KR20170129865A

KR20170129865A - 신규한 이상 또는 다상 펄스 발생기 및 방법

Info

Publication number: KR20170129865A
Application number: KR1020177030053A
Authority: KR
Inventors: 더글라스 엠. 레이몬드; 피터 디. 그레이
Original assignee: 카디오스라이브 인코포레이티드
Priority date: 2015-03-18
Filing date: 2016-03-18
Publication date: 2017-11-27
Also published as: AU2016232837B2; HK1253039A1; CN107847753A; CA2980000A1; CN107847753B; WO2016149617A1; JP2018508313A; EP3271010A4; AU2016232837A1; EP3271010A1

Abstract

동적으로 조절 가능한 이상 또는 다상 펄스 발생 시스템 및 방법이 제공된다. 동적으로 조절 가능한 이상 또는 다상 펄스 발생기 시스템이 제세동기 또는 다른 종류의 전기 자극 의료 장치를 위한 펄스 발생 시스템으로서 사용될 수 있다.

Description

신규한 이상 또는 다상 펄스 발생기 및 방법

본 출원은 "동적으로 조절가능한 다상 제세동기 펄스 시스템 및 방법" 이라는 명칭으로 2014년 6월 12일에 출원된 미국 특허 출원 제14/303,541호의 일부 계속 출원이고 또한 35 USC 120 하에서 그에 대한 우선권을 주장하며, 그리고 그 미국 특허 출원은 "동적으로 조절가능한 다상 제세동기 펄스 시스템 및 방법" 이라는 명칭으로 2013년 6월 14일에 출원된 미국 특허 가출원 제61/835,443호에 대한 우선권을 35 USC 120 하에서 주장하며 또한 35 USC 119(e) 하에서 그 미국 특허 가출원에 대한 이익을 주장하고, 이의 전체 내용은 본원에 참조로 관련되어 있다.

본 개시는 의료 장치에 관한 것으로, 특히, 심장 리듬 전환기(cardioverter) 및 제세동기(defibrillator), 신경계 자극기, 근골격 자극기, 장기 자극기 및 신경 자극기와 같은 의료 장치에 사용되는 치료 펄스를 발생시켜 전달하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 이러한 의료 장치를 사용하여 새롭고 혁신적으로 성형된 이상 또는 다상 펄스 파형의 발생에 관한 것이다.

파형을 갖는 신호는 환자에 가해지는 경우 치료적인 이점을 가질 수 있다는 것은 잘 알려져 있다. 예컨대, 환자에 대한 치료적인 이점은 환자에게 제공될 수 있는 치료일 수 있다. 치료적인 이점 또는 치료는, 환자 신체의 일부분에 대한 자극 또는 환자의 급성 심정지에 대한 치료를 포함할 수 있다. 파형을 갖는 신호를 환자에게 가하는 기존의 시스템은 종종 잘 알려져 있는 신호 파형을 발생시켜 가하지만, 신호 파형의 조절성 또는 가변성을 많이 또는 전혀 제공하지 못한다.

제세동기 또는 심장 리듬 전환기와 관련하여, 오늘날의 수동 제세동기는 예전 스타일의 단상(monophasic) 펄스(단일의 고에너지 단일 극성 펄스) 또는 현재 더 일반적인 이상(biphasic) 펄스(높은 에너지를 갖는 초기의 양의 펄스 및 그 다음에 있는 더 작은 반전된 음의 펄스로 이루어짐)를 전달한다. 오늘날의 이식형 제세동기(ICD), 자동 외부 제세동기(AED) 및 착용형 제세동기(WCD) 모두는, 다양한 펄스 위상 길이, 높은 초기 시작 펄스 진폭 및 다양한 펄스 경사를 갖는 이상 펄스를 전달한다. 특정한 제세동기의 각 제조 업체는 상업적인 이유로 그들의 장치의 펄스에 대해 자체의 고유하고 약간 다른 정확한 타이밍 및 형상의 이상 펄스를 가지고 있는데, 하지만, 그것들은 모두 표준적인 이상 파형 설계에 기반하고 있다. 지난 몇십 년 간의 여러 임상 연구에 의하면, 이들 이상 파형의 변형의 사용은 예전의 단상 파형이 제세동 치료를 필요로 하는 환자에게 주는 것 보다 큰 치료적 가치를 가지며 또한 이들 표준적인 이상 파형은 원래의 단상 파형 보다 적절히 더 낮은 레벨의 에너지 전달에서 효과적이며 또한 최초 충격 전달시의 소생 성공률이 더 높은 것으로 나타났다.

따라서, 이상 파형 펄스를 사용하는 현재의 제세동기 제품의 거의 전부는 단일의 고에너지 저장부를 가지며, 이 저장부는, 간단하고 편리하지만, 전달될 수 있는 실행 가능한 펄스 형상의 범위에 심한 제한을 준다. 구체적으로, 이상 파형의 제2(또는 음의) 위상은 현재, 도 4에 나타나 있는 바와 같이, 이상 파형의 제1(또는 양의) 위상 보다 낮은 진폭 시작점에 특징이 있다. 이는 초기의 양의 위상의 전달 중에 고에너지 저장부가 부분적으로 배출되기 때문이며, 그리고 음의 위상이 전달될 수 있도록 파형의 극성이 반대로 된 후에는, 부분적으로 배출된 동일한 양의 에너지만 에너지 저장부에 남아 있게 된다. 이 더 낮은 진폭 시작점은 파형의 음의 위상의 초기 진폭을 억제하고 이를 더 낮아지게 한다. 전형적인 지수함수적 감소 방전이 도 4에 나타나 있는 파형의 양의 위상으로 나타나 있다.

