KR20200003662A - 신경 자극을 위한 컨트롤러 - Google Patents

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Abstract

체내에 삽입된 신경 자극 장치를 제어하기 위한 컨트롤러로서, 컨트롤러는 신경 자극 장치와 유선 방식으로 제1 신경 자극 신호를 송신하는 전기 자극 칩; 신경 자극 장치에 유도 결합 방식으로 제2 신경 자극 신호를 송신하는 증폭기; 신경 자극 장치에 무선 연결 방식으로 제3 신경 자극 신호를 송신하는 통신 모듈; 제2 신경 자극 신호 및 제3 신경 자극 신호를 동시에 송신할 수 있도록 송신 코일 및 안테나를 포함하는 안테나 모듈; 및 전기 자극 칩, 증폭기, 및 통신 모듈을 통해 제1 내지 제3 신경 자극 신호를 선택적으로 송신 가능하도록 프로그래밍 가능한 FPGA;(field programmable gate array)를 포함한다.

Description

신경 자극을 위한 컨트롤러 {Controller for the neural stimulation}
실시예들은 신경 자극을 위한 컨트롤러에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 체내에 삽입된 신경 자극 장치를 제어하기 위하여 전기 자극 칩, 증폭기, 통신 모듈, 안테나 모듈, 및 FPGA(field programmable gate array)를 포함하는 컨트롤러에 관한 것이다.
신경 자극(neural stimulation)은 신경을 전기적으로 자극하여 일정한 목적을 달성하는 것으로서, 목표 신경에 미량의 전류를 흘려줌으로써 구현될 수 있다. 이러한 신경 자극과 관련된 기술과 관련하여 현재 전 세계적으로 많은 연구가 진행되고 있다.
신경 자극 기술의 응용 및 목적과 관련하여 다양한 기술 분야가 파생되고 있다. 예를 들어, 첫째로 신경 자극 기술은 연구적인 목적을 위하여 이용될 수 있다. 연구자들은 신경이 연결되어 있는 네트워크인 뇌 지도와 같은 데이터를 파악하고자 한다. 또한 뇌 지도뿐 아니라 현재 파악되지 않은 체내 신경의 연결 구조 기능을 밝히고자 하는 연구가 신경 자극 기술을 이용하여 진행되고 있다.
둘째로, 신경 자극 기술은 의료용으로 사용될 수 있다. 이는 신경 자극 기술이 끊어지거나 기능을 잃은 신경들을 자극하여 본래의 기능을 회복할 수 있게 하기 때문이다. 이를 통하여 신경 자극 기술은 의료용 장치의 제조에 이용될 수 있다. 의료용 장치의 예시로서, 인공 와우(cochlear implant), 인공 망막(retinal implant), 및 심뇌 자극(deep brain stimulation) 장치들이 신경 자극 기술을 통하여 개발 및 제조되고 있다.
셋째로, 신경 자극 기술은 동물의 뇌를 자극하여 행동을 유도하고 제어할 수 있어, 국가 안보를 위한 정보를 효과적으로 수집 가능하다고 기대되는 동물 행동 제어(animal behavior control)에도 이용될 수 있다.
이러한 신경 자극 기술을 구현하기 위해서는 체내에 삽입되어 신경에 전기 신호를 제공하는 신경 자극 장치와 신경 자극 장치를 제어하기 위한 컨트롤러가 필수적이다.
이 때, 종래의 컨트롤러는 상용 컴퓨터 또는 모바일 기기를 통하여 단순한 형상으로 제작되었으며, 다양한 신경 자극 기술에 응용되기에는 범용성이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다. 이에 더하여 컨트롤러의 외형 및 사용자 인터페이스 (UI, user interface)에 대한 고려가 충분히 되지 않아 여러 사용자가 다양한 목적으로 사용함에 있어 편의성이 떨어질 수 있다.
실시예들은 신경 자극 장치를 제어하기 위한 컨트롤러를 제공한다.
본 실시예들이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
체내에 삽입된 신경 자극 장치를 제어하기 위한 컨트롤러로서, 컨트롤러는 신경 자극 장치와 유선 방식으로 제1 신경 자극 신호를 송신하는 전기 자극 칩; 신경 자극 장치에 유도 결합 방식으로 제2 신경 자극 신호를 송신하는 증폭기; 신경 자극 장치에 무선 연결 방식으로 제3 신경 자극 신호를 송신하는 통신 모듈; 제2 신경 자극 신호 및 제3 신경 자극 신호를 동시에 송신할 수 있도록 송신 코일 및 안테나를 포함하는 안테나 모듈; 및 전기 자극 칩, 증폭기, 및 통신 모듈을 통해 제1 내지 제3 신경 자극 신호를 선택적으로 송신 가능하도록 프로그래밍 가능한 FPGA;(field programmable gate array)를 포함한다.
