KR20190071980A

KR20190071980A - 다채널 경두개 직류 자극(tDCS) 장치

Info

Publication number: KR20190071980A
Application number: KR1020170172954A
Authority: KR
Inventors: 김연희; 정영진
Original assignee: 성균관대학교산학협력단; 동서대학교 산학협력단
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2019-06-25
Also published as: KR102032694B1

Abstract

본 발명은 전극모드 변경 및 전류제한이 가능한 다채널 경두개 직류 자극 장치에 관한 것에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 경두개 직류 자극 장치는 전극 출력 설정부를 포함하고 전극 출력 설정부는, 전극모드 설정 모듈 및 전류출력 설정 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

다채널 경두개 직류 자극(tDCS) 장치{MULTI-CHANNEL TRANSCRANIAL DIRECT CURRENT STIMULATION DEVICE}

본 발명은 다채널 경두개 직류 자극(tDCS) 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전극모드 변경 및 전류제한이 가능한 다채널 경두개 직류 자극 장치에 관한 것이다.

뇌는 인체 머리의 내부 기관으로 신경계의 최고 중추기관이며, 대뇌, 소뇌, 중간뇌, 다리뇌, 연수로 나뉘어진다. 또한, 뇌는 뉴런 활동 준위의 합이 뇌의 표피에서 측정되는 신호인 뇌파를 발생한다.

뇌의 상태를 측정하는 방법으로, 먼저 두피에 전극을 구비한 패드를 장착하여 전극으로부터 수신되는 뇌파를 측정해 검사하는 EEG(electroencephalogram) 검사, 또는, 뇌를 방사선이나 초음파를 이용하여 여러 각도에서 단층촬영해 검사하는 CT 검사, 자기공명에 의해 뇌를 촬영하는 MRI 검사 등이 있다.

다양한 개념들이 뇌 구조들의 신경 자극 분야에 알려져 있으며, 뇌를 자극시켜서 소정의 목적을 달성하는 두뇌 자극술은 크게 침습식 두뇌자극술(invasive brain stimulation)과 비침습식 두뇌자극술(non-invasive brain stimulation)로 구분된다.

침습식 두뇌자극술은 수술을 통해 전극을 뇌에 침투시키고 전기 신호를 인가하는 방법이며, 비침습식 두뇌자극술은 두개골 내부로 전극을 침습하지 않고 뇌를 자극하여 소정의 효과를 달성하는 방법이다.

구체적인 두뇌자극술로는, 심부 전기 자극법(deep electrical stimulation), 경두개 자기 자극법(TMS: transcranial magnetic stimulation), 경두개 전기 자극법(TES: transcranial electrical stimulation), 경두개 직류 자극법(tDCS: transcranial direct current stimulation) 및 경두개 랜덤 노이즈 자극법(tRNS:transcranial random noise stimulation) 등이 있다.

이 가운데 경두개 직류 자극법(tDCS)을 이용한 뇌 전기 자극 기술은, 상대적으로 간단한 비침습식 두뇌자극술 가운데 하나로써, 인지 능력 향상이나 우울증, ADHD(Attention Deficit Hyperactivity Disorder), 간질, 치매, 수면장애 등 다양한 뇌신경 질환 치료에 효과가 있는 것으로 알려져 있어 이와 관련된 많은 연구가 활발히 이루어지고 있다.

경두개 직류 자극(tDCS) 장치를 이용하여 뇌를 자극하는 방법은, 직류 전류를 발생시키는 경두개 직류 자극(tDCS) 장치에 양극 전극(Anode)과 음극 전극(Cathode)을 연결하여, 양극 전극(Anode)에 전류를 주입하면 전류는 대뇌를 거처 음극 전극(Cathode)으로 다시 들어오게 된다.

이 경우, 양극 전극(Anode)에서부터 음극 전극(Cathode)으로 전류가 흐르며 대뇌를 자극하는데, 치료 방법에 따라 전기자극 방향을 바꿀 필요도 있다.

종래 경두개 직류 자극(tDCS) 장치를 사용하는 경우, 전극모드를 변경하기 위해서는 임의적으로 전극이 두피에 부착되어 있는 위치를 바꾸거나, 전극의 연결단자를 음극에서 양극으로 바꿔야하는 불편함이 있었다.

