KR20190062078A - 체내 이식형 의료기기 - Google Patents

Abstract

체내 이식형 의료기기에 관한 것으로, 체외의 전력 전송기에서 초음파를 이용한 무선 전력 전송 방식으로 전송된 전력을 수신하는 전력 수신부, 상기 전력 수신부를 통해 수신된 전력을 충전하는 배터리, 상면이 개구된 통체 형상으로 형성되고 외형을 형성하는 케이스 및 상기 케이스의 상면을 패키징하고, 상기 전력 전송기에서 매질층을 통해 전달되는 초음파 신호의 음향 임피던스를 매칭하는 매칭층을 포함하고, 상기 매칭층은 상기 매질층을 형성하는 인체의 피부나 혈액의 음향 임피던스보다 큰 음향 임피던스를 갖는 재질의 재료를 이용해서 제조되는 구성을 마련하여, 체내 이식된 의료기기에 초음파를 이용한 무선 전력 전송 방식으로 전력을 전송할 수 있으며, 음향 임피던스를 매칭하는 매칭층을 마련함으로써, 무선 전력 전송 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

체내 이식형 의료기기{IMPLANTABLE MEDICAL DEVICE}

본 발명은 체내 이식형 의료기기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 체내에 이식되는 의료기기의 체내 장치에 무선으로 전력을 전송하는 체내 이식형 의료기기에 관한 것이다.

최근에는 다양한 질병의 증상을 완화시키거나 치료하기 위해 심장박동기 등의 인공장기나 인공와우, 위자극기, 척수자극기, 심장제세동기, 심장 맥박 조정기, 인슐린 펌프, 하수족(foot drop implants), 심부 뇌 자극장치(Deep Brain Stimulation, DBS) 등 다양한 체내 이식형 의료기기가 개발되고 있다.

그 중에서 심부 뇌 자극장치는 뇌의 특정 부위에 전기 자극을 가해 파킨슨병과 같은 뇌질환의 증상을 완화시키는 체내 이식형 의료기기이다.

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(2008년 12월 26일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-1662594호(2016년 10월 6일 공고)

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.

그러나 종래기술에 따른 무선 전력 전송 기술이 적용된 심부 뇌 자극 장치는 무선 전력 전송 방식을 이용해서 체내 장치로 전력을 전송하면, 체내 장치에서 전송된 전력을 이용해서 심부 뇌를 자극하는 도중에 부하 변동에 따라 전송받고자 하는 전력을 조절할 수 있는 방법이 전혀 없었다.

이로 인해, 종래기술에 따른 무선 전력 전송 기술이 적용된 심부 뇌 자극 장치는 체내 장치에서의 부하 변동과 무관하게, 체외 장치에서 지속적으로 전송을 전송함에 따라, 체외 장치에 마련된 배터리의 전력이 소모됨에 따라, 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

한편, 무선으로 에너지를 전달하는 방식에는 전자기(Electromagnetic) 유도를 이용하여 전력을 전달하는 방식, 무선 주파수(Radio FRrequency)를 이용하여 전력을 전송하는 방식, 초음파를 이용하여 전력을 전달하는 방식이 있다.

상기 전자기 유도를 이용한 전력 전송 장치는 외부 전원을 이용하여 충전 전력을 발생시키는 충전 모체와, 충전 모체로부터 전자기 유도 현상을 통해 충전 전력을 공급받는 전력 수신 모듈로 구성되고, 효율성에 있어서 장점이 커 상용화에 가장 근접한 기술이다.

그러나 전자기파는 공기 중에서 거리에 따라 전달 에너지가 거리제곱에 반비례하는 정도로 급격히 줄어듦에 따라, 전자기 유도를 이용한 전력 전송 장치는 충전 모체 및 전력 수신 모듈이 서로 수 cm 이내의 가까운 거리에서 사용하는 것으로서 제한된다.

무선 주파수를 이용한 전력 전송 장치는 전파거리가 매우 긴 RF의 에너지를 모아, 전자장치 또는 센서 등에 전력을 공급한다. RF는 공기 중에도 많이 존재하며, 그 전파거리가 매우 넓은 장점을 가진다. 그러나, RF는 에너지 밀도 자체나 낮아 에너지 변환 후, 에너지량이 작은 문제점을 가진다.

