KR20210060117A - 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 코 내부를 통해 빛을 조영하여 내측 측두엽을 자극할 수 있도록 하여 알츠하이머병 억제 및 치료 효과를 높인 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋에 관한 것으로, 개체의 최소한 하나의 뇌 영역에서 동기화된 감마 진동과 알파 진동을 선택적으로 유도하기 위한 광 자극 수단들을 구비하고, 상기 광 자극 수단들은 해마를 포함한 내측 측두엽(medial temporal lobe)을 자극할 수 있도록 비강(鼻腔)내에 위치할 비강내 적외선 LED 프로브를 포함하는 것이다.
Description
본 발명은 광치료 장치에 관한 것으로, 구체적으로 코 내부를 통해 빛을 조영하여 내측 측두엽을 자극할 수 있도록 하여 알츠하이머병 억제 및 치료 효과를 높인 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋에 관한 것이다.
알츠하이머병(Alzheimer’s disease; AD)은 신경세포의 퇴행성변화로 기억력을 포함한 인지기능의 장애로 나타난다.
그 중요한 병리소견은 뇌에 베타-아밀로이드(beta-amyloid)의 축적에 의한 아밀로이드 플라그(amyloid plaque)와 신경세포내에 존재하는 과인산화된 타우(tau) 단백에 의한 신경섬유다발(neurofibrillary tangle)이다.
초기 병변의 위치는 해마(hippocampus)를 포함한 내측 측두엽(medial temporal area)이며, 이후 두정엽부위(parietal area)로 병변이 확대된다.
멍한 상태이거나 몽상에 빠졌을 때 활발해지는 뇌의 영역으로 내측전전두엽피질, 후대상피질, 두정엽피질에 퍼져 있는 신경세포망에 해당하는 디폴트 모드 네트워크(Default mode network)는 인지기능과 매우 관련이 높은 영역으로 알츠하이머병의 병리와 상당히 관련이 높다.
도 1은 디폴트 모드 네트워크(Default mode network)와 알츠하이머병의 베타-아밀로이드 플라그의 분포도이다.
디폴트 모드 네트워크(Default mode network)와 알츠하이머병의 베타-아밀로이드 플라그의 분포와 뇌 위축 양상의 일치를 확인할 수 있다.
현재 알츠하이머병의 병리를 변경시키는 치료법은 없는 상태이며, 현재 치료는 신경연접(synapse)내에 아세틸콜린(acetylcholine)의 분해를 억제하는 아세틸콜린분해효소억제제이며, 이는 인지기능을 개선시키는 증상 개선약물이다.
하지만, 병의 경과를 바꾸기 위한 약물로 대뇌에 축척된 베타-아밀로이드(beta-amyloid)를 제거하는 기술은 개발이 진행 중이지만, 아직 성과가 없는 상태이다.
한편, 알츠하이머병에서 빛을 이용한 치료가 또 다른 옵션으로 최근에 관심을 받고 있다.(1. Impact of Photobiomodulation (PBM) on Biomarkers of Alzheimer’s Disease. University of California, San Francisco University of Brisbane (Australian New Zealand Clinical Trials Registry). 2. Evaluation of dose of Photobiomodulation (Light) Therapy and Physiotherapy for Improving Quality of Life Outcomes and Mobility in Parkinson’s Disease (Pilot) University of Sydney, (clinicaltrials.gov, U.S. National Institutes of Health))
그 중 적외선(near infrared)은 700-1100nm의 광자로 수 cm를 투과할 수 있어 여러 진단용 의료기기에 사용되고 있다.
그 중에 대표적인 것이 펄스 옥시미터(pulse oximeter)이다. 뼈도 통과하여 경두개 셀러브럴 옥시메트리(transcranial cerebral oximetry)로도 사용되고 있다.
2015년 Li-Huei 연구에 의하면, 매일 1시간씩 깜박이는 빛에 노출시킨 알츠하이머병 모델 쥐의 뇌에 이 병의 원인인 베타-아밀로이드(beta-amyloid)에 의해 생성된 플라그(plaque)의 농도가 현저하게 저하되었다.
