KR20160145929A - 신경 이식 장치 - Google Patents

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KR20160145929A
KR20160145929A KR1020150082297A KR20150082297A KR20160145929A KR 20160145929 A KR20160145929 A KR 20160145929A KR 1020150082297 A KR1020150082297 A KR 1020150082297A KR 20150082297 A KR20150082297 A KR 20150082297A KR 20160145929 A KR20160145929 A KR 20160145929A
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이지훈
장정우
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Abstract

본 개시는, 신경 이식 장치에 있어서, 팽창 가능한 스텐트; 스텐트에 전기적으로 연결된 측정 회로 및 제어 회로 중 적어도 하나를 포함하는 회로; 그리고, 회로와 전기적으로 연결된 소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 이식 장치에 관한 것이다.

Description

신경 이식 장치{NERVE IMPLANT APPARATUS}
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 신경 이식 장치에 관한 것으로, 특히 스텐트를 안테나나 지지대로 사용하는 신경 이식 장치에 대한 것이다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
최근에 신경세포의 활동(신경 신호)을 측정하거나 신경세포를 자극하는 수단에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 신경 신호는 뇌의 표면에서 2mm 가량의 깊이에서 가장 측정하기 쉬우며 신호원 근처에서 측정할 때 노이즈가 적고 정보의 양이 많은 신경 신호를 얻을 수 있다. 신경 신호의 측정은 대부분 전극을 통해 이루어지며 얻어진 신경 신호는 증폭, 필터링, 디지털화되어 외부로 전송된다. 신경 신호 측정과 달리 신경세포에 자극(신경 자극)을 주는 경우에는, 뇌, 척추 내부, 미주신경 등에서 이루어지는데 전압이나 전류를 주기적으로 가해주어 간질, 파킨슨 병, 류마티스 관절 염의 치료에 사용된다.
종래의 신경 신호를 측정하는 신경 신호 측정기나 신경에 자극을 주는 신경 자극기의 경우 신경 신호 측정기나 신경 자극기를 신호원에 근접시키기 위해 개두 수술이나 개복 수술을 요구하기 때문에 환자에게 큰 수술적 부담이 되었다. 또한 일부 신경 신호 측정기나 신경 자극기의 경우 전력 및 정보 전달을 위해 유선 연결을 사용하였는데 이는 감염의 위험성을 높이고 환자의 행동을 제약하였다. 또한 전력 공급을 위해 배터리를 이용하는 경우도 있으며, 이는 배터리액 누출에 따른 위험이 있고 정기적으로 배터리를 교체하는 수술이 필요하였다.
도 1은 종래기술에 따른 심부 뇌에 대한 신경 자극기를 인체에 삽입한 상태를 보이는 모식도이다.
도 1에 도시된 심부 뇌에 대한 신경 자극기(10)는 전극침(11)과 전극침(11)에 전선(12)을 통해 연결되어 전극침(11)에 전력을 공급해주는 전원부(13)로 구성되어 있다. 전원부(13)가 배터리로 되어 있어 배터리액 누출에 따른 위험이 있고 정기적으로 배터리를 교체하는 수술이 필요하다. 또한 신경 자극기(10)가 두개골 내부에서 부피를 차지하여 조직의 정상적인 분포를 방해한다.
본 개시는 종래의 신경 신호 측정기 및 신경 자극기의 문제를 해결한 신경 신호 측정 및 신경 자극이 가능한 신경 이식 장치를 제공하고자 한다.
이에 대하여 '발명을 실시하기 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 신경 이식 장치에 있어서, 팽창 가능한 스텐트; 스텐트에 전기적으로 연결된 측정 회로 및 제어 회로 중 적어도 하나를 포함하는 회로; 그리고, 회로와 전기적으로 연결된 소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 이식 장치가 제공된다.
이에 대하여 '발명을 실시하기 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 종래기술에 따른 심부 뇌에 대한 신경 자극기를 인체에 삽입한 상태를 보이는 모식도,
도 2는 본 개시에 따른 신경 이식 장치의 일 예를 보여주는 도면,
도 3은 본 개시에 따른 신경 이식 장치의 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 4는 본 개시에 따른 신경 이식 장치의 또 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 5는 본 개시에 따른 신경 이식 장치를 사용한 실시예를 보여주는 모식도.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).
도 2는 본 개시에 따른 신경 이식 장치의 일 예를 보여주는 도면이다.
본 개시에 따른 신경 이식 장치(100)는 스텐트(110), 스텐트(110)와 전기적으로 연결된 회로(120), 회로와 전기적으로 연결된 소자(130)를 포함할 수 있다.
