KR20180076635A - 심부 뇌 자극 장치 및 그의 무선 전력 전송방법 - Google Patents

Abstract

심부 뇌 자극 장치 및 그의 무선 전력 전송방법에 관한 것으로, 두피 내부에 이식되어 뇌신경을 자극하는 체내 장치와 두피 외부에 마련되고 상기 체내 장치에 자기 공진 방식의 무선 전력 전송 기술을 이용해서 전력을 공급하는 체외 장치를 포함하고, 상기 체외 장치는 상기 체내 장치와 이격되어 두피 외부에 설치 가능한 구성을 마련하여, 체내 장치와 이격 설치되는 체외 장치에서 자기 공진 방식의 무선 전력 전송 기술을 이용해서 체내 장치에 전력을 전송해서 체내 장치를 구동하여 심부 뇌를 자극하여 파킨슨 병 등의 증상을 완화하고, 치료할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

심부 뇌 자극 장치 및 그의 무선 전력 전송방법{DEEP BRAIN STIMULATION AND WIRELESS POWER TRANSMISSION METHOD THEREOF}

본 발명은 심부 뇌 자극 장치 및 그의 무선 전력 전송방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 뇌의 특정 부위에 전기 자극을 가하는 체내 장치에 무선으로 전력을 전송하는 심부 뇌 자극 장치 및 그의 무선 전력 전송방법에 관한 것이다.

심부 뇌 자극 장치(Deep Brain Stimulation, DBS)는 뇌의 특정 부위에 전기 자극을 가해 파킨슨병과 같은 질병의 증상을 완화시키는 이식형 장치이다.

종래기술에 따른 심부 뇌 자극 장치는 뇌에 이식되는 전극, 가슴 부위에 이식되어 전기자극신호를 발생시키는 제어장치 및 전극과 제어장치를 연결하는 연결선으로 이루어진다.

상기 구성들 중에서 제어장치는 마이크로프로세서 기반의 복잡한 전자회로와 5년 정도의 구동을 위한 배터리, 외부와의 통신을 위한 RF 송수신장치 등으로 구성되고, 생체 내에서의 장기간 동안의 안정된 작동을 위해 특별히 제조된 티타늄(Titanium) 케이스에 수용되어 레이저 용접(Laser welding) 방식으로 봉합되는 인공 심장 박동기(Cardiac Pacemaker)의 기본 구조를 그대로 사용하고 있다.

따라서 종래기술에 따른 심부 뇌 자극 장치는 제어장치의 제조원가가 비싸지고, 크기도 커져서 이식부위가 가슴까지 내려올 수밖에 없으며, 특히 5년 이내에 배터리의 수명이 다하게 되면 수술을 통해 새로운 제어장치로 교체해야만 하는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2에는 무선 전력 전송기술을 적용한 심부 뇌 자극 장치 기술이 개시되어 있다.

특허문헌 1에는 환자가 착용하는 모자 내부에 구비된 회전자기장원반에 의해 회전 자기장을 형성하고, 형성된 회전 자기장과 결합하도록 환자의 두피 하부에 고정되는 유도코일판에 의해 유도 전력을 생성하여 환자의 뇌에 이식된 전극을 구동시키도록 구성되어, 인체의 외부로부터 무선으로 공급되는 전력을 이용하여 비정상적인 운동 및 감각 기능을 교정시킬 수 있는 심부 뇌 자극 장치 구성이 기재되어 있다.

특허문헌 2에는 두피에 이식되는 체내장치와 무선전력 전송 방식에 의해 상기 체내장치로 전력을 공급하는 체외장치를 포함하고, 체외장치의 무선전력 송신부는 배터리에서 공급된 전력에 의해 자장이 유도되는 외부코일과 외부코일이 감기는 외부자석을 포함하고, 체내장치의 무선전력 수신부는 외부코일에 유도된 자장에 의해 교류 전력이 형성되도록 상기 외부코일에 정렬하는 내부코일, 내부코일이 감기는 내부자석을 포함하고, 외부자석이 내부자석에 부착됨에 따라 외부코일과 내부코일이 정렬된 상태로 체내장치에 체외 장치를 결합함으로써, 무선전력 전송 기능을 결합하여 배터리 소모에 따른 재수술이 불필요한 반영구적인 초소형 심부 뇌자극 시스템 구성이 기재되어 있다.

