KR20230069846A - 신경 세포 무선 모니터링 방법, 장치 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
구체적으로는 인체 내부에 삽입되는 베이스 장치로 무선 전력 전송을 통해 전력을 제공하고, 상기 베이스 장치에서 밀리미터파를 이용하여 신경 세포에 구비되는 신경 세포단 장치로 전력을 전달하며, 상기 신경 세포단 장치에서 상기 신경 세포의 생체 전기 신호를 감지하여 상기 베이스 장치로 전송하거나, 상기 신경 세포에 대한 신경 자극을 수행할 수 있도록 하는 신경 세포 무선 모니터링 방법, 장치 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명에서는, 인체 내부에 삽입되어 무선 전력 전송 장치로부터 무선 전송되는 전력을 수신하는 베이스 장치에 있어서, 상기 무선 전력 전송 장치로부터 무선 전송되는 전력을 수신하는 무선 전력 수신부; 및 신경 세포에 구비되어 생체 전기 신호를 감지하여 상기 베이스 장치로 전송하거나 상기 신경 세포에 대한 신경 자극을 수행하는 신경 세포단 장치로 전력을 전달하는 무선 전력 전달부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 베이스 장치를 개시한다.
본 발명에서는, 인체 내부에 삽입되어 무선 전력 전송 장치로부터 무선 전송되는 전력을 수신하는 베이스 장치에 있어서, 상기 무선 전력 전송 장치로부터 무선 전송되는 전력을 수신하는 무선 전력 수신부; 및 신경 세포에 구비되어 생체 전기 신호를 감지하여 상기 베이스 장치로 전송하거나 상기 신경 세포에 대한 신경 자극을 수행하는 신경 세포단 장치로 전력을 전달하는 무선 전력 전달부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 베이스 장치를 개시한다.
Description
본 발명은 신경 세포 무선 모니터링 방법, 장치 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 인체 내부에 삽입되는 베이스 장치로 무선 전력 전송을 통해 전력을 제공하고, 상기 베이스 장치에서 전자기파를 이용하여 무선으로 신경 세포에 구비되는 신경 세포단 장치로 전력과 정보를 전달하거나, 상기 신경 세포단 장치에서 상기 신경 세포의 생체 전기 신호를 감지하여 상기 베이스 장치로 전송하고 저장되며, 상기 신경 세포에 대한 신경 자극 및 이상 신경 세포에서 유기된 전기 신호를 정상 신경 세포로 이동시켜 처리할 수 있도록 하는 신경 세포 무선 모니터링 방법, 장치 및 시스템에 관한 것이다.
최근 평균 수명이 늘어나고 치매, 알츠하이머 등과 같은 신경 질환이 증가하면서 이를 진단하고 치료하기 위한 방안에 대한 관심이 증가하고 있다.
보다 구체적으로, 도 1의 (a)에서 볼 수 있는 바와 같이, 인간이 듣고, 보고, 느끼는 것은 신경계를 이루는 단위인 신경 세포(neuron)을 통하여 뇌에 저장되게 되며, 이때 인간의 기억 메카니즘에는 감각 기억(Sensory memory), 단기 기억(short term memory), 장기 기억(long term memory)이 포함된다.
여기서, 상기 감각 기억은 우리가 보고 듣는 감각에 관한 기억으로서, 감각 기억은 보고 듣는 순간에 기억되어 아주 짧은 시간에만 지속될 수 있다.
반면, 상기 단기 기억은 대략 수초 동안 지속될 수 있으며, 대략 한 번에 적게는 5개에서 많게는 9개까지 기억할 수 있다.
상기 감각 기억에서의 정보의 중요도를 뇌가 판단한 후, 중요한 정보는 상기 단기 기억과 장기 기억에 저장될 수 있으며, 이러한 정보의 이동 및 저장은 상기 신경 세포(neuron)를 통하여 이루어지게 된다.
인간의 뇌에서 장기 기억은 거대한 데이터 베이스 네트워크와 같다. 이와 관련하여, 기억 및 인지 장애가 발생하는 경우는 기억 장치의 오류로 볼 수 있으며, 즉 단기 기억 장치에서 장기 기억 장치로의 정보 전달이 제대로 되지 않거나(도 1의 (b)), 장기 기억 장치 부분의 뇌 기능의 손상으로 기억이 사라지는 경우라고 할 수 있다(도 1의 (c)).
이때, 단기 기억에서 장기 기억으로 정보를 전달하고, 저장하는 과정은 매우 작은 신경의 단위에서 발생한다. 그러나, 단기 기억에서 장기 기억으로의 정보 전달 과정에 장애가 발생하거나 장기 기억이 손실되는 경우, 일상 생활에 있어 큰 문제를 초래할 수 있으며, 대표적인 것이 알츠하이머 치매와 같은 퇴행성 뇌질환이다.
따라서, 뇌에서 파괴된 정보 전달 과정을 복원하거나, 손상된 뇌 기능을 복원하는 것은 건강한 삶을 위해 매우 중요하다.
또한, 신경 세포는 생체 전기신호를 통하여 뇌 기능의 제어뿐만 아니라, 다양한 생체 조직의 기능을 제어하게 되며, 예를 들어 위를 수축하여 소화 기능을 수행하거나, 인슐린을 규칙적으로 분비하여 혈당을 조절하도록 할 수 있다.
나아가, 최근에는 체내에서 생체 전기 신호를 모니터링하거나, 망가진 생체 전기 신호를 조절하여, 생체 기능이 정상적으로 동작하도록 하기 위한 다양한 기술이 활발하게 연구되고 있다.
이와 관련하여, 신경 세포(neuron) 수준에서 생체 전기 신호를 측정하여 모니터링할 수 있으며, 필요에 따라 적절한 전기 신호로 신경 자극을 수행하여, 퇴행성 뇌질환 등으로 인한 뇌 기능 손상을 개선하고 신경 조직의 오류로 인한 다양한 만성 질환의 진단과 치료를 수행할 수 있는 기술에 대한 요구가 지속되고 있으나, 아직 이에 대한 적절한 해법이 제시되지 못하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 신경 세포 수준에서 생체 전기 신호를 측정하여 모니터링할 수 있으며, 필요에 따라 적절한 전기 신호로 신경 자극을 수행하거나, 이상 뇌 세포에 저장될 전기 신호를 정상 뇌 세포로 이동하여 저장함으로서, 퇴행성 뇌 질환에 의한 뇌 기능 손상을 개선하고 신경 조직의 오류로 인한 다양한 만성 질환의 진단과 치료를 수행할 수 있는 신경 세포 무선 모니터링 방법, 장치 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그 외 본 발명의 세부적인 목적은 아래에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술 분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 방법, 장치 및 시스템에서는 직접 신경 세포의 전기 신호를 모니터링하고, 신경 세포에 직접 전기 자극하거나, 이상 뇌 세포에서 유기되는 전기 신호를 정상 뇌 세포에 이동하여 처리하도록 하는 방법을 제안한다.