MIT의 신경과학자인 Tsai 등은 이때 깜박이는 빛은 40Hz일 때가 효과적이었다고 하였다. 1주일간 매일 1시간씩 노출시킨 경우에도 시각피질(visual cortex)에 국한되어, 아밀로이드 플라그(amyloid plaque)가 67% 감소하였고 타우 단백질(tau protein)도 감소하였다.
알츠하이머병 환자는 뇌파의 감마(gamma)(25 and 100 Hz이며, 40Hz가 전형적인 파)와 알파(alpha)( 8-12 Hz) oscillations이 감소되어 있어, 감마(gamma)와 알파 진동(alpha oscillation)을 회복시켜 줄 수 있다면, 이 질환에 기능적인 측면에서도 효과가 있을 것이다.
실제로 Tsai 등의 연구에 의하면, 이러한 감마 진동(gamma oscillation)이 미세아교세포(microglial cell)의 유전자 발현(gene expression)을 변화시켜 청소부역할(scavenger mode)을 할 수 있도록 변하게 하였다.
이러한 변화는 뇌의 베타-아밀로이드 플라그(beta-amyloid plaque)를 제거하는 데 도움이 될 수 있다.
이와 같이 알츠하이머병은 해마와 그 주변 부위인 내측 측두엽과, 두정엽에 초기부터 이상을 보이며, 이로 인해 알츠하이머병 치매의 증상을 일으킨다.
또한 최근에는 인지기능과 관련이 있는 디폴트 모드 네트워크(default mode network)의 일부인 내측 두정엽부위(medial parietal area)과 전두엽도 알츠하이머병의 주요 병리부위이다.
그러나 기존 연구에서 Tsai등은 더 가까운 측두엽(temporal lobe)을 자극하기 위해 소리자극을 주기도 하였다. 소리자극에 의한 델타 진동(delta oscillation)은 수면 중에 자극하여 기억 공고화(memory consolidation)에 도움을 준다고 보고하였다.
하지만 이 역시, 외측 측두엽(dorosolateral temporal area)에 자극이 집중되어, 알츠하이머병의 표적병리(target pathology)인 내측 측두엽(medial temporal area)과는 거리가 있다.
이상에서와 같이 종래 기술의 알츠하이머병 억제 및 치료에 관한 기술들은 자극 효과를 높이기 위한 자극 부위 제어, 자극 수단, 자극 방법들의 고도화에 한계가 있어 극히 제한적인 효과들을 구현하는 문제가 있다.
따라서, 내측 측두엽을 자극할 수 있도록 하여 알츠하이머병 억제 및 치료 효과를 높일 수 있도록 하는 새로운 기술의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 종래 기술의 알츠하이머병 억제 및 치료 기술들의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 코 내부를 통해 빛을 조영하여 내측 측두엽을 자극할 수 있도록 하여 알츠하이머병 억제 및 치료 효과를 높인 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 코 내부를 통해 빛을 조영하고, LED의 자극부위를 상부로 변경하여 알츠하이머병의 병리의 주요 위치인 해마가 포함된 내측 측두엽과 두정엽을 효과적으로 자극할 수 있도록 한 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 감마(gamma)(40Hz)와 알파(alpha)(10Hz) 깜빡임이 가능한 적외선 (810nm) LED를 갖는 비강(鼻腔)내에 위치하는 비강 프로브(nasal probe)를 통하여 해마를 포함한 내측 측두엽(medial temporal lobe)을 효과적으로 자극할 수 있도록 한 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 외측 측두엽(dorsolateral temporal lobe) 자극 위치에서 상방향으로 자극 위치를 이동하여 외측 두정엽(dorsolateral parietal lobe)을 자극하고, 전두엽내측과 두정엽 내측을 자극하여, 디폴트 모드 네트워크(default mode network)와 기억생성과정에 관여하는 파페즈 회로(Papez’s circuit)에 최대한 접근하도록 하여 알츠하이머병 억제 및 치료 효과를 높인 