WO2020179941A1 - Palatal implant and electrical stimulation system using same - Google Patents

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김정훈
김성준
서정민
윤승현
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서울대학교산학협력단
서울대학교병원
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Abstract

The present invention relates to a palatal implant and an electrical stimulation system using same. A palatal implant according to an embodiment of the present invention comprises: a communication unit for receiving a stimulation control signal from an external device through a magnetic induction coupling scheme; a control unit for generating a current pulse on the basis of the received stimulation control signal; and an electrode array for providing an impulse on the basis of the current pulse, wherein the palatal implant is positioned over the hard palate and the soft palate and physically supports the hard palate and the soft palate.

Description

구개 임플란트 및 이를 이용한 전기 자극 시스템Palate implant and electrical stimulation system using the same
본 발명은 구개 임플란트 및 이를 이용한 전기 자극 시스템에 관한 것으로, 인체의 경구개 및 연구개에 이식되어 구개 근육을 물리적으로 지지하면서 전기 자극을 제공하는 구개 임플란트와 이를 이용하는 전기 자극 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a palatal implant and an electrical stimulation system using the same, and to a palatal implant that is implanted in the palate and soft palate of the human body to provide electrical stimulation while physically supporting the palate muscles, and to an electrical stimulation system using the same.
수면 중 기도 부위의 근육들이 이완되어 아래로 쳐지면서 기도가 좁아짐에 따라 발생하는 코골이는 정상적인 수면을 방해하며, 만성피로, 졸음, 기억력 감퇴 및 우울증 등의 증상을 동반하고, 장기간 지속되는 경우 수면무호흡증, 저산소증, 심폐혈관계 질환 및 돌연사로 이어질 수 있다는 점에서 빠르고 정확한 원인 규명 및 치료가 중요하다.Snoring that occurs as the airway narrows as the muscles in the airway area relax and squeeze down during sleep, which interferes with normal sleep, accompanied by symptoms such as chronic fatigue, drowsiness, memory loss and depression, and if it lasts for a long time, sleep Apnea, hypoxia, cardiopulmonary disease, and sudden death can lead to rapid and accurate cause identification and treatment.
종래 코골이 치료 방법은 크게 수술적 방법과 비수술적 방법으로 구분된다. 수술적 방법으로는 코골이 원인에 따른 비강수술, 인두부 수술, 설부 축소수술, 두경부 골격수술 등이 있으나, 수술 치료는 관련 근육의 절제 및 교정 등의 육체적 손실이 동반되며 환자가 육체적 고통, 공포 및 비용 부담을 느낄 수 있다. 비수술적 방법으로는 구강 내 장치, 양압기 등이 있으나, 구강 내 장치는 환자의 구강 구조 및 코골이 원인에 따라 맞춤 제작해야 하므로 비용 부담이 크다. 또한, 양압기는 수면 중 안면 마스크를 착용해야 하고 소음이 발생하는 점에서 불편함을 느낄 수 있으며, 양압적정검사를 통해 환자의 기도 압력 및 신체 구조에 따라 적절한 압력을 제공하는 양압기를 구매 또는 대여하여 사용해야 하는 점에서 번거로울 수 있다. 또한, 구강 내 장치와 양압기는 환자에 따라 치료 효과의 차이가 크다는 점에서 치료 효율이 낮다.Conventional snoring treatment methods are largely divided into surgical methods and non-surgical methods. Surgical methods include nasal surgery, pharyngeal surgery, tongue reduction surgery, and head and neck skeletal surgery depending on the cause of snoring, but the surgical treatment is accompanied by physical loss such as resection and correction of related muscles, and the patient suffers from physical pain and fear. And you can feel the cost burden. Non-surgical methods include an intraoral device and a positive pressure device, but the intraoral device is expensive because it must be customized according to the patient's oral structure and snoring cause. In addition, the positive pressure device may feel uncomfortable in that it is necessary to wear a face mask during sleep and noise is generated, and a positive pressure device that provides appropriate pressure according to the patient's airway pressure and body structure through a positive pressure test can be purchased or rented. It can be cumbersome in that it must be used. In addition, the oral device and the positive pressure device have low treatment efficiency in that the treatment effect differs greatly depending on the patient.
