KR20230128638A - 비침습적 자극 장치 및 방법 - Google Patents

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이재원
오도연
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뉴로엔(주)
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Abstract

본 발명은 비침습식 자극 장치 및 방법에 관한 것으로, 피시술자의 머리에 밀착되는 패치를 포함한 복수의 전극들이 배치된 헬멧; 상기 헬멧을 착용한 피시술자의 생체 정보를 감지하는 하나 이상의 센서 모듈; 및 tDCS(transcranial Direct Current Stimulation) 단계에서 선택된 하나 이상의 전극에 직류 자극 신호를 인가하고, tACS(transcranial Alternating Current Stimulation) 단계에서 선택된 하나 이상의 전극에 교류 자극 신호를 제공하고, 상기 전극의 저항 값이 기준값을 초과하거나 상기 생체 정보가 정상 범위를 초과하는 비정상 상태가 감지될 때 상기 tDCS 단계로부터 상기 tACS 단계로 자동 스위칭하는 제어부를 구비한다.

Description

비침습적 자극 장치 및 방법{NON-INVASIVE STIMULATION DEVICE AND METHOD}
본 발명은 뇌 자극 헬스 케어 시스템에 적합한 비침습적 자극 장치 및 방법에 관한 것이다.
정신 및 행동 장애 진료 실인원은 연간 10% 이상 급증하고 있으나 이러한 장애에 대한 진료의 질은 현저히 낮다. 이에 비해, 전체 질환자 진료 인원은 큰 변동이 없다. 정신 및 행동 장애로 인한 사회, 경제적 부담이 급증하고 있는 추세에 있다.
정신 및 행동 장애 치료를 위하여 뇌자극 치료를 이용한 전자약 기술이 각광을 받고 있다. 뇌자극 치료는 뇌 심부 자극술과 같은 침습적 치료와 자기나 전기, 또는 초음파로 외부에서 뇌에 자극을 가하는 비침습적 치료가 있다. 하지만 침습적 치료는 수술 이후 부작용이나 합병증 발생위험이 상존하여, 비침습적 치료에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
경도인지장애의 비침습적 치료는 침습적 치료에 비해 효과가 즉각적으로 나타나지는 않지만, 부작용이 적고 인지 치료에 비해서는 유의미한 효과를 가진다는 장점이 있다.
비침습적 치료의 대표적인 예로는 경두개자극전류(tCS: Transcranial Current Stimulation)를 이용하는 방법이 있으며, 구체적으로는 tDCS(transcranial Direct Current Stimulation)로 피시술자의 뇌의 특정 부위를 활성화시키거나 휴식을 유발하는 방법이 널리 이용되고 있다.
tDCS를 이용한 시술은 피시술자의 긴장도나 스트레스가 높은 경우 치료 효과가 떨어진다. 종래에는 tDCS의 효과를 높이기 위해 음악을 틀어주는 등의 방법으로 피시술자의 긴장도나 스트레스를 낮추려고 하였으나, 사람마다 효과의 편차가 크다는 문제가 있다.
tDCS는 시술 초기에 피부에 따끔한 통증 등의 불쾌감을 유발하는데, 이 불쾌감으로 인해 피시술자의 비침습적 자극 장치의 주기적이고 장기적인 이용가능성이 낮아지며, 이용하더라도 피시술자의 긴장도나 스트레스를 높이는 문제가 있다.
tDCS 시술 중에 전기 자극 부위에 밀착되는 패치(patch)의 밀착도가 낮아지거나, 피시술자의 긴장도나 스트레스가 상승하면, 치료 효과가 낮아진다. 이 경우, 전기 자극을 일시적으로 멈출 수 있으나 시술을 재개하기까지 상당한 시간이 경과될 수 있다.
또한, 비침습적 치료의 효과를 높이기 위해서는 주기적이고 지속적인 시술이 필요하다. 하지만 피시술자가 매일 병원에서 1~2회 이상 시술을 받는 것은 현실적으로 불가능하다. 또한, 경도인지장애의 비침습적 치료의 대표적인 예인 전기적 자극을 이용하는 방식은 두피에 전극을 밀착시키고 전기적 자극을 인가하는 것인데, 종래의 경도인지장애에 이용 가능한 전기자극 장치는 일반인이 착용하기 너무 어렵다는 문제가 있다. 예를 들어, 전기자극 장치의 복수의 전극을 적절한 위치에 위치시키기 어렵고, 또 머리카락에 의해 전극의 밀착이 방해되는 등의 문제가 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0080299호 (2014.06.30)
본 발명은 전술한 필요성 및/또는 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 뇌 자극 효과를 향상시키도록 한 비침습적 자극 장치 및 방법을 제공한다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비침습적 자극 장치는 피시술자의 머리에 밀착되는 패치를 포함한 복수의 전극들이 배치된 헬멧; 상기 헬멧을 착용한 피시술자의 생체 정보를 감지하는 하나 이상의 센서 모듈; 및 tDCS(transcranial Direct Current Stimulation) 단계에서 선택된 하나 이상의 전극에 직류 자극 신호를 인가하고, tACS(transcranial Alternating Current Stimulation) 단계에서 선택된 하나 이상의 전극에 교류 자극 신호를 제공하고, 상기 전극의 저항 값이 기준값을 초과하거나 상기 생체 정보가 정상 범위를 초과하는 비정상 상태가 감지될 때 상기 tDCS 단계로부터 상기 tACS 단계로 자동 스위칭하는 제어부를 구비한다.
상기 제어부는 제1 tACS 단계에서 기저 레벨을 중심으로 스윙하는 교류 신호를 상기 tDCS 단계에서 선택된 전극에 인가하고, 제1 tACS 단계 이후의 램프 업 구간 동안 상기 tACS 단계에서 선택된 전극에 인가되는 전류의 세기를 상기 기저 레벨 보다 높은 활성화 레벨까지 높이고, 상기 비정상 상태가 감지될 때 제2 tACS 단계로 진입하여 상기 활성화 레벨 상에서 스윙하는 교류 신호를 상기 tACS 단계에서 선택된 전극에 인가하고, 상기 전극의 저항 값이 기준값 이하이고 상기 생체 정보가 정상 범위 내로 변하는 정상 상태가 감지될 때 소정의 시간 경과 후에 상기 tDCS 단계를 재개한 후, 램프 다운 구간 동안 상기 tACS 단계에서 선택된 전극에 인가되는 전류의 세기를 상기 활성화 레벨로부터 상기 기저 레벨로 점진적으로 낮출 수 있다.