또한, 다채널 경두개 직류 자극(tDCS) 장치를 사용하는 경우에 있어, 복수의 음극 전극을 두피에 부착하면, 양극 전극에 가장 가까운 음극 전극으로 전류가 흐르게 된다. 이는 대뇌 자체가 저항으로써 기능을 하기 때문에, 저항이 작은 방향은 거리가 짧은 방향으로 전류가 흐르기 때문이다.

따라서, 대뇌의 여러 부위를 자극하고자 하는 경우에도, 전류는 양극에서 가장 가까운 음극 전극으로 모두 흐르게 되어, 다양한 패턴의 전기 자극을 수행할 수 없는 문제점이 있었다.

(KR) 한국등록특허 제 10-1465593 호

본 발명의 적어도 하나의 실시예가 이루고자 하는 과제는 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 전극모드 변경이 가능하고, 다양한 패턴의 자극을 가할 수 있는 다채널 경두개 직류 자극(tDCS) 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부로부터 제어신호에 수신하여 상기 제어신호에 대응되는 전기 신호를 복수의 전극에 제공하는 전극 출력 설정부를 포함하고, 전극 출력 설정부는, 전극모드 설정 모듈 및 전류출력 설정 모듈을 포함하는 다채널 경두개 직류 자극 (tDCS) 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전극모드 설정 모듈은 상기 제어신호에 대응되는 전극모드신호를 출력하고, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류출력 설정 모듈은 전극모드 설정 모듈로부터 상기 전극모드신호를 수신하여, 상기 전극모드신호가 양극모드이면 양극으로 설정된 전극에 양의 전류(+)를 제공하고, 상기 전극모드신호가 음극모드이면 음극으로 설정된 전극에 음의 전류(-)를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 경두개 직류 자극(tDCS) 장치의 전류출력 설정 모듈은 입출력모듈 및 소스모듈을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 입출력모듈은 상기 전극모드 설정 모듈로부터 양극모드에 대응되는 전극모드신호를 수신하면, 전력모듈로부터 구동신호를 입력받아 상기 소스 모듈에 상기 구동신호를 그대로 출력하고, 상기 소스 모듈은 상기 구동신호를 수신하면 상기 제어부에서 설정된 전류를 출력하되, 상기 출력된 전류는 상기 입출력모듈에 피드백되어 양극으로 설정된 전극으로 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 입출력모듈은 상기 전극모드 설정 모듈로부터 음극모드에 대응되는 전극모드신호를 수신하면, 음극으로 설정된 전극으로부터 전극수신신호를 입력받아 상기 소스모듈에 상기 전극수신신호를 그대로 출력하고, 상기 소스 모듈이 수신한 상기 전극수신신호는 상기 입출력모듈에 피드백되어 접지되되, 상기 전극수신신호의 값은 상기 제어부에서 설정된 전류 값으로 결정될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전극 출력 설정부는 전극의 개수와 동일하게 복수개 구비하여, 상기 복수의 전극의 어느 하나의 전극에 일대일 대응될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제어부는 외부 서버와 무선통신하여, 복수의 전극 각각의 전극모드 및 전류 값을 상기 외부 서버로부터 수신할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 경두개 직류 자극(tDCS) 장치는 전극이 부착된 위치를 변경시키거나 전극이 연결된 연결단자를 물리적으로 변경할 필요 없이 양극 전극과 음극 전극을 전환시킬 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 경두개 직류 자극(tDCS) 장치는 음극 전극에 흐르는 전류를 제한함으로써 음극 전극 각각에 설정된 전류가 흐르도록 하여 다양한 패턴의 대뇌 전기 자극이 가능하도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 경두개 직류 자극 (tDCS) 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 경두개 직류 자극 (tDCS) 장치에 연결된 각 전극의 모드 및 출력 전류값을 설정하는 소프트웨어 화면을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 경두개 직류 자극 (tDCS) 장치의 동작을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극모드신호가 양극모드일 때, 전류 출력 설정 모듈의 구동을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극모드신호가 음극모드일 때, 전류 출력 설정 모듈의 구동을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 음극으로 설정된 전극에 흐르는 전류가 제한되는 실험 결과를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

또한, 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함될 수 있다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

명세서 전체에서 "전극"은 인체나 동물의 몸체에 부착되는 생체전극으로써, 경두개 직류 자극 (tDCS) 장치에 연결되어 전류를 신체에 흘려 보내게 하는 전기자극용 전극을 의미할 수 있다.

