KR20240059464A - 초음파 뇌심부 자극 치료 시스템, 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초음파 뇌심부 자극 치료 시스템, 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 초음파를 사용하여 환자의 뇌심부에 대한 자극 치료를 수행하면서 특정 부위에 초음파 에너지를 집속하여 효과적으로 자극 치료를 수행할 수 있는 초음파 뇌심부 자극 치료 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는, 초음파를 이용하여 환자에 대한 신경 자극을 수행하는 신경 자극 장치에 있어서, 초음파를 생성하여 상기 환자의 뇌로 인가하는 복수의 초음파 생성 소자; 및 상기 복수의 초음파 생성 소자에서 상기 환자의 뇌로 인가되는 각 초음파가 상기 환자의 뇌의 특정 부위에 집속되도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 자극 장치를 개시한다.

Description

초음파 뇌심부 자극 치료 시스템, 장치 및 방법 {SYSTEM, APPARATUS AND METHOD FOR ULTRASONIC DEEP BRAIN STIMULATION TREATMENT}
본 발명은 초음파 뇌심부 자극 치료 시스템, 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 초음파를 사용하여 환자의 뇌심부에 대한 자극 치료를 수행하면서 특정 부위에 초음파 에너지를 집속하여 효과적으로 자극 치료를 수행할 수 있는 초음파 뇌심부 자극 치료 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다.
근래 치매 등 신경과 질환에 대한 사회적 관심이 증가하고 있으며, 이와 관련하여 파킨슨병, 간질 등에 대하여 특정 시신경을 자극하여 병증을 개선하는 치료 기법이 시도되고 있다.
예를 들어, 파킨슨병의 경우, 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 환자의 시상하핵(sub-thalamic nucleus, STN)에 신경 자극용 니들(needle)을 삽입하고, 상기 신경 자극용 니들과 전선(wire)을 통해 연결된 체내 이식형 본체에서 약 130Hz의 전기 자극 신호를 인가하여 줌으로써 병증을 완화하여 일상 생활이 가능하게 하는 치료 기법이 사용되고 있다.
그러나, 이러한 종래 기술의 경우, 신경 자극용 니들과 체내 이식형 본체를 인체에 삽입하는 수술을 시행해야 하고, 상시적인 신경 자극으로 인하여 조직의 손상 및 괴사가 일어날 수 있다는 문제점이 지적되고 있다.
또한, 상기 종래 기술에서는 시술 직후에는 상당한 효과를 보이나 시간이 경과함에 따라 전기 자극에 의한 치료 효과가 감소될 수 있을 뿐만 아니라, 체내 이식형 본체의 배터리 소모에 따라 배터리 교체를 위한 재수술이 반복적으로 이루어져야 하는 불편함도 따르게 되고, 특히 고령층 기타 수술이 어려운 환자의 경우 위험성이 더욱 커질 수 있었다.
나아가, 상기 종래 기술에서는 체내 이식형 본체의 치료 알고리즘 등에 대한 업그레이드를 통해 치료 효과를 지속적으로 개선할 수 있도록 하는 방안도 요구되고 있다.
이에 따라, 신경 치료 장치의 삽입을 위한 수술에 따르는 여러 어려움을 효과적으로 해결할 수 있으며, 지속적으로 치료 효과를 유지하면서 상시적인 신경 자극으로 인한 조직의 손상 및 괴사를 방지할 수 있고, 또한 배터리 교체를 위한 반복적인 재수술도 줄일 수 있으며, 나아가 치료 알고리즘 등에 대한 업그레이드를 통해 치료 효과를 지속적으로 개선할 수 있도록 하는 방안이 지속적으로 요구되고 있으나, 아직 이에 대한 적절한 해법이 제시되지 못하고 있다.
대한민국 특허공개공보 제10-2012-0131815호 (2012.12.05)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 신경 치료 장치의 삽입을 위한 수술에 따르는 여러 어려움을 효과적으로 해결할 수 있으며, 지속적으로 치료 효과를 유지하면서 상시적인 신경 자극으로 인한 조직의 손상 및 괴사를 방지할 수 있고, 또한 배터리 교체를 위한 반복적인 재수술도 줄일 수 있으며, 나아가 치료 알고리즘 등에 대한 업그레이드를 통해 치료 효과를 지속적으로 개선할 수 있도록 하는 초음파 뇌심부 자극 치료 시스템, 장치 및 방법을 개시하는 것을 목적으로 한다.
그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술 분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치는, 초음파를 이용하여 환자에 대한 신경 자극을 수행하는 신경 자극 장치에 있어서, 초음파를 생성하여 상기 환자의 뇌로 인가하는 복수의 초음파 생성 소자; 및 상기 복수의 초음파 생성 소자에서 상기 환자의 뇌로 인가되는 각 초음파가 상기 환자의 뇌의 특정 부위에 집속되도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 복수의 초음파 생성 소자로 인가되는 전기 신호를 생성하는 전기 신호 발생부;를 더 포함하며, 상기 복수의 초음파 생성 소자에서는 상기 전기 신호 발생부에서 생성된 전기 신호를 입력받아 상기 초음파를 생성할 수 있다.
또한, 상기 제어부에서는 상기 전기 신호 발생부를 제어하여 상기 복수의 초음파 생성 소자로 인가되는 전기 신호를 조절하면서 상기 복수의 초음파 생성 소자에서 생성되는 각 초음파가 상기 환자의 뇌의 특정 부위에 집속되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 복수의 초음파 생성 소자로 인가되는 전기 신호를 제한하는 리미터;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 초음파 생성 소자는 소정의 간격으로 2차원 배열되는 형태로 구비될 수 있다.
또한, 상기 제어부에서는 상기 복수의 초음파 생성 소자와 상기 환자의 뇌의 특정 부위 간의 거리를 고려하여 각 초음파 생성 소자에서 초음파가 상기 환자의 뇌로 인가되는 타이밍을 제어할 수 있다.