본 발명의 하나의 실시예가 해결하려는 과제는 구개 근육에 이식되어 연구개를 물리적으로 지지하면서 전기 자극을 제공하는 구개 임플란트를 제공하는 것이다.The problem to be solved by one embodiment of the present invention is to provide a palatal implant that is implanted in the palatal muscle to provide electrical stimulation while physically supporting the soft palate.
본 발명의 하나의 실시예가 해결하려는 과제는 구개 근육에 이식되어 전기 자극을 제공하는 구개 임플란트, 비접촉식 자기 유도 결합 방식을 이용하여 구개 임플란트에 전력 및 제어신호를 전송하는 착용장치 및 근거리 무선통신을 이용하여 착용장치를 제어하는 사용자 단말을 포함하는 전기 자극 시스템을 제공하는 것이다.The problem to be solved by one embodiment of the present invention is a palatal implant that is implanted in the palatine muscle to provide electrical stimulation, a wearing device that transmits power and control signals to the palatal implant using a non-contact magnetic induction coupling method, and a short-range wireless communication. Thus, it is to provide an electrical stimulation system including a user terminal for controlling the wearing device.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.In addition to the above problems, the embodiments according to the present invention may be used to achieve other tasks not specifically mentioned.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예는, 자기 유도 결합 방식을 통해 외부 장치로부터 자극 제어신호를 수신하는 통신부, 수신된 자극 제어신호에 기초하여 전류 펄스를 생성하는 제어부, 그리고 전류 펄스에 기초하여 자극을 제공하는 전극 어레이를 포함하며, 사용자의 경구개 및 연구개에 걸쳐 위치하며, 경구개 및 연구개를 물리적으로 지지하는 구개 임플란트를 제안한다.In order to solve the above problem, an embodiment of the present invention provides a communication unit for receiving a stimulation control signal from an external device through a magnetic induction coupling method, a control unit for generating a current pulse based on the received stimulation control signal, and a current pulse. It includes an electrode array that provides stimulation based on the user's palatal and soft palate, and proposes a palatal implant that physically supports the palatal and soft palate.
여기서, 전극 어레이는 연구개에 접촉되어 위치할 수 있다.Here, the electrode array may be positioned in contact with the soft palate.
또한, 통신부와 제어부는 생체 호환 폴리머로 밀봉될 수 있다.In addition, the communication unit and the control unit may be sealed with a biocompatible polymer.
또한, 자극 제어신호를 이용하여 통신부, 제어부 및 전극 어레이에 전원을 공급하는 정류 회로를 더 포함할 수 있다.In addition, it may further include a rectifier circuit for supplying power to the communication unit, the control unit and the electrode array by using the stimulation control signal.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예는, 사용자의 구강 내에 위치하며, 제1 통신망을 통해 사용자 단말로부터 전송되는 제1 제어신호를 수신하고, 제1 제어신호에 대응하는 제2 제어신호를 생성하여 제2 통신망을 통해 전송하는 착용장치, 그리고 사용자의 구개 근육에 위치하며, 제2 통신망을 통해 제2 제어신호를 수신하고, 제2 제어신호에 대응하는 전류 펄스를 생성하여 출력하는 구개 임플란트를 포함하는 전기 자극 시스템을 제안한다.In order to solve the above problem, an embodiment of the present invention is located in the mouth of the user, receives a first control signal transmitted from the user terminal through the first communication network, and a second control signal corresponding to the first control signal A wearable device that generates and transmits it through a second communication network, and a palate that is located on the palate muscle of the user, receives a second control signal through the second communication network, and generates and outputs a current pulse corresponding to the second control signal. We propose an electrical stimulation system including an implant.
여기서, 제1 통신망은 근거리 무선통신을 이용할 수 있다.Here, the first communication network may use short-range wireless communication.
또한, 제2 통신망은 자기 유도 결합 방식을 이용할 수 있다.In addition, the second communication network may use a magnetic inductive coupling method.
또한, 착용장치는 사용자의 생체상태를 감지하는 센서부를 포함하며, 감지된 생체상태에 따라 제1 제어신호에 대응하는 제2 제어신호를 생성하여 전송할 수 있다.In addition, the wearing device may include a sensor unit that detects a user's biological state, and may generate and transmit a second control signal corresponding to the first control signal according to the detected biological state.
또한, 제1 제어신호 및 제2 제어신호는 전류 펄스의 세기, 주파수 및 지속시간을 포함할 수 있다.In addition, the first control signal and the second control signal may include the intensity, frequency, and duration of the current pulse.