이때, 신경 세포에 부착되는 신경 세포단 장치는 신경세포 핵을 내장할 수 있도록 구성될 수 있으며, 나아가 신경 세포의 전기적 자극을 위한 접촉식 또는 최소 침습형 전극과 전기 신호 모니터링을 위한 전극, 전력과 데이터 송수신을 위한 소형 안테나, 센서의 구동과 데이터 송수신 및 전력 수신을 제어하기 위한 전기 및 제어 회로부를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 신경 세포단 장치는 신경 세포 사이의 전기 신호의 이동을 위해서 베이스 장치를 이용할 수 있다. 즉, 망가지거나 비정상적인 이상 신경 세포에 부착된 제1 신경 세포단 장치로부터 모니터링된 전기 신호를 베이스 장치로 전송하여 저장하고, 저장된 전기 신호를 정상 신경 세포에 대응하는 제2 신경 세포단 장치로 전송하여 상기 전기 신호를 상기 정상 신경 세포로 전달할 수 있다.
특히, 신경 세포에 신경 세포단 장치를 부착하는 방법으로는, 모니터링이 필요한 위치에 직접 신경 세포단 장치를 부착하거나, 외부에서 자력 등을 이용하여 필요한 위치로 옮겨 부착하는 방법 등이 사용될 수 있다.
또한, 데이터 송수신과 전력 수신은 무선으로 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 장치는, 인체 내부에 삽입되어 무선 전력 전송 장치로부터 무선 전송되는 전력을 수신하는 베이스 장치에 있어서, 상기 무선 전력 전송 장치로부터 무선 전송되는 전력을 수신하는 무선 전력 수신부; 및 신경 세포에 구비되어 생체 전기 신호를 감지하여 상기 베이스 장치로 전송하거나 상기 신경 세포에 대한 신경 자극을 수행하는 신경 세포단 장치로 전력을 전달하는 무선 전력 전달부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 베이스 장치에서는, 상기 무선 전력 전송 장치로부터 전송된 전력을 저장해 두는 전력 저장부가 구비되어, 상기 전력 저장부에 저장된 전력을 상기 신경 세포단 장치로 무선으로 전달할 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 수신부에서는 전자기파를 이용하여 상기 무선 전력 전송 장치와 무선 전송 전송을 수행하고, 상기 무선 전력 전달부에서는 전자기파를 사용하여 상기 신경 세포단 장치로 전력을 전달할 수 있다.
여기서, 상기 전자기파 무선 전력 전송 방법으로서는 자기 결합을 이용한 자기 공진 방식 또는 수십 GHz 이상의 밀리미터파를 이용한 중단거리 전자기파 포커싱(focusing) 방식을 사용할 수 있다.
이때, 인체 외부에 위치한 상기 무선 전력 전송 장치는 상기 베이스 장치와 데이터 통신도 함께 수행할 수 있다. 이때, 수신된 전력은 상기 베이스 장치에 저장되거나, 상기 베이스 장치의 회로 구동을 위해서 사용될 수 있으며, 데이터 통신을 통한 정보는 신경 세포단 장치에 미리 정해진 규칙에 따라 전달될 수 있다.
나아가, 상기 무선 전력 전송 장치와 상기 베이스 장치 사이에는 다양한 정보들이 송수신될 수 있다. 예를 들어, 상기 무선 전력 전송 장치에서는 상기 베이스 장치에 대하여 전압, 전류, 충전 전압, 배터리 상태 정보, 신경 세포단 장치들에 대한 정보를 전달할 수 있다. 또한, 상기 무선 전력 전송 장치에서는 상기 베이스 장치에 보내는 전력 정보, 상기 신경 세포단 장치의 자극 정보 등 필요한 정보 등을 제공할 수 있으며, 상기 베이스 장치와 상기 신경 세포단 장치 사이에서는 상기 신경 세포단 장치에서 모니터링된 전압, 전류 등에 대한 정보와 함께, 상기 신경 세포단 장치의 상태 정보를 전달할 수 있다.
또한, 상기 베이스 장치에서는 주기적으로 신경 세포단 장치에 대한 정보를 요구할 수 있다. 이때, 상기 요구 시점에 상기 베이스 장치에서는 전력을 무선으로 상기 신경 세포단 장치로 보내고, 이에 따라 전력을 수신한 신경 세포단 장치에서는 회로를 동작시켜서 상기 베이스 장치에서 요청한 정보를 전송할 수 있다.
또한, 신경 세포에 부착된 신경 세포단 장치는 인체 내부에 삽입되는 베이스 장치에서 보내지는 제어 신호에 따라, 측정된 신호를 상기 베이스 장치로 보내거나, 사전에 정해진 규칙에 따라 신경 세포 자극을 수행할 수 있다.
또한, 상기 베이스 장치에는 상기 무선 전송된 전력을 수신하기 위한 코일과 전력 변환부가 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포단 장치는, 인체 내부에 삽입되는 베이스 장치로부터 전력을 수신하며 신경 세포에 구비되어 동작하는 신경 세포단 장치에 있어서, 상기 베이스 장치로부터 무선 전송되는 전력을 수신하는 안테나; 및 상기 신경 세포의 생체 전기 신호를 감지하여 상기 베이스 장치로 전송하거나, 상기 신경 세포에 대한 신경 자극을 수행하는 생체 전기 신호 센싱부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 신경 세포단 장치에서는, 상기 밀리미터파를 이용하여 상기 베이스 장치와 무선으로 데이터의 송수신도 수행할 수 있다.
또한, 상기 신경 세포단 장치에서, 상기 안테나는 상기 신경 세포보다 작은 크기로 구비될 수 있다.
이때, 상기 신경 세포단 장치에서, 상기 생체 전기 신호 센싱부는 상기 신경 세포에 접촉하여 생체 전기 신호를 감지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 중계 장치는, 무선 전송 전력을 중계하는 무선 전력 중계 장치에 있어서, 인체의 피부에 부착되어 상기 인체 외부의 무선 전력 전송 장치에서 상기 인체 내부에 삽입되는 베이스 장치로 무선 전송되는 전력을 중계하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템은, 인체 내부에 삽입되는 베이스 장치로 전력을 무선 전송하는 무선 전력 전송 장치; 상기 무선 전송되는 전력을 수신하여 신경 세포에 구비되는 신경 세포단 장치로 전력을 전달하는 베이스 장치; 및 상기 신경 세포의 생체 전기 신호를 감지하여 상기 베이스 장치로 전송하거나, 상기 신경 세포에 대한 신경 자극을 수행하는 신경 세포단 장치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 베이스 장치에는 전력을 저장하는 전력 저장부가 구비되어 상기 무선 전력 전송 장치로부터 전송된 전력을 저장해 두고, 상기 전력 저장부에 저장된 전력을 상기 신경 세포단 장치로 전달할 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 전송 장치에서는 자기 결합을 이용한 자기 공진 방식을 이용하여 상기 베이스 장치로 무선 전송 전송을 수행하고, 상기 베이스 장치에서는 밀리미터파를 사용하여 상기 신경 세포단 장치로 전력을 전달할 수 있다.