대한민국 특허 등록번호 제10-0877228호(2009년 1월 9일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-1662594호(2016년 10월 6일 공고)

그러나 특허문헌 1 및 특허문헌 2를 포함한 종래기술에 따른 무선 전력 전송 기술이 적용된 심부 뇌 자극 장치는 체외 장치와 체내 장치에 마련된 회전자기장 원반과 유도코일판의 사이에서 자기유도 방식으로 유도전력을 생성하여 체내 장치에 전력을 전송한다.

이와 같이 자기유도 방식으로 적용하는 경우, 체외 장치는 체내 장치와 접촉되도록 근접한 위치에 정확하게 정렬된 상태로 설치되어야만 한다.

즉, 특허문헌 1은 체내 장치에 무선으로 전력을 전송하기 위해, 사용자가 상시적으로 모자모듈을 착용해야만 하고, 특허문헌 2는 외부자석과 내부자석을 이용해서 체내 장치와 체외 장치를 정확하게 부착해야만 한다.

따라서 사용자가 일생 생활 도중에 샤워를 하거나 운동을 하는 경우, 모자모듈하거나 체외 장치를 탈착하면, 체내 장치가 정상적으로 동작하지 못하는 문제점이 있었다.

그리고 종래기술에 따른 심부 뇌 자극 장치는 자기유도 방식을 적용함에 따라, 자기공명 영상(MRI) 촬영이 불가능하고, 체내 장치와 체외 장치 사이에서 수행되는 무선 통신의 자유도가 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 자기유도 방식으로 적용하는 경우, 체외 장치와 체내 장치를 각각 1:1로 접촉시켜 설치해야만 함에 따라, 두피 내부에 복수의 체내 장치를 이식하는 경우, 체외 장치도 체내 장치의 개수와 동일한 개수로 마련해야 하는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 서로 이격되게 설치된 체외 장치에서 체내 장치에 무선으로 전력을 전송할 수 있는 심부 뇌 자극 장치 및 그의 무선 전력 전송방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 체외 장치를 탈착하는 경우 체내 장치에 충전된 전원을 이용해서 체내 장치를 정상적으로 구동할 수 있는 심부 뇌 자극 장치 및 그의 무선 전력 전송방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 하나의 체외 장치를 이용해서 복수의 체내 장치에 전력을 전송할 수 있는 심부 뇌 자극 장치 및 그의 무선 전력 전송방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 심부 뇌 자극 장치는 두피 내부에 이식되어 뇌신경을 자극하는 체내 장치와 두피 외부에 마련되고 상기 체내 장치에 자기 공진 방식의 무선 전력 전송 기술을 이용해서 전력을 공급하는 체외 장치를 포함하고, 상기 체외 장치는 상기 체내 장치와 이격되어 설치 가능한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 심부 뇌 자극 장치의 무선 전력 전송방법은 두피 내부에 이식되어 뇌신경을 자극하는 체내 장치와 이격되어 두피 외부에 설치된 체외 장치에서 상기 체내 장치에 자기 공진 방식의 무선 전력 전송 기술을 이용해서 전력을 공급하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 심부 뇌 자극 장치 및 그의 무선 전력 전송방법에 의하면, 체내 장치와 이격 설치되는 체외 장치에서 자기 공진 방식의 무선 전력 전송 기술을 이용해서 체내 장치에 전력을 전송해서 체내 장치를 구동하여 뇌 신경을 자극하여 파킨슨 병 등의 증상을 완화하고, 치료할 수 있다는 효과가 얻어진다.

즉, 본 발명에 의하면, 종래기술에서 체내 장치에 전력을 공급하기 위해, 배터리가 내장된 전원공급장치를 가슴 부위 등에 시술한 후, 배터리 수명이 다하기 전에 주기적으로 배터리를 교체하는 수술을 수행할 필요가 없다.