또한, 구개 임플란트는 사용자의 연구개에 위치하는 전극 어레이를 포함하며, 전극 어레이를 통해 전류 펄스를 출력하여 자극을 제공할 수 있다.In addition, the palatal implant may include an electrode array positioned on the user's soft palate, and may provide stimulation by outputting current pulses through the electrode array.
또한, 구개 임플란트는 사용자의 경구개 및 연구개에 걸쳐 위치하며, 경구개 및 연구개를 물리적으로 지지할 수 있다.In addition, the palatal implant is located over the user's palatal and soft palate, and can physically support the palatal and soft palate.
본 발명의 실시예에 따르면 사용자의 상기도 폐쇄를 방지하여 코골이 및 수면 무호흡 증상을 완화시킬 수 있다. 또한, 종래 수술 치료법 대비 환자의 비용 부담을 감소시키면서 사용 및 적응이 용이하며 치료 효과가 높은 코골이 치료 장치를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to alleviate symptoms of snoring and sleep apnea by preventing the user from obstructing the upper respiratory tract. In addition, it is possible to provide a snoring treatment device that is easy to use and adapts and has a high therapeutic effect while reducing the cost burden of the patient compared to conventional surgical treatment.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 구개 임플란트를 이용한 전기 자극 시스템의 구성을 나타낸다.1 shows the configuration of an electrical stimulation system using a palatal implant according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 사용자 단말 및 착용장치의 상세 구성을 나타낸다.2 shows a detailed configuration of the user terminal and the wearing device of FIG. 1.
도 3은 도 1의 구개 임플란트의 상세 구성을 나타낸다.3 shows a detailed configuration of the palatal implant of FIG. 1.
도 4는 도 1의 전기 자극 시스템을 이용한 전기 자극 제공 방법을 나타낸다.4 shows a method of providing electrical stimulation using the electrical stimulation system of FIG. 1.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며 명세서 전체에서 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한, 널리 알려진 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. The present invention may be implemented in various different forms, and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and the same reference numerals are used for the same or similar components throughout the specification. In addition, in the case of a well-known technology, a detailed description thereof will be omitted.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In the present specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated. In addition, terms such as "... unit" and "... module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software.
본 명세서에서, '구개'는 구강의 윗 벽으로 비강과 구강의 경계를 의미하며 입천장에서 비교적 단단한 앞쪽 부분의 경구개와 비교적 연한 뒤쪽 부분의 연구개를 포함한다. 그리고, '구개 근육'은 구개의 운동에 관여하여 근육을 의미한다.In the present specification, the'palat' refers to the boundary between the nasal cavity and the oral cavity as the upper wall of the oral cavity, and includes the hard palate in the front part and the soft palate in the back part of the palate. In addition, the'palatal muscle' refers to a muscle involved in the movement of the palate.
본 명세서에서, '사용자' 및 '환자'는 구개 임플란트 및 착용장치를 착용하는 전기 자극 치료 대상자를 의미한다.In the present specification,'user' and'patient' refer to a subject for electrical stimulation treatment wearing a palatal implant and a wearing device.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 구개 임플란트를 이용한 전기 자극 시스템의 구성을 나타낸다.1 shows the configuration of an electrical stimulation system using a palatal implant according to an embodiment of the present invention.
도 1의 전기 자극 시스템(10)은 생체 외부에서 사용자 명령에 따라 착용장치(200)로 제1 제어신호를 전송하는 사용자 단말(100), 생체에 위치하며 구개 임플란트(300)로 제2 제어신호를 전송하는 착용장치(200), 그리고 구개 근육에서 미세 전류 펄스를 출력하는 구개 임플란트(300)를 포함한다.The electrical stimulation system 10 of FIG. 1 is a user terminal 100 that transmits a first control signal to the wearing device 200 according to a user command from outside the body, and a second control signal is located in the living body and is sent to the palatal implant 300. It includes a wearing device 200 for transmitting, and a palatal implant 300 for outputting a minute current pulse from the palatal muscle.
아래에서는 도 2와 도 3을 통해 사용자 단말(100), 착용장치(200), 그리고 구개 임플란트(300)에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the user terminal 100, the wearing device 200, and the palatal implant 300 will be described in detail through FIGS. 2 and 3.
도 2는 도 1의 사용자 단말 및 착용장치의 상세 구성을 나타낸다.2 shows a detailed configuration of the user terminal and the wearing device of FIG. 1.