또한, 상기 베이스 장치와 상기 신경 세포단 장치에서는, 상기 밀리미터파를 이용하여 무선으로 데이터의 송수신도 수행할 수 있다.
이때, 상기 신경 세포단 장치에는, 상기 신경 세포보다 작은 크기의 안테나가 구비되어 상기 밀리미터파를 송수신할 수 있다.
또한, 상기 신경 세포단 장치에는, 상기 신경 세포에 접촉하여 생체 전기 신호를 감지하는 생체 전기 신호 센싱부가 구비될 수 있다.
또한, 상기 베이스 장치에는, 상기 무선 전송된 전력을 수신하기 위한 코일과 전력 변환부가 구비될 수 있다.
또한, 상기 신경 세포 무선 모니터링 시스템은, 상기 인체에 부착되어 상기 무선 전력 전송 장치와 상기 베이스 장치 사이에서 무선 전력 전송을 중계하는 전력 중계 장치를 더 포함할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링, 제어 방법, 장치 및 시스템에서는, 신경 세포 수준에서 생체 전기 신호를 측정하여 모니터링할 수 있으며, 필요에 따라 적절한 전기 신호로 신경 자극을 수행하거나, 이상 뇌 세포에 저장될 전기 신호를 정상 뇌 세포로 이동하여 저장함으로서, 알츠하이머 치매 등과 같은 퇴행성 뇌 질환으로 인한 뇌 기능 손상을 개선하고 신경 조직의 오류로 인한 다양한 만성 질환의 진단과 치료를 수행할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링, 제어 방법, 장치 및 시스템에서는, 감각 기억과 단기 기억에서의 정보 전달 과정에서의 장애 또는 손실을 해결하거나, 장기 기억에서의 정보 저장 장애를 해결할 수 하여, 치매 등 퇴행성 뇌질환으로 뇌 기능 손상을 개선할 수 있으며, 나아가 신경 조직의 오류로 인한 다양한 만성 질환의 진단 및 치료에도 적용할 수 있게 된다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과는 본 명세서에 기재된 내용으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시 예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 인간의 뇌에서 기억을 처리하는 메카니즘을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템의 구성을 예시하는 블록도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 인체 삽입 장치에 대한 무선 전력 전송 및 동작을 예시하는 도면이다.
도 4와 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템에서의 무선 전력 전송 및 동작을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템에서의 신경 세포단 장치를 예시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 장치의 구성을 예시하는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포단 장치의 구성을 예시하는 블록도이다.
도 1은 인간의 뇌에서 기억을 처리하는 메카니즘을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템의 구성을 예시하는 블록도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 인체 삽입 장치에 대한 무선 전력 전송 및 동작을 예시하는 도면이다.
도 4와 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템에서의 무선 전력 전송 및 동작을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템에서의 신경 세포단 장치를 예시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 장치의 구성을 예시하는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포단 장치의 구성을 예시하는 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명확해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 개념을 적절하게 정의한 것으로 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 하며, 단지 실시예들을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
구성요소들에 참조 부호를 부여함에 있어, 참조 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함을 고려하여 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니며, 소프트웨어 또는 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다.
본 발명의 구성요소를 설명하는데 있어서, 단수 형태로 구성요소가 표현되는 경우 특별히 언급하지 않는 한 그 구성요소가 복수 형태도 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, "제1", "제2", 등의 용어는, 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되는 경우, 구성요소와 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 연결될 수도 있다는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
먼저, 도 2에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템(100)의 구성을 예시하고 있다.
이때, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 방법, 장치 및 시스템에서는 직접 신경 세포의 전기 신호를 모니터링하고, 신경 세포에 직접 전기 자극하거나, 이상 뇌 세포에서 유기되는 전기 신호를 정상 뇌 세포에 이동하여 처리하도록 할 수 있게 된다.
이때, 신경 세포에 부착되는 신경 세포단 장치(120)는 신경세포 핵을 내장할 수 있도록 구성될 수 있으며, 나아가 신경 세포의 전기적 자극을 위한 접촉식 또는 최소 침습형 전극과 전기 신호 모니터링을 위한 전극, 전력과 데이터 송수신을 위한 소형의 안테나(121), 센서의 구동과 데이터 송수신 및 전력 수신을 제어하기 위한 전기 및 제어 회로부를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 신경 세포단 장치(120)는 신경 세포 사이의 전기 신호의 이동을 위해서 베이스 장치(130)를 이용할 수 있다. 즉, 망가지거나 비정상적인 이상 신경 세포에 부착된 제1 신경 세포단 장치(120a)로부터 모니터링된 전기 신호를 베이스 장치(130)로 전송하여 저장하고, 상기 베이스 장치(130)에서는 저장된 전기 신호를 정상 신경 세포에 대응하는 제2 신경 세포단 장치(120b)로 전송하여 상기 전기 신호를 상기 정상 신경 세포로 전달할 수 있다.
특히, 신경 세포에 신경 세포단 장치(120)를 부착하는 방법으로는, 모니터링이 필요한 위치에 직접 신경 세포단 장치(120)를 부착하거나, 외부에서 자력 등을 이용하여 필요한 위치로 옮겨 부착하는 방법 등이 사용될 수 있다.
또한, 데이터 송수신과 전력 수신은 무선으로 수행될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템(100)은, 인체 내부에 삽입되는 베이스 장치(130)로 전력을 무선 전송하는 무선 전력 전송 장치(110), 상기 무선 전송되는 전력을 수신하며, 신경 세포에 구비되는 신경 세포단 장치(120)로 전력을 전달하는 베이스 장치(120) 및 상기 신경 세포의 생체 전기 신호를 감지하여 상기 베이스 장치(130)로 전송하거나, 상기 신경 세포에 대한 신경 자극을 수행하는 신경 세포단 장치(120)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 베이스 장치(130)에는 전력을 저장하는 전력 저장부(131c)가 구비되어 상기 무선 전력 전송 장치(110)로부터 전송된 전력을 저장해 두고, 상기 전력 저장부(131c)에 저장된 전력을 상기 신경 세포단 장치(120)로 무선으로 전달할 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 전송 장치(110)에서는 전자기파를 이용하여 상기 베이스 장치(130)로 무선 전송 전송을 수행하고, 상기 베이스 장치(130)에서는 전자기파를 사용하여 상기 신경 세포단 장치(120)로 전력을 전달할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 전자기파를 이용한 무선 전력 전송 방법으로서는 자기 결합을 이용한 자기 공진 방식 방식 또는 수십 GHz 이상의 밀리미터파를 이용한 중단거리 전자기파 포커싱(focusing) 방식을 사용할 수 있다.
이때, 상기 베이스 장치(130)와 상기 신경 세포단 장치(120)에서는, 상기 밀리미터파 등 전자기파를 이용하여 무선으로 데이터의 송수신도 수행할 수 있다.