상기 제어부는 상기 비침습적 자극 장치의 전원이 켜진 직후 소정의 스탠바이 시간 동안 상기 기저 레벨의 전류를 상기 전극들에 인가하고, 상기 스타트 키 입력이 수신될 때 교류 신호 형태의 패치 검출 신호 패턴을 상기 전극들에 인가하고 상기 전극들의 저항을 측정하여 상기 전극들 각각의 저항값을 상기 기준값과 비교하여 상기 패치의 밀착도를 판단하고, 상기 패치 검출 신호 패턴 후에 상기 제1 tACS 단계에 진입할 수 있다.
상기 제1 tACS 단계에서 발생되는 교류 신호의 진폭이 상기 패치 검출 신호 패턴의 진폭 보다 클 수 있다.
상기 제2 tACS 단계에서 발생되는 교류 신호의 진폭이 상기 제1 tACS 단계에서 발생되는 교류 신호의 진폭 보다 낮을 수 있다.
상기 제2 tACS 단계에서 발생되는 교류 신호의 주파수가 상기 제1 tACS 단계에서 발생되는 교류 신호의 주파수와 상이하게 설정될 수 있다.
상기 제1 tACS 단계와 상기 제2 tACS 단계 중 적어도 어느 하나에서 발생되는 교류 신호는 진폭이 변하는 구간을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비침습적 자극 방법은 상기 전극들의 저항 값을 측정하고 상기 저항값을 기준값과 비교하는 단계; 상기 센서 모듈의 출력 신호를 수신하여 상기 생체 정보를 정상 범위와 비교하는 단계; 및 상기 저항값이 상기 기준값을 초과하거나 상기 생체 정보가 상기 정상 범위를 초과하는 비정상 상태가 감지될 때 상기 tDCS 단계로부터 상기 tACS 단계로 자동 스위칭하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 비침습적 자극 방법은 제1 tACS 단계에서 기저 레벨을 중심으로 스윙하는 교류 신호를 상기 tDCS 단계에서 선택된 전극에 인가하는 단계; 제1 tACS 단계 이후의 램프 업 구간 동안 상기 tACS 단계에서 선택된 전극에 인가되는 전류의 세기를 상기 기저 레벨 보다 높은 활성화 레벨까지 높이는 단계; 상기 비정상 상태가 감지될 때 제2 tACS 단계로 진입하여 상기 활성화 레벨 상에서 스윙하는 교류 신호를 상기 tACS 단계에서 선택된 전극에 인가하는 단계; 상기 전극의 저항 값이 기준값 이하이고 상기 생체 정보가 정상 범위 내로 변하는 정상 상태가 감지될 때 소정의 시간 경과 후에 상기 tDCS 단계를 재개하는 단계; 및 상기 tDCS 단계가 재개된 후 램프 다운 구간 동안 상기 tACS 단계에서 선택된 전극에 인가되는 전류의 세기를 상기 활성화 레벨로부터 상기 기저 레벨로 점진적으로 낮추는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 비침습적 자극 방법은 상기 비침습적 자극 장치의 전원이 켜진 직후 소정의 스탠바이 시간 동안 상기 기저 레벨의 전류를 상기 전극들에 인가하는 단계; 교류 신호 형태의 패치 검출 신호 패턴을 상기 전극들에 인가하고 상기 전극들의 저항을 측정하여 상기 전극들 각각의 저항값을 상기 기준값과 비교하여 상기 패치의 밀착도를 판단하는 단계; 및 상기 패치 검출 신호 패턴 후에 상기 제1 tACS 단계에 진입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 헬멧과 같은 장비에 장착하여 경도 인지 장애를 예방할 수 있으므로 피시술자가 안전하게 뇌를 자극할 수 있다.
본 발명은 정해진 프로그램에 의해 동작하도록 조작할 수 있어, 안전하면서도 편리하게 피시술자가 뇌자극을 수행할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 피시술자의 머리에 착용하는 헬멧 형태로 피시술자가 혼자서 쉽게 착용이 가능하다.
본 발명의 비침습적 자극 장치 및 방법은 tDCS 시술 기간 내에서 패치 밀착도가 낮아지거나 기기 이상 또는 피시술자의 신체 불안정과 같은 불안정 상태가 감지될 때 피시술자에게 tACS 자극을 실시하여 기기와 피시술자가 안정화된 상태에서 tDCS 전기 자극을 실시하여 뇌 자극 효과를 향상시킬 수 있다.
나아가, 본 발명의 비침습적 자극 장치 및 방법은 tDCS 시술 기간 내에서 tACS 자극을 실시함으로써 tDCS 자극 효과를 유지하면서 tACS 자극 효과의 장점 예를 들어, 전기 자극과 뇌파의 동조화(neuro entrainment) 효과를 제공할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비침습적 자극 장치를 개략적으로 보여 주는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전극 모듈들의 패치가 접촉되는 피시술자의 뇌 자극 부위를 보여 주는 도면이다.
도 3은 전기 자극 신호에서 tDCS 파형과 tACS 파형을 개략적으로 보여 주는 파형도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 비침습적 자극 장치가 구현된 헬멧을 여러 각도에서 보여 주는 도면들이다.
도 5는 패치를 제외한 전극 모듈의 분해 사시도이다.
도 6은 밀착 패드가 비도전성 실리콘 홀더 내에 장착된 전극 모듈을 보여 주는 부분 절개 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 비침습적 자극 방법의 제어 방법을 시계열적으로 보여 주는 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자극 신호를 보여 주는 파형도이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 자극 신호의 파형을 보여 주는 파형도들이다.
도 10a 내지 도 10c는 tACS 뇌 자극에서 전극 극성의 일 예를 보여 주는 도면이다.
도 11은 tDCS 뇌 자극으로부터 tACS 뇌 자극으로 스위칭될 때 전극 극성 변화의 일 예를 보여 주는 도면이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예가 안내하는 본 발명의 구성과 그 구성으로부터 비롯되는 효과에 대해 살펴본다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 문서에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로 등의 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다.
본 문서에서 "모듈"이나 "노드"는 CPU, AP 등과 같은 연산 장치를 이용하여 데이터를 이동, 저장, 변환 등의 작업을 수행한다. 예컨대 "모듈"이나 "노드"는 서버, PC, 태블릿 PC, 스마트폰 등과 같은 장치로 구현될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 비침습적 자극 장치에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비침습적 자극 장치를 개략적으로 보여 주는 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비침습적 자극 장치(100)는 피시술자의 두피에 밀착된 패치(Patch)를 통해 비침습적으로 전기적 자극을 가하도록 구성된다. 이와 같은 전기적 자극을 통해 다양한 뇌를 이유로 하는 질환을 예방하거나 치료 및 관리할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 비침습적 자극 장치(100)를 이용하여 경도인지장애 뿐만 아니라 불면증, 우울증, 경련성 질환, 통증, 기억력 향상, 운동 학습 능력 향상, 지적 장애, 중독 질환 및 조현증 등을 예방하거나 치료 및 관리할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비침습적 자극 장치(100)는 자극 장치(110), 전원부(120), 및 제어부(140)를 포함한다.