1990년대 중반부터 표준적인 이상 펄스 파형이 수동 제세동기 및 AED에서 일반적으로 사용되어 오고 있으며, 효과적으로 되기 위해 여전히 120 내지 200 줄(Joule) 또는 그 이상의 에너지 레벨이 환자에게 전달되게 한다. 이 결과, 매우 높은 레벨의 전류가 짧은 시간 동안 환자를 통과하게 되는데, 그래서, 심장 자체를 포함하여, 환자 신체의 내부에 더 깊이 있는 장기에 대한 손상의 가능성 외에도, 전극 패드 또는 패들의 지점에서 화상 형태의 피부 및 살 손상이 일어날 수 있다. 각 충격에 사용되는 상당한 양의 에너지 및 이들 AED 장치가 그의 수명 기간에 걸쳐 전달할 수 있도록 설계된 많은 수의 충격이 또한 장치의 크기를 더 줄일 수 있는 능력을 제한하였다.

WCD는 효과적으로 되기 위해 일반적으로 150 ∼ 200 줄의 충격을 전달할 필요가 있고, 이는 필요한 전기 부품 및 배터리의 크기에 대한 하한을 주며, 그래서 장치의 전체 크기 및 환자가 그 장치를 착용할 때의 편안함의 수준에 영향을 주게 된다.

ICD가 환자의 신체 내부에 이식되는 경우, 그 ICD는 배터리가 소모되어 수술로 새로운 것으로 교체되어야 하기 전에 가능한 한 많은 해 동안 지속될 수 있어야 한다. 일반적으로, ICD는 최대 30 ∼ 45 줄(효과적인 외부 제세동기에 대해 필요한 것 보다 낮음)의 이상 충격(biphasic shock)을 전달하는데, 이는 장치가 환자의 심장 조직과 직접 접촉하기 때문이다. 피하 ICD는 환자의 심장과 직접 접촉하지 않는다는 점에서 약간 다르며, 효과적으로 되기 위해 일반적으로 65 ∼ 80 줄의 이상 충격을 전달한다. 이들 더 낮은 에너지 레벨에서도, 충격이 장치에 의해 잘못 전달되면 환자에게 상당한 고통이 야기된다. 대부분의 기존 장치는 배터리가 소진되어 교체될 필요가 있기 전에 5 ∼ 10 년간 지속되도록 설계되어 있다.

마찬가지로 일반적인 형태의 다른 제세동기는 자동 외부 제세동기(AED) 이다. 이식되지 않는 AED는 급성 심정지를 겪은 사람을 소생시키기 위해 제3자에 의해 사용되는 외부 장치이다. 도 9는 베이스 유닛(802)과 2개의 패드(804)를 포함하는 통상의 AED(800)를 도시한다. 손잡이를 갖는 패들이 가끔 패드(804) 대신에 사용된다. 패드(804)는 전기 케이블(806)을 사용하여 베이스 유닛(802)에 연결된다.

AED(800)를 사용하기 위한 전형적인 프로토콜은 다음과 같다. 먼저, 급성 심정지를 겪은 사람을 바닥에 놓는다. 옷을 벗겨 그 사람의 가슴(808)을 노출시킨다. 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 패드(804)를 가슴(808)의 적절한 위치에 가한다. 베이스 유닛(802) 내부의 전기 시스템은 두 패드(804) 사이에 높은 전압을 발생시키고, 이 전압은 상기 사람에게 전기적 충격을 전달하게 된다. 이상적으로는 충격에 의해 정상적인 심장 리듬이 회복된다. 어떤 경우에는, 다수의 충격이 필요하다.

도 1은 이상 또는 다상 파형 발생기를 갖는 의료 장치를 도시한다.
도 2는 복수의 독립적인 서브시스템(각각이 자체의 에너지 저장부 및 에너지원을 가지고 있음)을 갖는 다상 파형 발생기를 갖는 제세동기 의료 장치를 도시한다.
도 3은 2개의 독립적인 서브시스템(각각이 자체의 에너지 저장부 및 에너지원을 가지고 있음)을 갖는 이상 파형 발생기를 갖는 제세동기 의료 장치를 도시한다.
도 4는 파형의 제2(음의) 위상의 진폭이 파형의 제1(양의) 위상의 진폭 보다 작은 표준적인 이상 펄스 파형을 도시한다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 이상 또는 다상 파형 발생기에 의해 발생되는 신규한 이상 또는 다상 펄스 파형의 서로 다른 예들을 도시하는 것으로, 파형의 제2(음의) 위상의 진폭은 파형의 제1(양의) 위상의 진폭 보다 크다.
도 6은 단일 에너지원과는 별개로 동적으로 충전되고 그럼 다음에 H-브리지를 통해 방전될 수 있는 복수의 에너지 저장부를 포함하는 단일 회로를 갖는 이상/다상 파형 발생기의 일 실시 형태를 도시한다.
도 7은 개별적으로 동적으로 충전되고 그럼 다음에 H-브리지를 통해 방전될 수 있는 복수의 에너지 저장부를 포함하는 단일 회로를 갖는 이상/다상 파형 발생기를 도시한다.
도 8은 이상 또는 다상 파형 발생기 시스템의 캐패시턴스를 조절하기 위한 회로를 도시한다.
도 9는 통상적인 외부 제세동기의 일 예를 도식적으로 도시한다.
도 10은 파형 발생기 시스템의 저항/임피던스를 조절하기 위한 회로를 도시한다.

본 개시는 모든 제세동기 유형, 즉 외부(수동, 반자동, 및 완전 자동), 착용형, 이식형 및 피하 이식형을 포함한 다양한 의료 장치에 적용될 수 있다. 제세동기 외에도, 상기 의료 장치는 심장 리듬 전환기와 외부/내부 페이서(pacer) 및 신경계 자극기, 근골격 자극기, 장기 자극기 및 신경/말초신경 자극기와 같은 다른 종류의 전기자극 의료 장치일 수 있고, 외부형이거나 이식형이다. 신규한 이상 또는 다상 파형 발생기는 특히 어떤 유형의 제세동기에도 유용할 수 있고, 신규한 이상 또는 다상 파형 발생기 시스템의 예를 예시의 목적으로 제세동기와 관련하여 설명할 것이다. 그러나 도 5a, 도 5b 및 도 5c에 나타나 있는 바와 같이, 신규한 이상 또는 다상 파형 발생기는 신규한 이상 또는 다상 파형의 새로운 제너레이션/패밀리를 포함하여, 이전에 당 업계에서 가능했던 것보다(또는 예에서 나타나 있는 바와 같은) 훨씬 더 넓은 범위의 파형을 발생시켜 전달할 수 있다. 따라서, 신규한 이상 또는 다상 파형 발생기는, 이 신규한 저에너지 이상 펄스 패밀리 중의 하나 이상을 발생시키는데에 사용될 수 있으므로 기존의 장치에 비해 더 큰 다용도성을 갖는다. 예컨대, 신규한 이상 또는 다상 파형 발생기는 가변적인 펄스 타이밍, 위상 경사 및 진폭을 갖는 넓은 범위의 새로운 저에너지 이상 또는 다상 파형을 발생시켜 전달하도록 구성될 수 있다. 이러한 파형은 전술한 다양한 의료 장치에 사용될 수 있다. 이들 장치에서 펄스 발생기 시스템을 사용하여, 치료 펄스를 발생시키고 또한 패들 또는 패드 또는 다른 적절한 형태의 전극을 사용하여 그 펄스를 환자에게 제공할 수 있다.