상기 초음파를 이용한 전력 전송 장치는 초음파를 발생하는 송신장치와, 발생된 초음파를 수신하는 수신장치로 구성된다. 초음파는 초음파 장치로부터 발생되는 진동이 매질과의 상호작용에 의해서 매질을 진동시키고, 진동하는 매질을 통해서 전달된다.

초음파를 이용한 전력 전송 장치는 물속 또는 인체 피부 등 다양한 매질에서 사용될 수 있으나, 물속 또는 인체 피부와 같은 송신 장치 및 수신 장치가 서로 떨어져 있는 경우, 초음파 송신 및 수신 장치간의 전력 전송 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서 초음파를 이용해서 무선으로 체내 장치에 전력을 공급하고, 전력 전송 효율의 저하를 방지할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 체외에서 초음파를 이용해서 체내에 이식된 체내 장치에 무선으로 전력을 전송할 수 있는 체내 이식형 의료기기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 체내 장치에 전송되는 전력의 전송 효율을 향상시킬 수 있는 체내 이식형 의료기기를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 체내 이식형 의료기기는 체외의 전력 전송기에서 초음파를 이용한 무선 전력 전송 방식으로 전송된 전력을 수신하는 전력 수신부, 상기 전력 수신부를 통해 수신된 전력을 충전하는 배터리, 상면이 개구된 통체 형상으로 형성되고 외형을 형성하는 케이스 및 상기 케이스의 상면을 패키징하고, 상기 전력 전송기에서 매질층을 통해 전달되는 초음파 신호의 음향 임피던스를 매칭하는 매칭층을 포함하고, 상기 매칭층은 상기 매질층을 형성하는 인체의 피부나 혈액의 음향 임피던스보다 큰 음향 임피던스를 갖는 재질의 재료를 이용해서 제조되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 체내 이식형 의료기기에 의하면, 체내 이식된 의료기기에 초음파를 이용한 무선 전력 전송 방식으로 전력을 전송할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고 본 발명에 의하면, 초음파 신호를 전달하는 매질층을 형성하는 인체의 피부나 혈액과 유사한 음향 임피던스를 갖는 재질의 재료를 이용해서 전력 수신부의 상부에 음향 임피던스를 매칭하는 매칭층을 마련함으로써, 무선 전력 전송 효율을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 의하면, 인체의 피부나 혈액보다 높은 음향 임피던스를 갖는 재질의 재료를 이용해서 매칭층을 형성하고, 매칭층의 상부에 다수의 원뿔형이나 반구형 돌기 구조 적용해서 매칭층의 음향 임피던스를 연속적으로 변화시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

이에 따라, 본 발명에 의하면, 원뿔형이나 반구형 돌기 구조가 적용된 매칭층을 이용해서 초음파 신호의 반사를 방지하고, 초음파 신호를 매칭층의 하부에 마련되는 전력 수신부로 전달하도록 투과시킴으로써, 초음파를 이용한 무선 전력 전송 효율을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 심부 뇌 자극장치의 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 심부 뇌 자극장치의 분해도,
도 3은 인체 조직, 뇌 조직 및 물과 각 재료별 음향 임피던스 테이블,
도 4는 전력 수신부와 매칭층의 구조를 보인 도면,
도 5는 도 4에 도시된 압전소자와 매칭층의 구조를 보인 단면도,
도 6은 본 발명에 다른 실시 예에 따른 전력 수신부와 매칭층의 구조를 보인 단면도,
도 7은 도 6에 도시된 전력 수신부와 매칭층의 구조를 보인 부분 확대도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 체내 이식형 의료기기를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 실시 예에서는 체내 이식형 의료기기용 신경전달물질 공급장치 중에서 심부 뇌 자극장치를 설명하나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

즉, 본 발명은 체내 장치를 이식해서 신경을 자극하고 신경전달물질을 공급해서 다양한 질병의 증상을 완화시키거나 치료하기 위해 사용되는 심장박동기 등의 인공장기나 인공와우, 위자극기, 척수자극기, 심장제세동기, 심장 맥박 조정기, 인슐린 펌프, 하수족(foot drop implants) 등 다양한 체내 이식형 의료기기에 적용될 수도 있음에 유의하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 심부 뇌 자극장치의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 심부 뇌 자극장치의 분해도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 심부 뇌 자극장치(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 두피 내부에 이식되고, 체외의 전력 전송기(12)로부터 초음파를 이용한 무선 전력 전송 방식으로 공급된 전력을 이용해서 뇌신경을 자극한다.