컨트롤러는 컨트롤러의 일 면에 방향키, 버튼, 및 디스플레이 장치를 더 포함할 수 있다.
컨트롤러의 일 면은 일 측으로 돌출된 돌출부를 갖고, 디스플레이 장치는 돌출부에 위치할 수 있다.
디스플레이 장치는 7-세그먼트 디스플레이일 수 있다.
컨트롤러의 측면부는 만곡된 형상을 가질 수 있다.
전기 자극 칩은 복수 개의 전류원과 8개 이상의 전류 출력 채널을 포함하고,
컨트롤러는 전류원의 개수와 대응되는 개수의 신경 자극 장치에 연결될 수 있는 커넥터를 더 포함할 수 있다.
전기 자극 칩, 증폭기, 및 통신 모듈은 FPGA에 연결되어 제어되되, 컨트롤러의 동작 전력을 최소화하도록 증폭기와 통신 모듈은 전기 자극 칩과 전기적으로 분리되어 제어될 수 있다.
FPGA는 가변 저항을 갖는 동작 클럭 생성 회로를 포함하고, FPGA가 가변 저항을 조절하여 동작 클럭을 생성함으로써, FPGA가 증폭기 및 통신 모듈 모두를 동시에 제어할 수 있다.
송신 코일 및 안테나는 동일 평면에 위치할 수 있다.
통신 모듈은 신경 자극 장치에서 송신되는 피드백 신호를 수신하여 FPGA에 저장할 수 있다.
신경 자극 시스템은 체내에 삽입된 신경 자극 장치; 및 신경 자극 장치를 제어하기 위한 컨트롤러;를 포함할 수 있다.
체내에 삽입된 신경 자극 장치를 제어하는 제어 방법으로서, 제어 방법은 컨트롤러에 의해 제어되고, 컨트롤러는 신경 자극 장치에 유선 방식으로 제1 신경 자극 신호를 송신하고, 신경 자극 장치에 유도 결합 방식으로 제2 신경 자극 신호를 송신하고, 신경 자극 장치에 무선 연결 방식으로 제3 신경 자극 신호를 송신하며, 제2 신경 자극 신호 및 제3 신경 자극 신호를 동시에 송신 가능하도록 구성될 수 있다.
체내에 삽입된 신경 자극 장치를 제어하는 제어 방법을 컴퓨터에서 수행하기 위한 프로그램을 기록한 기록 매체가 제공될 수 있다.
도 1은 실시예에 관한 컨트롤러의 내부 구성 요소의 전면 부분 및 체내에 삽입된 신경 자극 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 실시예에 관한 컨트롤러의 내부 구성 요소 중 안테나 모듈을 나타낸 도면이다.
도 3은 실시예에 관한 컨트롤러의 내부 구성 요소 사이의 전기적 연결 관계를 나타낸 도면이다.
도 4는 실시예에 관한 컨트롤러의 내부 구성 요소의 배면 부분을 도시한 도면이다.
도 5는 실시예에 관한 컨트롤러의 외부 형상을 도시한 도면이다.
도 6은 실시예에 관한 컨트롤러와 신경 자극 장치와의 연결 방법에 따른 신경 자극 신호를 각각 개략적으로 도시한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 오로지 예시를 위한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 하기 설명은 실시예들을 구체화하기 위한 것일 뿐 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 상세한 설명 및 실시예로부터 당해 기술분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.
본 명세서에서 사용되는 '구비한다' 또는 '포함한다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 실시예에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 실시예에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 실시예의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
도 1은 실시예에 관한 컨트롤러(100)의 내부 구성 요소의 전면 부분 및 체내에 삽입된 신경 자극 장치(200)를 개략적으로 도시한 도면이다.
신경 자극을 위한 장치는 체내에 삽입되어 전기 신호를 제공하는 신경 자극 장치(200)와 신경 자극 장치(200)를 제어하기 위한 컨트롤러(100)를 필요로 한다.