신규한 이상 또는 다상 파형 발생기는 많은 다른 방식으로 구현될 수 있고, 다른 잠재적인 회로 설계의 범위를 구성하고, 그 다른 잠재적인 회로 설계 모두는 본 개시의 범위에 속하는데, 왜냐하면, 그 회로 설계 중의 어떤 것도 (파형의 제1 위상은 파형의 제2 위상 보다 낮은 진폭을 갖는) 저에너지 이상 및/또는 다상 파형의 새로운 패밀리/제너레이션을 포함한 넓은 범위의 이상 및/또는 다상 파형을 발생시켜 전달할 수 있기 때문이다.

도 1은 신규한 이상 또는 다상 파형 발생기(104)를 갖는 의료 장치 시스템(100)을 도시한다. 전술한 바와 같이, 이 의료 장치 시스템은 임의의 종류의 제세동기(defibrillator) 시스템 또는 전술한 다른 종류의 의료 장치일 수 있다. 의료 장치 시스템(100)은, 신규한 이상 또는 다상 펄스 파형(110)을 발생시켜 환자(112)에게 전달하는 의료 장치(102)를 포함할 수 있다. 신규한 이상 또는 다상 펄스 파형(110)은 치료 펄스, 제세동 펄스 등 일 수 있다. 도 1에 나타나 있는 바와 같이, 의료 장치(102)는 신규한 다상 또는 이상 파형 발생기(104), 에너지원(106) 및 제어 로직(108)를 포함할 수 있다. 신규한 다상 또는 이상 파형 발생기(104)는 에너지원(106)에 의해 저장/발생되는 에너지를 사용하여 신규한 이상 또는 다상 펄스 파형(110)을 발생시킬 수 있다.

신규한 이상 또는 다상 펄스 파형(110)은 하나 이상의 제1 위상 및 하나 이상의 제2 위상을 가질 수 있고, 제1 및 제2 위상은 서로 반대되는 극성일 수 있다. 이상 파형의 일 예에서, 도 5a 및 도 5b에 나타나 있는 바와 같이, 제1 위상은 양의 위상일 수 있고 제2 위상은 음의 위상일 수 있으며, 파형의 제2 위상의 진폭은 파형의 제1 위상의 진폭 보다 클 수 있다. 또한, 도 5c에는, 다상 또는 이상 파형 발생기(104)에 의해 발생될 수 있는 신규한 다상 펄스 파형이 나타나 있는데, 이 다상 펄스 파형에서, 이상 또는 다상 펄스 파형(110)은 펄스 파형의 하나 보다 많은 제1 위상 및 하나 보다 많은 제2 위상을 가지고 있다. 도 5c의 예에서, 각각의 제1 위상은 양의 극성을 가지며, 각각의 제2 위상은 음의 극성을 갖는다. 예컨대, 제2 위상의 진폭은 2500 볼트 보다 작을 수 있고 제1 위상은 제2 위상 보다 작을 것이다. 발생된 펄스 파형의 제1 위상과 제2 위상 및 제1 위상과 제2 위상 사이의 펄스간 기간 동안에 다상 또는 이상 파형 발생기(104)는 1 내지 200 줄(Joule)의 에너지를 환자에게 전달할 수 있다. 다상 또는 이상 파형 발생기(104)는 2ms 내지 20ms의 시간 기간 동안에 파형을 환자에게 전달할 수 있다.

상기 제어 로직 유닛(108)은, 다상 또는 이상 파형 발생기(104) 및 에너지원(106)에 결합되고/결합되거나 전기적으로 연결되어 이들 컴포넌트 각각을 제어하여 다양한 형태의 이상 또는 다상 펄스 파형(110)을 발생시킬 수 있다. 에너지원(106)은 하나 이상의 전원 및 하나 이상의 에너지 저장부일 수 있다. 제어 로직 유닛(108)은 하드웨어로 구현될 수 있다. 예컨대, 제어 로직 유닛(108)은, 의료 장치의 일부분인 프로세서에 의해 실행될 수 있는 복수의 컴퓨터 코드 라인일 수 있다. 복수의 컴퓨터 코드 라인은 프로세서에 의해 실행될 수 있고, 그래서, 이 프로세서는 다상 또는 이상 파형 발생기(104) 및 에너지원(106)을 제어하여 이상 또는 다상 펄스 파형(110)을 발생시키도록 구성된다. 다른 실시 형태에서, 제어 로직 유닛(108)은, 다상 또는 이상 파형 발생기(104) 및 에너지원(106)을 제어하여 이상 또는 다상 펄스 파형(110)을 발생시키는 프로그램 가능한 논리 장치, 주문형 반도체(Application Specific Integrated circuit), 상태 기계(state machine), 또는 마이크로제어기일 수 있다. 고전압 스위칭 컴포넌트(109)가 제어 로직 유닛(108)의 일부분인 경우, 제어 로직 유닛은 또한 아날로그 또는 디지털 스위칭 회로를 포함할 수 있다.