도 2에서 보면, 사용자 단말(100)은 생체 외부에 위치하며, 사용자 인터페이스부(110), 제1 통신부(120), 그리고 저장부(130)를 포함한다. 예를 들어, 사용자 단말(100)은 스마트폰, 태블릿 PC, 웨어러블 단말 등으로 구현되며, 착용장치(200) 제어용 어플리케이션이 설치될 수 있다.Referring to FIG. 2, the user terminal 100 is located outside the living body, and includes a user interface unit 110, a first communication unit 120, and a storage unit 130. For example, the user terminal 100 may be implemented as a smartphone, a tablet PC, a wearable terminal, and the like, and an application for controlling the wearable device 200 may be installed.
사용자 인터페이스부(110)는 사용자의 명령을 입력받고 제어결과 및 호흡상태를 출력한다. 구체적으로, 사용자의 음성 또는 스위치 조작을 통해 입력되는 값에 대응하는 제1 제어신호를 생성한다. 여기서 제1 제어신호는 전류 펄스의 세기, 주파수, 지속시간, 단채널/다채널, 양극 출력 여부 등을 포함하는 자극 파라미터 및 환자의 코골이 증상에 대응하는 치료 단계를 포함한다.The user interface unit 110 receives a user's command and outputs a control result and a breathing state. Specifically, a first control signal corresponding to a value input through a user's voice or switch manipulation is generated. Here, the first control signal includes a stimulation parameter including intensity, frequency, duration, short/multi-channel, bipolar output, etc. of the current pulse, and a treatment step corresponding to the snoring symptom of the patient.
제1 통신부(120)는 사용자 명령에 대응하는 제1 제어신호를 근거리 무선통신을 통해 착용장치(200)로 전송한다. 예를 들어, 근거리 무선통신은 블루투스(bluetooth), 지그비(zigbee), 와이파이(wifi) 등을 포함한다.The first communication unit 120 transmits a first control signal corresponding to a user command to the wearing device 200 through short-range wireless communication. For example, short-range wireless communication includes Bluetooth, Zigbee, Wi-Fi, and the like.
저장부(130)는 치료 단계별 자극 파라미터를 저장한다. 구체적으로, 저장부(130)는 사용자 인터페이스부(110)로부터 수신된 치료 단계에 대응하는 자극 파라미터를 제1 통신부(120)를 통해 착용장치(200)로 전송한다. 예를 들어, 저장부(130)는 환자의 증상을 단순 코골이, 상기도 저항 증후군, 저호흡 코골이 및 수면 무호흡증의 4 단계로 구분하고, 각 단계에 대응하는 자극 파라미터를 저장할 수 있다.The storage unit 130 stores stimulation parameters for each treatment step. Specifically, the storage unit 130 transmits a stimulation parameter corresponding to the treatment step received from the user interface unit 110 to the wearing device 200 through the first communication unit 120. For example, the storage unit 130 may divide the patient's symptoms into four stages of simple snoring, upper respiratory resistance syndrome, low breathing snoring, and sleep apnea, and store stimulation parameters corresponding to each stage.
도 2에서 보면, 착용장치(200)는 구강 내에 위치하며, 센서부(210), 제2 통신부(220), 제1 제어부(230), 제3 통신부(240), 그리고 배터리부(250)를 포함한다. 이때, 착용장치(200)는 구강 내에 삽입되거나 치아에 결합이 가능하며 구강 또는 치아에서 분리될 수 있는 형태로 구현된다. 예를 들어, 착용장치(200)는 사용자의 구강 구조에 대응되는 마우스피스(mouthpiece)로 구현되어 사용자가 상악 치아에 착용하거나, 하악 치아에 착용하거나, 또는 상악 및 하악 치아에 모두 착용할 수 있다. 이때, 상악 치아 및 하악 치아에 마우스피스를 착용하는 경우 수면시 상악 및 하악을 물리적으로 지지하여 혀, 목젖, 편도 등이 안쪽으로 밀려 들어가는 것을 방지하여 기도를 확보할 수 있다.2, the wearing device 200 is located in the oral cavity, and includes a sensor unit 210, a second communication unit 220, a first control unit 230, a third communication unit 240, and a battery unit 250. Include. In this case, the wearing device 200 is implemented in a form that can be inserted into the oral cavity or coupled to a tooth, and can be separated from the oral cavity or the tooth. For example, the wearing device 200 may be implemented as a mouthpiece corresponding to the user's oral structure, so that the user may wear it on the maxillary teeth, the mandibular teeth, or both the maxillary and the mandibular teeth. . At this time, when the mouthpiece is worn on the upper and lower teeth, the upper and lower jaws are physically supported during sleep to prevent the tongue, uvula, and tonsils from being pushed inward, thereby securing airways.
