KR20240081367A - 초음파 뇌실 자극 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 초음파 뇌실 자극 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 초음파를 발생시키는 초음파 발생부; 상기 초음파 발생부에 의해 발생된 초음파가 대상자의 뇌실 영역에 조사되도록 유도하는 초음파 유도부; 상기 초음파 발생부에 의해 발생시키는 초음파 변수를 조절하는 연산부; 및 상기 초음파 발생부에 의한 초음파의 발생 및 출력과 상기 초음파 유도부의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 미소기포를 사용하지 않고 오로지 비침습적으로 초음파 자극만을 이용한 뇌실 자극을 통해 뇌척수액의 순환을 촉진시켜 뇌 약물전달을 증대시킴으로써 뇌 조직의 손상 가능성을 낮추고 환자가 직접 시술을 할 수 있어 뇌질환 치료 약물과 본 기술을 병행하여 치료 효과를 증대시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 초음파를 발생시키는 초음파 발생부; 상기 초음파 발생부에 의해 발생된 초음파가 대상자의 뇌실 영역에 조사되도록 유도하는 초음파 유도부; 상기 초음파 발생부에 의해 발생시키는 초음파 변수를 조절하는 연산부; 및 상기 초음파 발생부에 의한 초음파의 발생 및 출력과 상기 초음파 유도부의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 미소기포를 사용하지 않고 오로지 비침습적으로 초음파 자극만을 이용한 뇌실 자극을 통해 뇌척수액의 순환을 촉진시켜 뇌 약물전달을 증대시킴으로써 뇌 조직의 손상 가능성을 낮추고 환자가 직접 시술을 할 수 있어 뇌질환 치료 약물과 본 기술을 병행하여 치료 효과를 증대시킬 수 있다.
Description
본 발명은 초음파 뇌실 자극 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 뇌 약물전달을 증진시키기 위해 초음파를 이용하여 환자의 뇌실을 자극하는 초음파 뇌실 자극 장치에 관한 것이다.
뇌실(ventiricle)은 뇌에 존재하는 빈 공간에 뇌척수액(CSF)이 채워진 형태로 존재하는 것으로, 뇌실은 좌우에 위치한 측뇌실, 제 3뇌실, 제 4뇌실로 이루어져 있으며, 각 뇌실들은 서로 연결되어 있다. 각 뇌실에는 맥락총이 있어 뇌척수액을 생산하고, 이 뇌척수액은 뇌 주변 및 조직을 순환하며 중추신경조직에 영양을 공급하거나 대사산물을 배출하는 등의 역할을 수행한다.
뇌척수액이 동맥주위를 흐를 때 성상세포 말단부의 AQP-4(물 수송 단백질)를 통하여 정맥주변으로 이동하는 뇌척수액의 흐름이 형성된다. 이런 흐름(Connective flow)을 통하여, 
및 Tau와 같은 뇌안의 노폐물을 정맥을 통하여 제거하는 시스템이 글림프 시스템으로 명명되었으며, 글림프 시스템을 이용하여 뇌 약물전달을 증진시키기 위한 연구가 이루어지고 있다.
한편, 종래의 집속초음파를 이용한 혈뇌장벽(Blood-Brain Barrier, BBB) 개통 기술을 이용한 약물전달은 미소기포(microbubble)를 이용하여 뇌실질(parenchymal) 영역에 존재하는 혈뇌장벽을 개통하여 뇌 조직내 약물전달이 가능하게 한다.
이 기술은 미소기포를 정맥투여해야 하므로, 실제 임상적용을 위해서는 환자가 직접 병원을 방문해야 하는 번거로움이 있고 미세기포 특성에 따른 혈뇌장벽 개통 정도의 차이가 나타나는 단점이 있다.
또한, 혈뇌장벽의 개통으로 혈액에 존재하는 약물이 뇌실질 영역으로 전달될수 있는 장점이 있으나, 혈액에 존재하는 알부민 등 염증반응에 대한 우려가 야기된다.