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 광자극의 대뇌의 위치를 선정하고, 개별 환자의 뇌파를 반영하여 적외선의 깜빡임 자극의 빈도를 조절하여, 알츠하이머병 치료를 위한 광치료(photic modulation)를 효과적으로 수행할 수 있도록 하는 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 헬멧 구조의 헤드셋 내부에 각각의 자극 수단이 위치하는 영역들의 각 영역에 조사 각도, 조사 세기, 깜박임 정도의 선택이 가능하도록 LED 등의 조사 수단들이 복수개 구비되어 자극이 필요한 위치에 정밀하게 광치료(photic modulation)를 효과적으로 수행할 수 있도록 하는 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋은 개체의 최소한 하나의 뇌 영역에서 동기화된 감마 진동과 알파 진동을 선택적으로 유도하기 위한 광 자극 수단들을 구비하고, 상기 광 자극 수단들은 해마를 포함한 내측 측두엽(medial temporal lobe)을 자극할 수 있도록 비강(鼻腔)내에 위치할 비강내 적외선 LED 프로브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 광 자극 수단들은, 외측 두정엽(dorsolateral parietal lobe) 또는 전두엽 (frontal lobe) 또는 내측 두정엽(medial parietal lobe)을 자극하는 위치에 각각 구성되는 광 자극 수단들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 광 자극 수단들 중에서 비강내 적외선 LED 프로브는 ~80mW의 조사 세기를 갖고, 외측 두정엽(dorsolateral parietal lobe) 또는 전두엽 (frontal lobe) 또는 내측 두정엽(medial parietal lobe)을 자극하는 위치에 각각 구성되는 광 자극 수단들은 ~100mW의 조사 세기를 갖는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 광 자극 수단들은, 감마와 알파 주파수의 깜빡임으로 전환이 가능한 적외선(810nm) LED를 구비하고, 파장 조절 수단에 의해 감마 파(gamma wave)의 깜빡임은 30-40Hz내에서 알파 파(alpha wave)의 깜빡임은 8-12Hz 범위에서 조절하는 것을 특징으로 한다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋은 알츠하이머병 환자의 정량뇌파에서 얻어진 감소된 감마 파(gamma wave)와 알파 파(alpha wave)의 진동을 증가시킬 수 있도록 감마와 알파 주파수의 깜빡임을 제공하기 위한 제어를 하는 광치료 제어부;광치료 제어부의 제어에 의해 광치료를 위하여 표적 부위에 조사하기 위한 빛을 조사하는 치료광 조사부;감마와 알파 주파수의 깜빡임을 일정 범위에서 조절하는 파장 조절 수단;파장 조절 수단에 의해 조절된 범위의 감마와 알파 주파수의 깜빡임을 광치료 제어부의 제어에 의해 선택된 표적 부위에 조사하는 광 자극 수단들;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 광 자극 수단들은, 해마를 포함한 내측 측두엽(medial temporal lobe)을 자극할 수 있도록 비강(鼻腔)내에 위치할 비강내 적외선 LED 프로브와, 외측 두정엽(dorsolateral parietal lobe) 또는 전두엽 (frontal lobe) 또는 내측 두정엽(medial parietal lobe)을 자극하는 위치에 각각 구성되는 광 자극 수단들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 감마 파(gamma wave)와 알파 파(alpha wave)의 진동(oscillations)이 감소되어 있는 알츠하이머병 환자의 정량뇌파측정(quantitative EEG)으로 얻어진, 감마 파와 알파 파의 파워 스펙트럼(power spectrum)에서 10-20% 증가된 범위에서 광 자극 수단의 LED의 깜빡임을 조절하여 자극하여 진동(oscillation)이 회복되도록 하는 것을 특징으로 한다.