그리고 본 발명에 의하면, 무선 전력 전송 방식으로 전력을 공급하는 체외 장치를 환자의 머리 부분이나 의복, 가방 등에 설치하고, 체외 장치의 배터리를 용이하게 교체할 수 있고, 체내 장치의 반영구적 이식이 가능함에 따라, 종래기술의 이식형 심부 뇌 자극 장치의 단점인 배터리 삽입에 따른 이식체 부피 증가와 교체에 따른 환자의 불편을 최소화할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또, 본 발명에 의하면, 체외 장치로부터 전력 전송이 중단되더라도, 체내 장치에 마련된 저장수단에 충전된 전력을 자극부에 공급해서 체내 장치를 연속적으로 구동할 수 있다는 효과가 얻어진다.

이에 따라, 본 발명에 의하면, 환자가 샤워나 운동 등의 일상생활 도중에 체외 장치로부터 전력 전송이 중단되더라도, 지속적으로 심부 뇌에 자극을 줄 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 의하면, 하나의 체외 장치를 이용해서 복수의 체내 장치에 전력을 전송함으로써, 부품 수를 줄여 제조 비용을 절감하고, 심부 뇌 자극 장치의 구성을 간단하게 할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 의하면, 종래에 체내 장치와 체외 장치에 적용되는 자석을 제거함으로써, 자기공명 영상(MRI) 촬영이 가능하고, 체내 장치와 체외 장치 사이에서 수행되는 무선 통신의 자유도를 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 심부 뇌 자극 장치의 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 전력 송신부와 전력 수신부의 상세 구성도,
도 3 및 도 4는 체외 장치의 외형을 예시한 도면,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 심부 뇌 자극 장치의 무선 전력 전송방법을 단계별로 설명하는 흐름도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 심부 뇌 자극 장치 및 그의 무선 전력 전송방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 심부 뇌 자극 장치의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 전력 송신부와 전력 수신부의 상세 구성도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 심부 뇌 자극 장치(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 두피 내부에 이식되어 뇌신경을 자극하는 체내 장치(11)와 두피 외부에 마련되고 체내 장치(11)에 자기 공진 방식의 무선 전력 전송 기술을 이용해서 전력을 공급하는 체외 장치(12)를 포함한다.

체외 장치(12)는 상용전원을 공급받아 충전하는 배터리(20), 자기 공진 방식 또는 자기 공명 방식(이하 '자기 공진 방식'으로 통칭함)의 무선 전력 전송기술을 이용해서 전력을 체내 장치(12)로 전송하는 전력 송신부(30) 및 배터리(20)에서 공급된 전력에 의해 자기 공진을 유도하도록 전력 송신부(30)의 구동을 제어하는 제어부(40)를 포함할 수 있다.

배터리(20)는 체외 장치(12)에 일체로 마련되거나, 체외 장치(12)에 교체 가능하게 마련될 수 있다.

이러한 배터리(20)는 체외 장치(12)의 일측에 마련되는 충전포트(도면 미도시)를 통해 상용전원을 공급받아 충전할 수 있다.

따라서 본 발명은 상용전원을 이용해서 체외 장치의 배터리를 충전 가능함에 따라, 배터리의 용량을 최적화해서 배터리 설치 공간을 감소시키고, 체외 장치의 부피를 최소화할 수 있다.

전력 송신부(30)는 도 2에 도시된 바와 같이, 미리 설정된 공진 주파수의 공진신호를 발생하는 송신회로(31) 및 송신회로(31)에서 발생한 공진신호를 체내 장치(11)로 송신하는 송신 코일부(32)를 포함할 수 있다.

송신회로(31)는 배터리(20)에서 공급되는 전력의 레벨을 증폭하는 전력증폭기(33), 자기 공진 방식으로 전송하기 위해 증폭된 신호의 주파수를 매칭하여 공진신호를 발생하는 매칭회로(35) 및 전력증폭기와 매칭회로(32)의 구동을 제어하는 송신 제어기(33)를 포함할 수 있다.

송신 코일부(32)는 소스 코일(36)과 송신 공진코일(37)을 포함할 수 있다.