신경 자극 장치(200)는 체내에 삽입되어 뇌 또는 신경에 전기 신호를 제공할 수 있다. 이 때 전기 신호는 미량의 전류일 수 있으며 뇌 또는 신경을 자극할 수 있다. 신경 자극 장치(200)는 전극을 포함할 수 있으며, 신경 자극 신호를 직접 생성할 수 있는 신경 자극 회로를 포함할 수 있다.
컨트롤러(100)는 신경 자극 장치(200)와 전기적으로 연결되어 신경 자극 장치(200)를 제어할 수 있다. 컨트롤러(100)는 신경 자극 장치(200)가 체내의 뇌 또는 신경에 제공하는 전류의 크기 또는 전류의 방향을 제어할 수 있다.
도 1을 참조하여, 실시예에 관한 컨트롤러(100)의 내부 구성 요소를 상세히 살펴보면, 컨트롤러(100)는 전면 부분에 신경 자극 장치(200)와 유선 방식으로 제1 신경 자극 신호를 송신할 수 있는 전기 자극 칩(20)을 포함할 수 있다.
컨트롤러(100)는 제1 신경 자극 신호를 직접 생성할 수 있고, 전기 자극 칩(20)을 통하여 유선 방식으로 체내에 삽입된 신경 자극 장치(200)에 직접 제1 신경 자극 신호를 송신할 수 있다. 신경 자극 장치(200)로 송신된 제1 신경 자극 신호는 체내의 신경 또는 뇌를 자극할 수 있다.
컨트롤러(100)의 전기 자극 칩(20)은 제1 신경 자극 신호를 생성하는 전류원(25)을 포함할 수 있다. 전류원(25)은 복수 개일 수 있으며 전류원(25)의 개수와 대응되는 개수의 신경 자극 장치(200)가 체내에 삽입될 수 있다. 예를 들어, 전류원(25)의 개수는 2개일 수 있으며, 이 때 전류원(25)의 개수와 대응되는 2개의 신경 자극 장치(200)가 체내에 삽입되어 컨트롤러(100)에 의해 제어될 수 있다.
전기 자극 칩(20)은 복수 개의 전류 출력 채널을 포함할 수 있으며 예를 들어 전류 출력 채널은 8개 이상일 수 있다.
컨트롤러(100)는 커넥터(28)를 포함할 수 있으며, 커넥터(28)를 통하여 전기 자극 칩(20)과 체내의 신경 자극 장치(200)가 유선으로 연결될 수 있다. 커넥터(28)는 전류원(25)의 개수와 대응되는 개수의 신경 자극 장치(200)에 동시에 연결될 수 있다. 커넥터(28)는 컨트롤러(100)의 외부로 돌출될 수 있으며 연결선을 통하여 체내의 신경 자극 장치(200)와 연결될 수 있다. 이 때 연결선의 길이 및 형상에는 제한이 없어 멀리 이격되어 있는 신경 자극 장치(200)와도 연결선을 통하여 연결될 수 있다.
컨트롤러(100)는 유도 결합(inductive link) 방식으로 제2 신경 자극 신호를 신경 자극 장치(200)로 송신하는 증폭기(30)를 포함할 수 있다. 제2 신경 자극 신호는 신경 자극 장치(200)로 송신되어, 신경 자극 장치(200)가 체내의 신경 또는 뇌를 자극하도록 할 수 있다. 컨트롤러(100)는 증폭기(30)를 통하여 유도 결합(inductive link) 방식으로 전력 및 데이터를 포함하는 제2 신경 자극 신호를 송신할 수 있다. 증폭기(30)는 예를 들어 E형 증폭기일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
컨트롤러(100)는 무선 연결 방식으로 제3 신경 자극 신호를 송신하는 통신 모듈(40)을 포함할 수 있다. 신경 자극 장치(200)로 송신된 제3 신경 자극 신호는 체내의 신경 또는 뇌를 자극할 수 있다.
컨트롤러(100)는 통신 모듈(40)을 통하여 무선 방식으로 데이터를 포함하는 제3 신경 자극 신호를 송신할 수 있다. 증폭기(30)를 통한 유도 결합 방식과 통신 모듈(40)을 통한 무선 연결 방식은 모두 선을 사용하지 않고 신경 자극 장치(200)와 연결되는 공통점이 있다. 통신 모듈(40)을 통한 무선 연결 방식은 증폭기(30)를 통한 유도 결합 방식에 비하여 보다 먼 거리에서 제3 신경 자극 신호를 송신 가능하다.