본 발명에 따르면, 뇌 약물전달을 증진시키기 위해 초음파를 이용하여 환자의 뇌실을 자극하는 초음파 뇌실 자극 장치를 제공하기 위한 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따르면 초음파 뇌실 자극 장치는 초음파를 발생시키는 초음파 발생부; 상기 초음파 발생부에 의해 발생된 초음파가 대상자의 뇌실 영역에 조사되도록 유도하는 초음파 유도부; 상기 초음파 발생부에 의해 발생시키는 초음파 변수를 조절하는 연산부; 및 상기 초음파 발생부에 의한 초음파의 발생 및 출력과 상기 초음파 유도부의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 미소기포를 사용하지 않고 오로지 비침습적으로 초음파 자극만을 이용한 뇌실 자극을 통해 뇌척수액의 순환을 촉진시켜 뇌 약물전달을 증대시킴으로써 뇌 조직의 손상 가능성을 낮추고 환자가 직접 시술을 할 수 있어 뇌질환 치료 약물과 본 기술을 병행하여 치료 효과를 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 뇌실 자극 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 뇌실 자극 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 발생부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스듀스의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 유도부의 구성도이다.
도 6은 초음파 뇌실 자극 장치가 초음파 유도부를 통하여 뇌실을 자극하는 예시도이다.
도 7은 뇌실을 도시한 도면이다.
도 8은 뇌척수액의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 글림프 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 초음파 자극에 의한 글림프 시스템 자극 메커니즘을 설명하기 위한 모식도이다.
도 11은 동물의 뇌의 측뇌실에 초음파 자극 후 MRI 조영제와 에반스 블루 약물을 통하여 약물 전달량이 증대가 된 것을 확인한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 뇌실 자극 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 발생부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스듀스의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 유도부의 구성도이다.
도 6은 초음파 뇌실 자극 장치가 초음파 유도부를 통하여 뇌실을 자극하는 예시도이다.
도 7은 뇌실을 도시한 도면이다.
도 8은 뇌척수액의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 글림프 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 초음파 자극에 의한 글림프 시스템 자극 메커니즘을 설명하기 위한 모식도이다.
도 11은 동물의 뇌의 측뇌실에 초음파 자극 후 MRI 조영제와 에반스 블루 약물을 통하여 약물 전달량이 증대가 된 것을 확인한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 뇌실 자극 장치의 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 뇌실 자극 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 발생부를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스듀스의 일 실시예를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 유도부의 구성도이고, 도 6은 초음파 뇌실 자극 장치가 초음파 유도부를 통하여 뇌실을 자극하는 예시도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 뇌실 자극 장치(100)는 초음파 발생부(110), 초음파 유도부(120), 안면 인식 센서부(130), 연산부(140) 및 제어부(150)를 포함한다.
초음파 발생부(110)는 초음파를 발생시키기 위한 것으로, 한 개 또는 복수 개의 초음파 트랜스듀서를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 초음파 발생부(110)가 4개의 초음파 트랜스듀서로 구성될 경우, 2개의 트랜스듀서는 좌측 뇌실 자극을 위해 그리고 2개의 트랜스듀서는 우측 뇌실 자극을 위해 사용될 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 초음파 발생부(110)는 자이로스코프 구조로 구성될 수 있다.
좀 더 상세하게는, 사람마다 뇌실의 크기와 위치가 상이하므로 초음파 발생부(110)는 정확하게 에너지를 전달하기 위해 트랜스듀서를 X, Y, Z 축으로 구동하는 자이로스코프 구조로 구성될 수 있으며, 트랜스듀서의 X, Y, Z 축의 움직임이 후술하는 제어부(150)에 의해 제어될 수 있다.
또한, 초음파 트랜스듀서는 도 4에 도시된 바와 같이, 초음파를 선형빔으로 조사하는 선형 빔포밍 트랜스듀서일 수 있다.
또한, 초음파 트랜스듀서는 싱글 타입 트랜스듀서 또는 다중 배열된 트랜스듀서일 수 있다. 여기서, 다중 배열된 트랜스듀서는 초음파 해상도가 더 높고, 초음파 빔의 위치를 제어할 수 있는 장점이 있다. 이 경우, 후술하는 초음파 유도부(120)에 의한 기계적 움직임과 함께 다중 배열된 트랜스듀서의 초음파 빔 위치제어를 동시에 수행함으로써 초음파 빔의 움직임을 보다 자유롭게 제어하여 원하는 위치에 초음파를 조사할 수 있다.
초음파 유도부(120)는 초음파 발생부(110)에 의해 발생된 초음파가 대상자의 뇌실 영역에 조사되도록 유도하기 위한 것으로, 일 실시예에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이 머리에 장착하는 헬멧으로 구성될 수 있다.