이때, 상기 제어부에서는 상기 복수의 초음파 생성 소자와 상기 환자의 뇌의 특정 부위 간의 거리에 대한 초음파의 TOF(Time Of Flight)를 고려하여 각 초음파 생성 소자에서 초음파가 상기 환자의 뇌로 인가되는 타이밍을 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부에서는 상기 환자의 뇌의 특정 부위에서의 상기 초음파의 집속을 위하여 상기 각 초음파 생성 소자에 대한 아포디제이션(apodization)을 계산하여 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부에서는 상기 환자의 뇌에서 감지된 신경 신호를 고려하여 상기 환자의 뇌에 대한 신경 자극을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 신경 자극 방법은, 초음파를 이용하여 환자에 대한 신경 자극을 수행하는 방법에 있어서, 신경 자극 장치가, 복수의 초음파 생성 소자에서 상기 환자의 뇌로 인가되는 각 초음파가 상기 환자의 뇌의 특정 부위에 집속되도록 제어 신호를 생성하는 단계; 및 상기 제어 신호를 기초로 복수의 초음파 생성 소자에서 초음파를 생성하여 상기 환자의 뇌로 인가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 신경 자극 시스템은, 환자의 뇌에 일부 또는 전부가 삽입되어 신경 신호를 감지하는 신경 신호 감지부와, 상기 신경 신호를 기초로 산출된 상기 환자에 대한 신경 자극을 위한 신경 자극 데이터를 무선 송신하는 제1 무선 통신부를 포함하는 신경 신호 감지 장치; 및 상기 신경 신호 감지 장치로부터 상기 신경 자극 데이터를 수신하는 제2 무선 통신부와, 초음파를 생성하여 상기 환자의 뇌로 인가하는 복수의 초음파 생성 소자와, 상기 복수의 초음파 생성 소자에서 상기 환자의 뇌로 인가되는 각 초음파가 상기 환자의 뇌의 특정 부위에 집속되도록 제어하는 제어부를 포함하는 신경 자극 장치;를 포함하며, 상기 신경 자극 장치에서는 상기 신경 자극 데이터를 기초로 상기 환자의 뇌에 대한 신경 자극을 적응적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 신경 신호 감지부는, 상기 환자의 신경 신호를 센싱하는 바늘형 전극과, 상기 바늘형 전극에서 센싱된 신경 신호를 기초로 상기 신경 자극 데이터를 산출하는 신경 신호 처리부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 신경 자극 장치에서는 상기 신경 신호를 기초로 상기 신경 자극 데이터를 산출하며, 상기 신경 자극 데이터를 기초로 상기 초음파를 생성하고 상기 환자의 뇌로 인가하여 신경 자극을 수행할 수 있다.
또한, 상기 신경 자극 장치에서는 상기 신경 자극 데이터에 미리 정해진 제1 알고리즘을 적용하여 적응적으로 신경 자극 신호를 산출하여 신경 자극을 수행할 수 있다.
이때, 상기 신경 자극 장치에서는, 상기 제2 무선 통신부를 통해 전송받은 제2 알고리즘으로 상기 제1 알고리즘을 갱신하여 적용할 수 있다.
또한, 상기 신경 자극 신호는, 상기 신경 신호 중 신경 발화 신호의 모폴로지(morphology)를 분석하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하여 생성될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 뇌심부 자극 치료 시스템, 장치 및 방법에서는, 신경 치료 장치의 삽입을 위한 수술에 따르는 여러 어려움을 효과적으로 해결할 수 있으며, 지속적으로 치료 효과를 유지하면서 상시적인 신경 자극으로 인한 조직의 손상 및 괴사를 방지할 수 있고, 또한 배터리 교체를 위한 반복적인 재수술도 줄일 수 있으며, 나아가 치료 알고리즘 등에 대한 업그레이드를 통해 치료 효과를 지속적으로 개선할 수 있게 된다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 신경 자극 장치의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치의 블록도이다.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치의 구체적인 구성 및 동작을 예시하는 도면이다.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치에서 초음파를 사용하여 신경 자극을 수행하는 구성을 예시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 발화 신호를 예시하는 도면이다.
도 8 내지 도 10은 발명의 일 실시예에 따른 신경 발화 신호에 기반한 신경 자극 파라미터 조정을 예시하는 도면이다.
도 11은 발명의 일 실시예에 따른 신경 신호의 주파수 특성에 기반한 신경 자극 파라미터 조정을 예시하는 도면이다.
도 12는 발명의 일 실시예에 따른 신경 신호의 패턴 분류에 기반한 신경 자극 파라미터 조정을 예시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 시스템의 블록도이다.
도 14 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 시스템의 구체적인 구성 및 동작을 예시하는 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 방법의 순서도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.
이하의 실시예는 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
아래에서는, 본 발명에 따른 초음파 뇌심부 자극 치료 시스템, 장치 및 방법의 예시적인 실시형태들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 2에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)의 블록도를 예시하고 있다. 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)는, 초음파를 이용하여 환자에 대한 신경 자극을 수행하는 신경 자극 장치(120)에 있어서, 초음파를 생성하여 상기 환자의 뇌로 인가하는 복수의 초음파 생성 소자(121) 및 상기 복수의 초음파 생성 소자(121)에서 상기 환자의 뇌로 인가되는 각 초음파가 상기 환자의 뇌의 특정 부위에 집속되도록 제어하는 제어부(122)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)에는, 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 복수의 초음파 생성 소자로 인가되는 전기 신호를 생성하는 전기 신호 발생부(124)가 더 포함될 수 있으며, 이때 상기 복수의 초음파 생성 소자(121)에서는 상기 전기 신호 발생부(124)에서 생성된 전기 신호를 입력받아 상기 초음파를 생성할 수 있다.
또한, 상기 제어부(122)에서는 상기 전기 신호 발생부(124)를 제어하여 상기 복수의 초음파 생성 소자(121)로 인가되는 전기 신호를 조절하면서 상기 복수의 초음파 생성 소자에서 생성되는 각 초음파가 상기 환자의 뇌의 특정 부위에 집속되도록 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)에는, 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 복수의 초음파 생성 소자로 인가되는 전기 신호를 제한하는 리미터(123)가 더 포함될 수 있다.