도 1에 나타나 있는 바와 같이, 이상 또는 다상 펄스 파형(110)은 하나 이상의 환자 접촉 장치를 사용하여 환자(112)에게 전달될 수 있다. 하나 이상의 환자 접촉 장치는, 이상 또는 다상 펄스 파형(110)을 환자(112)에게 전달할 수 있는 예컨대 전극, 와이어, 패들, 패드 또는 그 밖의 다른 것일 수 있다. 다상 또는 이상 파형 발생기(104) 및 에너지원(106)을 갖는 의료 장치를 더 설명하기 위해, 지금부터, 다상 또는 이상 파형 발생기(104) 및 에너지원(106)을 갖는 제세동기의 예를 더 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 복수의 독립적인 서브시스템(각각이 자체의 에너지 저장부 및 에너지원을 가지고 있음)을 갖는 다상 파형 발생기를 갖는 제세동기 의료 장치(10)를 도시하며, 도 3은 2개의 독립적인 서브시스템(각각이 자체의 에너지 저장부 및 에너지원을 가지고 있음)을 갖는 이상 파형 발생기를 갖는 제세동기 의료 장치(10)를 도시한다. 신규한 다상 또는 이상 파형 발생기(104) 및 에너지원(106)의 일 실시 형태에서, 이들 컴포넌트는 물리적으로 또한 전기적으로 서로 별개인 2개 이상의 서브시스템(12, 14)을 사용할 수 있으며, 각 서브시스템은 도 2 및 도 3에 나타나 있는 바와 같이 파형 발생기(104), 에너지원(106) 및 제어 로직(108)를 가지고 있다. 전기 에너지가 저장된 저장부는, 펄스 파형을 발생시켜 전달하기 위해 협조적인 방식으로 함께 기능하는 2개 이상의 서로 다른 회로(도 2 및 도 3 참조)일 수 있고, 파형의 각 위상은 에너지가 저장된 개별적인 저장부로부터 생성된다. 에너지 저장부는 동일한 크기/양일 수 있거나 또는 다양한 다른 크기일 수 있으며 또한 하나 이상의 에너지원에 의해 공급될 수 있다.

에너지원(106)은 어떤 특정 수의 에너지 저장부(예컨대, 캐패시터) 또는 에너지원(예컨대, 배터리)에 한정되지 않는다. 따라서, 의료 장치 시스템(10)은 다양한 다상 또는 이상 파형을 발생시키기 위해 함께 사용될 수 있는 복수의 또는 "n"개의(원하는 만큼) 서브시스템(12, 14)을 가질 수 있다. 도 2 및 도 3에 나타나 있는 예시적인 실시 형태에서는, 나타나 있는 바와 같이 A측 및 B측과 같은 2개의 측이 있을 수 있고, 각 측은 서브시스템(12, 14) 중의 하나 이상을 가질 수 있으며, 각 서브시스템은 펄스 파형의 위상을 발생시켜, 하나 이상의 제1 위상과 하나 이상의 제2 위상을 갖는 이상 또는 다상 파형을 발생시킬 수 있다. 2개 이상의 서브시스템(12, 14)에 의해, 상기 시스템은 다양한 특성을 갖는 제1 위상과 제2 위상을 서로 개별적으로 형성할 수 있다. 예컨대, 일 예로, 제1 위상은 양의 극성을 가질 수 있고 그의 특성은 음의 극성 및 특성을 갖는 제2 위상과는 독립적으로 형성될 수 있다. 전술한 기능은 아래에서 설명하는 바와 같은 고속 스위칭 고에너지/전압 스위치 시스템의 사용을 통해 달성될 수 있다. 고속 스위칭 고에너지/전압 스위치 시스템(109)은 제어 로직 유닛(108) 또는 발생기(104)의 일부분일 수 있다.

도 2 및 도 3에 나타나 있는 바와 같은 각 측의 각 서브시스템(12, 14)은 제어 로직 및 심장 리듬 감지 컴포넌트(108)(도 2 및 도 3에 나타나 있는 바와 같이 디지털 제어 링크(30)에 의해 다른 측에 있는 유사한 컴포넌트에 연결됨)를 가질 수 있으며, 이 감지 컴포넌트 또한 고전압 스위칭 시스템 컴포넌트(109)에 연결될 수 있다. 고전압 스위칭 시스템 컴포넌트(109)는 아날로그 회로 또는 디지털 회로 또는 심지어 이들 두 회로의 하이브리드를 사용하여 구현될 수 있다. 또한, 고전압 스위칭 시스템 컴포넌트(109)는 기계적 스위치 또는 솔리드-스테이트(solid-state) 스위치 또는 이들 두 스위치의 조합의 사용을 통해 구현될 수 있다. 도 2 및 도 3에 나타나 있는 바와 같이 에너지 저장부는 또한 고전압 복귀 라인(32)을 통해 시스템의 다른 측에 연결될 수 있다. 고전압 복귀 라인(32)은 회로를 전기적으로 완성시키고 기존의 제세동기에 존재하지만, 약간 다른 형태로 있는데, 왜냐하면, 기존 유형의 장치에서는, 고전압 복귀 라인이 주 제세동기 장치로부터 환자의 내부 또는 외부 표면에 이르는 2개의 리드(lead)의 형태로 된 2개의 부분으로 분할되어 있기 때문이다.

도 5a 내지 도 5c는 도 2 및 도 3에 나타나 있는 시스템 및 도 6 내지 도 8에 나타나 있는 시스템에 의해 발생될 수 있는 이상 또는 다상 파형의 예를 도시한다. 도 5a 및 도 5b에 나타나 있는 예에서, 제1 위상은 양의 극성일 수 있고 제2 위상은 음의 극성일 수 있다. 그러나 이상 또는 다상 파형은 음의 극성을 갖는 제1 펄스 및 양의 극성을 갖는 제2 펄스를 가질 수 있다. 도 5a 및 도 5b에 나타나 있는 바와 같이, 제1 위상 펄스의 진폭은 제2 위상의 진폭 보다 작을 수 있다. 도 5c는, 파형이 양의 극성을 갖는 2개 이상의 위상 및 음의 극성을 갖는 2개 이상의 위상을 갖는 다상 파형을 도시한다.