자극 장치(110)는 피시술자 머리의 여러 위치에 밀착되는 복수의 패치들에 전류를 인가하는 전극 모듈들(111~117)을 포함한다. 실시예에서, 자극 장치(110)의 전극 모듈들(111~117)은 일곱 개로 예시되었으나 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 자극 장치(110)는 세 개 이상의 전극 모듈들을 포함할 수 있다.
제어부(140)는 전원부(120)로부터 전원을 공급받아 전극 모듈들(111~117)에 전류가 흐르게 한다. 복수의 전극 모듈들(111~117) 중 일부는 양전극이 되고, 다른 일부는 음전극이 될 수 있고, 전극 모듈들(111~117) 각각에 인가되는 전류의 극성이 반전될 수 있다. 또한, 복수의 전극 모듈들(111~117) 중 일부에만 전류가 흐르고, 다른 일부로는 전류가 흐르지 않는 것도 가능하다. 즉, 각각의 전극부의 극성 또는 동작 여부는 제어부(120)에 설정된 프로그램에 따라 변경될 수 있다.
비침습적 자극 장치(100)에 제3 및 제4 전극 모듈들 없이 다섯 개의 전극 모듈들이 배치되는 경우, 제1 전극 모듈(111)은 피시술자의 좌측 전두엽에 대응하는 위치에 밀착되며, 제2 전극 모듈(112)은 피시술자의 우측 전두엽에 대응하는 위치에 밀착되며, 제5 전극 모듈(115)은 피시술자의 좌측 두정엽측, 좌측 후두엽측 및 좌측 측두엽측 중 적어도 일부를 포함하는 영역에 대응하는 위치에 밀착되며, 제6 전극 모듈(116)은 피시술자의 우측 두정엽측, 우측 후두엽측 및 우측 측두엽측 중 적어도 일부를 포함하는 영역에 대응하는 위치에 밀착될 수 있다. 그리고 제7 전극 모듈(117)은 상기 전극 모듈(111, 112, 115, 116)과 다른 위치의 피시술자의 머리에 밀착될 수 있으며, 예를 들어 피시술자의 귀 뒤쪽, 뒷통수 및 뒷목 중 적어도 일부를 포함하는 영역에 밀착될 수 있다. 제7 전극 모듈(117)은 전류가 방출되는 양전극이나 전류가 들어오는 음전극일 수 있다.
비침습적 자극 장치(100)에 일곱 개의 전극 모듈들이 배치되는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 전극 모듈(111)은 피시술자의 좌측 전두엽에 대응하는 위치에 밀착되며, 제2 전극 모듈(112)은 피시술자의 우측 전두엽에 대응하는 위치에 밀착되며, 제3 전극 모듈(113)은 피시술자의 좌측 전두엽과 좌측 두정엽 사이의 좌측 운동 감각 영역에 밀착되며, 제4 전극 모듈(114)은 피시술자의 우측 전두엽과 우측 두정엽 사이의 우측 운동 감각 영역에 대응하는 위치에 밀착될 수 있다. 제5 전극 모듈(115)은 피시술자의 좌측 측두 두정엽 영역에 밀착되며, 제6 전극 모듈(116)은 피시술자의 우측 측두 두정엽 영역에 밀착될 수 있다. 그리고 제7 전극 모듈(117)은 피시술자의 귀 뒤쪽, 뒷통수 및 뒷목 중 적어도 일부를 포함하는 영역에 밀착될 수 있다. 제7 전극 모듈(117)은 전류가 방출되는 양전극이나 전류가 들어오는 음전극일 수 있다.
전극 모듈들(111~117) 각각은 피시술자의 머리에 밀착되는 패치와 결합되어 그 패치에 전류를 인가하여 피시술자의 뇌에 전기 자극을 인가한다. 패치들 각각은 쉽게 압축 및 복원되는 다공질 소재 예를 들어 스펀지로 제작될 수 있으며, 수분이 포함된 습식 패드 또는 건식 패드를 포함할 수 있다. 건식 패드는 하이드로젤 복합재(multilayer hydrogel composite)로 제작될 수 있다.
제어부(140)는 경두개자극전류(tCS: Transcranial Current Stimulation)가 피시술자의 머리에서 원하는 부위에 인가되도록 피시술자의 증상에 따라 미리 설정된 프로그램에 따라 전극 모듈들(111~117)에 전기 자극 신호를 인가할 수 있다. 본 발명에서 이용하는 경두개전류자극의 종류는 tDCS(transcranial Direct Current Stimulation), tACS(transcranial Alternating Current Stimulation), tRNS(transcranial Random-Noise Stimulation) 중 적어도 어느 하나 또는 이들의 조합일 수 있다.
본 발명의 비침습적 자극 장치(100)는 피시술자가 머리에 착용하기 쉬운 헬멧 형태로 구현될 수 있다. 피시술자가 비침습적 자극 장치(100)를 착용하고 뇌자극 시술을 시작할 경우, 제어부(140)는 도 2와 같은 전기 자극 신호를 인가할 수 있다.
전원부(120)는 사용 전원을 통해 비침습적 자극 장치(100)의 동작에 필요한 전원을 공급할 수 있다. 전원부(120)는 전극 모듈들(111~117)의 구동에 필요한 전원을 공급할 수 있으며, 필요에 따라 배터리일 수 있다. 전원부(120)가 배터리인 경우, 충전이 가능한 2차 전지가 이용될 수 있다.
제어부(140)의 메모리에는 피시술자의 증상에 따라 최적화된 전기 자극 신호를 제공하기 위한 복수의 자극 신호 패턴들이 저장되어 있다. 제어부(140)는 환자의 증상이나 진단 결과에 따라 전기 자극 위치와 전기 자극 신호 패턴을 선택할 수 있다.
제어부(140)는 전원부(120)로부터 공급되는 전원을 조절하여 전극 모듈들(111~117) 각각에 공급되는 전기 자극 신호의 전류량을 조절할 수 있다.
본 발명의 비침습적 자극 장치(100)는 사용자의 여러가지 상태를 측정하기 위한 하나 이상의 센서 모듈(130)을 더 포함할 수 있다. 센서 모듈(130)은 피시술자의 머리 예를 들어, 피시술자의 귀 뒤쪽, 뒷통수 및 뒷목 중 적어도 한 영역에 밀착될 수 있다. 센서 모듈(130)은 보다 효과적인 생체 정보 예를 들어, 산소 포화도, 심박수, 스트레스 지수, 뇌파 등의 생체 정보를 측정하여 제어부(140)에 제공할 수 있다.