또한, 상기 복수의 초음파 생성 소자(121)는 소정의 간격으로 2차원 배열되는 형태로 구비될 수 있다.
또한, 상기 제어부(122)에서는 상기 복수의 초음파 생성 소자(121)와 상기 환자의 뇌의 특정 부위 간의 거리를 고려하여 각 초음파 생성 소자(121)에서 초음파가 상기 환자의 뇌로 인가되는 타이밍을 제어할 수 있다.
이때, 상기 제어부(122)에서는 상기 복수의 초음파 생성 소자(121)와 상기 환자의 뇌의 특정 부위 간의 거리에 대한 초음파의 TOF(Time Of Flight)를 고려하여 각 초음파 생성 소자(121)에서 초음파가 상기 환자의 뇌로 인가되는 타이밍을 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부(122)에서는 상기 환자의 뇌의 특정 부위에서의 상기 초음파의 집속을 위하여 상기 각 초음파 생성 소자(121)에 대한 아포디제이션(apodization)을 계산하여 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부(122)에서는 상기 환자의 뇌에서 감지된 신경 신호를 고려하여 상기 환자의 뇌에 대한 신경 자극을 수행할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 뇌심부 자극 치료 시스템, 장치 및 방법에서는, 신경 치료 장치의 삽입을 위한 수술에 따르는 여러 어려움을 효과적으로 해결할 수 있으며, 지속적으로 치료 효과를 유지하면서 상시적인 신경 자극으로 인한 조직의 손상 및 괴사를 방지할 수 있게 된다.
아래에서는 도 2 내지 도 4 등 각 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)를 각 구성요소별로 나누어 보다 자세하게 설명한다.
먼저, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 신경 자극 장치(120)는 외장형 또는 휴대형 타입의 장치로 구성되어 의료진 등의 사용자가 편리하게 환자에 대한 신경 자극 치료를 수행할 수 있게 된다.
이에 따라, 상기 신경 자극 장치(120)에서는 초음파를 이용하여 환자에 대한 수술 없이도 뇌심부 자극술(DBS) 등을 대체할 수 있다.
또한, 상기 초음파의 에너지는 기본적으로 음향의 진동에 의한 것이므로, 전기 자극 대비 안전할 뿐만 아니라 부작용도 크게 줄일 수 있다는 장점을 가진다.
다만, 초음파가 환자의 뇌 내부의 신경 자극을 위한 특정 영역이 아닌 영역으로 분산되면 안되므로, 본 발명에서는 상기 초음파를 상기 환자의 뇌의 특정 영역에 집속(focusing)되도록 정확하게 제어하는 것이 중요하다.
특히, 환자의 뇌는 두개골에 의해 둘러싸여 있어 초음파가 인가되더라도 초음파의 에너지 대부분이 감쇄되면서 신경 자극을 위한 특정 영역에 충분한 초음파 에너지를 전달하는 것이 어려울 수 있다.
이에 대하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)에서는, 상기 복수의 초음파 생성 소자(121)가 소정의 간격으로 2차원 배열되는 형태로 구비될 수 있으며, 상기 2차원 배열되는 복수의 초음파 생성 소자(121)에서 인가되는 초음파를 특정 영역에 집속되도록 효과적으로 제어하게 된다.
이때, 상기 복수의 초음파 생성 소자(121)는 PZT 등 압전 소자를 이용하여 구현될 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)에서는, 상기 복수의 초음파 생성 소자(121)에서 인가되는 초음파가 환자의 뇌에서 특정 부위에 정확하게 초음파를 집속할 수 있도록 뇌정위법 등에 따른 자극 장치 고정용 장치(예를 들어, 헬멧 등) 등을 이용하거나 이와 일체화되는 형태로 구현될 수도 있다.
이에 대하여, 상기 제어부(122)에서는, 상기 복수의 초음파 생성 소자(121)에서 상기 환자의 뇌로 인가되는 각 초음파가 상기 환자의 뇌의 특정 부위에 집속되도록 제어하게 된다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)에는, 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 복수의 초음파 생성 소자(121)로 인가되는 전기 신호를 생성하는 전기 신호 발생부(124)가 구비될 수 있으며, 이때 상기 복수의 초음파 생성 소자(121)에서는 상기 전기 신호 발생부(124)에서 생성되는 펄스(Pulse) 신호 등 전기 신호를 입력받아 상기 초음파를 생성할 수 있다.
이때, 상기 제어부(122)에서는 상기 전기 신호 발생부(124)를 제어하여 상기 복수의 초음파 생성 소자(121)로 인가되는 전기 신호를 조절하면서 상기 복수의 초음파 생성 소자(121)에서 생성되는 각 초음파가 상기 환자의 뇌의 특정 부위에 집속되도록 제어할 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)에는, 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 복수의 초음파 생성 소자로 인가되는 전기 신호를 제한하는 리미터(123)가 구비될 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)에는, 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 배터리 등 전원부(125)가 구비되어 상기 신경 자극 장치(120)의 구동을 위한 전력을 제공할 수 있다.
나아가, 도 5a 내지 도 5b에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 신경 자극 장치(120)에는 복수의 초음파 생성 소자(121)가 2차원 배열되어 상기 초음파를 상기 환자의 뇌의 특정한 부위로 집속하여 인가할 수 있다.