센서부(210)는 하나 이상의 센서를 포함하며, 사용자의 생체상태를 감지한다. 구체적으로, 착용장치(200), 구개 임플란트(300), 또는 별도의 장치로 구현되어 구강 내외부에 위치하며, 사용자의 소리, 진동, 심장 박동수, 움직임 및 체온 등을 감지할 수 있다.The sensor unit 210 includes one or more sensors and detects a user's biological state. Specifically, the wearable device 200, the palatal implant 300, or a separate device is implemented and located inside and outside the oral cavity, and can sense the user's sound, vibration, heart rate, movement, and body temperature.
제2 통신부(220)는 사용자 단말(100)과 근거리 무선통신을 수행하며, 사용자 단말(100)로부터 전송되는 제1 제어신호를 수신한다.The second communication unit 220 performs short-range wireless communication with the user terminal 100 and receives a first control signal transmitted from the user terminal 100.
제1 제어부(230)는 제2 통신부(220)를 통해 수신된 제1 제어신호를 변조 및 증폭한다. 또한, 센서부(210)의 감지결과에 기초하여 제1 제어신호에 대응하는 제2 제어신호를 생성한다. 예를 들어, 센서부(210)의 감지 결과 환자가 깊은 수면 상태인 것으로 판단되는 경우 제1 제어신호의 자극 파라미터를 증가시킨 제2 제어신호를 생성할 수 있다.The first control unit 230 modulates and amplifies the first control signal received through the second communication unit 220. In addition, a second control signal corresponding to the first control signal is generated based on the detection result of the sensor unit 210. For example, when it is determined that the patient is in a deep sleep state as a result of detection by the sensor unit 210, a second control signal having increased stimulation parameters of the first control signal may be generated.
제3 통신부(240)는 자기 유도 결합 방식을 통해 제2 제어신호를 구개 임플란트(300)로 전송한다. 여기서, 제3 통신부(240)는 코일로 구현되며, 예를 들어, PCB(Printed Circuit Board)에 인쇄 가능한 형태의 도선 또는 MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems) 공정으로 제작될 수 있다. 또한, 제3 통신부(240)는 구개 임플란트(300)로부터 전송되는 확인신호를 수신하고, 제2 통신부(220)를 통해 사용자 단말로 전송한다.The third communication unit 240 transmits the second control signal to the palatal implant 300 through a magnetic induction coupling method. Here, the third communication unit 240 is implemented as a coil, and may be manufactured by, for example, a conductive wire in a printable form on a printed circuit board (PCB) or a micro electro-mechanical systems (MEMS) process. In addition, the third communication unit 240 receives the confirmation signal transmitted from the palatal implant 300, and transmits it to the user terminal through the second communication unit 220.
배터리부(250)는 센서부(210), 제2 통신부(220), 제1 제어부(230) 및 제3 통신부(240) 각 구성에 전원을 공급하며, 제3 통신부(240)를 통해 외부 충전장치를 이용하여 자기 유도 결합 방식으로 충전할 수 있다.The battery unit 250 supplies power to each of the sensor unit 210, the second communication unit 220, the first control unit 230, and the third communication unit 240, and external charging through the third communication unit 240 The device can be charged in a magnetic inductive coupling method.
도 2의 착용장치(200)는 생체호환 폴리머로 밀봉하여 구강 조직(예를 들어, 치아, 잇몸 및 혀 등)에 대한 자극을 방지하고, 환자가 착용하는 경우 이물감을 최소화할 수 있다. 예를 들어, 생체호환 폴리머는 파릴렌(parylene), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리이미드(polyimid), 액정 폴리머(liquid crystal polymer, LCP) 등을 포함한다.The wearing device 200 of FIG. 2 may be sealed with a biocompatible polymer to prevent irritation to oral tissues (eg, teeth, gums, tongue, etc.) and minimize foreign body sensation when worn by a patient. For example, biocompatible polymers include parylene, polydimethylsiloxane (PDMS), polyimid, liquid crystal polymer (LCP), and the like.