제어부(40)는 심부 뇌 자극 장치에 마련된 각 장치의 구동을 제어하는 메인제어장치로 마련될 수 있다.

이러한 제어부(40)는 메모리(41)에 저장된 구동 프로그램에 따라 체내 장치(11)에 마련된 자극부(60)를 통해 뇌 심부에 가해지는 자극을 조절하기 위해, 공진신호의 전압 또는 전류 레벨을 조절하도록 전력 송신부(30)의 구동을 제어할 수 있다.

체내 장치(11)는 전력 송신부(30)에서 전송되는 전력을 수신하는 전력 수신부(50) 및 전력 수신부(50)를 통해 수신된 전력을 이용하여 뇌신경을 자극하는 자극부(60)를 포함할 수 있다.

전력 수신부(50)는 전력 송신부(30)에서 송신된 공진신호를 수신하는 수신 공진부(51) 및 수신 안테나(51)를 통해 수신된 공진신호를 통해 전송되는 전력을 자극부(60)로 전달하는 수신회로(52)를 포함할 수 있다.

수신 공진부(51)는 수신 공진코일(56)과 로드 코일(57)을 포함할 수 있다.

수신회로(52)는 수신된 공진신호의 주파수를 매칭하는 매칭회로(53), 주파수 매칭된 공진신호를 정류하는 정류기(54) 및 자기 공진 방식으로 전력을 전송받기 위해 매칭회로와 정류기의 구동을 제어하는 수신 제어기(55)를 포함할 수 있다.

송신 공진부(32)와 수신 공진부(52)는 자기 공진 방식으로 무선 전력 전송을 수행하는 공진기를 구성할 수 있다.

이러한 송신 공진부(32)와 수신 공진부는 각각 원형 또는 사각형 도선을 가진 루프 안테나 또는 헬리컬 안테나 형태로 마련될 수 있다.

여기서, 송신 공진코일(37)과 수신 공진코일(56)은 동일한 자기 공진 주파수(Magnetic resonance frequency)를 가지며, 두 코일 간에 공명현상에 의해 공진 코일 간에 경로(path)를 형성하여 전송효율을 높일 수 있다.

이를 위해, 무선 전력 전송 효율을 높이기 위해, 송신 공진코일(37)과 수신 공진코일(56) 사이의 커플링 효율을 측정하는 커플링 계수(Coupling Coefficient)는 실험치에 의해 설정될 수 있다.

상기 커플링 계수는 자기 공진 방식의 무선 전력 전송 시스템의 효율과 밀접한 관계를 가진다. 즉, 코일 간의 커플링 계수에 따라 코일의 전력전송 효율 특성이 결정되며, 코일의 크기가 코일 간의 거리를 통해 커플링 계수를 조절하여 무선 전력 전송 시스템의 효율을 최적화할 수 있다.

또한, 자기 공진 방식의 무선 전력 전송 안테나의 성능은 Q-factor(Quality factor)와 밀접한 관계가 있으며, 전송효율 및 전송거리 향상을 위해 높은 Q-factor를 만족해야 한다.

한편, Q-factor(Quality Factor)는 모든 RF 시스템에서 성능 지표를 나타내는 매우 중요한 파라미터이다. 일반적으로, 공진기의 Q-factor는 특정 주파수에서 공진기 내부에 자기장 또는 전기장의 형태로 저장되는 에너지와, 공진기 내부의 저항 손실 또는 공진기 외부로 빠져나가는 파워의 비율로 정의된다.

자기 공진 방식의 무선 전력 전송 시스템에서는 원거리 장으로 안테나의 방사가 이뤄지지 않는 조건이며, 근거리 장에서 루프(Loop) 안테나로부터 발생하는 자기장과 형성된 자기장의 커플링에 의한 유도 전류로 전력이 전송된다.

자극부(60)는 전력 수신부(50)에서 공급된 직류 전력을 이용하여 뇌신경을 자극하기 위한 특정 자극 파형을 생성하는 내부 마이크로 콘트롤러(도면 미도시)와 자극회로(도면 미도시) 및 상기 자극회로에서 생성된 자극 파형에 따라 뇌신경을 자극하는 자극용 전극(도면 미도시)을 포함할 수 있다.