이때, 도 5a 내지 도 5b에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 신경 자극 장치(120)에서는 PZT 소자 등 복수의 초음파 생성 소자(121)를 이용하여 전기 신호를 초음파로 변환하여 환자의 두부로 인가할 수 있으며, 이때 상기 복수의 초음파 생성 소자(121)에서의 지연(delay)를 조절하여 상기 복수의 초음파 생성 소자(121)에서 인가되는 초음파가 환자의 뇌의 특정 영역에 집속하도록 제어하여 신경 자극을 효율적으로 수행할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)는, 전기 신호를 초음파로 변환하는 PZT 소자 등 복수의 초음파 생성 소자(121)가 이차원 배열(예를 들어, 4 x 64 = 256개의 PZT 소자)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)에는, 상기 복수의 초음파 생성 소자(121)로 펄스 신호 등을 제공하는 전기신호 발생부(124) 및 리미터(123) 등 제한 장치가 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)에는, 외부의 장치 등과의 통신을 위한 통신부(미도시)가 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)에는, 상기 복수의 초음파 생성 소자(121)에서 송신되는 초음파의 빔포밍(beam-forming)을 제어하는 제어부(122)가 구비될 수 있다.
이때, 상기 신경 자극 장치(120)에서는 도 6a에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 PZT 소자 등 각 초음파 생성 소자(121)에서 생성되는 초음파 모드를 구분하여 적용하여 적용 대상에 대하여 보다 효과적으로 신경 자극을 수행할 수 있게 된다.
또한, 상기 신경 자극 장치(120)에서는, 도 5a, 5b 및 도 6b에서 볼 수 있는 바와 같이 상기 PZT 소자 등 각 초음파 생성 소자(121)에서 펄스 초음파를 발생하는데 있어서의 타이밍 제어가 필요하며, 또한, 도 6c에서 볼 수 있는 바와 같이 초음파를 집속하고자 하는 목표 영역에 초음파 빔이 효과적으로 집속될 수 있도록 송신 아포디제이션(apodization)을 계산하여 제어할 수 있다.
보다 구체적인 예를 들어, 상기신경 자극 장치(120)에 PZT 소자 등 초음파 생성 소자(121)가 0번부터 255번까지 구비되어 있다고 하면, 상기 초음파 에너지를 전달하고자 하는 (신경 자극) 목표 영역까지의 거리와 좌표를 계산하고 각 초음파 생성 소자(121) 별로 아포디제이션(apodization)을 계산하여 2차, 3차 등 고차 로브(lobe) 억제 및 회절상 감소를 수행하고, 각 초음파 생성 소자(121)의 송신 타이밍을 초음파 TOF(time of flight)에 따라 제어할 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)에서는, 상기 신경 자극 목표 영역과 가장 가까운 초음파 생성 소자(121)는 가장 늦게 송신하고, 가장 멀리 있는 초음파 생성 소자(121)는 가장 빨리 송신하여 상기 신경 자극 목표 영역에서 동일한 시간에 집속되도록 할 수 있으며, 이때 각 초음파 생성 소자(121)에서 송신한 초음파 에너지의 최대치 영역(max)에서 모두 중첩되어 보강 간섭에 따라 최대의 에너지가 집속(focusing)되도록 할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)에서는, MCU(Micro Controller Unit), FPGA(Field Programmable Gate Array), ASIC(application specific integrated circuit) 등 하드웨어 장치를 이용하여 구현하는 것이 가능하나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 이외에도 별도의 서버 등 컴퓨팅 장치에서 구동되는 소프트웨어 등 이용하여 구현하는 등 다양한 방식으로 구현 가능하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)는 사용자의 스마트폰, 태블릿 등 휴대용 장치를 이용하여 데이터의 처리하거나 제어하는 것이 가능하며, 이외에도 서버 등을 이용하여 상기 신경 자극 장치(120)와 통신을 수행하면서 데이터의 처리 및 제어를 수행하는 것도 가능하다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)에서는, 종래 뇌심부 자극에서 사용되었던 전기 신호에 의한 신경 자극을 초음파 에너지로 대체함으로써 뇌수술 등 수술을 거치지 않고도 파킨슨병, 헌팅턴병, 간질 등 이상 운동질환 치료와 다양한 뇌질환 치료에 적용하는 것이 가능하다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)에서는 미리 정해진 제1 알고리즘을 이용하여 적응적으로 신경 자극 신호를 생성하여 상기 환자에 대한 신경 자극을 수행할 수 있다. 이때 상기 제1 알고리즘에 대해서는 도 7 내지 도 12를 참조하여 후술하기로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)에서, 상기 신경 자극 신호는 상기 신경 신호 중 신경 발화 신호의 모폴로지(morphology)를 분석하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하여 생성할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 신경 자극 장치(120)에서는, 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 신경 발화 신호 중 제1 피크 신호의 진폭(도 7의 Amplitude), 제1 피크 신호와 후속하는 제2 피크 신호 간의 시간 간격(도 7의 Width), 상기 제2 피크 신호의 상승률(도 7의 Slew Rate) 중 하나 이상을 고려하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 신경 자극 장치(120)에서는 상기 신경 자극의 전류 레벨, 전압 레벨, 자극 시간(duration), 자극 빈도(frequency) 중 하나 이상을 조정할 수 있다.
이에 따라, 종래 기술에서는 시술 직후에는 상당한 효과를 보이나 시간이 경과함에 따라 전기 자극에 의한 치료 효과가 감소될 뿐만 아니라, 상시적인 신경 자극으로 인하여 조직의 손상 및 괴사가 일어날 수 있으며, 나아가 배터리 소모에 따라 배터리 교체를 위한 재수술이 반복적으로 이루어져야 하는 문제점이 있었으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 장치(120)에서는 환자의 신경 발화 신호를 기반으로 적응적으로 신경 자극 파라미터를 조정하여 줌으로써, 상시 신경 자극으로 인한 치료 효과의 감소 및 신경 조직의 손상을 억제하고 배터리 소모량도 줄여 배터리 교체 주기도 늘릴 수 있게 된다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)에서는, 도 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 제1 피크 신호의 진폭이 미리 정해진 제1 기준치보다 큰 경우 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.
예를 들어, 도 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)에서는 신경 신호가 감지되면(도 8의 (a)), 상기 신경 신호에 대한 처리를 통해 상기 신경 발화 신호에서 제1 피크 신호의 진폭(Amplitude)을 산출하고(도 8의 (b)), 상기 제1 피크 신호의 진폭(Amplitude)이 미리 정해진 제1 기준치보다 큰 경우 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하게 된다(도 8의 (c)).