종래 경두개 직류 자극 (tDCS) 장치에도 포함되는 구성에 관한 설명은 생략할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 경두개 직류 자극 (tDCS) 장치의 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 경두개 직류 자극 (tDCS) 장치는 복수의 전극 출력 설정부(100)를 포함하는데, 각각의 전극 출력 설정부(100)는 복수의 전극 각각에 일대일로 대응된다.

따라서, 전극 출력 설정부(100)는 전극의 개수와 동일하게 복수개로 구성될 수 있다.

이하 설명에서는, 복수의 전극 중 어느 하나의 전극에 대한 전극모드 설정과 출력 전류값 설정을 위하여 복수의 전극 출력 설정부 중 어느 하나의 전극 출력 설정부(100)에 관하여 설명하고 있으나, 나머지 전극들에 대응되는 나머지 전극 출력 설정부에 관하여도 이하 설명은 동일하게 적용된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 경두개 직류 자극 (tDCS) 장치의 전극 출력 설정부(100)는 제어부(130)로부터 제어신호(50)에 수신하여 상기 제어신호(50)에 대응되는 출력 전류를 전극에 제공하는데, 전극모드 설정 모듈(110) 및 전류출력 설정 모듈(120)을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제어신호(50)는 전극의 일련번호, 각 전극의 출력 전류량 및 각 전극의 전극모드 정보를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전극모드 설정 모듈(110)은 상기 제어신호(50)에 대응되는 전극모드신호(10)를 출력하여 전류출력 설정 모듈(120)에 전송할 수 있다.

전극모드신호(10)에는 양극모드(Anode) 신호와 음극모드(Cathode) 신호가 있는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류출력 설정 모듈(120)이 양극모드 신호를 수신하면, 전류출력 설정 모듈(120)은 전극(150)에 양의 전류(+)를 제공할 수 있다.

반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류출력 설정 모듈(120)이 음극모드 신호를 수신하면, 전류출력 설정 모듈(120)은 전극(150)에 음의 전류(-)를 제공할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 양의 전류(+)는 다채널 경두개 직류 자극 (tDCS) 장치로부터 인체에 부착된 전극으로 들어가는 방향으로 전류가 흐르는 것을 의미하고, 음의 전류(-)는 인체에 부착된 전극으로부터 다채널 경두개 직류 자극 (tDCS) 장치로 들어오는 방향으로 전류가 흐르는 것을 의미한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전극 출력 설정부(100)는 전력 모듈(140)로부터 구동신호(20)를 수신하여 전극(150)에 전류를 흐르게 할 수 있고, 접지 신호(30)는 전극 출력 설정부(100)로부터 전력 모듈(140)에 다시 들어간다.

한편, 전력 모듈(140)은 제어부(130)에 3.3V의 전압을 가함으로써 제어부(130)가 전극 출력 설정부(100)에 제어신호를 전송하게 할 수 있고, 상기 구동신호(20)는 35V의 전압을 가질 수 있으나, 상기 언급된 수치로 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전극모드신호(10)의 종류에 따라 전류출력 설정 모듈(120)의 입력(input)과 출력(output)를 다르게 설정할 수 있다.

예컨대, 전극모드신호(10)가 양극모드인 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류출력 설정 모듈(120)은 전력 모듈(140)로부터 공급되는 구동신호(20)를 입력(input)으로 하고 출력(output)은 전극(150)으로 흘려 보내는 전류가 될 수 있다.

반면, 전극모드신호(10)가 음극모드인 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류출력 설정 모듈(120)은 전극(150)으로부터 입력되는 전류를 입력(input)으로 하고, 출력(output)은 전극(150)으로부터 들어온 전류를 전력 모듈(140)로 접지되는 것일 수 있다.

전류출력 설정 모듈(120)의 구동 방법에 관하여는 도 4 및 도 5에서 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 경두개 직류 자극 (tDCS) 장치에 연결된 각 전극의 모드 및 출력 전류값을 설정하는 소프트웨어 화면을 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 경두개 직류 자극 (tDCS) 장치는 제어부가 외부 서버와 무선통신하여, 복수의 전극들 각각의 전극모드 및 전류 값을 상기 외부 서버로부터 수신할 수 있다.