도 3은 도 1의 구개 임플란트의 상세 구성을 나타낸다.3 shows a detailed configuration of the palatal implant of FIG. 1.
도 3에서 보면, 구개 임플란트(300)는 구개 근육 내에 이식되어 구개 근육을 물리적으로 지지하면서 연구개에 전기 자극을 제공하며, 제4 통신부(310), 제2 제어부(320), 그리고 전극 어레이(330)를 포함한다. 이때, 제4 통신부(310), 제2 제어부(320) 및 전극 어레이(330)는 전기적으로 연결되어 있다. 예를 들어, 구개 임플란트(300)는 경구개의 일부 영역 및 연구개의 전영역에 위치하는 원형 또는 다각형 기둥형상으로 구현할 수 있다.3, the palatal implant 300 is implanted in the palatal muscle to provide electrical stimulation to the soft palate while physically supporting the palatal muscle, and a fourth communication unit 310, a second control unit 320, and an electrode array ( 330). In this case, the fourth communication unit 310, the second control unit 320, and the electrode array 330 are electrically connected. For example, the palatal implant 300 may be implemented in a circular or polygonal column shape positioned in a partial region of the hard palate and the entire region of the study palate.
제4 통신부(310)는 자기 유도 결합 방식을 통해 착용장치(200)로부터 전송되는 제2 제어신호를 수신한다. 또한, 구개 임플란트(300)의 정상 동작 여부를 나타내는 확인신호를 착용장치(200)로 전송한다. 구체적으로, 제4 통신부(310)는 자기 유도 결합 방식을 통해 착용장치(200)로부터 사인(sine) 또는 코사인(cosine) 형태의 반송파에 얹어진 디지털 신호(제2 제어신호)를 수신하며, 수신된 디지털 신호(제2 제어신호)에 기초하여 정류회로를 통해 전력을 생성하여 제2 제어부(320) 및 전극 어레이(330)의 전원을 공급한다. 또한, 제4 통신부(310)는 코일로 구현되며, 예를 들어, PCB(Printed Circuit Board)에 인쇄 가능한 형태의 도선 또는 MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems) 공정으로 제작될 수 있다.The fourth communication unit 310 receives a second control signal transmitted from the wearing device 200 through a magnetic induction coupling method. In addition, a confirmation signal indicating whether the palatal implant 300 operates normally is transmitted to the wearing device 200. Specifically, the fourth communication unit 310 receives a digital signal (a second control signal) placed on a carrier wave in a sine or cosine form from the wearing device 200 through a magnetic induction coupling method, and receives Power is supplied to the second control unit 320 and the electrode array 330 by generating power through a rectifying circuit based on the digital signal (second control signal). In addition, the fourth communication unit 310 may be implemented as a coil, and may be manufactured by, for example, a printed circuit board (PCB) or a micro electro-mechanical systems (MEMS) process.
제2 제어부(320)는 제4 통신부(310)에서 수신된 제2 제어신호에 기초하여 이상 전류 펄스(Biphasic Current Pulse)를 생성하여 전극 어레이(330)를 통해 출력한다. 예를 들어, 제2 제어부(320)는 다수의 트랜지스터가 집적되어 있는 칩(chip) 형태로 구현될 수 있다.The second control unit 320 generates a biphasic current pulse based on the second control signal received from the fourth communication unit 310 and outputs it through the electrode array 330. For example, the second control unit 320 may be implemented in the form of a chip in which a plurality of transistors are integrated.
전극 어레이(330)는 전류 펄스의 출력을 통해 구개 근육에 전기 자극을 제공한다. 구체적으로, 전극 어레이(330)는 금(Au), 이리듐(Ir), 백금(Pt) 등의 금속물질을 포함하는 복수개의 전극으로 구현된다.The electrode array 330 provides electrical stimulation to the palate muscles through the output of current pulses. Specifically, the electrode array 330 is implemented with a plurality of electrodes including metal materials such as gold (Au), iridium (Ir), and platinum (Pt).