한편, 체내 장치(11)는 전력 수신부(50)를 통해 수신된 전력의 일부를 임시 저장하고, 전력 송신부(30)로부터 전력 전송이 중단된 상태에서 저장된 전력을 자극부(60)로 공급하는 저장수단(70)을 더 포함할 수 있다.

이러한 저장수단(70)은 기존의 정전 커패시터에 비해 비정전용량(specific capacitance)를 수천 배까지 향상시킬 수 있는 슈퍼 커패시터(super capacitor)와 전송받은 전력의 일부를 상기 슈퍼 커패시터에 충전하는 충전회로를 포함할 수 있다.

상기 슈퍼 커패시터는 기존의 전지에 비해 높은 전력밀도와 빠른 축전 및 방전율, 환경 친화성, 긴 수명, 축전/방전 사이클당 적은 비용 등의 장점을 가짐에 따라, 차세대 에너지 저장매체로 각광받고 있다.

특히, 본 실시 예에서 저장수단(70)은 체내 장치(11)에 마련되어 두피 내부에 이식됨에 따라, 인체에 무해하고, 소형화가 가능하며, 설치환경에 따라 변형이 용이하도록 유연성을 갖는 플렉시블 전극체를 이용해서 제조되는 플렉시블 슈퍼 커패시터를 적용할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 체내 장치에 전력을 임시 저장하는 저장수단을 적용함에 따라, 체외 장치로부터 전력 전송이 일시적으로 중단되더라도, 저장수단에 저장된 전력을 이용해서 체내 장치를 약 30분 이상 지속적으로 구동할 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 체내 장치와 체외 장치 사이에서 전력 전송이 중단되더라도, 체내 장치의 구동을 연속시킴으로써, 체내 장치의 구동이 중지됨에 따른 문제점을 해소할 수 있다.

한편, 본 실시 예에서는 체내 장치와 체외 장치가 각각 하나로 마련되어 1:1 대응해서 무선으로 전력을 전송하는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

즉, 본 발명은 환자의 상태에 따라 두피 내부에 복수의 체내 장치가 마련되는 경우에도 하나의 체내 장치를 이용해서 복수의 체내 장치에 전력을 전송할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 하나의 전력 전송 장치에서 복수의 타겟으로 전력 전송이 가능한 자기 공진 방식의 무선 전력 전송 기술을 적용함에 따라, 하나의 체외 장치를 이용해서 복수의 체내 장치에 전력을 전송할 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 복수의 체내 장치에 전력을 전송하는 체외 장치를 하나만 마련함으로써, 심부 뇌 자극 장치를 구성하는 부품의 수를 줄여 제조 비용을 절감하고, 심부 뇌 자극 장치의 구성을 간단하게 할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명은 종래기술에서 체내 장치와 체외 장치를 이격시킨 상태에서 정확하게 정렬할 필요가 없으며, 종래에 체내 장치와 체외 장치에 적용되는 자석을 제거함으로써, 자기공명 영상(MRI) 촬영이 가능하고, 체내 장치와 체외 장치 사이에서 수행되는 무선 통신의 자유도를 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 심부 뇌 자극 장치(10)는 자기 공진 방식의 무선 전력 전송 기술을 적용함에 따라, 체내 장치(11)는 두피 내부에 이식되고, 체외 장치(12)는 체내 장치와 일정 거리 이상 이격되고 다양한 방식으로 환자의 머리 부분 주위에 설치될 수 있다.

도 3 및 도 4는 체외 장치의 외형을 예시한 도면이다.

도 3의 (a)에는 환자의 귀에 설치되는 귀걸이형 체외 장치가 예시되어 있고, 도 3의 (b)에는 귀걸이형 체외 장치가 환자의 귀에 설치된 상태가 예시되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 체외 장치(12)는 대략 원기둥이나 사각기둥 등의 형상으로 형성되는 케이스(13) 내부에 설치되고, 케이스(13)의 상단에는 환자의 귀에 걸릴 수 있도록 걸림부재(14)가 결합될 수 있다.