그리고 심부 뇌 자극장치(10)는 뇌신경을 자극하는 과정에서 피부의 두께, 머리카락의 자란 정도, 혈류의 변화 등 다양한 요인에 의한 전력 부하의 변동을 감지해서 감지된 부하 정보를 관리단말(11)로 송신할 수 있다.

이를 위해, 심부 뇌 자극장치(10)는 전력 전송기(12)에서 전송된 전력을 수신하는 전력 수신부(20), 전력 수신부(20)를 통해 수신된 전력을 충전하는 배터리(30) 및 배터리(30)로부터 공급되는 전력을 이용하여 뇌신경을 자극하는 자극부(40)를 포함한다.

그리고 심부 뇌 자극장치(10)는 심부 뇌 자극장치(10)에 마련된 각 장치의 구동을 제어하는 제어부(60) 및 관리단말(11)과 무선 통신 방식으로 통신하는 통신부(60)를 더 포함할 수 있다.

관리단말(11)은 심부 뇌 자극장치(10)와의 통신을 통해 심부 뇌 자극장치(10)의 동작 상태 정보 및 심부 뇌 자극장치(10)에서 감지된 정보를 수신하고, 심부 뇌 자극장치(10)를 동작시키기 위한 제어명령을 전송하고 심부 뇌 자극장치(10)의 프로그램을 변경하거나 업데이트할 수 있다.

전력 전송기(12)는 상용전원을 공급받아 전기 에너지를 미리 설정된 주파수의 초음파 신호로 변환하고, 변환된 초음파 신호를 심부 뇌 자극장치(10)로 전송하는 초음파 트랜스듀서로 마련될 수 있다.

전력 전송기(12)는 전기 에너지를 초음파 신호로 변환해서 초음파 신호를 발생하고, 발생한 초음파 신호를 전송하도록 제어하는 구동 제어부(13)를 포함할 수 있다.

이러한 전력 전송기(12)는 아래에서 설명할 심부 뇌 자극장치(10)의 전력 수신부(20)와 매칭하기 위한 매칭층(14)을 포함할 수 있다.

전력 수신부(20)는 전력 전송기(12)에서 전송된 초음파 신호를 전기 에너지로 변환해서 전력을 수신하는 초음파 트랜스듀서로 마련될 수 있다.

이를 위해, 전력 수신부(20)는 초음파 신호에 의한 압력을 전기 에너지의 전압을 변화시키는 다수의 압전소자(21)를 포함할 수 있다(도 3 참조).

여기서, 도 2에 도시된 바와 같이, 전력 수신부(20)와 제어부(50) 및 통신부(60), 배터리(30)는 케이스(80) 내부에 상하 방향을 따라 순차적으로 적층되고, 전력 수신부(20)의 상부에는 케이스의 상면을 패키징하고, 전력 전송기(12)와 매칭하기 위한 매칭층(70)이 마련된다.

즉, 전력 전송기(12)에서 전송된 초음파 신호는 인체의 피부나 혈액 등의 매질층을 통해 전력 수신부(20)로 전송된다.

전력 전송기(12)와 전력 수신부(20) 사이에서 무선 전송되는 전력의 전송 효율은 매질층의 특성, 즉 매질층의 재료(material), 기하학적 구조(geometry), 변환 매체(transmission medium), 감쇠(attenuation) 및 전력 전송기(12)와 전력 수신부(20) 사이의 거리에 따라 변화될 수 있다.

따라서, 본 발명은 전력 전송기(12)와 전력 수신부(20)에 각각 마련되는 매칭층(14,70)의 재료와 기하학적 구조를 이용해서 무선 전력 전송 효율을 향상시킬 수 있다.

매칭층(14,70)의 구성은 아래에서 도 3 내지 도 5를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

다시 도 1 및 도 2에서, 배터리(30)는 충전 가능한 2차 전지로 마련될 수 있다.

자극부(40)는 배터리(30)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 전극을 포함할 수 있다.

제어부(50)는 심부 뇌 자극장치(10)에 마련된 각 장치의 구동을 제어하는 메인제어장치로 마련될 수 있다.

이러한 제어부(50)는 메모리(도면 미도시)에 저장된 구동 프로그램에 따라 뇌 심부에 가해지는 자극을 조절하도록 자극부(40)의 구동을 제어할 수 있다.

그리고 제어부(50)는 통신부(60)를 통해 뇌신경을 자극하는 과정에서 피부의 두께, 머리카락의 자란 정도, 혈류의 변화 등 다양한 요인에 의한 전력 부하의 변동을 감지한 부하 정보를 관리단말로 전송하도록 제어할 수 있다.

