하다.
제어부(330)는 신경전달 물질의 성분양에 따라 뇌에 가하는 자극 파라미터를 결정할 수 있다. 일 예로, 제어부(330)는 신경전달 물질의 성분양을 바탕으로 뇌의 전기자극을 위한 신호의 주파수(frequency), 펄스폭(pulse width), 진폭(amplitude) 등을 조절할 수 있다.
자극부(340)는 제어부(330)에서 결정된 자극 파라미터로 해당 환자의 뇌에 전기 자극을 전달할 수 있다. 이에, 측정부(310)에서 전기 자극이 전달된 뇌에서 분비되는 신경전달 물질을 다시 측정함으로써 폐루프 형태의 뇌심부 자극 시스템을 구현할 수 있다.
상기한 구성을 통해 폐루프 형태의 뇌심부 자극 시스템을 구현하면 도 4와 같다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서는 전기 자극을 준 이후 화학적 측정 방법인 고속스캔전압전류법을 이용하여 뇌에서 분비되는 신경전달 물질을 측정하고(A), 정량화를 통해 측정된 신경전달 물질의 성분양을 분석하고(B), 신경전달 물질의 성분양을 바탕으로 뇌의 전기자극을 위한 파라미터를 결정하고(C), 결정된 자극 파라미터로 뇌에 다시 전기자극을 주입하는(D) 폐루프 형태로 뇌심부 자극 시스템을 구현할 수 있다.
상기한 폐쇄형 뇌심부 자극 장치는 도 1 내지 도 2를 통해 설명한 폐쇄형 뇌심부 자극 방법의 상세 내용을 바탕으로 구성 요소 일부가 생략되거나 추가의 구성요소들이 더 포함될 수 있다. 또한, 둘 이상의 구성요소가 조합될 수 있고 구성요소 간의 동작 순서나 연계 방식이 변경될 수 있다.
본 발명에 따른 화학적 측정 방법을 이용한 뇌심부 자극 기술은 파킨슨병 및 이외 다양한 질환의 치료를 위한 뇌심부 자극 시스템에 적용함으로써 기존 방법의 단점을 보완할 수 있고, 환자에게는 편의와 최적의 치료효과를 제공할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 화학적인 측정 방법을 이용하여 뇌에서 분비되는 신경전달 물질을 측정하고, 이것을 폐루프를 위한 피드백(feedback) 파라미터로 사용하여 뇌심부 자극을 위한 전기자극 파라미터를 능동적으로 조절할 수 있다. 화학적 측정 방법을 이용하여 뇌에서 분비되는 신경전달 물질을 측정하고 그에 따라 능동적으로 자극 파라미터를 조절하는 피드백 방식의 신경 자극 제어 기술은 차세대 뇌심부 자극 시스템의 핵심적인 기술이 될 것이며 향후 다양한 인체 내장형 신경자극 의료기기에 파급적 효과를 나타낼 것이다. 이는 고령화 사회에서 증가하는 노인성 신경계 질환환자들의 잃어버린 운동능력의 회복과 기능 증진에 기여할 뿐만 아니라, 궁극적으로 뇌-기계 접속기술 발전에 큰 영향을 미칠 것으로 예상되는 가운데 의학산업 분야에서의 활용 분야가 활발해 질 것이다. 이를 통해 다양한 신경 질환(Parkinson's Disease, Neuropathic Pain, Epilepsy, Quadriplegia, Urinary Incontinence, Gastroparesis-related Nausea, Chronic Ventilatory Insufficiency, etc)의 치료에 기여할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
310: 측정부
320: 분석부
330: 제어부
340: 자극부

Claims (13)

  1. 뇌의 타겟 부위에서 분비되는 신경전달 물질을 측정하는 측정 단계;
    상기 신경전달 물질의 성분양을 분석하는 분석 단계;
    상기 신경전달 물질의 성분양에 따라 자극 파라미터를 제어하는 제어 단계; 및
    상기 자극 파라미터에 따라 상기 타겟 부위에 전기 자극을 주입하는 자극 단계
    를 포함하는 폐쇄형 뇌심부 자극 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 측정 단계는,
    전극을 이용하여 상기 타겟 부위에 산화와 환원 반응을 발생시켜 산화와 환원 반응에 따라 변화하는 전류를 측정하는 고속스캔전압전류법(Fast-scan cyclic voltammetry)을 통해 상기 신경전달 물질을 측정하는 것
    을 특징으로 하는 폐쇄형 뇌심부 자극 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 측정 단계는,