제어부(140)는 센서 모듈(130)로부터 수신된 생체 정보를 분석하여 피시술자의 신체 변화를 실시간 측정하여 피시술자의 뇌의 전기 자극 시술시에 피시술자의 신체 변화를 실시간 모니터(monitor)할 수 있다. 제어부(140)는 전기 자극 시술시에 피시술자의 신체 변화를 분석하여 전극 모듈들(111~117)에 인가되는 전기 자극 신호의 패턴이나 전류 세기를 자동 변경할 수 있다.
제어부(140)는 전기 자극 신호의 전류가 인가되는 전극 모듈들(111~117) 각각의 전압을 측정하여 전극 모듈들(111~117)의 패치 저항을 판단할 수 있다. 피시술자의 머리에 패치가 밀착되면, 패치 저항값이 미리 설정된 기준값 보다 작은 값이지만, 패치가 피시술자의 머리에 밀착되지 않으면 패치 저항값이 기준값 이상으로 높게 측정된다. 따라서, 제어부(140)는 피시술자의 머리에 접촉되는 패치들 각각의 밀착도를 실시간 감지할 수 있다.
제어부(140)는 도면에서 생략된 사용자 인터페이스 또는 사용자 단말기를 통해 수신된 입력 신호에 응답하여 사용자 예를 들어, 의료진이나 피시술자 자신의 선택에 따라 전극 모듈들(111~117) 각각에 흐르는 전류의 세기를 조절할 수 있다. 예컨대, 제어부(140)는 사용자 입력에 응답하여 전극 모듈들(111~117) 각각에 흐르는 전류를 0.1mA 내지 5mA 의 범위에서 조절할 수 있다. 제어부(140)는 미리 설정된 프로그램에 따라 시술 모드에 따라 전극 모듈들(111~117) 각각에 인가되는 전류 세기를 자동으로 조절할 수 있다.
본 발명의 비침습적 자극 장치(100)은 통신 모듈(150)을 더 포함할 수 있다. 통신 모듈(150)은 WiFi, 블루투스 등의 표준 근거리 통신을 수행할 수 있다. 제어부(140)는 통신 모듈(150)을 통해 피시술자의 단말기(예를 들어, 스마트폰, 컴퓨터 등)로 피시술자의 생체 정보와, 비침습적 자극 장치(100)의 동작에 관한 정보를 전송할 수 있다. 또한, 제어부(140)는 비침습적 자극 장치(100)를 이용한 시술 모드나 횟수 등에 대한 정보를 피시술자의 단말기로 전송할 수 있다. 이 경우, 피시술자는 비침습적 자극 장치(100)의 이용에 대한 안내를 받을 수 있으며, 제품에 대한 관리를 받을 수도 있다.
도 3은 전기 자극 신호에서 tDCS 파형과 tACS 파형을 개략적으로 보여 주는 파형도이다.
tDCS 파형은 직류 신호로 발생되어 미리 설정된 시술 시간 동안 동일 극성의 전기 자극 신호를 전극 모듈들(111~117)에 인가한다. 이에 비해 tACS 파형은 교류 신호로 발생되어 구형파(점선) 또는 정현파(실선) 형태의 전기 자극 신호를 전극 모듈들(111~117)에 인가한다.
tDCS는 동일 극성을 가지는 전기 자극을 통해 뇌의 자발적인 신경활동을 조절한다. 예를 들어, tDCS는 뇌 부위별로 의사결정, 기억, 언어, 감각 지각 등의 조절에 효과가 있다. 이에 비해, tACS는 극성이 주기적으로 반전되는 교류를 이용하기 때문에 뇌 영역에서 전류의 방향성(예를 들어, 상향 또는 하향) 조절이 실질적으로 불가능하다. 따라서 우울증, 경련성 질환, 통증, 지적 장애, 중독질환 및 경도인지장애를 예방하거나 치료 및 관리하거나, 기억력 향상, 운동학습능력 향상 등의 효과를 위해서는 tACS보다는 tDCS가 널리 이용된다. 다만, tDCS는 피시술자의 피로도나 스트레스에 의해 시술 효과가 감소할 수 있다. 그리고 tDCS는 시술 초기에 피부에 따끔한 통증 등의 불쾌감을 유발하는데, 이 불쾌감으로 인해 비침습적 자극 장치 주기적이고 장기적인 이용 가능성이 낮아지며, 이용하더라도 피시술자의 스트레스를 높일 수 있다. 특히, 인지기능 저하가 발생한 경우 피시술자의 불안, 긴장이 높아지는데, tDCS의 불쾌감이 피시술자의 불안, 긴장감을 더 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비침습적 자극 장치(100)는 tDCS 전에 tACS를 이용하여 피시술자의 머리에 접촉된 피시술자의 피부를 전기 자극에 적응시킴으로써, 그 뒤에 실시되는 tDCS 자극에서 피부 자극을 낮춰 줄 수 있다. tACS의 자극 신호는 4~40 Hz의 교류 신호로 발생될 수 있다. 바람직하게는, tACS(alpha)가 이용될 수 있다. tACS(alpha)는 8~12Hz의 교류 신호로 발생되어 피시술자의 긴장을 완화하는 효과가 있다. 따라서, tACS 자극을 실시한 후에, tDCS를 수행할 경우 시술 효과가 더욱 상승된다.
제어부(140)는 컴퓨터에서 실행될 수 있는 실행 가능한 알고리즘을 포함하는 프로그램(또는 어플리케이션)으로 구현될 수 있다. 상기 프로그램은 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)에 저장되어 제공될 수 있다. 비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.
본 발명의 비침습적 자극 장치는 복수의 전극 모듈들이 배치되어 환자의 진단 결과를 바탕으로 복수의 자극 부위에 전기 자극을 동시에 가할 수 있다. 특히, 본 발명의 비침습적 자극 장치는 뇌 기능에　이상이 있는 복수의 부위를 직접 동시에 자극할 수 있으므로 증상 완화 및 치료 효과를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비침습적 자극 장치는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 헬멧 형태로 구현될 수 있다. 도 4a는 헬멧 본체를 좌측 위에서 바라 본 사사도이고, 도 4b는 착용 방향에서 헬멧 본체의 내부를 보여 주는 저면도이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 비침습적 자극 장치(100)는 헬멧 본체(210), 헬멧 본체(210)의 내부 면에 배치된 밀착 밴드(230), 밀착 밴드(230)와 헬멧 본체(210)에 분산 배치된 적어도 하나의 전극 모듈들(111~117), 밀착 밴드(230)를 조이거나 푸는 다이얼(240)을 포함한다.