도 3의 구개 임플란트(300)는 소형으로 구현되어 구개 근육에 이식되며, 제4 통신부(310)와 제2 제어부(320)는 경구개에 위치하고 전극 어레이(330)는 연구개에 위치한다. 예를 들어, 생체호환 폴리머는 파릴렌(parylene), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리이미드(polyimid), 또는 액정 폴리머(liquid crystal polymer, LCP) 중 적어도 하나를 포함한다. 이로 인해, 경구개 및 연구개 근육을 물리적으로 지지하여 연구개 및 목젖이 이완되어 상기도가 좁아지는 것을 방지할 수 있다.The palatal implant 300 of FIG. 3 is implemented in a small size and is implanted in the palatal muscle, and the fourth communication unit 310 and the second control unit 320 are located on the hard palate, and the electrode array 330 is located on the soft palate. For example, the biocompatible polymer includes at least one of parylene, polydimethylsiloxane (PDMS), polyimid, or liquid crystal polymer (LCP). Accordingly, it is possible to prevent narrowing of the upper airway due to relaxation of the soft palate and the uvula by physically supporting the palate and soft palate muscles.
도 3의 구개 임플란트(300)에서 제4 통신부(310)와 제2 제어부(320)는 생체호환 폴리머로 밀봉되어 경구개 근육에 집적 접촉되지 않으며, 전극 어레이(330)는 연구개 근육에 직접 접촉된다. 이로 인해, 구개 임플란트(300)를 장기간 이식할 수 있으며 면역거부반응과 같은 이식 부작용을 방지할 수 있다.In the palatal implant 300 of FIG. 3, the fourth communication unit 310 and the second control unit 320 are sealed with a biocompatible polymer so that they do not come into direct contact with the palatal muscles, and the electrode array 330 directly contacts the soft palate muscles. . For this reason, the palatal implant 300 can be implanted for a long period of time and side effects such as immune rejection can be prevented.
도 4는 도 1의 전기 자극 시스템을 이용한 전기 자극 제공 방법을 나타낸다.4 shows a method of providing electrical stimulation using the electrical stimulation system of FIG. 1.
먼저, 사용자 단말(100)에서 사용자 인터페이스부(110)를 통해 입력되는 제어값을 수신하고(S11), 제1 통신부(120)를 통해 S11에서 수신된 제어값에 대응하는 제1 제어신호를 착용장치(200)로 전송한다(S12).First, the user terminal 100 receives a control value input through the user interface unit 110 (S11), and wears a first control signal corresponding to the control value received at S11 through the first communication unit 120 It transmits to the device 200 (S12).
착용장치(200)는 제2 통신부(220)를 통해 S12에서 전송되는 제1 제어신호를 수신한다(S13). 또한, 센서부(210)의 감지결과를 통해 사용자의 수면 상태를 감지하고(S14), 제1 제어부(230)를 통해 S14에서 감지된 수면 상태에 대응하는 제2 제어신호를 생성하여 제3 통신부(240)를 통해 구개 임플란트(300)로 전송한다(S15). 구체적으로, 환자의 수면 상태에 따라 S13에서 수신된 제1 제어신호에 포함되어 있는 자극 파라미터의 강도를 제어하여 제2 제어신호를 생성할 수 있다.The wearing device 200 receives the first control signal transmitted from S12 through the second communication unit 220 (S13). In addition, the user's sleep state is sensed through the detection result of the sensor unit 210 (S14), and a second control signal corresponding to the sleep state detected in S14 is generated through the first control unit 230 to generate a third communication unit. Transmitted to the palatal implant 300 through (240) (S15). Specifically, the second control signal may be generated by controlling the strength of the stimulation parameter included in the first control signal received in S13 according to the sleep state of the patient.
구개 임플란트(300)는 제4 통신부(310)를 통해 S15에서 전송되는 제2 제어신호를 수신한다(S16). 이후, 제2 제어부(320)를 통해 S16에서 수신된 제2 제어신호에 기초하여 전원을 공급하고, 자극 파라미터에 대응하는 전류 펄스를 생성한다(S17). 이후, 전극 어레이(330)를 통해 S17에서 생성된 전류 펄스를 출력한다(S18).The palatal implant 300 receives the second control signal transmitted in S15 through the fourth communication unit 310 (S16). Thereafter, power is supplied based on the second control signal received in S16 through the second control unit 320 and a current pulse corresponding to the stimulation parameter is generated (S17). Thereafter, the current pulse generated in S17 is output through the electrode array 330 (S18).