상기 외부 서버는 컴퓨터, 노트북 또는 휴대용 단말기가 포함될 수 있으며, 도 2에 도시된 화면은 컴퓨터 등에 설치된 소프트웨어 또는 스마트폰에 설치된 어플리케이션 화면에 해당될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 소프트웨어 또는 어플리케이션을 이용하여, 복수의 전극들 각각의 전극모드 및 전류 값을 개별적으로 설정할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 채널 1(CH-01)에 해당하는 전극에 500mA의 전류값을 설정하면, 채널 1 전극은 양극이 되고, 채널 2(CH-02)에 해당하는 전극에 -500mA의 전류값을 설정하면, 채널 2 전극은 음극이 된다.

즉, 양(+)의 전류값이 설정된 해당전극은 양극(Anode)으로 설정되고, 음(-)이나 0의 전류값이 설정된 해당전극은 음극(Cathode)으로 설정될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 전극의 전류값을 설정했을 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 경두개 직류 자극 (tDCS) 장치의 동작은 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 채널1 전극(151)을 전두엽이 위치한 이마에 부착하고 채널2 전극(152)을 후두엽이 위치한 뒷통수에 부착한다.

채널1 전극(151)은 500mA의 전류값이 설정되어 양극으로써 역할을 수행하고, 채널2 전극(152)은 -500mA의 전류값이 설정되어 음극으로써 역할을 수행한다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 경두개 직류 자극 (tDCS) 장치(200)에서 채널1 전극(151)에 대응되는 전극 출력 설정부(210)는 양극모드로 설정되고, 채널2 전극(152)에 대응되는 전극 출력 설정부(220)는 음극모드로 설정된다.

양극모드로 설정된 전극 출력 설정부(210)는 전력 모듈(140)로부터 수신한 35V의 구동신호(20)를 입력(input)으로 하여 채널1 전극(151)에 500mA의 자극전류(41)를 흐르게 할 수 있다.

반면, 음극모드로 설정된 전극 출력 설정부(220)는 채널2 전극(152)으로부터 수신한 전류(42, 본 발명의 일 실시예에서 전극수신신호라 지칭함)를 입력(input)으로 하여, 전극수신신호는 전력 모듈(140)에 접지(GND)될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 경두개 직류 자극 (tDCS) 장치는 채널1 전극(151)의 전류값을 -500mA로 설정하여 채널1 전극(151)을 음극으로 변경하고, 채널2 전극(152)의 전류값을 500mA로 설정하여 채널2 전극(152)을 양극으로 변경함으로써, 각각의 전극에 대응되는 전극 출력 설정부도 전극모드를 전환시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 경두개 직류 자극 (tDCS) 장치에 의하면, 전극의 물리적인 위치를 변경시키지 않고도 전극의 모드를 변경시킬 수 있다.

즉, 다시 말해서, 채널1 전극(151)과 채널2 전극(152)의 두피에 부착된 위치를 서로 바꾸지 않더라도 양극(Anode)과 음극 (Cathode)을 전환시킬 수 있는 장점이 있다.

또는, 채널1 전극(151)과 채널2 전극(152)이 연결된 경두개 직류 자극(tDCS) 장치의 입력단자를 서로 바꾸지 않더라도 양극(Anode)과 음극 (Cathode)을 전환시킬 수 있는 장점이 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극모드신호가 양극모드일 때, 전류 출력 설정 모듈의 구동을 나타내는 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 경두개 직류 자극(tDCS) 장치의 전류출력 설정 모듈(120)은 입출력모듈(310) 및 소스모듈(320)을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 입출력모듈(310)은 상기 전극모드 설정 모듈(110)로부터 양극모드신호(11)를 수신하면, 전력모듈(140)로부터 35V의 구동신호(20)를 입력받아 소스 모듈(320)에 상기 구동신호(20)를 그대로 출력한다.

그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 소스 모듈(320)은 상기 구동신호(20)를 그대로 수신하면 상기 제어부(130)에서 설정된 전류(예컨대, 500mA)를 출력한다.