다른 실시 형태에서(도 6 참조), 시스템(10)은 2개 이상의 피저장 전기 에너지 저장부(501)(예컨대, 고전압 발생기 및 저장부(1061), 고전압 발생기 및 저장부(1062) 및 고전압 발생기 및 저장부(106n))를 사용하며, 이들 저장부는 단일 회로(502)의 내부로부터 정적으로 또는 동적으로 할당되며, 또한 최종 파형을 발생시켜 전달하기 위해 협조적인 방식으로 함께 기능하며, 파형의 각 위상은 개별적인 피저장 에너지 저장부로부터 생성된다. 에너지 저장부(501)는 동일한 크기/양일 수 있거나 또는 다양한 다른 크기일 수 있으며 또한 하나 이상의 에너지원에 의해 공급될 수 있다. 상기 시스템(10)은 또한 각 저장부(501)에 대한 고전압 스위치(109), 및 제어 로직 유닛(108) 또는 발생기(104)의 일부분일 수 있는 H-브리지 스위치(110)를 가질 수 있다. H-브리지 회로는, 하나 이상의 스위치를 사용하여 전압을 양 방향으로 부하(M)에 인가할 수 있는 공지된 전자 회로이다(H-브리지 회로에 대한 추가 상세에 대해서는 http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5989-6288EN.pdf(본원에 참조로 포함되어 있음) 참조요).

다른 실시 형태에서(도 7 참조), 시스템은 분할된 구성으로 되어 있는 적어도 하나의 피저장 전기 에너지 저장부(601)를 사용하고, 이 저장부는 정적 또는 동적으로 단일 회로의 내부로부터 2개 이상의 피저장 에너지부(602)로 할당되어 있고, 또한 협조적인 방식으로 최종 파형을 발생시켜 전달하며, 파형의 각 위상은 개별적인 피저장 에너지부로부터 생성된다. 에너지부(602)는 동일한 크기/양일 수 있거나 또는 다양한 다른 크기일 수 있으며 또한 하나 이상의 에너지원에 의해 공급될 수 있다. 본질적으로, 이와 관련하여, 하나 이상의 캐패시터 그룹(들)/어레이(들)를 충전하고(정적 또는 동적으로 생성된 그룹 내의 캐패시터의 수는 상기 파형 또는 발생되어 전달될 파형의 위상에 대한 전압 및 에너지 요건에 근거함), 그런 다음에, 필요에 따라 원하는 파형 또는 파형의 위상을 제공하도록 구성된 그룹 내에 있는 선택된 수의 캐패시터를 방전시키게 된다. 병렬 및 직렬로 있는 캐패시터의 충전 및 방전은 당 업계에서 잘 알려져 있다. 스위치(기계적 스위치 또는 솔리드-스테이트 스위치)의 구성을 통해, 원래의 캐패시터 그룹/어레이로부터 어떤 수의 캐패시터를 분리시킬 수 있고, 그래서 피저장 에너지를 H-브리지 스위치(110)에 대한 공급을 맡는 2개(또는 그 이상)의 부분/저장부로 분리할 수 있어, 상이한 진폭, 형상 및 타이밍을 갖는 다양한 종류의 파형 위상을 생성할 수 있다.

상기 시스템의 다른 실시 형태는 파형의 초기 위상을 발생시키기 위해 직류 발생원을 사용하고 그리고 파형의 제2 위상 및 파형의 추가적인 위상을 발생시키기 위해 하나 이상의 피저장 전기 에너지 저장부를 사용한다. 사용되는 에너지 저장부는 하나 이상의 에너지원에 의해 공급될 수 있다.

상기 시스템의 다른 실시 형태는 파형의 초기 위상을 발생시키기 위해 직류 발생원을 사용하고 그리고 파형의 제2 위상 및 파형의 추가적인 위상을 발생시키기 위해 하나 이상의 추가적인 직류 발생원을 사용하며, 이 직류 발생원은 단독으로, 피저장 전기 에너지 저장부와 함께 또는 이와 조합되어 구성된다. 사용되는 에너지 저장부는 하나 이상의 에너지원에 의해 공급될 수 있다.

추가적인 실시 형태에서, 펄스 발생기는, 가까이 있는 환자 및 파형이 사용되는 특정 치료 목적에 맞게 파형을 특화하고 최적화하는데에 필요한 위상 타이밍, 위상간 펄스 타이밍(들), 위상 경사 및 위상 진폭을 따로 따로 개별적으로 변화시키기 위해 필요한 회로, 프로세서, 프로그래밍 및 다른 제어 메커니즘으로 구성될 수 있다.

전술한 기능은, 도 2 및 도 3에 나타나 있는 바와 같이 본래 아날로그 또는 디지털이거나 또는 심지어 이들 두 유형의 어떤 하이브리드일 수 있는 고속 스위칭 고에너지/전압 스위치 시스템(109)의 사용을 통해 달성될 수 있다. 스위칭은 기계적 스위치 또는 솔리드-스테이트 스위치 또는 이들 두 스위치의 조합의 사용을 통해 달성될 수 있다.

시스템의 다른 실시 형태는 정적 또는 동적으로 할당된 저항 전력 분할기 그룹의 사용을 통해 파형의 초기 위상 에너지의 일부를 방전시키고(도 10 참조)―상기 저항 전력 분할기는 저항기 사이에서 파형의 초기 위상 진폭을 감소시킴― 이렇게 해서, 제2 위상(및 임의의 추가적인 위상)의 전체 진폭을 여전히 환자에게 전달하면서, 파형의 초기 위상의 더 작은 나머지 진폭을 환자에게 전달한다.

시스템의 많은 실시 형태는, 펄스 위상 중의 하나 이상에 대해 펄스 전달 회로의 RC 상수를 변화시켜 관련된 펄스 파형의 위상의 경사를 변화시키기 위한 하나 이상의 추가적인 회로 모듈 또는 서브시스템을 사용할 수 있다. 이들 모듈 또는 서브시스템은 캐패시터 어레이, 또는 저항기 어레이 또는 이들 둘의 조합으로 이루어질 수 있다(도 8 및 도 10 참조).