통신 모듈(40)을 통한 무선 연결 방식은 예를 들어 블루투스(bluetooth) 또는 지그비(zigbee)와 같이 2.4 GHz의 주파수를 이용하는 일반적인 통신 프로토콜일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
컨트롤러(100)는 제2 신경 자극 신호 및 제3 신경 자극 신호를 동시에 송신할 수 있도록 송신 코일(52) 및 안테나(54)를 포함하는 안테나 모듈(50)을 포함할 수 있는데, 실시예에 관한 컨트롤러(100)의 내부 구성 요소 중 안테나 모듈(50)을 나타낸 도 2를 참조하여 보다 상세히 알 수 있다.
도 2를 참조하면, 컨트롤러(100)에 위치하는 안테나 모듈(50)은 유도 결합으로 전력 및 데이터를 포함하는 제2 신경 자극 신호를 송신하는 송신 코일(52)을 포함할 수 있다. 체내에 삽입된 신경 자극 장치(200)는 송신 코일(52)로부터의 제2 신경 자극 신호를 수신할 수 있는 수신 코일을 포함할 수 있다. 송신 코일(52)은 신경 자극 장치(200)의 근거리에 위치하여 신경 자극 장치(200)에 위치하는 수신 코일과 유도 결합을 형성할 수 있다.
안테나 모듈(50)의 송신 코일(52)과 체내의 신경 자극 장치(200)의 수신 코일의 사이에서 형성된 유도 결합을 통하여 전력 및 데이터를 포함하는 제2 신경 자극 신호는 컨트롤러(100)로부터 신경 자극 장치(200)로 전달될 수 있다. 신경 자극 장치(200)는 제2 신경 자극 신호를 수신하여 체내에서 신경 또는 뇌를 자극할 수 있다. 안테나 모듈(50)은 또한 무선 연결 방식으로 데이터를 포함하는 제3 신경 자극 신호를 송신하는 안테나(54)를 포함할 수 있다. 신경 자극 장치(200)는 안테나 모듈(50)로부터의 데이터를 수신할 수 있는 수신기를 포함할 수 있으며 수신기를 통하여 제3 신경 자극 신호를 수신할 수 있다.
안테나 모듈(50)의 안테나(54)와 체내의 신경 자극 장치(200)의 수신기 사이의 무선 연결을 통하여 데이터를 포함하는 제3 신경 자극 신호가 컨트롤러(100)로부터 신경 자극 장치(200)로 전달될 수 있다.
안테나 모듈(50)이 송신 코일(52) 및 안테나(54)를 모두 포함하기 때문에 유도 결합 방식을 통한 제2 신경 자극 신호 및 무선 연결 방식을 통한 제3 신경 자극 신호가 동시에 컨트롤러(100)로부터 송신될 수 있다.
안테나 모듈(50)의 송신 코일(52) 및 안테나(54)는 동일 평면에 위치할 수 있다. 또한, 안테나 모듈(50)은 컨트롤러(100)가 신경 자극 장치(200)와 신호를 원활하게 송수신할 수 있도록 배열되게 하는 자석(56)을 포함할 수 있다.
컨트롤러(100)는 전기 자극 칩(20), 증폭기(30), 및 통신 모듈(40)을 통하여 제1 내지 제3 신경 자극 신호를 선택적으로 송신 가능하도록 프로그래밍 가능한 FPGA(field programmable gate array; 150)를 포함할 수 있다.
FPGA(150)는 유선 연결을 위한 전기 자극 칩(20), 유도 결합을 위한 증폭기(30), 및 무선 연결을 위한 통신 모듈(40)과 전기적으로 연결될 수 있다. FPGA(150)는 상술한 전기 자극 칩(20), 증폭기(30), 및 통신 모듈(40)과의 프로토콜이 일치할 수 있도록 프로그래밍될 수 있다.
실시예에 관한 컨트롤러(100)의 내부 구성 요소 사이의 전기적 연결 관계를 나타낸 도면인 도 3을 참조하면 FPGA(150)와 구성 요소들 사이의 전기적 연결 및 제어 관계를 보다 상세히 알 수 있다.
FPGA(150)는 상술한 유선 연결을 위한 전기 자극 칩(20), 유도 결합을 위한 증폭기(30), 및 무선 연결을 위한 통신 모듈(40)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이 때, 전기 자극 칩(20), 증폭기(30), 및 통신 모듈(40)과 연결되는 FPGA(150)는 1개일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한 FPGA(150)는 후술될 방향키(110), 버튼(120), 및 디스플레이 장치(60)와 연결될 수 있다.