그리고 광치료 헤드셋은, 두부를 내측으로 위치시켜 감쌀 수 있는 헬멧 형태를 갖고, 헤드셋 본체의 내부에 외측 두정엽(dorsolateral parietal lobe)과 전두엽(frontal lobe)과 내측 두정엽(medial parietal lobe) 등을 자극하기 위한 광 자극 수단들 및 전원 공급 수단이 구비되고, 내측 측두엽(medial temporal lobe)을 자극하기 위한 비강내 적외선 LED 프로브가 헤드셋 본체에 연결되어 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고 광 자극 수단들은 각 영역에서 각각 조사 방향 및 조사 세기가 다른 복수 개의 LED들이 1열 또는 다중열로 배열되고, 배열된 복수개의 LED들 중에서 특정 개수 또는 특정 위치의 LED를 선택하여 빛을 표적 부위에 조사하는 것을 특징으로 한다.
그리고 광 자극 수단들은 각각의 영역에서 복수 개의 LED를 갖고, 특정 개수 또는 특정 위치의 LED를 선택하기 위하여 알츠하이머병 억제 및 치료를 위한 진단 과정에서 획득된 영상 자료를 분석하여 환자의 두상 형태, 두상 크기, 자극이 필요한 위치 정보들을 추출하여 이를 기준으로 특정 개수 또는 특정 위치의 LED를 선택하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 코 내부를 통해 빛을 조영하여 내측 측두엽을 자극할 수 있도록 하여 알츠하이머병 억제 및 치료 효과를 높인다.
둘째, 코 내부를 통해 빛을 조영하고, LED의 자극부위를 상부로 변경하여 알츠하이머병의 병리의 주요 위치인 해마가 포함된 내측 측두엽과 두정엽을 효과적으로 자극할 수 있도록 한다.
셋째, 감마(gamma)(40Hz)와 알파(alpha)(10Hz) 깜빡임이 가능한 적외선(810nm) LED를 갖는 비강(鼻腔)내에 위치하는 비강 프로브(nasal probe)를 통하여 해마를 포함한 내측 측두엽(medial temporal lobe)을 효과적으로 자극할 수 있도록 한다.
넷째, 외측 측두엽(dorsolateral temporal lobe) 자극 위치에서 상방향으로 자극 위치를 이동하여 외측 두정엽(dorsolateral parietal lobe)을 자극하고, 전두엽내측과 두정엽 내측을 자극하여, 디폴트 모드 네트워크(default mode network)와 기억생성과정에 관여하는 파페즈 회로(Papez’s circuit)에 최대한 접근하도록 하여 알츠하이머병 억제 및 치료 효과를 높인다.
다섯째, 광자극의 대뇌의 위치를 선정하고, 개별 환자의 뇌파를 반영하여 적외선의 깜빡임 자극의 빈도를 조절하여, 알츠하이머병 치료를 위한 광치료(photic modulation)를 효과적으로 수행할 수 있도록 한다.
여섯째, 헬멧 구조의 헤드셋 내부에 각각의 자극 수단이 위치하는 영역들의 각 영역에 조사 각도, 조사 세기, 깜박임 정도의 선택이 가능하도록 LED 등의 조사 수단들이 복수개 구비되어 자극이 필요한 위치에 정밀하게 광치료(photic modulation)를 효과적으로 수행할 수 있도록 한다.
도 1은 디폴트 모드 네트워크(Default mode network)와 알츠하이머병의 베타-아밀로이드 플라그의 분포도
도 2a와 도 2b는 본 발명에 따른 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋을 이용한 광치료시의 표적 부위를 나타낸 구성도
도 3은 본 발명에 따른 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋의 외측 및 내측 구성도
도 4는 본 발명에 따른 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋의 회로 구성도
도 2a와 도 2b는 본 발명에 따른 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋을 이용한 광치료시의 표적 부위를 나타낸 구성도
도 3은 본 발명에 따른 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋의 외측 및 내측 구성도
도 4는 본 발명에 따른 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋의 회로 구성도
이하, 본 발명에 따른 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 2a와 도 2b는 본 발명에 따른 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋을 이용한 광치료시의 표적 부위를 나타낸 구성도이다.