또한, 상기 신경 세포단 장치(120)에는, 상기 신경 세포보다 작은 크기의 안테나(121)가 구비되어 상기 밀리미터파 등 전자기파를 송수신할 수 있다.
또한, 인체 외부에 위치한 상기 무선 전력 전송 장치(110)는 상기 베이스 장치(130)와 데이터 통신도 함께 수행할 수 있다.
이때, 수신된 전력은 상기 베이스 장치(130)에 저장되거나, 상기 베이스 장치(130)의 회로 구동을 위해서 사용될 수 있으며, 또한 데이터 통신을 통해 전송된 정보는 상기 신경 세포단 장치(120)로 미리 정해진 규칙에 따라 전달될 수 있다.
나아가, 상기 무선 전력 전송 장치(110)와 상기 베이스 장치(130) 사이에는 다양한 정보들이 송수신될 수 있다. 예를 들어, 상기 무선 전력 전송 장치(110)에서는 상기 베이스 장치(130)에 대하여 전압, 전류, 충전 전압, 배터리 상태 정보, 신경 세포단 장치(120)들에 대한 정보를 전달할 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 전송 장치(110)에서는 상기 베이스 장치(130)에 보내는 전력 정보, 상기 신경 세포단 장치(120)에서의 자극 정보 등 필요한 정보 등을 제공할 수 있으며, 상기 베이스 장치(130)와 상기 신경 세포단 장치(120) 사이에서는 상기 신경 세포단 장치(120)에서 모니터링된 전압, 전류 등에 대한 정보와 함께, 상기 신경 세포단 장치(120)의 상태 정보를 전달할 수 있다.
또한, 상기 베이스 장치(130)에서는 주기적으로 상기 신경 세포단 장치(120)에 대한 정보를 요구할 수 있다. 이때, 상기 요구 시점에 상기 베이스 장치(130)에서는 전력을 무선으로 상기 신경 세포단 장치(120)로 보내고, 이에 따라 전력을 수신한 신경 세포단 장치(120)에서는 회로를 동작시켜서 상기 베이스 장치(130)에서 요청한 정보를 전송할 수 있다.
또한, 신경 세포에 부착된 신경 세포단 장치(120)는 인체 내부에 삽입되는 베이스 장치(130)에서 보내지는 제어 신호에 따라, 측정된 신호를 상기 베이스 장치(130)로 보내거나, 사전에 정해진 규칙에 따라 신경 세포 자극을 수행할 수 있다.
나아가, 상기 베이스 장치(130)에는, 상기 무선 전송된 전력을 수신하기 위한 코일과 전력 변환부(131b)가 구비될 수 있다.
또한, 상기 신경 세포단 장치(120)에는, 상기 신경 세포에 접촉하거나 최소 침습하는 전극을 통해 생체 전기 신호를 감지하는 생체 전기 신호 센싱부(122)가 구비될 수 있다.
또한, 상기 신경 세포 무선 모니터링 시스템(100)에는 상기 인체에 부착되어 상기 무선 전력 전송 장치(110)와 상기 베이스 장치(130) 사이에서 무선 전력 전송을 중계하는 전력 중계 장치(140)가 더 포함될 수 있다.
또한, 상기 신경 세포단 장치(120)는 신경 세포 핵을 내장할 수 있도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 신경 세포 무선 모니터링 시스템(100)에서는, 이상 신경 세포에 부착된 제1 신경 세포단 장치(120a)로부터 모니터링된 전기 신호가 상기 베이스 장치(130)로 전송되고, 상기 베이스 장치(130)에서는 상기 전송된 전기 신호를 정상 신경 세포에 대응하는 제2 신경 세포단 장치(120b)로 전송하여 전달할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링, 제어 방법, 장치 및 시스템에서는, 신경 세포 수준에서 생체 전기 신호를 측정하여 모니터링할 수 있으며, 필요에 따라 적절한 전기 신호로 신경 자극을 수행하여, 치매 등으로 인한 뇌 기능 손상을 개선하고 신경 조직의 오류로 인한 다양한 만성 질환의 진단과 치료를 수행할 수 있게 된다.
이하, 본 발명에 따른 신경 세포 무선 모니터링 방법, 장치 및 시스템의 예시적인 실시형태들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
보다 구체적으로, 종래에는 통상적으로 도 1의 (c) 또는 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 뇌 등 생체 내에 삽입되는 장치로 전력을 전송하기 위해서 무선 전력 전송 방식으로 외부에서 직접 임플란트 기기나 센서 등의 장치에 전력을 전달하는 방식을 사용하였다.
또한, 종래에는 통상적으로 뇌의 신경 특성을 확인하기 위해서는 인체 외부에서 자기 공명 영상 장치(MRI)나 뇌파도 측정 기기(EEG) 등을 사용하는 수준에 그쳤다.
이에 따라, 종래에는 뇌의 신경 세포에서 유기되는 생체 전기 신호를 직접 모니터링하거나, 상기 신경 세포에 대한 신경 자극을 통해 치료를 수행하는 기술의 구현에는 이르지 못하여, 뇌의 신경 세포에 대한 생체 전기 신호의 직접 감지를 통한 정확한 진단 및 효과적인 치료에는 이르지 못하는 기술적 한계가 따랐다.
이에 대하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 방법, 장치 및 시스템에서는, 신경 세포(neuron)에 유기되는 생체 전기 신호를 측정하여 모니터링할 수 있으며, 필요에 따라 적절한 전기 신호를 자극하여, 치매 등 퇴행성 뇌질환으로 인한 뇌 기능 손상을 개선하고, 나아가 신경 조직의 오류로 인한 다양한 만성 질환의 진단 및 치료를 효과적으로 수행할 수 있게 된다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 방법, 장치 및 시스템에서는, 환자의 신경 세포를 자극하거나, 신경 세포의 상태를 모니터링하는 기술에 관한 것으로서, 예를 들어 신경 자극을 통하여 환자의 단기 기억을 장기 기억으로 저장할 수 있도록 하거나, 신경 세포 자극을 통하여 우울증, 인지장애, 이명 등의 다양한 질환 치료에 적용할 수 있으며, 나아가 신경 세포의 전기적 상태 모니터링을 통하여, 환자의 정신 상태, 질환의 원인 등에 대한 정보를 산출할 수 있게 된다.
그런데, 이를 구현하기 위해서는, 위와 같은 신경 세포에 대한 모니터링 또는 전기 자극을 위한 센서 및 장치가 필요하고, 나아가 상기 센서 및 장치의 구동을 위한 전력이 요구되므로, 본 발명에서는 상기 전력을 인체 내부에 위치하는 센서 및 장치로 무선으로 전송할 수 있게 된다.