시스템의 어떤 실시 형태에서, 시스템은 개별 에너지 저장부가 방전을 위해 선택되지 않은 시간(위상간 펄스 시간을 포함하여) 동안에 에너지원에 의해 개별 에너지 저장부를 재충전할 수 있다. 이리하여, 여러 개의 다른 고에너지 저장부를 이용하여 동등한 진폭 초기 다상 펄스를 인터레이싱시킬 수 있다.

전술한 바는 본 개시의 특정 실시 형태를 참조한 것이지만, 당업자라면, 이 실시 형태의 변경이 본 개시의 원리 및 정신에서 벗어남이 없이 이루어질 수 있음을 알 것이고, 본 개시의 범위는 첨부된 청구 범위로 규정된다.

Claims

펄스 파형을 발생시키는 펄스 파형 발생기 - 상기 펄스 파형은 상기 펄스 파형의 적어도 하나의 제1 위상 및 상기 펄스 파형의 적어도 하나의 제2 위상을 가지며, 상기 제1 위상은 제2 위상의 진폭 보다 작은 진폭을 가지고, 상기 제1 위상은 극성(polarity)을 가지며 상기 제2 위상은 상기 제1 위상과는 반대되는 극성을 가짐 -;
상기 펄스 파형의 적어도 상기 제1 위상을 발생시키고, 전원 및 에너지 저장부를 갖는 적어도 하나의 제1 서브시스템;
상기 펄스 파형의 적어도 상기 제2 위상을 발생시키고, 제2 전원 및 제2 에너지 저장부를 갖는 적어도 하나의 제2 서브시스템; 및
상기 적어도 하나의 제1 위상 및 상기 적어도 하나의 제2 위상을 갖는 상기 펄스 파형을 발생시키기 위해 상기 제1 및 제2 서브시스템을 제어하는 제어 로직 유닛을 포함하는 펄스 발생기.
청구항 1에 있어서,
상기 제어 로직 유닛은, 상기 적어도 하나의 제1 위상 및 상기 적어도 하나의 제2 위상을 갖는 상기 펄스 파형을 발생시키기 위해 상기 제1 및 제2 서브시스템 사이에서 스위칭하는 스위칭 컴포넌트를 더 포함하는 펄스 발생기.
청구항 1에 있어서,
상기 발생된 펄스 파형은 다상(multiphasic) 펄스 파형을 발생시키기 위해 복수의 제1 위상 및 복수의 제2 위상을 가지고 있는 펄스 발생기.
청구항 1에 있어서,
상기 발생된 펄스 파형은 이상(biphasic) 펄스 파형을 발생시키기 위해 단일의 제1 위상 및 단일의 제2 위상을 가지고 있는 펄스 발생기.
청구항 1에 있어서,
상기 발생된 펄스 파형은 양의 극성을 갖는 상기 제1 위상 및 음의 극성을 갖는 상기 제2 위상을 가지고 있는 펄스 발생기.
청구항 1에 있어서,
상기 발생된 펄스 파형은 음의 극성을 갖는 상기 제1 위상 및 양의 극성을 갖는 상기 제2 위상을 가지고 있는 펄스 발생기.
청구항 1에 있어서,
상기 발생된 펄스 파형은, 상기 발생된 펄스 파형의 상기 제1 위상과 상기 제2 위상 및 제1 위상과 제2 위상 사이의 펄스간 기간(inter-pulse period) 동안에 환자에게 전달되는 0.1 내지 200 줄(Joule)의 에너지를 가지고 있는 펄스 발생기.
청구항 7에 있어서,
상기 발생된 펄스 파형의 상기 에너지는 2ms 내지 20ms의 시간 기간 동안에 상기 환자에게 전달되는 펄스 발생기.
청구항 1에 있어서,
상기 펄스 파형의 적어도 하나의 위상의 경사(slope) 또는 상기 펄스 파형의 적어도 하나의 위상의 진폭을 조절하는 조절 컴포넌트를 더 포함하는 펄스 발생기.
청구항 9에 있어서,
상기 조절 컴포넌트는 캐패시터 어레이이고, 하나 이상의 캐패시터가 선택되어, 상기 펄스 파형의 적어도 하나의 위상의 경사 또는 상기 펄스 파형의 적어도 하나의 위상의 진폭을 조절하는 펄스 발생기.
청구항 10에 있어서,
상기 캐패시터 어레이는 직렬로 연결되어 있는 캐패시터들, 병렬로 연결되어 있는 캐패시터들 및 직렬과 병렬로 연결되어 있는 캐패시터들 중의 하나인 펄스 발생기.
청구항 1에 있어서,
상기 펄스 파형의 적어도 하나의 위상의 경사를 조절하는 캐패시터 어레이를 더 포함하는 펄스 발생기.
청구항 12에 있어서,
상기 캐패시터 어레이는 직렬로 연결되어 있는 캐패시터들, 병렬로 연결되어 있는 캐패시터둘 및 직렬과 병렬로 연결되어 있는 캐패시터들 중의 하나인 펄스 발생기.
청구항 9에 있어서,
상기 조절 컴포넌트는 저항기 어레이이고, 하나 이상의 저항기가 선택되어, 상기 펄스 파형의 적어도 하나의 위상의 경사 또는 상기 펄스 파형의 적어도 하나의 위상의 진폭을 조절하는 펄스 발생기.
청구항 14에 있어서,
상기 저항기 어레이는 직렬로 연결되어 있는 저항기들, 병렬로 연결되어 있는 저항기들 및 직렬과 병렬로 연결되어 있는 저항기 중의 하나인 펄스 발생기.
청구항 1에 있어서,
상기 제어 로직 유닛은 상기 펄스 파형의 적어도 하나의 위상에 대한 타이밍을 조절하는 펄스 발생기.
청구항 16에 있어서,
상기 제어 로직 유닛은 환자에 대한 측정에 기초하여 상기 펄스 파형의 적어도 하나의 위상에 대한 상기 타이밍을 조절하는 펄스 발생기.
청구항 1에 있어서,
상기 제어 로직 유닛은 상기 펄스 파형의 상기 제1 위상과 상기 제2 위상 사이의 위상간 기간의 타이밍을 조절하는 펄스 발생기.