헬멧 본체(210)는 피시술자의 머리 크기 이상으로 설정된 저면 개구부를 포함하고, 피시술자의 이마로부터 뒷통수까지 감싸는 형태로 제작된다. 헬멧 본체(210)의 상부 내면에는 하나 이상의 전극 모듈들(113, 114)이 유동 가능하게 결합될 수 있다. 헬멧 본체(210)의 상부 중앙부는 브릿지부(211)를 포함할 수 있다. 헬멧 본체(210)의 상부에서 브릿지부(211)의 양측의 개구부가 형성될 수 있다. 브릿지부(211)에서 피시술자의 머리와 대향하는 내면에 전극 모듈들(113, 114)이 배치될 수 있다. 헬멧 본체(210)의 일측에 배치된 회로 내장부(220)에는 전원부(120), 제어부(140), 및 통신 모듈(150)이 실장된 회로 보드가 내장되고, 도면에서 생략된 전원 버튼, 스타트 키 버튼(Start key button), 비침습적 자극 장치(100)의 동작 상태를 표시하는 LED 표시부, 스피커, 외부 기기나 전원이 연결된 USB 포트 등이 회로 보드에 연결될 수 있다.
밀착 밴드(230)는 피시술자의 머리와 대향하는 헬멧 본체(210)의 내면에 감겨진다. 전극 모듈들(111~117)은 도 2에 도시된 전기 자극 부위들 각각에 대향하도록 밀착 밴드(230), 브릿지부(211), 그리고 도면에서 생략된 시소 서포트 부재에 유동 가능하게 분산 설치된다. 밀착 밴드(230)는 다이얼(240)에 연동하여 그 지름이 확장되거나 작아진다. 밀착 밴드(230)에는 하나 이상의 전극 모듈 특히, 피시술자의 앞머리의 전기 자극 위치에 대향하는 전극 모듈이 결합될 수 있다. 시소 서포트 부재에 피시술자의 뒷머리와 뒷목에 대향하는 둘 이상의 전극 모듈들이 결합될 수 있다.
전극 모듈들(111~117) 각각은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 비도전성 실리콘 홀더(11), 도전성 실리콘 패드(13), 비도전성 실리콘 필러(Pillar)(15), 금속 핀(17), 및 패치(20)를 포함할 수 있다.
비도전성 실리콘 홀더(11), 도전성 실리콘 패드(13), 및 비도전성 실리콘 필러(15)는 금형 성형이 용이한 실리콘 합성 고무로 성형될 수 있다. 실리콘 합성 고무는 내열성이 우수하며, 카본 블랙, 은 또는 그와 동등한 수준의 도전성 재료와 배합될 때 저항이 매우 낮은 도전성을 가지게 된다.
비도전성 실리콘 홀더(11)는 오목한 내부 공간을 원형 띠 형태의 측벽이 감싸는 용기 구조로 제작된다. 비도전성 실리콘 홀더(11)의 중앙부는 금속 핀(17)의 헤드부(17a)가 삽입되는 중공(hole)(11a)을 포함한다.
금속 핀(17)은 비도전성 실리콘 홀더(11)의 오목한 내면에서 중공(11a)에 삽입되는 헤드부(17a), 헤드부(17a)의 외부 측면로부터 수직으로 돌출된 스토퍼(17b), 헤드부(head)(17a)의 두께 보다 얇은 두께로 헤드부(17a)에 연결된 네크부(neck)(17c)를 포함한다.
도전성 실리콘 패드(13)는 비도전성 실리콘 홀더(11)의 오목한 내면에 평탄하게 배치된다.
비도전성 실리콘 필러(15)는 비도전성 실리콘 홀더(11)의 오목한 내면 중앙에서 도전성 실리콘 패드(13)에 접합된다. 비도전성 실리콘 필러(15)는 패치(20)의 중공에 삽입되어 패치(20)를 지지한다.
비도전성 실리콘 필러(15)는 넓은 평판부(15a)와, 평판부(15a)의 하면으로부터 돌출된 돌출부(15c)를 포함한다. 평판부(15a)의 상면은 하나 이상의 작은 돌기(15b)를 포함한다. 비도전성 실리콘 필러(15)는 중공(15d)을 포함한다. 중공(15d)은 평판부(15a)를 관통하고 돌출부(15a)의 일부를 관통하여 돌출부(15c)의 높이 보다 작은 깊이로 평판부(15a)와 돌출부(15c)의 중앙에 오목하게 파여진 공간을 제공한다.
비도전성 실리콘 홀더(11), 도전성 실리콘 패드(13), 비도전성 실리콘 필러(15), 및 금속 핀(17)은 금형에서 동시에 결합될 수 있다. 예를 들어, 별도로 제작된 비도전성 실리콘 홀더(11), 비도전성 실리콘 필러(15), 및 금속 핀(17)이 금형 내에 장착된 상태에서 도전성 실리콘 패드(13)의 원료가 금형 내로 주입되면 도 11에 도시된 바와 같이 패치(20)를 제외한 전극 모듈의 구성 요소들이 한 공정에서 결합된다.
비도전성 실리콘 필러(15)의 중공(15d)에 금속 핀(17)의 가는 네크부(17c)가 삽입된다. 금속 핀(17)의 네크부(17c)가 비도전성 실리콘 필러(15)의 중공(15d)에 삽입된 상태에서, 도전성 실리콘 패드(13)가 금속 핀(17)과 비도전성 실리콘 필러(15) 사이에 채워진다. 패치(20)가 습식 패드인 경우, 비도전성 실리콘 필러(15)와 금속 핀(17) 사이에 채워진 도전성 실리콘 패드(13)를 통해 전류 경로와 수분 침투가 확산될 수 있다.
비도전성 실리콘 필러(15)의 평판부(15a)로부터 돌출된 돌기(15b)는 비도전성 실리콘 홀더(11)의 내면과 접촉하고, 비도전성 실리콘 홀더(11)의 내면과 비도전성 실리콘 필러(15)의 평판부(15a) 사이에 공간을 확보한다. 돌기(15b)에 의해 확보된 공간과, 중공(15d)에 도전성 실리콘 패드(13)의 중앙 부분이 채워진다.
패치(20)는 전술한 바와 같이 습식 패드 또는 건식 패드로 구현될 수 있다. 패치(20)가 도전성 실리콘 필러(15)에 압입되면, 도 6에 도시된 바와 같이 도전성 실리콘 필러(15)의 돌출부(15c)가 패치(20)는 비도전성 실리콘 홀더(11)의 오목한 내부 공간에 삽입된다. 비도전성 실리콘 필러(15)는 비도전성 실리콘 홀더(11) 내에서 패치(20)를 고정한다. 패치(20)의 두께는 비도전성 실리콘 홀더(11)의 측벽 보다 두껍다. 따라서, 패치(20)가 비도전성 실리콘 홀더(11) 내에 삽입될 때 패치(20)는 d1 만큼 외부로 돌출되어 피시술자의 머리에 밀착될 수 있다.