스텐트(110)는 혈관 내에서 팽창할 수 있는 것이 바람직하다. 혈관 내에서 이동할 때는 수축되어 있다가, 고정될 위치에 도착하면 팽창하여 스텐트(110)가 혈류에 의해 이동되는 것을 방지할 수 있다. 또한 스텐트(110)는 망 구조로 되어 있는 것이 바람직하다. 또한 스텐트(110)는 전력을 얻는데 사용될 수 있다. 스텐트(110)를 이용하여 전류를 만드는 방법으로는 자기장을 이용하여 유도전류를 생성하는 방법, 빛을 이용하여 전류를 생성하는 방법, 초음파을 이용하여 전류를 생성하는 방법, 포도당을 분해해서 전력을 수확하는 방법 등이 있다. 자기장을 이용하여 전류를 생성하는 경우에 스텐트(110)는 스테인레스 스틸(stainless steel)로 만들어지는 것이 바람직하다. 또한 빛을 이용하여 전류를 생성하는 경우에 스텐트(110)는 광전자 소자의 특성을 갖도록 만들어질 수 있다. 또한 초음파를 이용하여 전류를 생성하는 경우에 스텐트(110)는 압전 소자의 특성을 갖도록 만들어질 수 있다. 특히 자기장이나 초음파를 발생하는 장치는 신체 외부에 위치하여 사용할 수 있다. 이와 같이 스텐트(110)를 통해 회로(120) 및 소자(130)를 구동할 수 있는 전력을 얻음으로써, 배터리를 사용하지 않을 수 있다. 또한 스텐트(110)는 안테나로 사용될 수 있다. 소자(130)를 통해 얻은 신경 신호는 스텐트(110)를 통해 신체 외부에 있는 제어 장치에 전달되어 신경 신호 분석에 사용될 수 있다. 제어 신호 및 신경 정보 송수신을 위해 스텐트(110)에 별도의 안테나를 부착하여 사용할 수도 있다. 본 개시에 따른 신경 이식 장치와 신체 외부에 있는 제어 장치에 대한 것은 도 5에서 설명한다.
회로(120)는 소자(130)로부터 얻은 신경 신호를 처리하는 측정 회로(121) 및 소자(130)가 신경 세포에 특정한 자극을 줄 수 있도록 하는 제어 회로(122) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 즉 측정 회로(121) 및 제어 회로(122)를 모두 포함 하거나, 측정 회로(121) 및 제어 회로(122) 중 하나만을 포함할 수 있다. 측정 회로(121)는 소자(130)로부터 얻은 신경 신호를 증폭할 수 있는 증폭기를 포함할 수 있다. 소자(130)로부터 얻은 신경 신호는 미약하기 때문에, 신경 신호를 분석하는데 사용하기 어려울 수 있기 때문이다. 증폭기의 경우 신경 신호를 증폭하는 다양한 저소음 증폭기들이 당업계에 사용되고 있어, 증폭기를 측정 회로(121)에 구비하는 것은 당업자에게 어렵지 않다. 증폭기의 경우 신경 신호의 종류에 따라 달라질 수 있으나, 연산 증폭기(op-amp)를 이용한 차등 증폭기가 바람직하다. 또한 목표 신경세포의 활동이 아닌 다른 신경세포의 활동에서 발생한 노이즈, 생체의 움직임에 따른 노이즈 및 회로 구동에 따른 노이즈 등이 발생할 수 있기 때문에, 측정 회로(121)는 소자(130)로부터 얻은 신경 신호에 포함된 노이즈를 제거하기 위한 필터를 포함할 수 있다. 필터로는 목표 신경 세포의 활동에서 발생하는 신경 신호의 주파수에 해당하는 신경 신호만을 필터링할 수 있는 주파수 대역폭 필터를 사용할 수 있다. 또한 측정 회로(121)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있는 변환기를 포함할 수 있다. 소자(130)로부터 측정된 신경 신호는 아날로그 신호이며 이를 스텐트(110)를 통해 외부로 전달할 수 없기 때문에 이를 디지털 신호로 변환하는 변환기를 필요로 한다. 또한 회로(120)는 스텐트(110)로부터 얻은 교류를 직류로 전환하기 위한 정류자 또는 전압 조절기를 포함할 수도 있다. 제어 회로(122)는 신경 세포에 적절한 자극을 주기 위해 소자(130)를 제어한다. 예를 들어 소자(130)가 전극인 경우, 전극의 전압과 전류의 양을 제어 회로(122)가 조절한다.