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)에서는, 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 제1 피크 신호와 후속하는 제2 피크 신호 간의 시간 간격이 미리 정해진 제2 기준치보다 작은 경우 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.
예를 들어, 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 장치(120)에서는 신경 신호가 감지되면(도 9의 (a)), 상기 신경 신호에 대한 처리를 통해 상기 신경 발화 신호에서 제1 피크 신호와 후속하는 제2 피크 신호 간의 시간 간격(Width)을 산출하고(도 9의 (b)), 상기 제1 피크 신호와 후속하는 제2 피크 신호 간의 시간 간격(Width)이 미리 정해진 제2 기준치보다 작은 경우 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하게 된다(도 9의 (c)).
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)에서는 도 10에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 제2 피크 신호의 상승률(slew rate)이 미리 정해진 제3 기준치보다 큰 경우 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.
예를 들어, 도 10에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 장치(120)에서는 신경 신호가 감지되면(도 10의 (a)), 상기 신경 신호에 대한 처리를 통해 상기 신경 발화 신호에서 상기 제2 피크 신호의 상승률(slew rate)을 산출하고(도 10의 (b)), 상기 제2 피크 신호의 상승률(slew rate)이 미리 정해진 제3 기준치보다 큰 경우 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하게 된다(도 10의 (c)).
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(110)에서, 상기 신경 발화 신호 중 제1 피크 신호의 진폭(amplitude), 제1 피크 신호와 후속하는 제2 피크 신호 간의 시간 간격, 상기 제2 피크 신호의 상승률(slew rate) 중 둘 이상이 기준치를 벗어나는 경우에는, 복수의 신경 자극 파라미터 조정값에 각 가중치를 곱하여 합산한 값으로 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)에서는, 상기 신경 발화 신호의 모폴로지(morphology) 분석과 함께, 상기 신경 신호의 주파수 특성을 분석하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 11에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)에서는 신경 신호가 감지되면(도 11의 (a)), 상기 신경 신호에 대한 푸리에 변환 등의 처리를 통해 상기 신경 신호의 주파수 특성을 분석하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다(도 11의 (b)).
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 장치(120)에서는, 상기 신경 발화 신호의 모폴로지(morphology) 분석과 함께, 상기 신경 신호를 구성하는 미리 정해진 복수의 패턴으로 분류하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 12에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)에서 신경 신호를 감지하면(도 12의 (a)), 상기 신경 신호를 분석하여 미리 정해진 패턴(예를 들어, 도 12 (b)의 토닉(Tonic) 패턴, 랜덤(Random) 패턴, 버스팅(Busrting) 패턴 등)으로 분류하고, 상기 신경 신호를 구성하는 각 패턴의 비율 등을 산출하고 특정 패턴의 비율이 미리 정해진 기준치를 넘어서는지 등을 판단하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다(도 12의 (c)).
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)에서는, 상기 신경 발화 신호의 모폴로지(morphology) 분석과 함께, 상기 신경 신호의 주파수 특성 분석 또는 패턴 분석을 함께 고려하여 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하여 줌으로써, 보다 정확한 신경 자극 파라미터를 산출할 수 있게 된다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)에서, 상기 모폴로지(morphology) 분석, 주파수 특성 분석 및 패턴 분석 중 둘 이상을 함께 고려하는 경우에는, 각 분석에 따른 복수의 신경 자극 파라미터 조정값에 가중치를 곱하여 합산한 값으로 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.
또한, 도 4 및 도 13에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 신경 자극 장치(120)에서는 상기 제2 무선 통신부(121)를 통해 전송받은 제2 알고리즘으로 상기 제1 알고리즘을 갱신하여 적용할 수 있으나(도 4의 126), 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이외에 유선 통신이나 직접 연결 등을 통해 상기 신경 자극 장치(120)에서 상기 제1 알고리즘을 갱신하는 것도 가능하다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)에서는, 상기 조정된 신경 자극 파라미터에 따라 상기 환자에 대한 신경 자극을 수행하게 된다.
나아가, 상기 신경 자극 장치(120)에서는, 상기 신경 신호가 이상 상태로 판단된 경우에만 상기 환자에 대한 신경 자극을 수행할 수 있으며, 이에 따라 상시적인 신경 자극으로 인한 신경 조직의 손상 및 괴사를 방지할 수 있으며, 또한 배터리 소모량도 줄여 배터리 교체 주기도 늘릴 수 있게 된다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)에는, 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 수동으로 설정할 수 있도록 하는 무선 설정부(미도시)가 더 포함될 수 있다.
이때, 상기 무선 설정부(미도시)에서는 블루투스나 와이파이 등 무선 통신을 통해 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 수동으로 설정할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)에서는, 의료진 등의 사용자가 환자의 상태 등을 고려하여 상기 신경 자극 파라미터를 수동으로 설정할 수 있도록 함으로써, 재수술 없이도 상기 환자에게 적합한 설정치를 세팅할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 장치(120)에서는 스마트폰 등 사용자의 단말로 상기 신경 신호를 전송하거나, 신경 자극을 수행하기 위한 메시지를 전송하여, 소정의 처리를 수행하거나 사용자에게 제공하여 신경 자극을 수행하도록 할 수 있다.