본 발명에 따른 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋은 감마(gamma)(40Hz)와 알파(alpha)(10Hz) 깜빡임이 가능한 적외선(810nm) LED를 갖는 비강(鼻腔)내에 위치하는 비강 프로브(nasal probe)를 통하여 해마를 포함한 내측 측두엽(medial temporal lobe)을 효과적으로 자극할 수 있도록 한 것이다.
또한, 외측 측두엽(dorsolateral temporal lobe) 자극 위치에서 상방향으로 자극 위치를 이동하여 외측 두정엽(dorsolateral parietal lobe)을 자극하고, 전두엽내측과 두정엽 내측을 자극하여, 디폴트 모드 네트워크(default mode network)와 기억생성과정에 관여하는 파페즈 회로(Papez’s circuit)에 최대한 접근하도록 하여 알츠하이머병 억제 및 치료 효과를 높일 수 있는 구조를 갖는다.
이를 위하여 본 발명은 광자극의 대뇌의 위치를 선정하고, 개별 환자의 뇌파를 반영하여 적외선의 깜빡임 자극의 빈도를 조절하는 구성을 포함할 수 있다.
본 발명은 헬멧 구조의 헤드셋 내부에 각각의 자극 수단이 위치하는 영역들의 각 영역에 조사 각도, 조사 세기, 깜박임 정도의 선택이 가능하도록 LED 등의 광 자극 수단들이 복수개 구비되어 자극이 필요한 위치에 정밀하게 광치료(photic modulation)를 효과적으로 수행할 수 있도록 하는 구성을 포함할 수 있다.
여기서, 광 자극 수단들은 각 영역에서 각각 조사 방향이 다른 LED들이 1열 또는 다중열로 배열될 수 있고, 이와 같이 배열된 복수개의 LED들 중에서 특정 개수 또는 특정 위치의 LED를 선택하여 빛을 정확하게 표적 부위에 조사하는 것에 의해 광치료 효과를 높일 수 있도록 한다.
본 발명은 특정 개수 또는 특정 위치의 LED를 선택하기 위하여 다음과 같은 구성을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서는 알츠하이머병 억제 및 치료를 위한 진단 과정에서 획득된 영상 자료를 분석하여 환자의 두상 형태, 두상 크기, 자극이 필요한 위치 정보들을 추출하여 이를 기준으로 헬멧 구조의 헤드셋 내부에 배열된 복수개의 LED들 중에서 특정 개수 또는 특정 위치의 LED를 선택하는 것이다.
여기서, 영상 자료를 분석하여 환자의 두상 형태, 두상 크기, 자극이 필요한 위치 정보들을 추출하는 것은 널리 사용되는 기술로 구체적인 설명을 생략한다.
도 2a와 도 2b에서와 같이, 알츠하이머병의 병리의 주요 위치인 해마가 포함된 내측 측두엽과 두정엽을 효과적으로 자극하기 위해서, 외측 측두엽이나 후두엽(occipital area)을 자극하는 것과는 달리, 본 발명은 코 내부를 통해 빛을 조영하여, 내측 측두엽을 자극할 수 있도록 하고, 두정엽부위를 자극하고자 LED의 자극부위를 상부에 위치시킨다.
즉, gamma(40Hz)와 alpha(10Hz) 깜빡임이 가능한 적외선(810nm) LED를 해마를 포함한 내측 측두엽(medial temporal lobe)을 자극할 수 있도록 비강(鼻腔)내에 위치할 nasal probe를 제작하였고, 외측 두정엽(dorsolateral parietal lobe)을 자극하기 위해 기존의 외측 측두엽(dorsolateral temporal lobe) 자극 위치에서 상방향으로 이동하였다.
또한, 전두엽내측과 두정엽 내측을 자극하여, 디폴트 모드 네트워크(default mode network)와 기억생성과정에 관여하는 파페즈 회로(Papez’s circuit)에 최대한 접근하도록 하여 알츠하이머병 억제 및 치료 효과를 높일 수 있는 구조를 갖는다.