이때, 상기 센서 및 장치는 매우 작게 구현되어 신경 세포에 부착될 수 있으며, 보다 구체적으로 상기 센서 및 장치에는 전기 신호를 모니터링하거나 전기 자극을 수행하기 위한 전극, 상기 전극을 구동하기 위한 구동 회로, 상기 전극의 안정적인 동작 및 제어를 수행하기 위한 제어 회로, 외부로부터 데이터를 송수신하는 무선 통신 회로, 및 전력 공급을 위한 정류 회로 및 변환 회로가 구비될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 방법, 장치 및 시스템에서는, 감각 기억과 단기 기억에서의 정보 전달 과정에서의 장애 또는 손실을 해결하거나, 장기 기억에서의 정보 저장 장애를 해결할 수 하여, 치매 등 퇴행성 뇌질환으로 뇌 기능 손상을 개선할 수 있으며, 나아가 신경 조직의 오류로 인한 다양한 만성 질환의 진단 및 치료에도 적용할 수 있게 된다.
보다 구체적으로 도 4에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템(100)의 구조 및 동작을 도시하고 있다.
도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템(100)은, 인체 내부에 삽입되는 베이스(base) 장치(130)로 전력을 무선 전송하는 전력 전송 장치(110), 상기 무선 전송되는 전력을 수신하여 변환해 저장하는 전력 변환 및 저장 장치(131)와, 마이크로파를 이용하여 생체 세포(neuron)에 구비되는 신경 세포단 장치(120)로 무선 통신을 수행하고 전력을 전달하는 무선 전력 전달부(132)를 포함하는 베이스 장치(130) 및 상기 생체 세포(neuron)에 구비되어 상기 생체 세포(neuron)의 생체 전기 신호를 모니터링하여 상기 베이스 장치(130)로 전송하거나 상기 생체 세포(neuron)에 대한 신경 자극을 수행하는 신경 세포단 장치(120)를 포함하여 구성될 수 있다.
나아가, 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템(100)에는, 상기 전력 전송 장치(110)에서 무선 전송되는 전력을 수신하여 상기 베이스 장치(130)로 중계하는 전력 중계 장치(140)를 더 포함할 수도 있다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템(100)을 보다 자세하게 살핀다.
최근, RFID 기술 등을 기반으로 하여 신경 세포의 특성을 분석하거나 신경 세포에 대한 모니터링하고 치료를 수행하기 위한 다양한 기술적 시도가 이루어지고 있다.
그런데, 이를 위해서는 신경 세포(neuron)에 실장할 수 있도록 세포 수준의 작은 크기의 안테나를 가지는 센서가 필요하게 되며, 또한 신경 세포(neuron)의 구조에 맞도록 최적화된 무선 센서가 필수적으로 요구된다.
나아가, 상기 센서가 신경 세포(neuron)의 동작에 방해를 주지 않으면서, 신경 세포(neuron)에서 유기되는 생체 전기 신호를 모니터링하고, 필요시 생체 전기를 자극할 수 있도록 하여 신경 치료까지 구현할 수 있도록 하는 방안이 요구되고 있다.
그런데, 일반적으로 신경 세포(neuron)의 세포핵을 포함한 크기는 20μm이하로 매우 작으며, 따라서 신경 세포(neuron)의 세포핵에 근접하게 배치되어 상기 신경 세포(neuron)의 생체 전기 신호를 모니터링하기 위해서는 안테나의 크기가 20μm보다 작아야 하는 제약이 따른다.
또한, 이를 위한 전자 회로 등을 동작시키면서, 신경 세포(neuron)의 생체 전기 신호를 모니터링하거나, 나아가 상기 모니터링된 생체 전기 신호를 기반으로 전기 신호를 인가하여 신경 치료를 수행할 수 있도록 하기 위해서는 전력이 요구되는데, 종래 기술에 따라 인체 내의 신경 세포(neuron)에 인접하여 구비되는 기기로 전력을 직접 전달하는 방식은 송신부와 수신부 사이의 거리가 멀고, 또한 전자파의 확산으로 인하여 전송 효율이 매우 낮다는 한계를 가진다.
또한, 본 발명에서는 전력을 수신하는 기기의 크기가 매우 작아야 하기 때문에 자기 결합 무선 전력 전송 방식은 효율이 떨어질 수 있다. 종래 기술에서는 위와 같이 대부분의 경우 외부에서 전력을 방사하거나 직접 결합을 시도하고 있으나, 수신 안테나가 매우 작아야 하므로 전송 효율이 매우 낮아지는 제약이 따르게 된다.
또한, 일반적으로 자기 결합 구조는 결합 효율이 고주파 방사 방식에 비해 높고 송수신 전송 거리 또한 길다. 반면, 고주파 방사 방식의 경우는 전송 거리가 멀어질수록 효율이 급격히 떨어지는 문제가 따른다. 특히, 고주파 방사 방식에서 밀리미터파를 사용할 경우에는 인체 내에 위치하는 수분에 의한 흡수로 인하여 전송 효율이 더욱 나빠질 수 있으며, 따라서 송신부과 수신부가 매우 가깝게 위치하도록 해야 하는 제약도 따른다.
이에 대하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템(100)에서는 생체 외부로부터 생체 내의 센서나 전자 회로를 위해, 생체 내에 전력을 저장하는 장치 또는 생체 외부로부터 전력을 효율적으로 수신할 수 있는 모듈을 구비할 수 있으며, 상기 모듈로 베이스(base) 장치(130)를 구성할 수 있다.
상기 베이스 장치(130)에서는 실제 신경 세포(neuron)의 생체 전기 신호를 모니터링하거나 제어하기 위하여 밀리미터파를 사용하여 여러 뉴런에 설치된 신경 세포단 장치(120)와 무선 통신을 수행하고, 또한 전력을 전송할 수 있다.
또한, 상기 베이스 장치(130)에서는 전력 저장을 위해 배터리 등 전력 저장부(131c)를 구비하여 외부로부터 수신된 전력을 저장하였다가, 밀리미터파를 송수신하는 무선 전력 전달부(132)로 전력을 공급할 수도 있으며, 나아가 다른 기능을 위한 임플란트 기기 등으로 유선으로 전력을 공급할 수도 있다.
또한, 상기 베이스 장치(130)에서는 외부로부터 전력을 직접 전달받을 수도 있으며, 나아가 상기 베이스 장치(130)에서는 외부와의 통신 기능을 내장할 수도 있다.
또한, 상기 베이스 장치(130)에서는 자기 결합을 이용한 자기 공진 방식의 무선 전력 전송을 위하여 코일 및 전력 변환 회로(131b)를 내장할 수도 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템(100)에서는 무선 전력 전송 방식으로 외부의 무선 전력 전송 장치(110)로부터 상기 베이스 장치(130)로 전력이 전송될 수 있으며, 외부로부터 고효율로 자기 공진 방식 또는 자기 결합 방식의 무선 전력 전송 기술을 기반으로 많은 전력을 상기 베이스 장치(130)로 효율적으로 전송할 수 있다.