FPGA(150)는 FPGA(150)와 연결된 컨트롤러(100)의 다른 구성 요소들을 제어할 수 있도록 프로그래밍될 수 있다. 이 때 컨트롤러(100)의 동작 전력을 최소화하도록 증폭기(30)와 통신 모듈(40)은 전기 자극 칩(20)과 전기적으로 분리되어 제어될 수 있다. 예를 들어, 전기 자극 칩(20)은 증폭기(30)와 통신 모듈(40)의 작동 없이 개별적으로 작동되도록 제어될 수 있다.
FPGA(150)는 가변 저항을 갖는 동작 클럭 생성 회로를 포함할 수 있다. FPGA(150)의 동작 클럭 생성 회로는 동작 클럭을 생성하고 이를 통하여 증폭기(30) 및 통신 모듈(40)을 제어할 수 있다. 또한, 동작 클럭 생성 회로는 가변 저항을 조절하여 동작 클럭을 넓은 범위에서 생성할 수 있다. 생산된 넓은 범위의 동작 클럭은 FPGA(150)가 증폭기(30) 및 통신 모듈(40)을 동시에 또는 개별적으로 제어할 수 있도록 한다.
FPGA(150)가 가변 저항을 갖는 동작 클럭 생성 회로를 포함함으로써 FPGA(150)는 넓은 범위의 동작 클럭을 생성할 수 있다. 넓은 범위의 동작 클럭을 통하여 컨트롤러(100)는 추가적인 무선 통신 장치에도 활용될 수 있어 범용성 및 확장성이 추가로 획득될 수 있다.
도 4는 실시예에 관한 컨트롤러(100)의 내부 구성 요소의 배면 부분을 도시한 도면이다.
실시예에 관한 컨트롤러(100)는 배면 부분에 배터리(80)를 포함할 수 있다. 배터리(80)는 복수 개일 수 있으며 외부 전원으로부터 충전될 수 있다. 배터리(80)는 컨트롤러(100)가 동작하는데 이용되는 전력을 공급한다. 예를 들어, 배터리(80)는 컨트롤러(100)가 제1 내지 제3 신경 자극 신호를 생성하여 신경 자극 장치(200)로 송신할 수 있도록 하는 전력을 공급할 수 있다. 또한, 배터리(80)는 컨트롤러(100)에 장착된 디스플레이 장치(60) 등이 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다.
도 5는 실시예에 관한 컨트롤러(100)의 외부 형상을 도시한 도면이다.
컨트롤러(100)는 컨트롤러(100)의 일 면에 방향키(110), 버튼(120), 및 디스플레이 장치(60)를 더 포함할 수 있다. 방향키(110), 버튼(120), 및 디스플레이 장치(60)는 컨트롤러(100)의 외부로 노출될 수 있다.
컨트롤러(100)는 컨트롤러(100)의 일 면에 위치하는 방향키(110)의 변위를 통하여 신경 자극 시 이동 방향을 용이하게 지시할 수 있다. 이 때 방향키(110)의 변위는 사용자에 의해 유도될 수 있다. 방향키(110)는 예를 들어 4 방향을 가리키는 내비게이션 방향키(110)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
컨트롤러(100)는 컨트롤러(100)의 일 면에 위치하는 버튼(120)을 통하여 전기 신호의 전달 여부 및 전기 신호의 세기 등을 제어할 수 있다. 이 때 버튼(120)을 통하여 제어될 수 있는 전기 신호의 특성은 FPGA(150)의 프로그래밍에 따라 달라질 수 있으며 각각의 버튼(120)은 사용자에 의해 작동될 수 있다.
컨트롤러(100)는 신경 자극 장치(200)의 작동 상태와 컨트롤러(100)의 작동 상태를 표시할 수 있는 디스플레이 장치(60)를 포함할 수 있다. 디스플레이 장치(60)가 표시할 수 있는 신경 자극 장치(200)의 작동 상태는 신경 자극 장치(200)의 작동 여부, 컨트롤러(100)로부터의 신호 수신 여부, 및 배터리(80) 충전 상태 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 디스플레이 장치(60)는 신경 자극 장치(200)가 제공하는 전류의 크기, 진폭, 및 주기 등을 표시할 수 있다.