    산화 반응이 발생하는 전압과 환원 반응이 발생하는 전압에 따라 상기 신경전달 물질의 종류를 구분하는 것
    을 특징으로 하는 폐쇄형 뇌심부 자극 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분석 단계는,
    상기 신경전달 물질을 측정하기 위한 전극에 대한 다중 펄스 전압전류도(Multiple Pulse Voltammogram)를 이용하여 상기 신경전달 물질의 농도를 추정하는 것
    을 특징으로 하는 폐쇄형 뇌심부 자극 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 분석 단계는,
    상기 신경전달 물질을 측정하기 위한 전극에 대한 상기 신경전달 물질의 흡착력(adsorption)을 정량화 하여 상기 신경전달 물질의 성분양을 분석하는 것
    을 특징으로 하는 폐쇄형 뇌심부 자극 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어 단계는,
    상기 신경전달 물질의 성분양에 따라 전기자극을 위한 신호의 주파수(frequency), 펄스폭(pulse width), 진폭(amplitude) 중 적어도 하나를 결정하는 것
    을 특징으로 하는 폐쇄형 뇌심부 자극 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 자극 단계 이후 상기 측정 단계와 상기 분석 단계 및 상기 제어 단계를 반복하면서 상기 자극 파라미터를 상기 신경전달 물질의 성분양에 따라 능동적으로 조절하는 것
    을 특징으로 하는 폐쇄형 뇌심부 자극 방법.
  8. 고속스캔전압전류법(Fast-scan cyclic voltammetry)을 이용하여 뇌의 타겟 부위에서 분비되는 도파민을 측정하는 단계;
    상기 고속스캔전압전류법에서 사용되는 전극에 대한 다중 펄스 전압전류도(Multiple Pulse Voltammogram)를 이용하여 상기 도파민의 농도를 분석하는 단계;
    상기 도파민의 농도에 따라 자극 파라미터를 결정하는 단계; 및
    상기 자극 파라미터에 따라 상기 타겟 부위에 전기 자극을 주입하는 단계
    를 포함하는 파킨슨병 치료를 위한 폐쇄형 뇌심부 자극 방법.
  9. 뇌의 타겟 부위에서 분비되는 신경전달 물질을 측정하는 측정부;
    상기 신경전달 물질의 성분양을 분석하는 분석부;
    상기 신경전달 물질의 성분양에 따라 자극 파라미터를 제어하는 제어부; 및
    상기 자극 파라미터에 따라 상기 타겟 부위에 전기 자극을 주입하는 자극부
    를 포함하는 폐쇄형 뇌심부 자극 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 측정부는,
    전극을 이용하여 상기 타겟 부위에 산화와 환원 반응을 발생시켜 산화와 환원 반응에 따라 변화하는 전류를 측정하는 고속스캔전압전류법(Fast-scan cyclic voltammetry)을 통해 상기 신경전달 물질을 측정하는 것
    을 특징으로 하는 폐쇄형 뇌심부 자극 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 측정부는,
    산화 반응이 발생하는 전압과 환원 반응이 발생하는 전압에 따라 상기 신경전달 물질의 종류를 구분하는 것
    을 특징으로 하는 폐쇄형 뇌심부 자극 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 분석부는,
    상기 신경전달 물질을 측정하기 위한 전극에 대한 상기 신경전달 물질의 흡착력(adsorption)을 정량화 하여 상기 신경전달 물질의 성분양을 분석하는 것
    을 특징으로 하는 폐쇄형 뇌심부 자극 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 신경전달 물질의 성분양에 따라 전기자극을 위한 신호의 주파수(frequency), 펄스폭(pulse width), 진폭(amplitude) 중 적어도 하나를 결정하는 것
    을 특징으로 하는 폐쇄형 뇌심부 자극 장치.
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