소자(130)는 신경 신호를 측정하거나, 신경에 일정한 자극을 주는 기능을 갖는다. 소자(130)의 종류는 신경 신호를 측정하는 경우에는 측정하는 정보의 형태에 따라 다를 수 있다. 예를 들어 전위 차의 형태로 신경 신호가 측정되는 경우에 소자(130)는 전극일 수 있지만 신경 신호가 광 민감성 염색체나 광 민감성 세포에서 나오는 형광을 통해 빛의 형태로 측정되는 경우에 소자(130)는 광전자 소자일 수 있다. 또한 소자(130)의 종류는 신경 세포에 자극을 줄 때, 자극의 종류에 따라 다를 수 있다. 예를 들어 전기적 자극인 경우에 소자(130)는 전극일 수 있으며, 빛 자극일 경우에 LED 소자일 수 있으며, 초음파 자극일 경우에 압전 소자일 수 있다.
또한 스텐트(110)와 회로(120) 사이의 전기적 연결 및 회로(120)와 소자(130) 사이의 전기적 연결은 유선 또는 무선이 가능하다. 예를 들어 유선으로 연결되는 경우 도시하지는 않았지만 전선이 사용될 수 있다.
도 3은 본 개시에 따른 신경 이식 장치의 다른 일 예를 보여주는 도면이다.
도 3에 개시된 신경 이식 장치(200)는 스텐트(210), 회로(220), 및 소자(230)를 포함할 수 있다. 스텐트(210) 및 회로(220)는 도 2에 개시된 신경 이식 장치(100)와 동일하다. 소자(230)는 전극이다. 특히 소자(230)는 혈관 투과성 전극이다. 즉 소자(230)는 혈관 벽을 뚫을 수 있는 바늘 형상의 전극(231)을 포함할 수 있다. 도 2에 개시된 소자(130)가 전극일 때와 구별하기 위하여, 도 2에 개시된 형태의 전극인 소자(130)를 혈관 내부 전극이라고 하며, 도 3에 개시된 형태의 전극인 소자(230)를 혈관 외부 전극이라고 한다. 바늘 형상의 전극(231)이 혈관 벽을 투과하여 이식되기 때문에, 도 1에 개시된 것보다 신경 세포에 더 근접하여 신경 신호를 측정하거나, 신경 세포에 자극을 줄 수 있다.
도 4는 본 개시에 따른 신경 이식 장치의 또 다른 일 예를 보여주는 도면이다.
도 4에 개시된 신경 이식 장치(300)는 스텐트(310), 회로(320), 및 소자(330)를 포함할 수 있다. 스텐트(310) 및 회로(320)는 도 2에 개시된 신경 이식 장치(100)와 동일하다. 소자(330)는 회로(320)와 무선으로 연결되어 있다. 소자(330)는 무선으로 회로(320)에 측정된 신경 신호를 전달하거나, 회로(320)로부터 신경 세포에 특정한 자극을 주는 신호를 전달받을 수 있다. 무선 신호의 종류에 따라 적절한 소자(330)를 사용할 수 있다. 예를 들어 무선 신호가 전자기파, 초음파, 빛일 때, 소자는 전극, 압전 소자, 광전자 소자일 수 있다. 무선으로 신호를 주고 받을 수 있기 때문에, 신경 세포에 가장 근접하여 신호를 측정하거나, 자극을 줄 수 있다.
도 5는 본 개시에 따른 신경 이식 장치를 사용한 실시예를 보여주는 모식도이다.