이때, 수신된 전력은 상기 베이스 장치(130)에서 밀리미터파로 변환하여 전력을 상기 신경 세포단 장치(120)로 전송하는데 사용할 수 있다. 이에 따라, 상기 베이스(Base) 장치(130)에는 자기 결합을 위한 코일과 함께 밀리미터파 전송을 위한 소형 안테나가 구비될 수 있다.
또한, 상기 베이스 장치(130)에서는 상기 밀리미터파의 송신을 위한 안테나를 배열 구조로 구성하여, 특정한 위치의 신경 세포(neuron)에 대하여 전력을 집중하여 전송하거나, 데이터를 효율적으로 송수신 할 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템(100)에서, 전력의 전송 방식에 있어서는 외부의 무선 전력 전송 장치(110)로부터, 인체 내부의 센서나 장치로 전력을 직접 전송하지 않고, 상기 베이스 장치(130)를 통해 전력과 정보를 무선으로 전송할 수 있다.
또한, 상기 베이스 장치(130)에는 배터리 등 전력 저장부(131c)가 내장될 수 있으며, 상기 배터리 등 전력 저장부(131c)에 저장된 전력을 이용하여 생체 내에 위치하면서 전기가 필요한 다양한 센서나 장치로 전력을 전달할 수 있다.
또한, 상기 베이스 장치(130)에는 상기 신경 세포(neuron)에서 유기되는 생체 전기 신호를 감지하여 송수신하기 위한 매우 작은 크기의 안테나가 필요하게 된다.
이에 대하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템(100)에서는 밀리미터 대역의 전파를 이용한 무선 전력 전송 기술을 사용하여 매우 작은 크기의 안테나를 이용하면서도 효율적으로 전력 전송 및 데이터 송수신을 수행할 수 있다.
보다 구체적인 예를 들어, 도 6의 (b)에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템(100)에서는 신경 세포(neuron) 크기 수준의 안테나를 신경 세포(neuron)에 인접하여 부착하여, 상기 신경 세포(neuron)에서 유기되는 생체 전기 신호를 모니터링할 수 있다. 이때, 신경 세포(neuron)에 부착시키기 위한 방법으로는 종래 기술에 따른 다양한 방법이 사용될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 6의 (b)에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템(100)에서는, 루프 형태의 안테나(121)가 신경 세포에 밀착되는 구조로 구비될 수 있으며, 상기 안테나(121)의 크기는 상기 신경 세포에 밀착하여 배치될 수 있도록 매우 작게 구현되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 안테나(121)를 통하여 수신되는 전력은 상기 생체 전기 신호 센싱부(122)로 전달되어 제어 회로, 데이터 수집 회로, 통신 회로 등의 구동에 사용될 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템(100)에서는, 앞서 설명한 바와 같이 상기 안테나(121)의 크기가 매우 작은 크기로 제한되기 때문에, 외부로부 전력을 무선 전송할 경우에 결합 효율이 매우 떨어지게 되며, 나아가 송수신기 사이의 거리가 상대적으로 멀리 떨어지는 경우에도 효율이 떨어질 수 있다.
이에 대하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템(100)에서는, 인체 내부에 삽입되는 상기 베이스 장치(130)를 구비하게 되며, 이때 상기 베이스 장치(130)는 실제 타깃으로 하는 신경 세포 근처에 위치할 수 있고, 이에 따라 상기 신경 세포에 구비되는 신경 세포단 장치(120)로 효율적으로 전력을 전달할 수 있게 된다.
특히, 상기 베이스 장치(130)에는 상기 신경 세포단 장치(120)의 구동을 위한 충분한 용량의 배터리 등 전력 저장부(131c)가 구비될 수 있으며, 상기 베이스 장치(130)의 크기도 상기 신경 세포단 장치(120)보다 훨씬 크게 구현하는 것이 가능하므로, 전력의 전송 효율을 크게 증가시킬 수 있게 된다. 이에 따라, 상기 베이스 장치(130)에서는 상기 신경 세포단 장치(120)로 전력을 효율적으로 전달할 수 있으며, 상기 신경 세포단 장치(120)에서 센싱된 데이터를 수집하여 외부 기기로 전달할 수도 있으며, 나아가 신경 세포에 대한 전기 자극을 위한 정보를 외부로부터 전송받아 상기 신경 세포단 장치(120)로 전달할 수도 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예로서, 상기 신경 세포(neuron)의 세포핵에 전기 신호 모니터링과 전기 신호 전달을 위한 전극 만을 배치하고, 상기 신경 세포(neuron)의 주위에 나머지 전자 회로를 구현하는 것도 가능하다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템(100)에서는, 신경 세포(neuron)에서 발생되는 생체 전기 신호를 모니터링하기 위해서, 상기 신경 세포(neuron)에 접촉하도록 센서 전극 등 생체 전기 신호 센싱부(122)를 배치하여 생체 전기 신호를 검출하는 방식을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템(100)에서는, 생체 내에 배터리 등 전력 저장부(131c)를 두어 전력을 저장하고, 전력과 정보를 처리하기 위하여 필요한 전력을 다른 센서 등의 장치에 전달할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템(100)에서는, 생체 내로 전력을 효율적으로 전달하기 위해서, 피부 등 인체에 부착되는 중계 공진기 등을 이용한 전력 중계 장치(140)를 구비할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 5에서 볼 수 있는 바와 갈이, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템(100)에서는 상기 전력 중계 장치(140)를 통해 보다 효율적으로 전력을 전송할 수 있게 된다.
즉, 상기 전력 중계 장치(140)가 존재하지 않는 경우에는 상기 무선 전력 전송 장치(110)와 인체의 피부 사이에 공극이 위치하면서 반사 또는 손실 등으로 인해 효율이 떨어질 수 있으므로, 이를 극복하기 위하여 본 발명에서는 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 인체의 피부에 부착되는 전력 중계 장치(140)를 구비할 수 있으며, 이때 상기 전력 중계 장치(140)는 피부에 부착되기 때문에 상기 전력 중계 장치(140)로부터 상기 베이스 장치(130)로의 전력 전송 및 데이터 송수신이 보다 효율적으로 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템(100)에서는, 생체내 신경 세포에 장착되는 전자 회로 등으로 전력을 공급하기 위해서 자기 결합을 이용한 자기 공진 방식의 무선 전력 전송 기술을 이용하는 베이스 장치(130)를 활용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템(100)에서는, 밀리미터파를 이용하여 매우 작은 신경 세포에서의 생체 전기 신호의 모니터링 및 신경 자극 처치를 위한 전력과 정보를 신경 세포단 장치(120)로 전송할 수 있으며, 이를 위하여 인체에 삽입되는 베이스 장치(130)를 이용하여 상기 신경 세포단 장치(120)로 전력을 전송하거나 정보를 얻을 수 있다.
이때, 상기 베이스 장치(130)에서는 실제 신경 세포(neuron)의 생체 전기 신호를 모니터링하고 제어하기 위하여 밀리미터파를 사용하여 여러 신경 세포(neuron)에 구비되는 신경 세포단 장치(120)와 무선 통신을 수행하고 및 전력을 무선 전송할 수 있다.