이를 위해, 심부 뇌 자극장치(10)는 상기한 부하 정보를 감지할 수 있는 감지수단(도면 미도시)을 더 포함하고, 상기 감지수단에서 출력되는 감지신호는 제어부(50)로 전달될 수 있다.

상기 감지수단은 상기한 부하 정보 이외에도, 인체의 체온, 혈압, 호흡량, 배터리(30)의 온도 등 다양한 정보를 감지하는 복수의 감지센서를 더 포함할 수 있다.

또한, 제어부(50)는 통신부(60)를 통해 관리단말(11)로부터 수신되는 제어신호에 따라, 자극부(40)를 구동하는 프로그램을 변경하거나 업데이트하도록 제어할 수 있다.

한편, 도 2에서 케이스(80) 및 케이스(80) 내부에 수용되는 각 장치(20,30,50,60,70)는 원통 형상과 원판 형상으로 도시되어 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 케이스(80)를 사각 통체 등 다각 통체 형상으로 형성하고, 케이스(80) 내부에 수용되는 각 장치(20,30,50,60,70)를 다각 판 형상으로 형성하도록 변경될 수도 있다.

다음, 도 3 내지 도 5를 참조하여 매칭층의 구성을 상세하게 설명한다.

본 실시 예에서는 체내에 이식된 심부 뇌 자극장치(10)에 적용되는 매칭층(70)의 구성을 설명하나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 전력 전송기(12)에 마련되는 매칭층(14)에도 동일하게 적용할 수 있음에 유의하여야 한다.

매칭층(70)은 체내에 이식됨에 따라, 매질층을 형성하는 인체의 피부와 혈액과 유사한 음향 임피던스(acoustic impedance)를 갖고, 인체 안전성 규격을 만족하는 생체적합성(biocompatibility) 재질의 재료를 이용해서 제조될 수 있다.

상기 생체적합성은 양방향 반응, 즉 물질에 대한 신체의 반응 및 물질들의 신체 환경에 대한 반응을 정의한다.

특히, 의료기기의 생체적합성은 기기가 호스트에서 원하지 않은 지역적 또는 시스템적 효과들을 끌어내지 않으면서 호스트 내에서 결합의 원하는 정도를 갖고 의도된 기능을 수행하는 능력을 나타낸다.

본 실시 예에서 생체적합성 재질은 의료용(medical grade) 또는 삽입용(implant grade) 물질이다.

따라서 본 실시 예에서 심부 뇌 자극장치(10)의 외형을 형성하는 케이스(80) 및 케이스(80)의 상면을 패키징하는 매칭층(70)은 생체적합성 재질의 재료를 이용해서 제조된다.

예를 들어, 케이스(80)는 티타늄과 같이 생체적합성이 인증된 금속 재질의 재료를 이용해서 제조될 수 있다.

한편, 피부의 음향 임피던스는 약 1.5Mrayl이고, 혈액, 즉 물의 음향 임피던스는 약 1.48Mrayl이다.

음향 임피던스(Z)는 음파가 전달되는 파면에 평행인 면에 작용하는 음압(P)을 그 면을 통과하는 파동의 부피속도(uS)로 나눈 양이다(Z=P/uS).

따라서 매칭층(70)은 매질층을 이루는 인체의 피부나 혈액과 유사한 음향 임피던스, 즉 약 1.4 내지 1.6Mrayl의 음향 임피던스를 갖는 실리콘 고무(silicon rubber)와 같은 실리콘 계열 재질의 재료, 에폭시(epoxy)나 폴리우레탄(polyurethane) 등의 폴리머(polymer)와 같은 고분자 화합물을 이용해서 제조될 수 있다.

예를 들어, 도 3은 인체 조직, 뇌 조직 및 물과 각 재료별 음향 임피던스 테이블이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 러버의 음향 임피던스는 약 1.44 내지 1.46Mrayl이고, 에폭시의 음향 임피던스는 약 1.52Mrayl이며, 폴리우레탄의 음향 임피던스는 약 1.55 내지 1.56Mrayl이다.

물론, 본 발명은 매칭층 제조시 상기한 재료와 첨가제 또는 기능성 재료를 추가해서 매칭층의 음향 임피던스를 인체의 피부나 혈액과 유사하게 제조할 수 있다.