디스플레이 장치(60)가 표시할 수 있는 컨트롤러(100)의 작동 상태는 컨트롤러(100)의 작동 여부, 신경 자극 장치(200)로의 신호 송신 여부, 및 배터리(80) 충전 상태 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
컨트롤러(100)의 일 면은 일 측으로 돌출된 돌출부(105)를 가질 수 있다. 상술한 디스플레이 장치(60)는 돌출부(105)에 위치할 수 있다. 컨트롤러(100)의 일 측으로 돌출하는 돌출부(105)에 위치한 디스플레이 장치(60)는 컨트롤러(100)를 파지할 수 있는 사용자의 손에 의하여 가려지지 않고 노출될 수 있다.
사용자는 노출된 디스플레이 장치(60)를 통하여 신경 자극 장치(200)의 상태 및 컨트롤러(100)의 작동 상태를 확인하며 컨트롤러(100)를 통하여 신경 자극 장치(200)를 제어할 수 있다. 디스플레이 장치(60)는 7-세그먼트 디스플레이일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
컨트롤러(100)의 측면부는 만곡된 형상을 가질 수 있다. 컨트롤러(100)의 측면부가 만곡된 형상을 가짐으로써 컨트롤러(100)는 사용자에게 용이하게 파지될 수 있다. 사용자는 컨트롤러(100)를 용이하게 파지하고 컨트롤러(100)의 방향키(110) 또는 버튼(120)을 조작하여 신경 자극 장치(200)를 제어할 수 있다.
컨트롤러(100)는 파지가 용이하도록 측면부에 만곡된 형상을 가지며 방향키(110) 또는 버튼(120)이 사용자에 의해 용이하게 작동될 수 있는 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(100)의 방향키(110)는 사용자의 왼손에 의해 작동될 수 있고, 컨트롤러(100)의 버튼(120)은 사용자의 오른손에 의해 작동될 수 있다.
종래의 컨트롤러(100)가 상용 컴퓨터 또는 모바일 기기를 통하여 단순한 형상으로 제작되었던 반면, 실시예에 관한 컨트롤러(100)의 외부 형상은 사용자 인터페이스와 범용성을 고려한 형상을 가질 수 있다. 따라서 실시예에 관한 컨트롤러(100)는 사용자에게 컨트롤러(100)의 조작의 편의성 및 용이성을 제공할 수 있다.
도 6은 실시예에 관한 컨트롤러(100)와 신경 자극 장치(200)와의 연결 방법에 따른 신경 자극 신호를 각각 개략적으로 도시한 도면이다.
컨트롤러(100)는 유선 연결, 유도 결합, 및 무선 연결으로 신경 자극 장치(200)와 연결될 수 있어 사용자는 상황 및 편의에 따라 신경 자극 장치(200)를 제어하는 방식을 선택할 수 있다.
제1 신경 자극 신호는 컨트롤러(100)와 신경 자극 장치(200)의 유선 연결 방식으로 컨트롤러(100)에서 신경 자극 장치(200)로 전달될 수 있다. 제1 신경 자극 신호는 컨트롤러(100)의 전기 자극 칩(20)을 통하여 유선 방식으로 체내에 삽입된 신경 자극 장치(200)에 전달될 수 있다. 이 때 제1 신경 자극 신호는 신호에 관한 데이터 및 전력을 포함할 수 있어 체내의 신경 자극 장치(200)에 데이터 및 전력을 제공할 수 있다.
제2 신경 자극 신호는 컨트롤러(100)와 신경 자극 장치(200)의 유도 결합 방식으로 컨트롤러(100)에서 신경 자극 장치(200)로 전달될 수 있다. 제2 신경 자극 신호는 컨트롤러(100)의 증폭기(30)를 통하여 유도 결합 방식으로 신경 자극 장치(200)에 전달될 수 있다.
유도 결합 방식은 컨트롤러(100)의 송신 코일(52)을 포함하는 안테나 모듈(50)과 신경 자극 장치(200)의 수신 코일을 통하여 형성될 수 있다. 송신 코일(52)은 신경 자극 장치(200)의 근거리에 위치하여 신경 자극 장치(200)에 위치하는 수신 코일에 제2 신경 자극 신호를 송신할 수 있다. 이 때 제2 신경 자극 신호는 신호에 관한 데이터 및 전력을 포함할 수 있어 체내의 신경 자극 장치(200)에 데이터 및 전력이 제공될 수 있다.