또한, 상기 베이스 장치(130)에는 전력 저장을 위해 배터리 등 전력 저장부(131c)를 두고, 외부의 무선 전력 전송 장치(110)로부터 수신된 전력을 저장한 후, 밀리미터파를 통해 전력과 데이터를 송수신하는 무선 전력 전달부(132)로 전력을 공급할 수도 있으며, 나아가 다른 기능을 위한 임플란트 기기 등으로 유선 등으로 전력을 공급할 수도 있다
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템(100)에서는, 상기 베이스 장치(130)를 이용하여 생체내에 위치하는 다양한 신경 세포단 장치(120)와 기타 임플란트 기기로 전력을 공급할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템(100)에서는, 상기 베이스 장치(130)를 통해 신경 세포단 장치(120) 등으로 전력을 전달하도록 함으로써, 상기 신경 세포단 장치(120) 등에는 큰 용량의 배터리가 필요하지 않아 시스템이 작아질 수 있고, 나아가 장시간 구동도 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템(100)에서는, 상기 베이스 장치(130)를 통해 생체 외부의 무선 전력 전송 장치(110)와 무선 전력 전송을 수행함으로써 전력 전송 효율 등이 크게 개선될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템(100)에서는, 손상된 뇌 기능의 복원 등에도 적용할 수 있으며, 나아가 치매 및 기억 상실 등의 퇴행성 뇌질환 등의 치료에도 적용이 가능하다.
또한, 도 7에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 장치(130)의 구성도를 예시하고 있다.
도 7에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 장치(130)는, 무선 전력 수신부(131a), 전력 변환부(131b), 전력 저장부(131c), 무선 전력 전달부(132) 중 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다.
이어서, 아래에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 장치(130)를 각 구성요소 별로 나누어 살핀다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 장치(130)에 대한 보다 자세한 내용은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템(100)에 대한 설명으로부터 유추될 수 있는 바, 아래에서 보다 자세한 설명은 생략한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 장치(130)는, 인체 내부에 삽입되어 무선 전력 전송 장치(110)로부터 무선 전송되는 전력을 수신하는 베이스 장치(130)에 있어서, 상기 무선 전력 전송 장치(110)로부터 무선 전송되는 전력을 수신하는 무선 전력 수신부(131a) 및 고주파 방사(microwave radiation) 방식을 이용하여, 상기 신경 세포에 구비되어 생체 전기 신호를 감지하여 상기 베이스 장치(130)로 전송하거나, 상기 신경 세포에 대한 신경 자극을 수행하는 신경 세포단 장치(120)로 전력을 전달하는 무선 전력 전달부(132)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 베이스 장치(130)에서는, 상기 무선 전력 전송 장치(110)로부터 전송된 전력을 저장해 두는 배터리 등 전력 저장부(131c)가 구비되어, 상기 배터리 등 전력 저장부(131c)에 저장된 전력을 상기 신경 세포단 장치(120)로 전달할 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 수신부(131a)에서는 자기 결합을 이용한 자기 공진 방식을 이용하여 상기 무선 전력 전송 장치(110)와 무선 전송 전송을 수행하고, 상기 무선 전력 전달부(132)에서는 밀리미터파를 사용하여 상기 신경 세포단 장치(120)로 전력을 전달할 수 있다.
이때, 상기 베이스 장치(130)에서는, 상기 밀리미터파를 이용하여 상기 신경 세포단 장치(120)와 무선으로 데이터의 송수신을 수행할 수 있다.
나아가, 상기 베이스 장치(130)에는, 상기 무선 전송된 전력을 수신하기 위한 코일과 전력 변환부(131b)가 구비될 수 있다.
또한, 도 8에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포단 장치(120)의 구성도를 예시하고 있다.
도 8에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포단 장치(120)는, 안테나(121)와 생체 전기 신호 센싱부(122)를 포함하여 구성될 수 있다.
이어서, 아래에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포단 장치(120)를 각 구성요소 별로 나누어 살핀다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포단 장치(120)에 대한 보다 자세한 내용은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링 시스템(100)에 대한 설명으로부터 유추될 수 있는 바, 아래에서 보다 자세한 설명은 생략한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포단 장치(120)는, 인체 내부에 삽입되는 베이스 장치(130)로부터 전력을 수신하며 신경 세포에 구비되어 동작하는 신경 세포단 장치(120)에 있어서, 상기 베이스 장치(130)로부터 무선 전송되는 전력을 수신하는 안테나(121) 및 상기 신경 세포의 생체 전기 신호를 감지하여 상기 베이스 장치(130)로 전송하거나, 상기 신경 세포에 대한 신경 자극을 수행하는 생체 전기 신호 센싱부(122)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 신경 세포단 장치(120)에서는, 상기 밀리미터파를 이용하여 상기 베이스 장치(130)와 무선으로 데이터의 송수신도 수행할 수 있다.
또한, 상기 신경 세포단 장치(120)에서, 상기 안테나(121)는 상기 신경 세포보다 작은 크기로 구비될 수 있다.