또한, 도 13에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 시스템(100)의 블록도를 예시하고 있다. 도 13에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 시스템(100)은, 환자의 뇌에 일부 또는 전부가 삽입되어 신경 신호를 감지하는 신경 신호 감지부(111)와 상기 신경 신호를 기초로 산출된 상기 환자에 대한 신경 자극을 위한 신경 자극 데이터를 무선 송신하는 제1 무선 통신부(112)를 포함하는 신경 신호 감지 장치(110) 및 상기 신경 신호 감지 장치(110)로부터 상기 신경 자극 데이터를 수신하는 제2 무선 통신부(127)와 초음파를 생성하여 상기 환자의 뇌로 인가하는 복수의 초음파 생성 소자(121), 상기 복수의 초음파 생성 소자(121)에서 상기 환자의 뇌로 인가되는 각 초음파가 상기 환자의 뇌의 특정 부위에 집속되도록 제어하는 제어부(122)를 포함하는 신경 자극 장치(120)를 포함하며, 이때 상기 신경 자극 장치(120)에서는 상기 신경 자극 데이터를 기초로 상기 환자의 뇌에 대한 신경 자극을 적응적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 신경 신호 감지부(111)는, 상기 환자의 신경 신호를 센싱하는 바늘형 전극(111a)과, 상기 바늘형 전극(111a)에서 센싱된 신경 신호를 기초로 상기 신경 자극 데이터를 산출하는 신경 신호 처리부(111b)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 신경 자극 장치(120)에서는, 상기 신경 자극 데이터를 기초로 상기 신경 자극 데이터를 산출하며, 상기 신경 자극 데이터를 기초로 상기 초음파를 생성하고 상기 환자의 뇌로 인가하여 신경 자극을 수행할 수 있다.
또한, 상기 신경 자극 장치(120)에서는 상기 신경 자극 데이터에 미리 정해진 제1 알고리즘을 적용하여 적응적으로 상기 신경 자극 신호를 산출할 수 있다.
이때, 상기 신경 자극 장치(120)에는 복수의 초음파 생성 소자(121)가 배열되어 상기 초음파를 상기 환자의 뇌의 특정한 부위로 집속하여 인가할 수 있다.
또한, 상기 신경 자극 장치(120)에서는 상기 신경 자극 데이터에 미리 정해진 제1 알고리즘을 적용하여 적응적으로 상기 신경 자극 신호를 산출할 수 있다.
또한, 상기 신경 자극 장치(120)에서는, 상기 제2 무선 통신부(121)를 통해 전송받은 제2 알고리즘으로 상기 제1 알고리즘을 갱신하여 적용할 수 있다.
또한, 상기 신경 자극 신호는, 상기 신경 신호 중 신경 발화 신호의 모폴로지(morphology)를 분석하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하여 생성될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 뇌심부 자극 치료 시스템, 장치 및 방법에서는, 신경 치료를 위한 수술에 따르는 여러 어려움을 효과적으로 해결할 수 있으며, 지속적으로 치료 효과를 유지하면서 상시적인 신경 자극으로 인한 조직의 손상 및 괴사를 방지할 수 있고, 또한 배터리 교체를 위한 반복적인 재수술도 줄일 수 있으며, 나아가 치료 알고리즘 등에 대한 업그레이드를 통해 치료 효과를 지속적으로 개선할 수 있게 된다.
아래에서는 각 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 시스템(100)을 각 구성요소별로 나누어 보다 자세하게 설명한다.
먼저, 도 13 내지 도 15에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 신경 신호 감지 장치(110)의 신경 신호 감지부(111)는 환자의 뇌에 일부 또는 전부가 삽입되어 신경 신호를 감지하게 된다.
이때, 상기 신경 신호 감지부(111)는 도 14 및 도 15에서 볼 수 있는 바와 같이, 환자의 시상하핵(STN) 등 뇌의 신경 조직에 삽입되어 환자의 신경 신호를 센싱하는 바늘형 전극(111a)와, 상기 바늘형 전극(111a)에서 센싱된 신경 신호를 기초로 상기 환자에 대한 신경 자극 데이터를 산출하는 신경 신호 처리부(111b)를 포함하여, 상기 환자의 신경 조직에서 발생하는 신경 신호를 감지하여 신경 자극 데이터를 산출할 수 있다.
그러나, 위와 같이 환자의 시상하핵(STN)에서 신경 신호를 감지하는 것은 본 발명의 일 실시예 일뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 신경 신호 처리부(111b)에서는 상기 신경 신호를 기초로 상기 신경 자극 데이터를 산출하게 되는데, 이때 상기 신경 자극 데이터는 상기 신경 신호의 특징을 나타내는 데이터일 수 있으나(예를 들어, 도 7의 신경 발화 신호에서 제1 피크 신호의 진폭(amplitude), 제1 피크 신호와 후속하는 제2 피크 신호 간의 시간 간격, 상기 제2 피크 신호의 상승률(slew rate) 등), 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이외에도 상기 신경 자극 데이터를 기초로 상기 환자의 뇌를 자극하기 위한 신경 자극 신호를 효과적으로 산출할 수 있도록 상기 신경 자극 데이터의 구체적인 내용이나 형식을 구성할 수 있다.
나아가, 본 발명에서 상기 신경 자극 데이터는 상기 환자에 대한 신경 자극이 필요한 상태인지 여부를 나타내는 데이터이거나, 상기 신경 신호 자체를 상기 신경 자극 데이터로 사용하거나 디지털 변환하여 전송하는 등 다양한 방식으로 상기 신경 자극 데이터를 구성하는 것도 가능하다.
이어서, 상기 제1 무선 통신부(112)에서는, 상기 신경 신호를 기초로 산출된 상기 환자에 대한 신경 자극을 위한 신경 자극 데이터를 무선 송신하게 된다.
이때, 상기 제1 무선 통신부(112)에서는 블루투스(Bluetooth)나 와이파이(Wi-Fi), LTE 등 이동 통신, NFC 등 다양한 방식의 무선 통신 기술을 이용하여 상기 신경 자극 데이터를 전송할 수 있으며, 나아가 일부 구간에서는 유선 통신이 사용될 수도 있다.
이에 따라, 상기 신경 신호 감지 장치(110)에서는 상기 신경 신호 감지부(111)를 이용하여 환자의 뇌에서 신경 신호를 감지하여 신경 자극 데이터를 산출하고, 상기 제1 무선 통신부(112)를 통해 상기 신경 자극 데이터를 신경 자극 장치(120)로 무선 전송하여 환자에 대한 신경 자극을 수행하도록 할 수 있다.