본 발명의 일 실시예에 따라 소스 모듈(320)에서 출력된 전류(43)는 상기 입출력모듈(310)에 피드백되어 양극(Anode)으로 설정된 전극(161)으로 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 입출력모듈(310)은 디지털 스위치로 구현되나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 종류의 소자에 의해 구동될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 입출력모듈(310)은 입력에 대한 스위치 기능을 수행하기 때문에, 입력값과 출력값이 동일하게 유지되는 특성을 지닌다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따라 소스 모듈(320)에서 출력된 전류(43)가 500mA인 경우, 양극(Anode)으로 설정된 전극(161)으로 500mA가 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전극모드신호(10)는 입출력모듈(310)의 스위치 기능을 제어하기 위한 신호로써, 전극모드신호(10)가 양극모드신호(11)일 때는 전력 모듈(140)로부터 제공되는 구동신호(20)를 입력으로 받아들이고 전극으로 제공되는 자극전류(41)를 출력으로 보내도록 입출력모듈(310)을 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전극모드신호(10)가 출력되는 전극모드 설정 모듈(110)은 입출력모듈(310)의 스위치 기능을 제어하기 위하여 IO 포트 확장 IC인 GPIO (General-purpose input/output) expander로 구현될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 소스모듈(320)은 전류 제한기로 구성되며 제어부(130)로부터 수신되는 제어신호(50)에 의하여 출력 전류값을 결정할 수 있다. 도 2 및 도 4를 참조하면, 소스 모듈에서 출력되는 전류(43)는 500mA가 될 수 있다.

한편, 소스 모듈(320)은 입출력 모듈(310)에 연결되어 소스 모듈에서 출력되는 전류(43)는 입출력 모듈(310)의 입력단으로 피드백되어 최종적으로 양극으로 설정된 전극(161)에 흐르게 된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극모드신호가 음극모드일 때, 전류 출력 설정 모듈의 구동을 나타내는 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 입출력모듈(310)은 상기 전극모드 설정 모듈(110)로부터 음극모드신호(12)를 수신하면, 음극으로 설정된 전극(162)으로 들어온 전극수신신호(42)를 입력받아 소스모듈(320)에 상기 전극수신신호를 그대로 출력한다(45).

보다 상세하게는, 소스모듈(320)이 제어신호(50)에 의하여 결정된 전류값을 출력하면(44) 입출력모듈(310)에서부터 소스모듈(320)로 입력되는 전류(45)도 동일한 전류값을 가지도록 설정한다.

그리고, 입출력모듈(310)의 스위치 기능에 의하여 입출력모듈(310)의 입력단에 입력되는 전극수신신호(42)도 입출력모듈(310)에서부터 소스모듈(320)로 입력되는 전류(45)와 동일한 전류값을 가지게 된다.

즉, 음극으로 설정된 전극(162)은 소스모듈(320)에서 설정한 전류(44)가 흐르는데, 다시 말해서, 소스모듈(320)에서 설정한 전류값으로 전류가 제한될 수 있다.

도 6은 상기 기술한 바와 같이 음극으로 설정된 전극(162)에 흐르는 전류값이 제한되는 실험 결과를 나타내는 도면이다.

양극으로 설정된 4개의 전극에 각각 100mA씩 총 400mA의 전류값(510)을 전극에 주입하도록 설정하고, 음극으로 설정된 4개의 전극에는 모두 0mA(520)의 전류값이 흐르드록 설정한 후, 양극과 음극 사이에 흐르는 전류(530)를 실험으로 측정하면, 실제 양극와 음극 사이에는 0.034mA전류가 흐르는데 거의 0mA에 가까운 전류가 흐르는 것을 실험으로 확인할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 다채널 경두개 직류 자극(tDCS) 장치는 음극 전극에 흐르는 전류를 직접 제한할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 경두개 직류 자극(tDCS) 장치는 대뇌에 대하여 다양한 전류 패턴으로 자극 할 수 있게 한다.

예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 경두개 직류 자극(tDCS) 장치를 이용하여 전두엽 측 이마에 채널1 전극을 붙이고 +400mA를 설정하고, 측두엽 측 두피에 채널2 전극을 붙이고 -200mA, 후두엽 측 두피에 채널3 전극을 붙이고 -200mA를 설정하면, 양극(Anode)인 채널1 전극과 가장 가까운 음극(Cathode)인 채널2 전극에 -200mA 전류가 흐르고, 양극(Anode)인 채널1 전극과 거리가 먼 위치에 있는 음극(Cathode)인 채널3에도 -200mA 전류가 흐르게 할 수 있다.

반면, 종래의 다채널 경두개 직류 자극(tDCS) 장치는 음극(Cathode)에 흐르는 전류를 제한할 수 없기 때문에, 양극(Anode)인 채널1 전극과 가장 가까운 음극(Cathode)인 채널2 전극에 -400mA가 모두 흐르기 때문에, 후두엽측은 자극할 수 없는 단점이 있다.