제3 신경 자극 신호는 컨트롤러(100)와 신경 자극 장치(200)의 무선 연결 방식으로 컨트롤러(100)에서 신경 자극 장치(200)로 전달될 수 있다. 제3 신경 자극 신호는 컨트롤러(100)의 통신 모듈(40)을 통하여 무선 방식으로 신경 자극 장치(200)에 전달될 수 있다.
무선 결합 방식은 컨트롤러(100)의 안테나(54)를 포함하는 안테나 모듈(50)과 신경 자극 장치(200)의 수신기를 통하여 형성될 수 있다. 안테나(54)는 통신 모듈(40)을 통하여 제3 신경 자극 신호를 신경 자극 장치(200)로 송신할 수 있다. 이 때 제3 신경 자극 신호는 신호에 관한 데이터를 포함할 수 있어 체내의 신경 자극 장치(200)에 데이터가 제공될 수 있다.
통신 모듈(40)을 통한 무선 연결 방식은 예를 들어 블루투스(bluetooth) 또는 지그비(zigbee)와 같이 2.4 GHz의 주파수를 이용하는 일반적인 통신 프로토콜일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
증폭기(30)를 통한 유도 결합 방식과 통신 모듈(40)을 통한 무선 연결 방식은 모두 신경 자극 장치(200)와 이격되어 제2 신경 자극 신호 또는 제3 신경 자극 신호를 송신할 수 있다. 통신 모듈(40)을 통한 무선 연결 방식은 증폭기(30)를 통한 유도 결합 방식에 비하여 보다 먼 거리에서 제3 신경 자극 신호를 송신 가능하다.
송신 코일(52) 및 안테나(54)를 포함하는 안테나 모듈(50)을 통하여 제2 신경 자극 신호 및 제3 신경 자극 신호는 동시에 또는 개별적으로 신경 자극 장치(200)로 송신될 수 있다.
통신 모듈(40)은 신경 자극 장치(200)에서 송신되는 피드백 신호를 수신하여 상기 FPGA(150)에 저장할 수 있다. FPGA(150)에 저장된 피드백 신호는 체내의 신경 신호, 전극 임피던스와 같은 데이터를 포함할 수 있다. FPGA(150)에 저장된 피드백 신호를 분석하여 컨트롤러(100)는 신경 자극을 위한 보다 효과적인 신경 자극 신호가 생성되고 송신될 수 있다.
신경 자극 시스템은 체내에 삽입된 신경 자극 장치(200) 및 신경 자극 장치(200)를 제어하기 위한 컨트롤러(100)를 포함할 수 있다.
체내에 삽입된 신경 자극 장치(200)를 제어하는 제어 방법으로서, 제어 방법은 컨트롤러(100)에 의해 제어되고, 컨트롤러(100)는 신경 자극 장치(200)에 유선 방식으로 제1 신경 자극 신호를 송신하고, 신경 자극 장치(200)에 유도 결합 방식으로 제2 신경 자극 신호를 송신하고, 신경 자극 장치(200)에 무선 연결 방식으로 제3 신경 자극 신호를 송신하며, 제2 신경 자극 신호 및 제3 신경 자극 신호를 동시에 송신 가능하도록 구성될 수 있다.
체내에 삽입된 신경 자극 장치(200)를 제어하는 제어 방법을 컴퓨터에서 수행하기 위한 프로그램을 기록한 기록 매체가 제공될 수 있다.
체내에 삽입된 신경 자극 장치(200)를 제어하는 제어 방법의 구성 및 효과에 대해서는 상술한 설명과 동일하므로, 이와 중복되는 범위에서의 자세한 설명은 생략한다.
상술한 바와 같이, 신경에 전기 신호를 제공하는 신경 자극 장치(200)와 신경 자극 장치(200)를 제어하기 위한 컨트롤러(100)가 필수적이다. 실시예에 관한 컨트롤러(100)는 다양한 신경 자극 기술에 응용될 수 있는 범용성을 갖는다. 또한 사용자 인터페이스 (UI, user interface)를 고려하여 제작되어 사용자가 다양한 목적으로 사용함에 있어 향상된 편의성이 제공될 수 있다.
또한, 종래의 컨트롤러(100)와 달리 실시예에 관한 컨트롤러(100)는 신경 자극 장치(200)와 연결되는 방식을 하나의 방식만이 아닌 총 세 가지 방식으로 고려하여 제작되었다. 이에 따라 다양한 연결 방식들을 모두 실시예에 관한 컨트롤러(100)를 통하여 이용할 수 있도록 하여 기능성을 향상 시켰다.