본 개시에 따른 신경 이식 장치(400)는 측정 및 자극이 필요한 신호원 근처의 혈관(410)에 고정되어 사용된다. 또한 신경 이식 장치(400)에서 얻은 신경 신호를 분석하거나, 신경 이식 장치를 제어하는 제어 장치(420)를 신체 외부에 두어 사용할 수 있다. 예를 들어 제어 장치(420)에서 신경 이식 장치(400)를 제어하는 신호(422)가 무선으로 신경 이식 장치(400)에 발송되면, 신경 이식 장치(400)의 안테나로 기능하는 스텐트(401)를 통해 측정 회로(402)나 제어 회로(403)에 보내지고, 측정 회로(402)나 제어 회로(403)는 제어 장치(420)에서 보낸 신호(422)에 따라 작동될 수 있다. 반대로 스텐트(401)를 통해 신경 이식 장치(400)에서 측정되어 디지털로 변환된 신경 신호(421)가 무선으로 제어 장치(420)에 발송되면 제어 장치(420)가 해당 신경 신호를 분석할 수 있다. 제어 장치(420)는 무선 통신 장치 및 신경 신호 분석 및 제어 신호 생성이 가능한 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어 무선 통신 장치로서 Wifi, 블루투스 등이 있으며, 신경 신호 분석 및 제어 신호 생성 장치는 컴퓨터 일 수 있다. 또한 신경 이식 장치를 측정이나 자극이 필요한 신호원 근처의 혈관에 이식하는 방법은 스텐트를 혈관에 삽입하는 공지된 방법으로 가능하다. 예를 들어 카테터 등을 이용하는 방법에 의해 본 개시에 따른 신경 이식 장치를 신호원 근처에 이식시킬 수 있으며, 개복이나 개두 수술을 할 필요가 없다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 신경 이식 장치에 있어서, 팽창 가능한 스텐트; 스텐트에 전기적으로 연결된 측정 회로 및 제어 회로 중 적어도 하나를 포함하는 회로; 그리고, 회로와 전기적으로 연결된 소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 이식 장치.
(2) 스텐트는 팽창 가능한 망 형상으로 된 것을 특징으로 하는 신경 이식 장치.
(3) 측정 회로는 소자에서 측정한 신경 신호를 증폭하는 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 이식 장치.
(4) 측정 회로는 소자에서 측정한 신경 신호에서 노이즈를 제거하는 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 이식 장치.
(5) 필터는 주파수 대역폭 필터인 것을 특징으로 하는 신경 이식 장치.
(6) 측정 회로는 소자에서 측정한 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환하는 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 이식 장치.
(7) 소자는 압전 소자, 광전자 소자, LED 소자, 전극 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 신경 이식 장치.
(8) 전극은 혈관 내부 전극인 것을 특징으로 하는 신경 이식 장치.
(9) 전극은 혈관 외부 전극인 것을 특징으로 하는 신경 이식 장치.
(10) 전극은 회로와 무선으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 신경 이식 장치.
(11) 제어 회로는 전극의 전압과 전류의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 신경 이식 장치.
(12) 스텐트는 자기장, 빛 및 초음파 중 적어도 하나에 의해 전류를 생성하는 것을 특징으로 하는 신경 이식 장치.
본 개시에 따른 신경 이식 장치에 의하면, 개두 또는 개복 수술 없이 신경 이식 장치를 측정이나 자극을 줄 필요가 있는 신경 세포 근처에 신경 이식 장치를 이식시킬 수 있다.
또한 본 개시에 따른 신경 이식 장치에 의하면, 측정 회로 및 제어 회로를 포함하고 있어서, 신경 세포에 근접하여 신경 신호를 측정하고 자극을 주기 때문에, 정확한 신경 신호를 측정할 수 있고 자극을 줄 수 있다.
또한 본 개시에 따른 신경 이식 장치에 의하면, 배터리를 사용하지 않기 때문에 배터리 사용에 따른 문제점을 해결할 수 있다.
신경 이식 장치 : 100, 200, 300
스텐트 : 110, 210, 310
회로 : 120, 220, 320
소자 : 130, 230, 330

Claims (12)

  1. 신경 이식 장치에 있어서,
    팽창 가능한 스텐트;
    스텐트에 전기적으로 연결된 측정 회로 및 제어 회로 중 적어도 하나를 포함하는 회로; 그리고,
    회로와 전기적으로 연결된 소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 이식 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    스텐트는 팽창 가능한 망 형상으로 된 것을 특징으로 하는 신경 이식 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    측정 회로는 소자에서 측정한 신경 신호를 증폭하는 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 이식 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    측정 회로는 소자에서 측정한 신경 신호에서 노이즈를 제거하는 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 이식 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    필터는 주파수 대역폭 필터인 것을 특징으로 하는 신경 이식 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    측정 회로는 소자에서 측정한 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환하는 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 이식 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    소자는 압전 소자, 광전자 소자, LED 소자 및 전극 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 신경 이식 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    전극은 혈관 내부 전극인 것을 특징으로 하는 신경 이식 장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    전극은 혈관 외부 전극인 것을 특징으로 하는 신경 이식 장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    소자는 회로와 무선으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 신경 이식 장치.
  11. 청구항 8 내지 청구항 10에 있어서,
    제어 회로는 전극의 전압과 전류의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 신경 이식 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    스텐트는 자기장, 빛 및 초음파 중 적어도 하나에 의해 전류를 생성하는 것을 특징으로 하는 신경 이식 장치.
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