청구항 18에 있어서,
상기 제어 로직 유닛은 환자에 대한 측정에 기초하여 상기 위상간 기간에 대한 상기 타이밍을 조절하는 펄스 발생기.
펄스 파형을 발생시키는 펄스 파형 발생기 - 상기 펄스 파형은 상기 펄스 파형의 적어도 하나의 제1 위상 및 상기 펄스 파형의 적어도 하나의 제2 위상을 가지며, 상기 제1 위상은 상기 제2 위상의 진폭 보다 작은 진폭을 가지고, 상기 제1 위상은 극성을 가지며 상기 제2 위상은 상기 제1 위상과는 반대되는 극성을 가짐 -;
상기 펄스 파형의 적어도 상기 제1 위상 및 상기 제2 위상을 발생시키는 제1 서브시스템 - 제1 서브시스템은, 상기 제1 서브시스템의 제1 그룹과 제2 그룹을 각각 사용하여 상기 펄스 파형의 상기 제1 위상과 제2 위상을 개별적으로 발생시키기 위해 제1 그룹과 제2 그룹으로 할당될 수 있는 전원 어레이 및 에너지 저장부 어레이를 가짐 -; 및
적어도 하나의 제1 위상 및 적어도 하나의 제2 위상을 갖는 상기 펄스 파형을 발생시키기 위해 상기 제1 서브시스템으로부터의 상기 제1 및 제2 그룹의 할당을 제어하는 제어 로직 유닛을 포함하는 이상 또는 다상 펄스 발생기.
청구항 20에 있어서,
상기 제어 로직 유닛은, 상기 적어도 하나의 제1 위상 및 적어도 하나의 제2 위상을 갖는 상기 펄스 파형을 발생시키기 위해 상기 제1 서브시스템의 상기 제1 그룹과 상기 제2 그룹 사이에서 스위칭하는 스위칭 컴포넌트를 더 포함하는 이상 또는 다상 펄스 발생기.
청구항 20에 있어서,
상기 발생된 펄스 파형은 다상 펄스 파형을 발생시키기 위해 복수의 제1 위상 및 복수의 제2 위상을 가지고 있는 이상 또는 다상 펄스 발생기.
청구항 20에 있어서,
상기 발생된 펄스 파형은 이상 펄스 파형을 발생시키기 위해 단일의 제1 위상 및 단일의 제2 위상을 가지고 있는 이상 또는 다상 펄스 발생기.
청구항 20에 있어서,
상기 발생된 펄스 파형은 양의 극성을 갖는 상기 제1 위상 및 음의 극성을 갖는 상기 제2 위상을 가지고 있는 이상 또는 다상 펄스 발생기.
청구항 20에 있어서,
상기 발생된 펄스 파형은 음의 극성을 갖는 상기 제1 위상 및 양의 극성을 갖는 상기 제2 위상을 가지고 있는 이상 또는 다상 펄스 발생기.
청구항 20에 있어서,
상기 발생된 펄스 파형은, 상기 발생된 펄스 파형의 상기 제1 위상과 상기 제2 위상 및 상기 제1 위상과 상기 제2 위상 사이의 펄스간 기간 동안에 환자에게 전달되는 0.1 내지 200 줄의 에너지를 가지고 있는 이상 또는 다상 펄스 발생기.
청구항 26에 있어서,
상기 발생된 펄스 파형의 에너지는 2ms 내지 20ms의 시간 기간 동안에 상기 환자에게 전달되는, 이상 또는 다상 펄스 발생기.
청구항 20에 있어서,
상기 펄스 파형의 적어도 하나의 위상의 경사 또는 상기 펄스 파형의 적어도 하나의 위상의 진폭을 조절하는 조절 컴포넌트를 더 포함하는 이상 또는 다상 펄스 발생기.
청구항 28에 있어서,
상기 조절 컴포넌트는 캐패시터 어레이이고, 하나 이상의 캐패시터가 선택되어, 상기 펄스 파형의 적어도 하나의 위상의 경사 또는 상기 펄스 파형의 적어도 하나의 위상의 진폭을 조절하는 이상 또는 다상 펄스 발생기.
청구항 29에 있어서,
상기 캐패시터 어레이는 직렬로 연결되어 있는 캐패시터들, 병렬로 연결되어 있는 캐패시터들 및 직렬과 병렬로 연결되어 있는 캐패시터들 중의 하나인 이상 또는 다상 펄스 발생기.
청구항 20에 있어서,
상기 펄스 파형의 적어도 하나의 위상의 경사를 조절하는 캐패시터 어레이를 더 포함하는 이상 또는 다상 펄스 발생기.
청구항 31에 있어서,
상기 캐패시터 어레이는 직렬로 연결되어 있는 캐패시터들, 병렬로 연결되어 있는 캐패시터들 및 직렬과 병렬로 연결되어 있는 캐패시터들 중의 하나인 이상 또는 다상 펄스 발생기.
청구항 28에 있어서,
상기 조절 컴포넌트는 저항기 어레이이고, 하나 이상의 저항기가 선택되어, 상기 펄스 파형의 적어도 하나의 위상의 경사 또는 상기 펄스 파형의 적어도 하나의 위상의 진폭을 조절하는 이상 또는 다상 펄스 발생기.
청구항 33에 있어서,
상기 저항기 어레이는 직렬로 연결되어 있는 저항기들, 병렬로 연결되어 있는 저항기들 및 직렬과 병렬로 연결되어 있는 저항기들 중의 하나인 이상 또는 다상 펄스 발생기.
청구항 20에 있어서,
상기 제어 로직 유닛은 상기 펄스 파형의 적어도 하나의 위상에 대한 타이밍을 조절하는 이상 또는 다상 펄스 발생기.
청구항 35에 있어서,
상기 제어 로직 유닛은 환자에 대한 측정에 기초하여 상기 펄스 파형의 적어도 하나의 위상에 대한 상기 타이밍을 조절하는 이상 또는 다상 펄스 발생기.
청구항 20에 있어서,
상기 제어 로직 유닛은 상기 펄스 파형의 제1 위상과 상기 제2 위상 사이의 위상간 기간의 타이밍을 조절하는 이상 또는 다상 펄스 발생기.
청구항 37에 있어서,