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.

Claims (13)

  1. 체내에 삽입된 신경 자극 장치를 제어하기 위한 컨트롤러로서,
    상기 신경 자극 장치와 유선 방식으로 제1 신경 자극 신호를 송신하는 전기 자극 칩;
    상기 신경 자극 장치에 유도 결합 방식으로 제2 신경 자극 신호를 송신하는 증폭기;
    상기 신경 자극 장치에 무선 연결 방식으로 제3 신경 자극 신호를 송신하는 통신 모듈;
    상기 제2 신경 자극 신호 및 상기 제3 신경 자극 신호를 동시에 송신할 수 있도록 송신 코일 및 안테나를 포함하는 안테나 모듈; 및
    상기 전기 자극 칩, 상기 증폭기, 및 상기 통신 모듈을 통해 상기 제1 내지 상기 제3 신경 자극 신호를 선택적으로 송신 가능하도록 프로그래밍 가능한 FPGA;(field programmable gate array)를 포함하는, 신경 자극 장치를 제어하기 위한 컨트롤러.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 컨트롤러의 일 면에 방향키, 버튼, 및 디스플레이 장치를 더 포함하는, 신경 자극 장치를 제어하기 위한 컨트롤러.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 컨트롤러의 상기 일 면은 일 측으로 돌출된 돌출부를 갖고,
    상기 디스플레이 장치는 상기 돌출부에 위치하는, 신경 자극 장치를 제어하기 위한 컨트롤러.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는 7-세그먼트 디스플레이인, 신경 자극 장치를 제어하기 위한 컨트롤러.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러의 측면부는 만곡된 형상을 갖는, 신경 자극 장치를 제어하기 위한 컨트롤러.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 자극 칩은 복수 개의 전류원과 8개 이상의 전류 출력 채널을 포함하고,
    상기 컨트롤러는 상기 전류원의 개수와 대응되는 개수의 상기 신경 자극 장치에 연결될 수 있는 커넥터를 더 포함하는, 신경 자극 장치를 제어하기 위한 컨트롤러.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 자극 칩, 상기 증폭기, 및 상기 통신 모듈은 상기 FPGA에 연결되어 제어되되,
    상기 컨트롤러의 동작 전력을 최소화하도록 상기 증폭기와 상기 통신 모듈은 상기 전기 자극 칩과 전기적으로 분리되어 제어되는, 신경 자극 장치를 제어하기 위한 컨트롤러.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 FPGA는 가변 저항을 갖는 동작 클럭 생성 회로를 포함하고,
    상기 FPGA가 상기 가변 저항을 조절하여 동작 클럭을 생성함으로써, 상기 FPGA가 상기 증폭기 및 상기 통신 모듈 모두를 동시에 제어할 수 있는, 신경 자극 장치를 제어하기 위한 컨트롤러.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나 및 상기 송신 코일은 동일 평면에 위치하는, 신경 자극 장치를 제어하기 위한 컨트롤러.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 통신 모듈은 상기 신경 자극 장치에서 송신되는 피드백 신호를 수신하여 상기 FPGA에 저장할 수 있는, 신경 자극 장치를 제어하기 위한 컨트롤러.
  11. 체내에 삽입된 신경 자극 장치; 및
    상기 신경 자극 장치를 제어하기 위한 제1 항 내지 제 10 항 중 적어도 어느 한 항에 따른 컨트롤러;를 포함하는 신경 자극 시스템.
  12. 체내에 삽입된 신경 자극 장치를 제어하는 제어 방법으로서,
    상기 제어 방법은 컨트롤러에 의해 제어되고,
    상기 컨트롤러는 상기 신경 자극 장치에 유선 방식으로 제1 신경 자극 신호를 송신하고,
    상기 신경 자극 장치에 유도 결합 방식으로 제2 신경 자극 신호를 송신하고,
    상기 신경 자극 장치에 무선 연결 방식으로 제3 신경 자극 신호를 송신하며,
    상기 제2 신경 자극 신호 및 상기 제3 신경 자극 신호를 동시에 송신 가능하도록 구성된, 신경 자극 장치의 제어 방법.
  13. 제 12 항에 따른 방법을 컴퓨터에서 수행하기 위한 프로그램을 기록한 기록 매체.
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