비도전성 실리콘 필러(15)의 돌출부(15c) 높이는 패치(20)의 두께 보다 크다. 따라서, 패치(20)가 도전성 실리콘 필러(15)에 압입된 상태에서, 도 6과 같이 비도전성 실리콘 필러(15)의 돌출부(15c)가 d2 만큼 패치(20)로부터 돌출된다. 전기 자극 시술시에 패치(20)의 중앙부 과열로 인하여 피시술자가 뜨겁게 느낄 뿐 아니라 두피에 화상이 발생하는 버닝(burning) 현상이 나타낼 수 있다. 비도전성 실리콘 필러(15)는 패치(20)의 중앙부에서 패치(20)와 피시술자의 피부 사이의 공간을 확보하여 밀착 수준을 낮춤으로써 버닝 현상을 방지할 수 있다.
전극 모듈들(111~117)은 헬멧 본체(210)의 내부에서 전기 자극 부위와 대향하는 위치에 배치된다. 전극 모듈들(117~117) 각각은 배선을 통해 회로 보드에 연결된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 비침습적 자극 방법의 제어 방법을 시계열적으로 보여 주는 순서도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 자극 신호를 보여 주는 파형도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 비침습적 자극 방법은 전원 버튼이 입력되면(Power ON) 구동되기 시작한다. 제어부(140)는 전원이 입력되면, 스탠바이(Standby) 단계로 진행하여 기저 레벨(L1)의 전류를 미리 설정된 초기화 시간 동안 전극 모듈들(117)에 인가한다(S10).
이어서, 제어부(140)는 스타트 키 버튼 신호가 입력되면 제1 포즈 시간(Pause time, t01) 후에 패치 검출 신호 패턴을 전극 모듈들(117)에 인가하여 전극 모듈들(111~117)의 패치가 피시술자의 머리에 밀착되어 있는지 판단한다(S02). 패치 검출 신호 패턴은 구형파 또는 정현파 형태의 교류 신호로 설정되며, 기저 레벨(L1)로부터 소정의 제1 진폭(a1)으로 스윙(swing)된다. 제어부(140)는 전극 모듈들(111~117) 각각에 패치 검출 신호 패턴을 인가할 때 전극 모듈들(111~117) 각각의 전압을 측정하여 저항값을 판단하여 패치들 각각의 밀착도를 추정할 수 있다. 제어부(140)는 패치 저항값이 기준값 보다 낮은 전극 모듈이 검출되면 경고음이나 경고 메시지를 출력하여 피시술자 또는 의료진에게 패치 밀착 교정을 유도할 수 있다.
제어부(140)는 모든 패치들이 피시술자의 머리에 밀착된 후, 제1 tACS 단계로 진입하여 tACS 자극 신호를 선택된 전극 모듈들(111~117)에 인가한다(S03). tACS 자극 신호는 기저 레벨(L1) 보다 낮은 부극성 신호와 기저 레벨(L1) 보다 높은 정극성 신호가 반복하는 교류 신호로 tACS 시술 기간 동안 발생되며 패치 검출 신호 패턴의 제1 진폭(a1) 보다 큰 제2 진폭(a2)으로 스윙한다. 예를 들어, tACS 자극 신호는 수십 Hz의 교류 신호로 대략 10 분 정도 발생되고 -1mA ~ +1mA 사이에서 스윙될 수 있다.
이어서, 제어부(140)는 제2 포즈 시간(t02) 후에 tDCS 단계로 진입하여 설정된 램프 업(ramp-up) 구간(t03) 동안 선택된 전극 모듈들(111~117)에 인가되는 전류 세기를 점진적으로 높인다. 이 때, 전극 모듈들(111~117)에 인가되는 전류는 기저 레벨(L1)로부터 소정의 활성화 레벨(L2)까지 점진적으로 상승한다.
제어부(140)는 렘프 업 구간(t03) 후에 활성화 레벨(L2)의 전류를 미리 설정된 tDCS 시술 기간 동안 전극 모듈들(111~117)에 인가한다(S04). 패치들이 피시술자의 머리에 밀착되고 기기가 정상적으로 동작하고, 피시술자의 신체가 안정된 상태인 정상 상태(Normal state)에서, tDCS 시술 기간은 tACS 시술 기간 보다 긴 예를 들어, 대략 20 분 정도로 설정될 수 있다.
제어부(140)는 tDCS 시술이 진행되는 동안, 전극 모듈들(111~117)의 전압을 실시간 측정하여 패치 저항 값이 기준값 보다 낮아지는 패치들의 밀착도를 모니터하고, 센서 모듈(130)로부터의 생체 정보를 실시간 분석하여 피시술자의 신체 변화를 모니터한다. 제어부(140)는 패치 밀착도가 낮아지거나 피시술자의 신체 이상 정보 예를 들어, 산소 포화도, 심박수, 스트레스 등이 정상 범위를 벗어나면(Abnormal state, S05), tDCS를 일시 정지하고 제2 tACS 단계로 자동 진입한다(S05 및 S06). 제어부(140)는 정상 상태(Normal state)로 복원된 후에 tDCS 단계를 재개하여 활성화 레벨(L2)의 자극 신호를 전극 모듈들(111~117)에 인가한다(S07 및 S08).
제어부(140)는 tDCS 시술 기간이 끝나면 램프 다운(Ramp-down) 구간(t04) 동안 전극 모듈들(111~117)에 인가되는 전류 세기를 기저 레벨(L1)까지 점진적으로 낮춘다. tDCS 시술 기간이 끝나면, 제3 포즈 시간(t05) 후에 전원부(120)의 출력이 자동으로 차단되어 기기가 동작을 멈춘다.
본 발명의 비침습적 자극 장치는 도 4a 및 도 4b와 같은 하나의 헬멧 기기로 tACS와 tDCS 자극을 함께 수행할 수 있다. 본 발명의 비침습적 자극 장치는 전술한 바와 같이 tACS 시술 기간 후에 tDCS 시술이 진행되나 tDCS 시술 기간 중에 패치 저항 값 상승, 기기 일시정지, 피시술자의 생체 정보(산소포화도, 심박수, 스트레스 지수 등)가 정상 범위를 초과할 때 일시적으로 제2 tACS 단계(S06)로 진입한 후에, 패치 밀착도와 피시술자의 신체 안정화가 확인되면 다시 tDCS 단계(S08)로 재개한다.