이를 위한 본 발명에 따른 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋의 구조를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋의 외측 및 내측 구성도이다.
해마가 포함된 내측 측두엽을 자극하기 위해, 코를 통한 프로브(probe) 제작과 양측 두정엽, 전두엽과 두정엽 내측을 자극하기 위한 LED를 배치하여, 기존의 외측 측두엽자극과 시각적 자극보다 더 알츠하이머병의 병리위치를 타겟으로 하고, 기능을 조절할 수 있도록 한다.
알츠하이머병 환자의 뇌파는 감마 파(gamma wave)와 알파 파(alpha wave)의 진동(oscillations)이 감소되어 있어, 본 발명에서는 개별 환자의 정량뇌파측정(quantitative EEG)으로 얻어진 감마 파와 알파 파의 주요 파워 스펙트럼(power spectrum)에서 10-20% 증가된 범위에서 LED의 깜빡임을 조절하여 자극함으로서 진동(oscillation)을 회복시켜 줄 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 헤드셋은 도 3에서와 같이 두부를 내측으로 위치시켜 감쌀 수 있는 헬멧 형태를 갖고, 헤드셋 본체(100)의 내부에 외측 두정엽(dorsolateral parietal lobe)과 전두엽(frontal lobe)과 내측 두정엽(medial parietal lobe) 등을 자극하기 위한 광 자극 수단들(120a)(120b)(120c)(120d)이 구비되고, 내측 측두엽(medial temporal lobe)을 자극하기 위한 비강내 적외선 LED 프로브(110)가 헤드셋 본체(100)에 연결되어 구성된다.
여기서, 광 자극 수단들(120a)(120b)(120c)(120d)은 각 설치 영역에서 각각 조사 방향이 다른 LED들이 1열 또는 다중열로 배열될 수 있고, 이와 같이 배열된 복수개의 LED들 중에서 특정 개수 또는 특정 위치의 LED를 선택하여 빛을 정확하게 표적 부위에 조사하는 것이 가능하도록 구성된다.
본 발명은 특정 개수 또는 특정 위치의 LED를 선택하기 위하여, 알츠하이머병 억제 및 치료를 위한 진단 과정에서 획득된 영상 자료를 분석하여 환자의 두상 형태, 두상 크기, 자극이 필요한 위치 정보들을 추출하여 이를 기준으로 광 자극 수단들을 선택 제어할 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋은 알츠하이머병의 뇌내 병리 위치와 디폴트 모드 네트워크(default mode network)를 고려하여 광 자극 수단들의 위치를 선정하고, 알츠하이머병 환자의 정량뇌파에서 얻어진 감소된 감마 파(gamma wave)와 알파 파(alpha wave)의 진동을 증가시킬 수 있도록 10-20% 범위에서 증가된 감마와 알파 주파수의 깜빡임을 제공할 수 있도록 광 조절 헤드셋(photic modulation headset)을 구성한 것이다.
40Hz로 깜빡이는 적외선은 알츠하이머병의 병리기전의 주요 원인인 베타-아밀로이드(beta-amyloid)의 대사에 영향을 줄 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋의 사용에 의해 알츠하이머병의 병리기전과 인지기능의 개선의 효과를 기대할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋의 세부 회로 구성을 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋의 회로 구성도이다.
본 발명에 따른 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋은 알츠하이머병 환자의 정량뇌파에서 얻어진 감소된 감마 파(gamma wave)와 알파 파(alpha wave)의 진동을 증가시킬 수 있도록 감마와 알파 주파수의 깜빡임을 제공하기 위한 제어를 하는 광치료 제어부(40)와, 광치료 제어부(40)의 제어에 의해 광치료를 위하여 표적 부위에 조사하기 위한 빛을 조사하는 치료광 조사부(41)와, 감마와 알파 주파수의 깜빡임을 일정 범위에서 조절하는 파장 조절 수단(43)과, 파장 조절 수단(43)에 의해 조절된 범위의 감마와 알파 주파수의 깜빡임을 광치료 제어부(40)의 제어에 의해 선택된 표적 부위에 조사하는 광 자극 수단들(44)(45)(46)(47)을 포함한다.