상기 제어 로직 유닛은 환자에 대한 측정에 기초하여 상기 위상간 기간에 대한 상기 타이밍을 조절하는 이상 또는 다상 펄스 발생기.
펄스 파형의 적어도 하나의 제1 위상을 발생시키는 단계;
상기 펄스 파형의 적어도 하나의 제2 위상을 발생시키는 단계 - 상기 펄스 파형의 상기 적어도 하나의 제1 위상의 진폭은 상기 펄스 파형의 상기 적어도 하나의 제2 위상의 진폭 보다 작고, 상기 제1 위상은 극성을 가지며 상기 제2 위상은 상기 제1 위상과는 반대되는 극성을 가짐 -; 및
상기 적어도 하나의 제1 위상 및 상기 적어도 하나의 제2 위상을 갖는 상기 펄스 파형을 발생시키기 위해 상기 적어도 하나의 제1 위상 및 상기 적어도 하나의 제2 위상의 선택을 제어하는 단계를 포함하는 치료 펄스 파형(therapeutic pulse waveform)을 발생시키기 위한 방법.
청구항 39에 있어서,
상기 적어도 하나의 제1 위상을 발생시키는 단계는, 상기 적어도 하나의 제1 위상을 발생시키기 위해 전원 및 에너지 저장부를 갖는 적어도 하나의 제1 서브시스템을 사용하는 단계를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 제2 위상을 발생시키는 단계는, 상기 적어도 하나의 제2 위상을 발생시키기 위해 제2 전원 및 제2 에너지 저장부를 갖는 적어도 하나의 제2 서브시스템을 사용하는 단계를 더 포함하는 치료 펄스 파형을 발생시키기 위한 방법.
청구항 39에 있어서,
상기 펄스 파형의 상기 제1 및 제2 위상을 발생시키는 단계는,
상기 펄스 파형의 적어도 상기 제1 위상 및 상기 제2 위상을 발생시키고, 전원 어레이 및 에너지 저장부 어레이를 갖는 제1 서브시스템을 사용하는 단계; 및
상기 제1 서브시스템의 제1 그룹과 제2 그룹을 각각 사용하여 상기 펄스 파형의 상기 제1 위상과 제2 위상을 개별적으로 발생시키기 위해, 상기 전원 어레이 및 상기 에너지 저장부 어레이를 상기 제1 그룹과 상기 제2 그룹에 할당하는 단계를 더 포함하는 치료 펄스 파형을 발생시키기 위한 방법.
청구항 39에 있어서,
상기 적어도 하나의 제1 펄스 및 상기 적어도 하나의 제2 펄스의 상기 선택을 제어하는 단계는, 상기 펄스 파형을 발생시키기 위해, 스위칭 컴포넌트를 사용하여 적어도 하나의 제1 위상과 적어도 하나의 제2 위상 사이에서 스위칭하는 단계를 더 포함하는 치료 펄스 파형을 발생시키기 위한 방법.
청구항 39에 있어서,
상기 발생된 펄스 파형은 다상 펄스 파형을 발생시키기 위해 복수의 제1 위상 및 복수의 제2 위상을 가지고 있는 치료 펄스 파형을 발생시키기 위한 방법.
청구항 39에 있어서,
상기 발생된 펄스 파형은 이상 펄스 파형을 발생시키기 위해 단일의 제1 위상 및 단일의 제2 위상을 가지고 있는 치료 펄스 파형을 발생시키기 위한 방법.
청구항 39에 있어서,
상기 발생된 펄스 파형은 양의 극성을 갖는 상기 제1 위상 및 음의 극성을 갖는 상기 제2 위상을 가지고 있는 치료 펄스 파형을 발생시키기 위한 방법.
청구항 39에 있어서,
상기 발생된 펄스 파형은 음의 극성을 갖는 상기 제1 위상 및 양의 극성을 갖는 상기 제2 위상을 가지고 있는 치료 펄스 파형을 발생시키기 위한 방법.
청구항 39에 있어서,
상기 발생된 펄스 파형은, 상기 발생된 펄스 파형의 상기 제1 위상과 상기 제2 위상 및 상기 제1 위상과 제2 위상 사이의 펄스간 기간 동안에 환자에게 전달되는 0.1 내지 200 줄(Joule)의 에너지를 가지고 있는 치료 펄스 파형을 발생시키기 위한 방법.
청구항 47에 있어서,
상기 발생된 펄스 파형의 상기 에너지는 2ms 내지 20ms의 시간 기간 동안에 상기 환자에게 전달되는 치료 펄스 파형을 발생시키기 위한 방법.
청구항 39에 있어서,
상기 펄스 파형의 적어도 하나의 위상의 경사 또는 상기 펄스 파형의 적어도 하나의 위상의 진폭을 조절하는 단계를 더 포함하는 치료 펄스 파형을 발생시키기 위한 방법.
청구항 39에 있어서,
상기 펄스 파형의 적어도 하나의 위상에 대한 타이밍을 조절하는 단계를 더 포함하는 치료 펄스 파형을 발생시키기 위한 방법.
청구항 50에 있어서,
상기 펄스 파형의 적어도 하나의 위상에 대한 상기 타이밍을 조절하는 단계는, 상기 환자에 대한 측정을 행하는 단계와 상기 환자에 대한 상기 측정에 기초하여 상기 펄스 파형의 적어도 하나의 위상에 대한 상기 타이밍을 조절하는 단계를 더 포함하는 치료 펄스 파형을 발생시키기 위한 방법.
청구항 39에 있어서,
상기 펄스 파형의 상기 제1 위상과 상기 제2 위상 사이의 위상간 기간의 타이밍을 조절하는 단계를 더 포함하는 치료 펄스 파형을 발생시키기 위한 방법.
청구항 52에 있어서,
상기 위상간 기간의 상기 타이밍을 조절하는 단계는, 환자에 대한 측정을 행하는 단계와 상기 환자에 대한 상기 측정에 기초하여 상기 위상간 기간의 상기 타이밍을 조절하는 단계를 더 포함하는 치료 펄스 파형을 발생시키기 위한 방법.