제1 tACS 단계(S03)에서 전기 자극 신호의 전류는 -1mA~1mA 10Hz의 교류 신호가 발생될 수 있다. tDCS 시술 기간 내에서 비정상 상태의 인터럽트(Interrupt)가 발생될 때, 자동 수행되는 tACS 단계(S06)에서 발생되는 전기 자극 신호의 전류는 전극당 1mA로 진행이 되는 경우는 자동으로 0.5mA에서 1.5mA로 변하고, 전극당 2mA로 진행되는 경우 자동으로 1.5mA~2.5mA로 변할 수 있다. 제2 tACS 단계(S06)에서, 전기 자극 신호의 전류는 활성화 레벨(L2)을 기준으로 (L2-0.5mA)~(L2+0.5mA)로 8~12Hz 로 발생될 수 있다. 따라서, 제1 tACS 단계(s03)에 비하여, tDCS 시술 기간 내에서 발생되는 제2 tACS 단계(S06)에서 전극 모듈들(111~117)에 인가되는 교류 신호의 진폭이 낮고 주파수가 다르게 설정될 수 있다.
제2 tACS 단계(S06) 후에 tDCS가 재개되는 시점은 피시술자의 신체 기능이 안정화된 시점부터 대략 1분이 경과된 시간으로 설정될 수 있다. 일정 기간 동안 안정화가 안 될 경우, 기기 사용이 자동 정지될 수 있다.
본 발명의 전기 자극 신호는 도 8에 한정되지 않는다. 예를 들어, 전기 자극 신호는 도 9a 내지 도 9d와 같은 파형으로 발생될 수 있고, 이 파형들이 조합될 수도 있다.
제2 tACS 단계(S06)에서 발생되는 전기 자극 신호는 도 9a에 도시된 바와 같이 활성화 레벨(L2) 보다 높은 정극성 교류 파형일 수 있고, 도 9b에 도시된 바와 같이 활성화 레벨(L2) 보다 낮은 부극성 교류 파형일 수 있다. 또한, 제1 및 제2 tACS 단계(S03 및 S06)에서, 전기 자극 신호는 도 9c에 도시된 바와 같이 진폭이 점진적으로 작아지는 교류 파형일 수 있고, 도 9d에 도시된 바와 같이 진폭이 점진적으로 커진 후에 점진적으로 작아지는 파형일 수 있다. 도 9c 및 도 9d와 같은 파형은 tDCS 시술 기간 동안 피시술자의 불편감을 줄이는데 더 효과적일 수 있으나 피시술자의 증상이나 상태에 따라 파형이 선택될 수 있다.
본 발명의 비침습적 자극 장치 및 방법은 tDCS 시술 기간 내에서 tACS 자극을 실시함으로써 tDCS 자극 효과를 유지하면서 tACS 자극 효과의 장점을 함께 제공할 수 있다. 예를 들어, 전기 자극과 뇌파의 동조화(neuro entrainment) 현상이 발생될 수 있다. 알파(alpha) 파 동조화는 알파파 주파수의 교류 자극 신호로 뇌를 자극할 때 뇌파에서 알파파 성분이 강해지면서 안정 수면 혹은 집중 몰입과 같은 효과를 제공할 수 있다. 세타(theta) 파 동조화는 세타파 주파수의 교류 자극 신호로 뇌를 자극할 때 뇌파에서 세타파가 강해지면서 인지 기능 향상, 수면 진정 효과를 제공할 수 있다. 델타(delta) 파 동조화는 델타파 주파수의 교류 자극 신호로 뇌를 자극할 때 뇌파에서 델타파가 강해지면서 안정과 깊은 수면에 도움을 줄 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
제어부(140)는 전극 모듈들(111~117) 각각을 음극 또는 양극으로 제어하여 tACS 뇌 자극과 tDCS 뇌자극을 스위칭할 수 있다.
도 10a 내지 도 10c는 tACS 뇌 자극에서 전극 극성의 일 예를 보여 주는 도면이다. 제어부(140)는 tACS 단계에서 피시술자의 증상에 따라 선택된 한 쌍의 전극들에 교류 신호를 인가할 수 있다. 예를 들어, 도 10a에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 전극 모듈들(111, 112)이 상반된 극성으로 구동될 수 있고 그 극성이 주기적으로 반전될 수 있다. 이 때, 다른 전극 모듈들(113~117)에는 전류가 인가되지 않기 때문에 구동되지 않을 수 있다.
다른 예로, 제어부(140)는 tACS 단계에서 복수의 전극 쌍들에 교류 신호를 인가할 수 있다. 예를 들어, 도 10b에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 전극 모듈들(111, 112)을 포함한 제1 전극 쌍, 제3 및 제4 전극 모듈들(113, 114)을 포함한 제2 전극쌍, 제5 및 제6 전극 모듈들(115, 116)을 포함한 제3 전극쌍 각각이 서로 상반된 극성으로 구동될 수 있고 그 극성이 주기적으로 반전될 수 있다. 이 때, 제7 전극 모듈(117)은 구동되지 않을 수 있다.
제어부(140)는 tACS 단계에서 교류 신호가 인가되는 전극 쌍을 소정 시간 주기로 스위칭할 수 있다. 예를 들어, 도 10c에 도시된 바와 같이, 상기 제1 전극 쌍, 상기 제2 전극 쌍, 및 상기 제3 전극 쌍의 순서로 전극들이 교류 신호로 구동될 수 있다.
도 11은 tDCS 뇌 자극으로부터 tACS 뇌 자극으로 스위칭될 때 전극 극성 변화의 일 예를 보여 주는 도면이다.
도 11을 참조하면, 제어부는 tDCS 단계에서 선택된 전극들에 동일 극성의 전기 자극 신호를 인가한 후에 자동으로 진입하는 제2 tACS 단계에서 다른 전극들에 교류 신호를 인가할 수 있다. 제2 tACS 단계에서 소정 시간 주기로 교류 구동되는 전극들이 변경될 수 있다.