이 경우, 초음파 발생부(110)를 구성하는 4개의 초음파 트랜스듀서는 헬멧의 좌측 및 우측에 각각 2개씩 배치될 수 있으며, 일 실시예에 따르면 도 6에 도시된 바와 같이 각 초음파 트랜스듀서는 조사 방향 및 각도 변경이 가능하도록 헬멧에 결합되어 대상자의 뇌실 영역으로 초음파가 집속되어 뇌실 영역을 자극할 수 있도록 한다.
안면 인식 센서부(130)는 대상자의 안면 인식을 통해 초음파 유도부(120)의 장착을 지원하기 위한 것으로 초음파 유도부(120)가 기 정해진 위치에 정확하게 장착된 상태인지 디스플레이를 통하여 안내한다.
구체적으로, 안면 인식 센서부(130)는 대상자의 안면 인식을 통해 초음파 유도부(120)가 정확한 위치에 장착된 상태인지 판단한다.
판단 결과, 초음파 유도부(120)의 장착 위치가 어긋난 경우 디스플레이를 통해 정확한 장착 위치를 안내하고, 기 정해진 위치에 정확하게 장착된 경우, 디스플레이를 통하여 초음파 뇌실 자극이 진행 가능한 상태임을 대상자에게 전달한다.
연산부(140)는 초음파 발생부(110)에 의해 발생시키는 초음파 변수를 조절하기 위한 것으로, 듀티 사이클을 조절하여 초음파 변수를 제어한다.
제어부(150)는 초음파 발생부(110)에 의한 초음파의 발생과 출력을 제어하고, 초음파 유도부(120)의 동작을 제어한다.
이 때, 제어부(150)는 대상자의 뇌실을 측정한 정보가 기 입력되어 있으며, 기 입력된 대상자의 뇌실 정보에 따라 초음파 발생부(110)와 초음파 유도부(120)의 동작을 제어하여 대상자의 뇌실 영역으로 초음파가 집속되도록 초음파 트랜스듀서의 조사 방향 및 각도를 변경한다.
이하, 도 7 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 뇌실 자극 원리 및 이에 따른 약물 전달 증대 효과에 대해서 설명한다.
도 7은 뇌실을 도시한 도면이고, 도 8은 뇌척수액의 흐름을 설명하기 위한 도면이며, 도 9는 글림프 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 뇌실은 뇌에 존재하는 빈 공간에 뇌척수액이 채워진 형태로 존재하는 것을 의미하며, 위치에 따라 여러 이름으로 불린다.
구체적으로, 뇌실은 좌우에 위치한 측뇌실(Lateral ventricles), 제3뇌실(Third ventricle), 제4뇌실(Fourth ventricle)로 이루어져 있다. 4개의 뇌실들은 서로 연결되어 있으며 각 뇌실에는 맥락총이 있어 뇌척수액을 생산한다.
좌우의 대뇌반구 속에 측뇌실이 있으며, 뇌실사이구멍(interventricular foramina)으로 제3뇌실이 이어져 있다. 측뇌실은 이마엽 안의 전각, 마루엽 안의 중심부, 뒤통수엽 안의 후각 및 관자엽 안의 하각 등 4부로 구성된다. 중간뇌 안의 중뇌수도(cerebral aqueduct)를 통해 제3뇌실과 제4뇌실이 연결된다. 제4뇌실은 다리뇌와 숨뇌의 등부분과 소뇌의 아래 부분으로 둘러싸인 공간이다. 아래쪽으로 척수의 중심관(central canal)과 이어져 전체 척수와 연결된다.
뇌실의 내면은 뇌실막 세포로 덮여 있다. 뇌실 벽의 일부분은 뇌연막에 혈관을 수반해 만든 맥락총이 있으며 여기에서 뇌척수액이 생산되어 뇌실 안으로 분비된다. 이 뇌척수액은 뇌 주변 및 조직을 순환하며 중추신경조직에 영양을 공급하거나 대사산물을 배출하는 등의 역할을 수행한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 측뇌실에서 생성된 뇌척수액은 제3뇌실을 거쳐 제4뇌실로 흐른다. 그리고 뇌척수액은 제4뇌실에서 지주막하강으로 흘러 뇌 주변을 돌아다니게 된다. 거미막 과립이라는 주머니 모양의 구조를 통해 뇌척수액은 흘러 나가 혈액으로 합류한다. 이 뇌척수액은 중추신경 조직에 영양을 공급하는 작업과 대사산물을 배출하는 등의 역할을 한다.
도 9를 참조하면, 글림프 시스템은 중추신경계에서 대사산물을 제거하는 시스템으로, 뇌가 쉬고 있는 동안 뇌실안의 뇌척수액을 순환시켜 대사산물을 제거한다.