이때, 상기 신경 세포단 장치(120)에서, 상기 생체 전기 신호 센싱부(122)는 상기 신경 세포에 접촉하여 생체 전기 신호를 감지할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링, 제어 방법, 장치 및 시스템에서는, 신경 세포 수준에서 생체 전기 신호를 측정하여 모니터링할 수 있으며, 필요에 따라 적절한 전기 신호로 신경 자극을 수행하여, 치매 등으로 인한 뇌 기능 손상을 개선하고 신경 조직의 오류로 인한 다양한 만성 질환의 진단과 치료를 수행할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 세포 무선 모니터링, 제어 방법, 장치 및 시스템에서는, 감각 기억과 단기 기억에서의 정보 전달 과정에서의 장애 또는 손실을 해결하거나, 장기 기억에서의 정보 저장 장애를 해결할 수 하여, 치매 등 퇴행성 뇌질환으로 뇌 기능 손상을 개선할 수 있으며, 나아가 신경 조직의 오류로 인한 다양한 만성 질환의 진단 및 치료에도 적용할 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 신경 세포 무선 모니터링 시스템
110 : 무선 전력 전송 장치
120, 120a, 120b : 신경 세포단 장치
121 : 안테나
122 : 생체 전기 신호 센싱부
130 : 베이스 장치
131 : 전력 변환 및 저장 장치
131a : 무선 전력 수신부
131b : 전력 변환부
131c : 전력 저장부
132 : 무선 전력 전달부
140 : 전력 중계 장치
110 : 무선 전력 전송 장치
120, 120a, 120b : 신경 세포단 장치
121 : 안테나
122 : 생체 전기 신호 센싱부
130 : 베이스 장치
131 : 전력 변환 및 저장 장치
131a : 무선 전력 수신부
131b : 전력 변환부
131c : 전력 저장부
132 : 무선 전력 전달부
140 : 전력 중계 장치
Claims (20)
- 인체 내부에 삽입되어 무선 전력 전송 장치로부터 무선 전송되는 전력을 수신하는 베이스 장치에 있어서,
상기 무선 전력 전송 장치로부터 무선 전송되는 전력을 수신하는 무선 전력 수신부; 및
신경 세포에 구비되어 생체 전기 신호를 감지하여 상기 베이스 장치로 전송하거나 상기 신경 세포에 대한 신경 자극을 수행하는 신경 세포단 장치로 전력을 전달하는 무선 전력 전달부;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 베이스 장치. - 제1항에 있어서,
상기 베이스 장치에서는,
상기 무선 전력 전송 장치로부터 전송된 전력을 저장해 두는 전력 저장부가 구비되어,
상기 전력 저장부에 저장된 전력을 상기 신경 세포단 장치로 전달하는 것을 특징으로 하는 베이스 장치. - 제1항에 있어서,
상기 무선 전력 수신부에서는 자기 결합을 이용한 자기 공진 방식을 이용하여 상기 무선 전력 전송 장치와 무선 전송 전송을 수행하고,
상기 무선 전력 전달부에서는 밀리미터파를 사용하여 상기 신경 세포단 장치로 전력을 전달하는 것을 특징으로 하는 베이스 장치. - 제3항에 있어서,
상기 베이스 장치에서는,
상기 밀리미터파를 이용하여 상기 신경 세포단 장치와 무선으로 데이터의 송수신을 수행하는 것을 특징으로 하는 베이스 장치. - 제4항에 있어서,
상기 베이스 장치에는,
상기 무선 전송된 전력을 수신하기 위한 코일과 전력 변환부가 구비되는 것을 특징으로 하는 베이스 장치. - 인체 내부에 삽입되는 베이스 장치로부터 전력을 수신하며 신경 세포에 구비되어 동작하는 신경 세포단 장치에 있어서,
상기 베이스 장치로부터 무선 전송되는 전력을 수신하는 안테나; 및
상기 신경 세포의 생체 전기 신호를 감지하여 상기 베이스 장치로 전송하거나, 상기 신경 세포에 대한 신경 자극을 수행하는 생체 전기 신호 센싱부;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 신경 세포단 장치. - 제6항에 있어서,
상기 신경 세포단 장치에서는,
상기 밀리미터파를 이용하여 상기 베이스 장치와 무선으로 데이터의 송수신도 수행하는 것을 특징으로 하는 신경 세포단 장치. - 제7항에 있어서,
상기 신경 세포단 장치에서,
상기 안테나는 상기 신경 세포보다 작은 크기로 구비되는 것을 특징으로 하는 신경 세포단 장치. - 제6항에 있어서,
상기 신경 세포단 장치에서,
상기 생체 전기 신호 센싱부는 상기 신경 세포에 접촉하여 생체 전기 신호를 감지하는 것을 특징으로 하는 신경 세포단 장치. - 무선 전송 전력을 중계하는 무선 전력 중계 장치에 있어서,
인체의 피부에 부착되어 상기 인체 외부의 무선 전력 전송 장치에서 상기 인체 내부에 삽입되는 베이스 장치로 무선 전송되는 전력을 중계하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 중계 장치. - 인체 내부에 삽입되는 베이스 장치로 전력을 무선 전송하는 무선 전력 전송 장치;
상기 무선 전송되는 전력을 수신하여 신경 세포에 구비되는 신경 세포단 장치로 전력을 전달하는 베이스 장치; 및
상기 신경 세포의 생체 전기 신호를 감지하여 상기 베이스 장치로 전송하거나, 상기 신경 세포에 대한 신경 자극을 수행하는 신경 세포단 장치;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 신경 세포 무선 모니터링 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 베이스 장치에는 전력을 저장하는 전력 저장부가 구비되어 상기 무선 전력 전송 장치로부터 전송된 전력을 저장해 두고,
상기 전력 저장부에 저장된 전력을 상기 신경 세포단 장치로 전달하는 것을 특징으로 하는 신경 세포 무선 모니터링 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 무선 전력 전송 장치에서는 자기 결합을 이용한 자기 공진 방식을 이용하여 상기 베이스 장치로 무선 전송 전송을 수행하고,
상기 베이스 장치에서는 밀리미터파를 사용하여 상기 신경 세포단 장치로 전력을 전달하는 것을 특징으로 하는 신경 세포 무선 모니터링 시스템. - 제13항에 있어서,
상기 베이스 장치와 상기 신경 세포단 장치에서는,
상기 밀리미터파를 이용하여 무선으로 데이터의 송수신도 수행하는 것을 특징으로 하는 신경 세포 무선 모니터링 시스템. - 제14항에 있어서,
상기 신경 세포단 장치에는,
상기 신경 세포보다 작은 크기의 안테나가 구비되어 상기 밀리미터파를 송수신하는 것을 특징으로 하는 신경 세포 무선 모니터링 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 신경 세포단 장치에는,
상기 신경 세포에 접촉하거나 최소 침습하는 전극을 통해 생체 전기 신호를 감지하는 생체 전기 신호 센싱부가 구비되는 것을 특징으로 하는 신경 세포 무선 모니터링 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 베이스 장치에는,
상기 무선 전송된 전력을 수신하기 위한 코일과 전력 변환부가 구비되는 것을 특징으로 하는 신경 세포 무선 모니터링 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 인체에 부착되어 상기 무선 전력 전송 장치와 상기 베이스 장치 사이에서 무선 전력 전송을 중계하는 전력 중계 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 세포 무선 모니터링 시스템. - 제16항에 있어서,
상기 신경 세포단 장치는 신경 세포 핵을 내장할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 신경 세포 무선 모니터링 시스템. - 제11항에 있어서,
이상 신경 세포에 부착된 제1 신경 세포단 장치로부터 모니터링된 전기 신호는 상기 베이스 장치로 전송되고,
상기 전송된 전기 신호를 정상 신경 세포에 대응하는 제2 신경 세포단 장치로 전송하여 전달하는 것을 특징으로 하는 신경 세포 무선 모니터링 시스템.
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| KR1020220148666A KR20230069844A (ko) | 2021-11-11 | 2022-11-09 | 신경 세포 무선 모니터링 방법, 장치 및 시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (2) | KR20230069844A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160099174A (ko) | 2015-02-11 | 2016-08-22 | 서울대학교산학협력단 | 무선전력 전송 기능이 결합된 초소형 심부 뇌자극 시스템 |
-
2022
- 2022-11-09 KR KR1020220148666A patent/KR20230069844A/ko unknown
- 2022-11-09 KR KR1020220149052A patent/KR20230069846A/ko unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160099174A (ko) | 2015-02-11 | 2016-08-22 | 서울대학교산학협력단 | 무선전력 전송 기능이 결합된 초소형 심부 뇌자극 시스템 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20230069844A (ko) | 2023-05-19 |
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