여기서, 광 자극 수단들중에서 내측 측두엽 자극부(44)는 내측 측두엽(medial temporal lobe)을 자극하기 위한 비강내 적외선 LED 프로브이다.
그리고 광 자극 수단들은 외측 두정엽(dorsolateral parietal lobe)과 전두엽(frontal lobe)과 내측 두정엽(medial parietal lobe) 등을 자극하기 위한 외측 두정엽 자극부(45),외측 전두엽 자극부(46),내측 두정엽 자극부(47)를 포함한다.
본 발명에 따른 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋은 치료광 조사를 위한 광원을 위한 전원 공급부(42)가 내장되어 사용자의 편리성을 높인다.
그리고 광치료 제어부(40)는 환자의 뇌파 변화 데이터 및 사용시간 데이터 등을 이용하여 환자 상태 개선 정도의 추이를 추적하여 치료 효과를 높일 수 있는 방향으로 광치료 제어를 수행하도록 하는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋은 감마와 알파 주파수의 깜빡임으로 전환이 가능한 적외선(810nm) LED를 구비한다.
파장 조절 수단(43)에 의해 감마 파(gamma wave)의 깜빡임은 30-40Hz내에서 알파 파(alpha wave)의 깜빡임은 8-12Hz 범위에서 조절할 수 있다.
그리고 해마를 포함한 내측 측두엽(medial temporal lobe)을 자극할 수 있도록 비강(鼻腔)내에 위치할 비강내 적외선 LED 프로브는 ~80mW의 조사 세기를 갖고, 외측 두정엽(dorsolateral parietal lobe)과 전두엽 (frontal lobe)과 내측 두정엽(medial parietal lobe)을 자극하는 광 자극 수단들은 ~100mW의 조사 세기를 갖는 것이 바람직하다.
이와 같은 본 발명에 따른 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋은 알츠하이머병의 병리기전의 이론적 배경과 개념을 바탕으로 광자극의 대뇌의 위치를 선정하고, 개별 환자의 뇌파를 반영하여 적외선의 깜빡임 자극의 빈도를 조절하여, 알츠하이머병 치료를 위한 photic modulation을 효과적으로 수행할 수 있도록 한 것이다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋은 감마(gamma)(40Hz)와 알파(alpha)(10Hz) 깜빡임이 가능한 적외선(810nm) LED를 갖는 비강(鼻腔)내에 위치하는 비강 프로브(nasal probe)를 통하여 해마를 포함한 내측 측두엽(medial temporal lobe)을 효과적으로 자극할 수 있도록 한 것이다.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
40. 광치료 제어부 41. 치료광 조사부
42. 전원 공급부 43. 파장 조절 수단
44. 내측 측두엽 자극부 45. 외측 두정엽 자극부
46. 외측 전두엽 자극부 47. 내측 두정엽 자극부
42. 전원 공급부 43. 파장 조절 수단
44. 내측 측두엽 자극부 45. 외측 두정엽 자극부
46. 외측 전두엽 자극부 47. 내측 두정엽 자극부
Claims (10)
- 개체의 최소한 하나의 뇌 영역에서 동기화된 감마 진동과 알파 진동을 선택적으로 유도하기 위한 광 자극 수단들;을 구비하고,
상기 광 자극 수단들은 해마를 포함한 내측 측두엽(medial temporal lobe)을 자극할 수 있도록 비강(鼻腔)내에 위치할 비강내 적외선 LED 프로브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋. - 제 1 항에 있어서, 상기 광 자극 수단들은,
외측 두정엽(dorsolateral parietal lobe) 또는 전두엽 (frontal lobe) 또는 내측 두정엽(medial parietal lobe)을 자극하는 위치에 각각 구성되는 광 자극 수단들을 포함하는 것을 특징으로 하는 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 광 자극 수단들 중에서 비강내 적외선 LED 프로브는 ~80mW의 조사 세기를 갖고,
외측 두정엽(dorsolateral parietal lobe) 또는 전두엽 (frontal lobe) 또는 내측 두정엽(medial parietal lobe)을 자극하는 위치에 각각 구성되는 광 자극 수단들은 ~100mW의 조사 세기를 갖는 것을 특징으로 하는 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋. - 제 1 항에 있어서, 상기 광 자극 수단들은,