도 4는 전력 수신부와 매칭층의 구조를 보인 도면이고, 도 5는 도 4에 도시된 압전소자와 매칭층의 구조를 보인 단면도이다.

전력 수신부(20)의 압전소자(21)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 열과 행을 이루도록 배열되고, 매칭층(70)은 각 압전소자(21) 사이의 공간과 압전소자(21)의 상부에 미리 설정된 두께로 형성되어 케이스(80)의 상면을 패키징한다.

여기서, 압전소자(21)의 개수, 열 및 행의 개수, 압전소자(21)의 형상은 도 4에 도시된 구성으로 한정되는 것은 아니며, 무선 전송되는 전력량, 배터리(30)의 용량, 전력 전송기(12) 및 전력 수신부(20)의 규격 등 다양한 조건에 따라 변경될 수 있다.

매칭층(70)의 두께는 초음파 신호의 구동 주파수 파장보다 낮은 두께, 예컨대 구동 주파수 파장의 1/4로 설정될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 매질층을 이루는 인체의 피부나 혈액과 유사한 음향 임피던스를 갖는 재료를 이용해서 매칭층을 형성함에 따라, 무선 전력 전송 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 본 실시 예에서는 매질층을 이루는 인체의 피부나 혈액과 유사한 음향 임피던스를 갖는 재질의 재료를 이용해서 매칭층을 형성하는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 6은 본 발명에 다른 실시 예에 따른 전력 수신부와 매칭층의 구조를 보인 단면도이고, 도 7은 도 6에 도시된 전력 수신부와 매칭층의 구조를 보인 부분 확대도이다.

초음파는 빛처럼 파장의 성질을 가지므로, 본 발명은 초음파를 반사하는 원인인 매질의 음향 임피던스를 연속적으로 변화시켜 초음파 신호의 반사를 방지함으로써, 에너지 손실을 최소화할 수 있다.

따라서 본 발명의 다른 실시 예에 적용되는 매칭층(70)은 매질층을 이루는 인체의 피부나 혈액의 음향 임피던스보다 높은 음향 임피던스를 갖는 재질의 재료로 제조될 수 있다.

예를 들어, 매칭층(70)은 피부나 혈액의 음향 임피던스보다 높은 약 1.5 내지 약 3Mrayl의 음향 임피던스를 갖는 폴리에틸렌(polyethylene)이나 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에스터(polyester)와 같은 고분자 화합물을 이용해서 제조될 수 있다.

상기 폴리에틸렌의 음향 임피던스는 약 1.78Mrayl이고, 폴리프로필렌의 음향 임피던스는 약 2.24Mrayl이며, 폴리에스터의 음향 임피던스는 약 2.86Mrayl이다.

그리고 매칭층(70)은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 매질층의 음향 임피던스를 연속적으로 변화시킬 수 있도록, 다수의 원뿔형 또는 반구형 돌기(71) 구조를 가질 수 있다.

여기서, 각 돌기(71) 사이의 거리(d), 각 돌기(71)의 폭(w) 및 높이(h)은 아래의 수학식 1을 이용해서 구동 주파수에 따른 파장을 산출하고, 산출된 파장보다 작은 거리, 폭 및 높이로 설정될 수 있다.

각 돌기(71)가 원뿔 형상 또는 반원 형상으로 형성됨에 따라, 초음파 신호를 수신하는 매칭층(70)의 음향 임피던스는 하방으로 갈수록 점차적으로 커진다.

즉, 매칭층(70)은 각 돌기(71)의 상단부분에 음향 임피던스가 약 0.000409Mrayl인 공기가 충진된 상태이고, 각 돌기(71)의 하단부로 갈수록 각 돌기(71)의 단면적이 증가함에 따라 음향 임피던스가 점차적으로 커지면서, 매칭층(70)의 전체 음향 임피던스는 인체의 피부 및 혈액의 임피던스로 근사화될 수 있다.

따라서 매칭층(70)에 마련된 돌기(71) 구조는 초음파 신호의 반사를 방지하고, 초음파 신호를 전력 수신부(20)의 각 압전소자(21)로 투과시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 매질층의 음향 임피던스보다 높은 음향 임피던스를 갖는 재질의 재료를 이용해서 매칭층을 형성하고, 매칭층에 형성된 각 돌기 사이의 길이와 돌기의 폭 및 높이를 산출된 파장보다 작은 거리, 폭 및 높이으로 설정할 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 초음파 신호의 반사를 방지하고, 초음파 신호를 매칭층의 하부에 마련되는 전력 수신부, 즉 압전소자 배열로 전달하도록 투과시킴으로써, 초음파를 이용한 무선 전력 전송 효율을 향상시킬 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.