도 4 및 도 5를 종합하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 경두개 직류 자극(tDCS) 장치의 전류출력 설정 모듈(120)은 입출력 모듈(310)의 입력단이 전력 모듈(140) 및 전극(161, 162)에 물리적으로 연결되어 있고, 입출력 모듈(310)의 출력단은 전극(161, 162) 및 접지(GND)에 물리적으로 연결되어 있다.

그러나, 입출력 모듈(310)은 전극모드 설정 모듈(110)로부터 수신하는 전극모드신호(10)의 종류에 따라 입출력단의 스위치를 제어함으로써, 양극모드(Anode)이면 전력모듈(140)로부터 입력받는 구동신호(20)를 소스모듈(320)로 보내고, 소스모듈(320)로부터 출력된 전류를 전극으로 출력시킨다.

반면, 음극모드(Cathode)이면, 입출력 모듈(310)은 소스모듈(320)로부터 출력된 전류와 같은 전류를 전극으로부터 입력받아, 접지(GND)로 출력시킨다.

즉, 하나의 전극에 대응되는 하나의 전류출력 설정 모듈(120)은 전극모드신호의 종류에 따라 양극모드로 구현되기도 하고 음극모드로 구현될 수 있는 장점이 있다.

본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 ; 전극모드신호 11 : 양극모드신호
12 : 음극모드신호 20 : 구동신호
30 : 접지신호 40 : 전극신호
41: 자극전류 42 : 전극수신신호
50 : 제어신호 100 : 전극 출력 설정부
110 : 전극모드 설정 모듈 120 : 전류출력 설정 모듈
130 : 제어부 140 : 전력 모듈
150 : 전극 151 : 채널1 전극
152 : 채널2 전극 161 : 양극전극
162 : 음극전극
200 : 다채널 경두개 직류 자극 (tDCS) 장치
310 : 입출력 모듈 320 : 소스 모듈

Claims

다채널 경두개 직류 자극(tDCS) 장치에 있어서,
제어부로부터 제어신호에 수신하여 상기 제어신호에 대응되는 전기 신호를 복수의 전극에 제공하는 전극 출력 설정부를 포함하고,
상기 전극 출력 설정부는,
상기 제어신호에 대응되는 전극모드신호를 출력하는 전극모드 설정 모듈 및
상기 전극모드 설정 모듈로부터 상기 전극모드신호를 수신하여,
상기 전극모드신호가 양극모드이면 양극으로 설정된 전극에 양의 전류(+)를 제공하고,
상기 전극모드신호가 음극모드이면 음극으로 설정된 전극에 음의 전류(-)를 제공하는 전류출력 설정 모듈을 포함하되,
상기 전류출력 설정 모듈은, 입출력모듈 및 소스모듈을 포함하고,
상기 입출력모듈은,
상기 전극모드 설정 모듈로부터 양극모드에 대응되는 전극모드신호를 수신하면,
전력모듈로부터 구동신호를 입력받아 상기 소스 모듈에 상기 구동신호를 그대로 출력하고, 상기 소스 모듈은 상기 구동신호를 수신하면 상기 제어부에서 설정된 전류를 출력하되, 상기 출력된 전류는 상기 입출력모듈에 피드백되어 양극으로 설정된 전극으로 제공되며,
상기 입출력모듈은,
상기 전극모드 설정 모듈로부터 음극모드에 대응되는 전극모드신호를 수신하면,
음극으로 설정된 전극으로부터 전극수신신호를 입력받아 상기 소스모듈에 상기 전극수신신호를 그대로 출력하고, 상기 소스 모듈이 수신한 상기 전극수신신호는 상기 입출력모듈에 피드백되어 접지되되, 상기 전극수신신호의 값은 상기 제어부에서 설정된 전류 값으로 결정되는 것을 특징으로 하는 다채널 경두개 직류 자극(tDCS) 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 전극 출력 설정부는 전극의 개수와 동일하게 복수개 구비하여,
상기 복수의 전극의 어느 하나의 전극에 일대일 대응되는 것인 다채널 경두개 직류 자극(tDCS) 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 외부 서버와 무선통신하여, 복수의 전극 각각의 전극모드 및 전류 값을 상기 외부 서버로부터 수신하는 것을 특징으로 하는 다채널 경두개 직류 자극(tDCS) 장치.