감마와 알파 주파수의 깜빡임으로 전환이 가능한 적외선(810nm) LED를 구비하고,
파장 조절 수단에 의해 감마 파(gamma wave)의 깜빡임은 30-40Hz내에서 알파 파(alpha wave)의 깜빡임은 8-12Hz 범위에서 조절하는 것을 특징으로 하는 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋. - 알츠하이머병 환자의 정량뇌파에서 얻어진 감소된 감마 파(gamma wave)와 알파 파(alpha wave)의 진동을 증가시킬 수 있도록 감마와 알파 주파수의 깜빡임을 제공하기 위한 제어를 하는 광치료 제어부;
광치료 제어부의 제어에 의해 광치료를 위하여 표적 부위에 조사하기 위한 빛을 조사하는 치료광 조사부;
감마와 알파 주파수의 깜빡임을 일정 범위에서 조절하는 파장 조절 수단;
파장 조절 수단에 의해 조절된 범위의 감마와 알파 주파수의 깜빡임을 광치료 제어부의 제어에 의해 선택된 표적 부위에 조사하는 광 자극 수단들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋. - 제 5 항에 있어서, 광 자극 수단들은,
해마를 포함한 내측 측두엽(medial temporal lobe)을 자극할 수 있도록 비강(鼻腔)내에 위치할 비강내 적외선 LED 프로브와,
외측 두정엽(dorsolateral parietal lobe) 또는 전두엽 (frontal lobe) 또는 내측 두정엽(medial parietal lobe)을 자극하는 위치에 각각 구성되는 광 자극 수단들을 포함하는 것을 특징으로 하는 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋. - 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 감마 파(gamma wave)와 알파 파(alpha wave)의 진동(oscillations)이 감소되어 있는 알츠하이머병 환자의 정량뇌파측정(quantitative EEG)으로 얻어진,
감마 파와 알파 파의 파워 스펙트럼(power spectrum)에서 10-20% 증가된 범위에서 광 자극 수단의 LED의 깜빡임을 조절하여 자극하여 진동(oscillation)이 회복되도록 하는 것을 특징으로 하는 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋. - 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 광치료 헤드셋은,
두부를 내측으로 위치시켜 감쌀 수 있는 헬멧 형태를 갖고, 헤드셋 본체의 내부에 외측 두정엽(dorsolateral parietal lobe)과 전두엽(frontal lobe)과 내측 두정엽(medial parietal lobe) 등을 자극하기 위한 광 자극 수단들 및 전원 공급 수단이 구비되고,
내측 측두엽(medial temporal lobe)을 자극하기 위한 비강내 적외선 LED 프로브가 헤드셋 본체에 연결되어 구성되는 것을 특징으로 하는 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋. - 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 광 자극 수단들은 각 영역에서 각각 조사 방향 및 조사 세기가 다른 복수 개의 LED들이 1열 또는 다중열로 배열되고,
배열된 복수개의 LED들 중에서 특정 개수 또는 특정 위치의 LED를 선택하여 빛을 표적 부위에 조사하는 것을 특징으로 하는 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋. - 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 광 자극 수단들은 각각의 영역에서 복수 개의 LED를 갖고,
특정 개수 또는 특정 위치의 LED를 선택하기 위하여 알츠하이머병 억제 및 치료를 위한 진단 과정에서 획득된 영상 자료를 분석하여 환자의 두상 형태, 두상 크기, 자극이 필요한 위치 정보들을 추출하여 이를 기준으로 특정 개수 또는 특정 위치의 LED를 선택하는 것을 특징으로 하는 알츠하이머병 환자를 위한 광치료 헤드셋.
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