또한, 도 15에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 신경 신호 감지 장치(110)에는 배터리 등 전원부(113)가 구비되어 상기 신경 신호 감지 장치(110)의 구동을 위한 전력을 공급할 수 있는데, 본 발명에서는 상기 신경 신호 감지 장치(110)에서 신경 신호를 센싱하거나 이를 처리하여 무선 전송하며, 상기 환자에 대한 신경 자극을 위한 구성은 별도의 신경 자극 장치(120)에 구비되므로, 상기 신경 신호 감지 장치(110)에서 소요되는 전력을 줄여 배터리 등의 수명을 효과적으로 연장할 수 있게 된다.
이어서, 상기 신경 자극 장치(120)에서는 제2 무선 통신부(121)를 통해 상기 신경 신호 감지 장치(110)로부터 상기 신경 자극 데이터를 수신하게 된다.
이에 따라, 도 13 및 도 14에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 신경 자극 장치(120)에서는 상기 신경 자극 데이터를 기초로 초음파를 사용하여 상기 환자의 뇌에 대한 신경 자극을 적응적으로 수행하게 된다.
보다 구체적으로, 환자, 환자의 보호자 또는 의료진 등 상기 신경 자극 시스템(100)의 사용자는 상기 신경 신호 감지부(110)로부터 무선 전송되는 신경 자극 데이터에 포함되는 상기 환자에 대한 신경 자극을 수행하도록 하는 알람 등을 수신하여, 상기 신경 자극 장치(120)를 이용하여 상기 환자에 대한 신경 자극을 수행할 수 있다.
이때, 도 13에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 신경 자극 장치(120)는, 초음파를 생성하여 상기 환자의 뇌로 인가하는 복수의 초음파 생성 소자(121)와, 상기 복수의 초음파 생성 소자(121)에서 상기 환자의 뇌로 인가되는 각 초음파가 상기 환자의 뇌의 특정 부위에 집속되도록 제어하는 제어부(122)를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 신경 자극 장치(120)에서는, 상기 신경 자극 데이터를 기초로 초음파를 생성하여 상기 환자의 뇌로 인가하여 신경 자극을 수행할 수 있다.
나아가, 상기 신경 자극 장치(120)에는 복수의 초음파 생성 소자(121)가 배열되어 상기 초음파를 상기 환자의 뇌의 특정한 부위로 집속하여 인가할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 5a 내지 도 5b에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 신경 자극 장치(120)에서는 복수의 PZT 소자 등을 이용하여 전기 신호를 초음파로 변환하여 환자의 두부로 인가할 수 있으며, 이때 상기 복수의 PZT 소자에서의 지연(delay)를 조절하여 상기 복수의 PZT 소자에서 인가되는 초음파가 특정한 영역에 집속하도록 제어하여 신경 자극을 효율적으로 수행할 수 있다.
또한, 도 6a 내지 도 6c에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 신경 자극 장치(120)에는 초음파의 모드별 분류(도 6a), 전자적 빔포밍(도 6b), 초음파 전송 아포디제이션(appodization)(도 6c)을 이용하여, 초음파를 효과적으로 상기 환자의 뇌의 특정한 부위로 집속하면서 2차 이후 고차 로브(lobe) 등을 억제하여 인가할 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 시스템(100)에서, 상기 신경 자극 장치(120)에서는 미리 정해진 제1 알고리즘을 이용하여 적응적으로 상기 신경 자극 신호를 생성하고 상기 환자의 뇌로 인가하여 신경 자극을 수행할 수 있다.
이때, 도 4 및 도 13에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 신경 자극 장치(120)에서는 상기 제2 무선 통신부(127)를 통해 전송받은 제2 알고리즘으로 상기 제1 알고리즘을 갱신하여 적용할 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이외에 유선 통신이나 직접 연결 등을 통해 상기 신경 자극 장치(120)에서 상기 제1 알고리즘을 갱신하는 것도 가능하다.
또한, 도 16에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 방법의 순서도를 도시하고 있다.
도 16에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 방법은, 초음파를 이용하여 환자에 대한 신경 자극을 수행하는 방법에 있어서, 신경 자극 장치(120)가, 복수의 초음파 생성 소자(121)에서 상기 환자의 뇌로 인가되는 각 초음파가 상기 환자의 뇌의 특정 부위에 집속되도록 제어 신호를 생성하는 단계(S110) 및 상기 제어 신호를 기초로 복수의 초음파 생성 소자에서 초음파를 생성하여 상기 환자의 뇌로 인가하는 단계(S120)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 방법은 앞서 설명한 신경 자극 장치(120) 및 신경 자극 시스템(100)과 그 동작 원리 및 동작이 유사하여 통상의 기술자가 용이하게 구현하고 실시할 수 있으므로 보다 자세한 설명은 생략하며 앞서 설명한 신경 자극 장치(120) 및 신경 자극 시스템(100)에 대한 일련의 설명을 참조할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 뇌심부 자극 치료 시스템, 장치 및 방법에서는, 신경 치료를 위한 수술에 따르는 여러 어려움을 효과적으로 해결할 수 있으며, 지속적으로 치료 효과를 유지하면서 상시적인 신경 자극으로 인한 조직의 손상 및 괴사를 방지할 수 있고, 또한 배터리 교체를 위한 반복적인 재수술도 줄일 수 있으며, 나아가 치료 알고리즘 등에 대한 업그레이드를 통해 치료 효과를 지속적으로 개선할 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 범위 내에서 다양한 수정, 변경, 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해서 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 신경 자극 시스템
110 : 신경 신호 감지 장치
111 : 신경 신호 감지부
111a : 바늘형 전극
111b : 신경 신호 처리부
112 : 제1 무선 통신부
113 : 전원부
120 : 신경 자극 장치
121 : 초음파 생성 소자
122 : 제어부
123 : 리미터
124 : 전기 신호 발생부
125 : 전원부
126 : 제1 알고리즘
127 : 제2 무선 통신부

Claims (16)

  1. 초음파를 이용하여 환자에 대한 신경 자극을 수행하는 신경 자극 장치에 있어서,
    초음파를 생성하여 상기 환자의 뇌로 인가하는 복수의 초음파 생성 소자; 및
    상기 복수의 초음파 생성 소자에서 상기 환자의 뇌로 인가되는 각 초음파가 상기 환자의 뇌의 특정 부위에 집속되도록 제어하는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 자극 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 초음파 생성 소자로 인가되는 전기 신호를 생성하는 전기 신호 발생부;를 더 포함하며,