상기의 실시들 예에서는 체내 이식형 의료기기용 신경전달물질 공급장치 중에서 심부 뇌 자극장치의 구성을 설명하였으나, 본 발명은 체내 장치를 이식해서 신경을 자극하여 증상을 완화시키거나 치료하기 위해 사용되는 심장박동기 등의 인공장기나 인공와우, 위자극기, 척수자극기, 심장제세동기, 심장 맥박 조정기, 인슐린 펌프, 하수족 등 다양한 체내 이식형 의료기기에 적용 가능하도록 변경될 수 있다.

그리고 상기의 실시 예들에서는 자극부와 감지부가 동시에 마련되는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 자극부만을 마련해서 신경을 자극하는 신경자극기 및 BMI(Brain Machine Interface)와 같이 감지부만을 마련해서 자극없이 부하정보나 생체정보만 감지하는 의료기기에도 적용 가능하도록 변경될 수 있다.

본 발명은 체내에 이식된 의료기기에 초음파를 이용한 무선 전력 전송 방식으로 전력 전송하는 체내 이식형 의료기기 기술에 적용된다.

10: 뇌심부 자극장치
11: 관리단말 12: 전력 전송기
13: 구동 제어부 14: 매칭층
20: 전력 수신부 21: 압전소자
30: 배터리 40: 자극부
50: 제어부 60: 통신부
70: 매칭층 71: 돌기
80: 케이스

Claims (7)

1. 체외의 전력 전송기에서 초음파를 이용한 무선 전력 전송 방식으로 전송된 전력을 수신하는 전력 수신부,
   상기 전력 수신부를 통해 수신된 전력을 충전하는 배터리,
   상면이 개구된 통체 형상으로 형성되고 외형을 형성하는 케이스 및
   상기 케이스의 상면을 패키징하고, 상기 전력 전송기에서 매질층을 통해 전달되는 초음파 신호의 음향 임피던스를 매칭하는 매칭층을 포함하고,
   상기 매칭층은 상기 매질층을 형성하는 인체의 피부나 혈액의 음향 임피던스보다 큰 음향 임피던스를 갖는 재질의 재료를 이용해서 제조되는 것을 특징으로 하는 체내 이식형 의료기기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 매칭층의 음향 임피던스는 1.5 내지 3Mrayl인 것을 특징으로 하는 체내 이식형 의료기기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 매칭층은 고분자 화합물을 이용해서 제조되는 것을 특징으로 하는 체내 이식형 의료기기.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 매칭층의 상부에는 음향 임피던스를 연속적으로 변화시켜 상기 초음파 신호의 반사를 방지하고, 상기 매칭층의 전체 음향 임피던스가 인체의 피부 또는 혈액과 동일해지도록, 원뿔형 또는 반구형 돌기 구조가 마련되는 것을 특징으로 하는 체내 이식형 의료기기.
5. 제4항에 있어서,
   각 돌기 사이의 거리와 각 돌기의 폭 및 높이는 상기 초음파 신호의 구동 주파수 파장보다 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 체내 이식형 의료기기.
6. 제1항에 있어서,
   상기 배터리로부터 공급되는 전력을 이용하여 신경을 자극하는 자극부,
   신경을 자극하는 과정에서 전력 부하의 변동이나 생체정보를 감지하는 감지부,
   관리단말과 무선 통신 방식으로 통신하는 통신부 및
   상기 체내 이식형 의료기기에 마련된 각 장치의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함하고,
   상기 제어부는 상기 통신부를 통해 상기 감지부에서 감지된 부하정보와 생체정보를 상기 관리단말로 전송하도록 제어하며,
   상기 자극부와 감지부는 동시에 마련되거나, 또는 어느 하나만 마련되는 것을 특징으로 하는 체내 이식형 의료기기.
7. 제1항에 있어서,
   상기 전력 전송기는 전기 에너지를 초음파 신호로 변환해서 초음파 신호를 발생하고, 발생한 초음파 신호를 전송하도록 제어하는 구동 제어부 및
   상기 전력 수신부와 음향 임피던스를 매칭하는 매칭층을 포함하는 것을 특징으로 하는 체내 이식형 의료기기.

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