도 4의 (a)에는 클립을 이용한 머리핀형 체외 장치가 예시되어 있고, 도 4의 (b)에는 집게를 이용한 머리핀형 체외 장치가 예시되어 있다.

여성 환자인 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 머리핀형 체외 장치(80)는 머리핀의 본체(81) 내부에 체외 장치(12)가 수용되고, 클립(82)이나 집게(83)를 이용해서 환자의 두발에 설치될 수 있다.

한편, 본 실시 예에서는 체외 장치(12)가 환자의 머리 부분에 설치되는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

즉, 본 발명은 체내 장치(11)와 수 ㎝에서 수 m까지 이격된 위치에 체외 장치(12)를 설치하더라도 무선 전력 전송이 가능한 자기 공진 방식을 적용함에 따라, 환자의 머리 부분뿐만 아니라, 체외 장치(12)를 환자가 착용한 의복이나 가방 등에 수용되도록 변경될 수 있다.

다음, 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 심부 뇌 자극 장치의 무선 전력 전송방법을 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 심부 뇌 자극 장치의 무선 전력 전송방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.

심부 뇌 자극 장치(10)의 체외 장치(12)에 마련된 제어부(40)는 배터리(20)에 충전된 전력을 자기 공진 방식으로 무선 전력 전송 기술을 이용해서 두피 내부에 이식된 체내 장치(11)로 전송하도록 제어한다.

즉, 도 5의 S10단계에서 제어부(40)는 메모리(41)에 저장된 구동 프로그램을 실행시켜 전력 송신부(30)의 구동을 제어한다.

그래서 배터리(20)로부터 전력이 전력 송신부(30)에 공급되면, 송신회로(31)는 체내 장치(11)의 전력 수신부(50)와 매칭되도록, 미리 설정된 공진 주파수의 공진신호를 발생하고, 송신 코일부(32)는 발생한 공진신호를 송신한다(S12).

이때, 송신회로(31)의 전력증폭기(33)는 송신 제어기(35)의 제어에 따라 배터리(20)에서 공급되는 전력의 레벨을 증폭하고, 매칭회로(34)는 자기 공진 방식으로 전력을 전송하기 위해 증폭된 신호의 주파수를 매칭한다.

이와 같은 과정을 통해 체외 장치(12)의 전력 송신부(30)는 자기 공진 방식의 무선 전력 전송 기술을 이용해서 전력을 체내 장치로 전송할 수 있다.

이때, 제어부(40)는 메모리(41)에 저장된 구동 프로그램에 따라 체내 장치(11)에 마련된 자극부(60)를 통해 뇌 심부에 가해지는 자극을 조절하기 위해, 공진신호의 전압 또는 전류 레벨을 조절하도록 전력 송신부(30)의 구동을 제어할 수 있다.

S14단계에서 체내 장치(11)에 마련된 전력 수신부(50)의 수신 공진부(51)는 공진신호를 수신하고, 수신회로(52)는 수신 공진부(51)를 통해 수신된 공진신호를 통해 전송된 전력을 자극부(60)로 전달한다.

이에 따라, 자극부(60)의 자극용 전극은 마이크로 컨트롤러의 제어에 따라 자극회로에서 생성된 특정 자극 파형에 따라 뇌 신경을 자극할 수 있다.

이때, 수신 제어기(55)는 체외 장치(12)로부터 전송받은 전력 중에서 일부를 저장수단(70)에 충전하도록 제어한다(S16).

따라서 본 발명은 체외 장치(12)로부터 무선 전력 전송이 중단되는 경우, 저장수단(70)에 충전된 전력을 이용해서 체내 장치(11)를 지속적으로 구동할 수 있다.

상세하게 설명하면, S18단계에서 전력 수신부(50)의 수신 제어기(55)는 체외 장치(12)로부터 전력을 전송하기 위한 공진신호가 수신되는지를 검사한다.

만약, S18단계의 검사결과 공진신호 수신이 중단된 상태이면, 수신 제어기(55)는 저장수단(70)에 충전된 전력을 자극부(60)로 공급하도록 제어한다.