    상기 복수의 초음파 생성 소자에서는 상기 전기 신호 발생부에서 생성된 전기 신호를 입력받아 상기 초음파를 생성하는 것을 특징으로 하는 신경 자극 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부에서는 상기 전기 신호 발생부를 제어하여 상기 복수의 초음파 생성 소자로 인가되는 전기 신호를 조절하면서 상기 복수의 초음파 생성 소자에서 생성되는 각 초음파가 상기 환자의 뇌의 특정 부위에 집속되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 신경 자극 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 초음파 생성 소자로 인가되는 전기 신호를 제한하는 리미터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 자극 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 초음파 생성 소자는 소정의 간격으로 2차원 배열되는 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 신경 자극 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부에서는 상기 복수의 초음파 생성 소자와 상기 환자의 뇌의 특정 부위 간의 거리를 고려하여 각 초음파 생성 소자에서 초음파가 상기 환자의 뇌로 인가되는 타이밍을 제어하는 것을 특징으로 하는 신경 자극 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부에서는 상기 복수의 초음파 생성 소자와 상기 환자의 뇌의 특정 부위 간의 거리에 대한 초음파의 TOF(Time Of Flight)를 고려하여 각 초음파 생성 소자에서 초음파가 상기 환자의 뇌로 인가되는 타이밍을 제어하는 것을 특징으로 하는 신경 자극 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부에서는 상기 환자의 뇌의 특정 부위에서의 상기 초음파의 집속을 위하여 상기 각 초음파 생성 소자에 대한 아포디제이션(apodization)을 계산하여 제어하는 것을 특징으로 하는 신경 자극 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부에서는 상기 환자의 뇌에서 감지된 신경 신호를 고려하여 상기 환자의 뇌에 대한 신경 자극을 수행하는 것을 특징으로 하는 신경 자극 장치.
  10. 초음파를 이용하여 환자에 대한 신경 자극을 수행하는 방법에 있어서,
    신경 자극 장치가, 복수의 초음파 생성 소자에서 상기 환자의 뇌로 인가되는 각 초음파가 상기 환자의 뇌의 특정 부위에 집속되도록 제어 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 제어 신호를 기초로 복수의 초음파 생성 소자에서 초음파를 생성하여 상기 환자의 뇌로 인가하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 자극 방법.
  11. 환자의 뇌에 일부 또는 전부가 삽입되어 신경 신호를 감지하는 신경 신호 감지부와,
    상기 신경 신호를 기초로 산출된 상기 환자에 대한 신경 자극을 위한 신경 자극 데이터를 무선 송신하는 제1 무선 통신부를 포함하는 신경 신호 감지 장치; 및,
    상기 신경 신호 감지 장치로부터 상기 신경 자극 데이터를 수신하는 제2 무선 통신부와,
    초음파를 생성하여 상기 환자의 뇌로 인가하는 복수의 초음파 생성 소자와,
    상기 복수의 초음파 생성 소자에서 상기 환자의 뇌로 인가되는 각 초음파가 상기 환자의 뇌의 특정 부위에 집속되도록 제어하는 제어부를 포함하는 신경 자극 장치;를 포함하며,
    상기 신경 자극 장치에서는 상기 신경 자극 데이터를 기초로 상기 환자의 뇌에 대한 신경 자극을 적응적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 신경 자극 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 신경 신호 감지부는,
    상기 환자의 신경 신호를 센싱하는 바늘형 전극과,
    상기 바늘형 전극에서 센싱된 신경 신호를 기초로 상기 신경 자극 데이터를 산출하는 신경 신호 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 자극 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 신경 자극 장치에서는 상기 신경 신호를 기초로 상기 신경 자극 데이터를 산출하며, 상기 신경 자극 데이터를 기초로 상기 초음파를 생성하고 상기 환자의 뇌로 인가하여 신경 자극을 수행하는 것을 특징으로 하는 신경 자극 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 신경 자극 장치에서는 상기 신경 자극 데이터에 미리 정해진 제1 알고리즘을 적용하여 적응적으로 신경 자극 신호를 산출하여 신경 자극을 수행하는 것을 특징으로 하는 신경 자극 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 신경 자극 장치에서는,
    상기 제2 무선 통신부를 통해 전송받은 제2 알고리즘으로 상기 제1 알고리즘을 갱신하여 적용하는 것을 특징으로 하는 신경 자극 시스템.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 신경 자극 신호는,
    상기 신경 신호 중 신경 발화 신호의 모폴로지(morphology)를 분석하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하여 생성되는 것을 특징으로 하는 신경 자극 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130158385A1 (en) * 2011-12-16 2013-06-20 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Therapeutic Ultrasound for Use with Magnetic Resonance
KR102063925B1 (ko) * 2016-09-23 2020-01-08 기초과학연구원 뇌 자극 장치
TW202327520A (zh) * 2018-01-26 2023-07-16 美商奧賽拉公司 用於多個維度中的同時多聚焦超音治療的系統和方法
KR102460537B1 (ko) * 2020-03-27 2022-10-28 한국전기연구원 신경 신호 처리 기반의 적응형 신경 자극 시스템, 장치 및 방법
KR102460337B1 (ko) * 2020-08-03 2022-10-31 한국과학기술연구원 초음파 자극 제어 장치 및 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120131815A (ko) 2011-05-26 2012-12-05 알피니언메디칼시스템 주식회사 뇌신경 자극용 소형 전극 시스템의 시술 방법

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