더욱 상세하게는 뇌척수액이 동맥주위를 흐를 때 성상세포 말단부의 AQP-4(물 수송 단백질)를 통하여 정맥주변으로 이동하는 뇌척수액의 흐름이 형성되는데, 글림프 시스템은 이런 흐름(Connective flow)을 통하여, 
및 Tau와 같은 뇌안의 노폐물을 정맥을 통하여 제거하는 시스템을 의미한다.
도 10은 초음파 자극에 의한 글림프 시스템 자극 메커니즘을 설명하기 위한 모식도이고, 도 11은 동물의 뇌의 측뇌실에 초음파 자극 후 MRI 조영제와 에반스 블루 약물을 통하여 약물 전달량이 증대가 된 것을 확인한 도면이다.
도 10을 참조하면, 퇴행성 신경질환자에 집속초음파를 이용한 뇌혈관장벽 개통 후 국소적으로 글림프 유출을 나타내는 혈관주위공간 (perivascular space, PVS), 지주막 공간 (subarachnoid space, SAS) 등 정맥을 둘러싼 공간에 MRI 조영제 확산 증가 패턴 관찰을 통해, 글림프 시스템을 통한 단백 병증 및 약물 전달의 효과를 증대시킬 수 있다는 것이 확인되었다.
도 11을 참조하면, MRI 조영제와 에반스 블루 약물을 투여한 후 동물의 뇌실에 집속 초음파를 자극한 경우(초음파 자극군)가 그렇지 않은 경우(대조군) 대비 약물 전달량이 증가하는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 미소기포를 사용하지 않고 오로지 비침습적으로 초음파 자극만을 이용한 뇌실 자극을 통해 뇌척수액의 순환을 촉진시켜 뇌 약물전달을 증대시킴으로써 뇌 조직의 손상 가능성을 낮추고 환자가 직접 시술을 할 수 있어 뇌질환 치료 약물과 본 기술을 병행하여 치료 효과를 증대시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 초음파 뇌실 자극 장치
110: 초음파 발생부
120: 초음파 유도부
130: 안면 인식 센서부
140: 연산부
150: 제어부
110: 초음파 발생부
120: 초음파 유도부
130: 안면 인식 센서부
140: 연산부
150: 제어부
Claims (10)
- 초음파를 발생시키는 초음파 발생부;
상기 초음파 발생부에 의해 발생된 초음파가 대상자의 뇌실 영역에 조사되도록 유도하는 초음파 유도부;
상기 초음파 발생부에 의해 발생시키는 초음파 변수를 조절하는 연산부; 및
상기 초음파 발생부에 의한 초음파의 발생 및 출력과 상기 초음파 유도부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 초음파 뇌실 자극 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 초음파 발생부는,
하나 이상의 초음파 트랜스듀서를 포함하는 초음파 뇌실 자극 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 트랜스듀서는,
싱글 타입 트랜스듀서 또는 다중 배열된 트랜스듀서인 초음파 뇌실 자극 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 초음파 발생부는,
상기 초음파 트랜스듀서를 X, Y, Z 축으로 구동하는 자이로스코프 구조로 구성되는 초음파 뇌실 자극 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 초음파 유도부는,
대상자의 머리에 장착하는 헬멧의 형태로 구성되는 초음파 뇌실 자극 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 초음파 트랜스듀서는,
조사 방향 및 각도 변경이 가능하도록 상기 헬멧에 결합되는 초음파 뇌실 자극 장치. - 제 5 항에 있어서,
대상자의 안면 인식을 통해 상기 초음파 유도부의 장착을 지원하는 안면 인식 센서부를 더 포함하는 초음파 뇌실 자극 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 안면 인식 센서부는,
상기 초음파 유도부의 장착 위치가 어긋난 경우 디스플레이를 통해 장착 위치를 안내하는 초음파 뇌실 자극 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 연산부는,
듀티 사이클을 조절하여 상기 초음파 변수를 제어하는 초음파 뇌실 자극 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 제어부는,
기 입력된 대상자의 뇌실 정보에 따라 상기 초음파 발생부와 상기 초음파 유도부의 동작을 제어하여 대상자의 뇌실 영역으로 초음파가 집속되도록 초음파 트랜스듀서의 조사 방향 및 각도를 변경하는 초음파 뇌실 자극 장치.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220164500 | 2022-11-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240081367A true KR20240081367A (ko) | 2024-06-07 |
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