이와 같이, 본 발명은 체내 장치에 전력을 임시 저장하는 저장수단을 마련하고, 체외 장치로부터 전력 전송이 일시적으로 중단된 경우, 저장수단에 저장된 전력을 이용해서 체내 장치를 약 30분 이상 지속적으로 구동할 수 있다.

반면, S18단계의 검사결과 공진신호가 정상적으로 수신되는 상태이거나 수신이 중단된 이후에 다시 정상적으로 수신되면, 수신 제어기(55)는 지속적으로 공진신호를 통해 수신되는 전력을 자극부(60)로 공급하고, 수신된 전력의 일부를 저장수단(70)에 저장하도록 제어한다.

상기한 바와 같은 과정을 통해, 본 발명은 체내 장치와 이격 설치되는 체외 장치에서 자기 공진 방식의 무선 전력 전송 기술을 이용해서 체내 장치에 전력을 전송해서 체내 장치를 구동하여 심부의 뇌 신경을 자극하여 파킨슨 병 등의 증상을 완화하고, 치료할 수 있다.

그리고 본 발명은 체외 장치로부터 전력 전송이 중단되더라도, 체내 장치의 저장수단에 충전된 전력을 자극부에 공급해서 체내 장치를 연속적으로 구동할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명은 체내 장치와 이격 설치되는 체외 장치에서 자기 공진 방식의 무선 전력 전송 기술을 이용해서 체내 장치에 전력을 전송해서 체내 장치를 구동하여 뇌 신경을 자극하여 파킨슨 병 등의 증상을 완화하고, 치료하는 심부 뇌 자극 장치 기술에 적용된다.

10: 심부 뇌 자극 장치
11: 체내 장치 12: 체외 장치
13: 케이스 14: 걸림부재
20: 배터리 30: 전력 송신부
31: 송신회로 32: 송신 코일부
33: 전력증폭기 34: 매칭회로
35: 송신 제어기 36: 소스 코일
37: 송신 공진코일 40: 제어부
41: 메모리 50: 전력 수신부
51: 수신 공진부 52: 수신회로
53: 매칭회로 54: 정류기
55: 수신 제어기 56: 수신 공진코일
57: 로드 코일 60: 자극부
70: 저장수단 80: 머리핀형 체외 장치
81: 본체 82: 클립
83: 집게

Claims (15)