이상에서 해결하고자 하는 과제, 과제 해결 수단, 효과에 기재한 명세서의 내용이 청구항의 필수적인 특징을 특정하는 것은 아니므로, 청구항의 권리범위는 명세서의 내용에 기재된 사항에 의하여 제한되지 않는다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
11: 비도전성 실리콘 홀더 13: 도전성 실리콘 패드
15: 비도전성 실리콘 필러 17: 금속 핀
20: 패치 100: 비침습적 자극 장치
111~117: 전극 모듈 120: 전원부
130: 센서 모듈 140: 제어부
150: 통신 모듈 210: 헬멧 본체
220: 회로 내장부 230: 밀착 밴드
240: 다이얼

Claims (10)

  1. 피시술자의 머리에 밀착되는 패치를 포함한 복수의 전극들이 배치된 헬멧;
    상기 헬멧을 착용한 피시술자의 생체 정보를 감지하는 하나 이상의 센서 모듈; 및
    tDCS(transcranial Direct Current Stimulation) 단계에서 선택된 하나 이상의 전극에 직류 자극 신호를 인가하고, tACS(transcranial Alternating Current Stimulation) 단계에서 선택된 하나 이상의 전극에 교류 자극 신호를 제공하고, 상기 전극의 저항 값이 기준값을 초과하거나 상기 생체 정보가 정상 범위를 초과하는 비정상 상태가 감지될 때 상기 tDCS 단계로부터 상기 tACS 단계로 자동 스위칭하는 제어부를 구비하는 비침습적 자극 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    제1 tACS 단계에서 기저 레벨을 중심으로 스윙하는 교류 신호를 상기 tDCS 단계에서 선택된 전극에 인가하고,
    제1 tACS 단계 이후의 램프 업 구간 동안 상기 tACS 단계에서 선택된 전극에 인가되는 전류의 세기를 상기 기저 레벨 보다 높은 활성화 레벨까지 높이고,
    상기 비정상 상태가 감지될 때 제2 tACS 단계로 진입하여 상기 활성화 레벨 상에서 스윙하는 교류 신호를 상기 tACS 단계에서 선택된 전극에 인가하고,
    상기 전극의 저항 값이 기준값 이하이고 상기 생체 정보가 정상 범위 내로 변하는 정상 상태가 감지될 때 소정의 시간 경과 후에 상기 tDCS 단계를 재개한 후, 램프 다운 구간 동안 상기 tACS 단계에서 선택된 전극에 인가되는 전류의 세기를 상기 활성화 레벨로부터 상기 기저 레벨로 점진적으로 낮추는 비침습적 자극 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 비침습적 자극 장치의 전원이 켜진 직후 소정의 스탠바이 시간 동안 상기 기저 레벨의 전류를 상기 전극들에 인가하고,
    상기 스타트 키 입력이 수신될 때 교류 신호 형태의 패치 검출 신호 패턴을 상기 전극들에 인가하고 상기 전극들의 저항을 측정하여 상기 전극들 각각의 저항값을 상기 기준값과 비교하여 상기 패치의 밀착도를 판단하고,
    상기 패치 검출 신호 패턴 후에 상기 제1 tACS 단계에 진입하는 비침습적 자극 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 tACS 단계에서 발생되는 교류 신호의 진폭이 상기 패치 검출 신호 패턴의 진폭 보다 큰 비침습적 자극 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 tACS 단계에서 발생되는 교류 신호의 진폭이 상기 제1 tACS 단계에서 발생되는 교류 신호의 진폭 보다 낮은 비침습적 자극 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 tACS 단계에서 발생되는 교류 신호의 주파수가 상기 제1 tACS 단계에서 발생되는 교류 신호의 주파수와 상이한 비침습적 자극 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 tACS 단계와 상기 제2 tACS 단계 중 적어도 어느 하나에서 발생되는 교류 신호는 진폭이 변하는 구간을 포함하는 비침습적 자극 장치.
  8. 피시술자의 머리에 밀착되는 패치를 포함한 복수의 전극들이 배치된 헬멧, 상기 헬멧을 착용한 피시술자의 생체 정보를 감지하는 하나 이상의 센서 모듈, 및 tDCS(transcranial Direct Current Stimulation) 단계에서 선택된 하나 이상의 전극에 직류 자극 신호를 인가하고 tACS(transcranial Alternating Current Stimulation) 단계에서 선택된 하나 이상의 전극에 교류 자극 신호를 제공하는 제어부를 이용한 비침습적 자극 방법에 있어서,
    상기 전극들의 저항 값을 측정하고 상기 저항값을 기준값과 비교하는 단계;
    상기 센서 모듈의 출력 신호를 수신하여 상기 생체 정보를 정상 범위와 비교하는 단계; 및
    상기 저항값이 상기 기준값을 초과하거나 상기 생체 정보가 상기 정상 범위를 초과하는 비정상 상태가 감지될 때 상기 tDCS 단계로부터 상기 tACS 단계로 자동 스위칭하는 단계를 포함하는 비침습적 자극 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    제1 tACS 단계에서 기저 레벨을 중심으로 스윙하는 교류 신호를 상기 tDCS 단계에서 선택된 전극에 인가하는 단계;
    제1 tACS 단계 이후의 램프 업 구간 동안 상기 tACS 단계에서 선택된 전극에 인가되는 전류의 세기를 상기 기저 레벨 보다 높은 활성화 레벨까지 높이는 단계;
    상기 비정상 상태가 감지될 때 제2 tACS 단계로 진입하여 상기 활성화 레벨 상에서 스윙하는 교류 신호를 상기 tACS 단계에서 선택된 전극에 인가하는 단계;
    상기 전극의 저항 값이 기준값 이하이고 상기 생체 정보가 정상 범위 내로 변하는 정상 상태가 감지될 때 소정의 시간 경과 후에 상기 tDCS 단계를 재개하는 단계; 및
    상기 tDCS 단계가 재개된 후 램프 다운 구간 동안 상기 tACS 단계에서 선택된 전극에 인가되는 전류의 세기를 상기 활성화 레벨로부터 상기 기저 레벨로 점진적으로 낮추는 단계를 더 포함하는 비침습적 자극 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 비침습적 자극 장치의 전원이 켜진 직후 소정의 스탠바이 시간 동안 상기 기저 레벨의 전류를 상기 전극들에 인가하는 단계;
    교류 신호 형태의 패치 검출 신호 패턴을 상기 전극들에 인가하고 상기 전극들의 저항을 측정하여 상기 전극들 각각의 저항값을 상기 기준값과 비교하여 상기 패치의 밀착도를 판단하는 단계; 및
    상기 패치 검출 신호 패턴 후에 상기 제1 tACS 단계에 진입하는 단계를 더 포함하는 비침습적 자극 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140080299A (ko) 2012-12-20 2014-06-30 (주)와이브레인 머리 착용 장치 및 이를 이용한 경두개 전기 자극 시스템

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101566786B1 (ko) * 2015-06-23 2015-11-06 (주)와이브레인 전기 자극 및 생체 전위 측정 장치
CN108778409B (zh) * 2016-02-08 2022-04-08 哈洛纽罗公司 用于改善电刺激的提供的方法和系统
WO2020026880A1 (ja) * 2018-08-02 2020-02-06 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 アクティブ電極、脳波計、制御装置、及び、制御方法
WO2021215769A1 (ko) * 2020-04-21 2021-10-28 뉴로엔(주) 비침습적 뇌자극 헬스케어 장치
CN112221013A (zh) * 2020-11-05 2021-01-15 江苏集萃脑机融合智能技术研究所有限公司 一种经颅电刺激系统

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140080299A (ko) 2012-12-20 2014-06-30 (주)와이브레인 머리 착용 장치 및 이를 이용한 경두개 전기 자극 시스템

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