1. 두피 내부에 이식되어 뇌신경을 자극하는 체내 장치와
   두피 외부에 마련되고 상기 체내 장치에 자기 공진 방식의 무선 전력 전송 기술을 이용해서 전력을 공급하는 체외 장치를 포함하고,
   상기 체외 장치는 상기 체내 장치와 이격되어 두피 외부에 설치 가능한 것을 특징으로 하는 심부 뇌 자극 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 체외 장치는
   상용전원을 공급받아 충전하는 배터리,
   상기 배터리에 공급되는 전력을 상기 체내 장치로 무선 전송하는 전력 송신부 및
   상기 배터리에서 공급된 전력에 의해 자기 공진을 유도하도록 상기 전력 송신부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하고,
   상기 체내 장치는 상기 전력 송신부에서 전송되는 전력을 수신하는 전력 수신부 및
   상기 전력 수신부를 통해 수신된 전력을 이용하여 뇌신경을 자극하는 자극부를 포함하는 것을 특징으로 하는 심부 뇌 자극 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 전력 송신부는 미리 설정된 공진 주파수의 공진신호를 발생하는 송신회로 및
   상기 송신회로에서 발생한 공진신호를 상기 체내 장치로 송신하는 송신 코일부를 포함하고,
   상기 전력 수신부는 상기 전력 송신부에서 송신된 공진신호를 수신하는 수신 공진부 및
   상기 수신 안테나를 통해 수신된 공진신호를 통해 전송되는 전력을 자극부로 전달하는 수신회로를 포함하며,
   상기 송신 공진부와 수신 공진부는 자기 공진 방식으로 무선 전력 전송을 수행하는 공진기를 구성하는 것을 특징으로 하는 심부 뇌 자극 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 전력 송신부는 상기 배터리에서 공급된 전력에 의해 자기 공진을 유도하도록 상기 전력 송신부의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함하고,
   상기 제어부는 메모리에 저장된 구동 프로그램에 따라 상기 체내 장치에 마련된 자극부를 통해 뇌 심부에 가해지는 자극을 조절하기 위해, 상기 전력 송신부에서 발생하는 상기 공진신호의 전압 또는 전류 레벨을 조절하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 심부 뇌 자극 장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 송신 코일부는 소스 코일과 송신 공진코일을 포함하고,
   상기 수신 공진부는 수신 공진코일과 로드 코일을 포함하며,
   상기 송신 공진코일과 수신 공진코일은 동일한 자기 공진 주파수를 가지고,
   상기 두 코일 간의 커플링 계수는 커플링 효율을 높이도록 실험치에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 심부 뇌 자극 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 체내 장치는 상기 전력 수신부를 통해 수신된 전력의 일부를 임시 저장하고, 상기 전력 송신부로부터 전력 전송이 중단된 상태에서 저장된 전력을 상기 자극부로 공급하는 저장수단을 더 포함하고,
   상기 저장수단은 슈퍼 커패시터와 전송받은 전력의 일부를 상기 슈퍼 커패시터에 충전하는 충전회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 심부 뇌 자극 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 체외 장치는 케이스 내부에 설치되고,
   상기 케이스의 상단에는 환자의 귀에 걸리는 걸림부재가 결합되는 것을 특징으로 하는 심부 뇌 자극 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 체외 장치는 환자의 두발에 클립이나 집게를 이용해서 착탈 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 심부 뇌 자극 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 체외 장치는 환자의 의복이 가방에 수납 가능하게 마련되는 것을 특징으로 하는 심부 뇌 자극 장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 체내 장치가 복수로 마련되는 경우,
    상기 체외 장치는 복수의 체내 장치에 각각 전력을 전송하는 것을 특징으로 하는 심부 뇌 자극 장치.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 심부 뇌 자극 장치의 무선 전력 전송방법에 있어서,
    두피 내부에 이식되어 뇌신경을 자극하는 체내 장치와 이격되어 두피 외부에 설치된 체외 장치에서 상기 체내 장치에 자기 공진 방식의 무선 전력 전송 기술을 이용해서 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 심부 뇌 자극 장치의 무선 전력 전송방법.
12. 제11항에 있어서,
    (a) 상기 체외 장치에서 배터리로부터 공급된 전력에 의해 자기 공진을 유도하도록 미리 설정된 공진 주파수의 공진신호를 발생하여 전력을 전송하는 단계 및
    (b) 상기 체내 장치에서 상기 공진신호를 통해 전력을 전송받아 뇌신경을 자극하는 단계를 포함하고,
    상기 체외 장치에 마련된 제어부는 메모리에 저장된 구동 프로그램에 따라 상기 체내 장치에 마련된 자극부를 통해 뇌 심부에 가해지는 자극을 조절하기 위해, 상기 전력 송신부에서 발생하는 상기 공진신호의 전압 또는 전류 레벨을 조절하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 심부 뇌 자극 장치의 무선 전력 전송방법.
13. 제12항에 있어서,
    (c) 상기 체내 장치에 마련된 수신 제어기에서 상기 체외 장치로부터 공진신호의 수신이 중단되면, 상기 체내 장치에 마련된 저장수단에 충전된 전력을 상기 자극부로 공급해서 상기 자극부를 연속적으로 구동하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 심부 뇌 자극 장치의 무선 전력 전송방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 (b)단계에서 상기 수신 제어기는 상기 체외 장치로부터 전송받은 전력의 일부를 상기 저장수단에 저장하는 것을 특징으로 하는 심부 뇌 자극 장치의 무선 전력 전송방법.
15. 제12항에 있어서,
    상기 (a)단계에서 체외 장치는 상기 체내 장치가 복수로 마련되는 경우, 복수의 체내 장치에 각각 전력을 전송하는 것을 특징으로 하는 심부 뇌 자극 장치의 무선 전력 전송방법.

Images