본 발명의 실시예에 따르면 구개 임플란트 및 착용장치를 이용하여 환자의 구개, 목젖, 혀 및 편도 등의 부위를 물리적으로 지지하면서 미세 전류 펄스에 의한 자극을 제공하여 연구개 근육을 수축시킬 수 있다. 이로 인해, 목젖, 혀 및 편도에 인한 기도 폐쇄를 방지하여 코골이 및 수면무호흡 증상을 개선할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a palatal implant and a wearing device may be used to physically support the patient's palate, uvula, tongue, and tonsils, while providing stimulation by microcurrent pulses to contract the soft palate muscles. Accordingly, snoring and sleep apnea symptoms can be improved by preventing airway obstruction due to the uvula, tongue and tonsils.
본 발명의 실시예에 따르면 환자의 수면상태에 따라 전기 자극의 강도를 제어하여 치료 효과를 극대화시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to maximize the therapeutic effect by controlling the intensity of the electrical stimulation according to the sleeping state of the patient.
본 발명의 실시예에 따르면 휴대가 용이한 사용자 단말 및 구강 내 착용장치를 이용하여 구개 근육에 이식되어 있는 구개 임플란트를 제어하므로 시간 및 장소의 제약 없이 전기 자극 시스템을 사용할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, since the palatal implant implanted in the palatal muscle is controlled using a portable user terminal and an intraoral wear device, an electrical stimulation system can be used without time and place restrictions.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and a form modified and improved by a person of ordinary skill in the field to which the present invention belongs is also the right of the present invention. Belongs to the range.
[부호의 설명][Explanation of code]
10 : 전기 자극 시스템10: electrical stimulation system
100 : 사용자 단말100: user terminal
110 : 사용자 인터페이스부110: user interface unit
120 : 제1 통신부120: first communication unit
130 : 저장부130: storage unit
200 : 착용장치200: wearing device
210 : 센서부210: sensor unit
220 : 제2 통신부220: second communication unit
230 : 제1 제어부230: first control unit
240 : 제3 통신부240: 3rd communication unit
250 : 배터리부250: battery part
300 : 구개 임플란트300: palatal implant
310 : 제4 통신부310: 4th communication department
320 : 제2 제어부320: second control unit
330 : 전극 어레이330: electrode array

Claims (11)

  1. 자기 유도 결합 방식을 통해 외부 장치로부터 자극 제어신호를 수신하는 통신부,A communication unit that receives a stimulation control signal from an external device through a magnetic induction coupling method,
    수신된 상기 자극 제어신호에 기초하여 전류 펄스를 생성하는 제어부, 그리고A control unit that generates a current pulse based on the received stimulation control signal, and
    상기 전류 펄스에 기초하여 자극을 제공하는 전극 어레이Electrode array providing stimulation based on the current pulse
    를 포함하며,Including,
    사용자의 경구개 및 연구개에 걸쳐 위치하며, 상기 경구개 및 연구개를 물리적으로 지지하는 구개 임플란트.A palatal implant positioned over the user's palatal and soft palate, and physically supporting the palatal and soft palate.
  2. 제1항에서,In claim 1,
    상기 전극 어레이는 상기 연구개에 접촉되어 위치하는 구개 임플란트.The electrode array is placed in contact with the soft palate implant.
  3. 제1항에서,In claim 1,
    상기 통신부와 상기 제어부는 생체 호환 폴리머로 밀봉되어 있는 구개 임플란트.The communication unit and the control unit are sealed with a biocompatible polymer.
  4. 제1항에서,In claim 1,
    상기 자극 제어신호를 이용하여 상기 통신부, 상기 제어부 및 상기 전극 어레이에 전원을 공급하는 정류 회로를 더 포함하는 구개 임플란트.A palatal implant further comprising a rectifier circuit for supplying power to the communication unit, the control unit, and the electrode array using the stimulation control signal.
  5. 사용자의 구강 내에 위치하며, 제1 통신망을 통해 사용자 단말로부터 전송되는 제1 제어신호를 수신하고, 상기 제1 제어신호에 대응하는 제2 제어신호를 생성하여 제2 통신망을 통해 전송하는 착용장치, 그리고A wearable device located in the user's oral cavity, receiving a first control signal transmitted from a user terminal through a first communication network, generating a second control signal corresponding to the first control signal, and transmitting it through a second communication network, And
    상기 사용자의 구개 근육에 위치하며, 상기 제2 통신망을 통해 상기 제2 제어신호를 수신하고, 상기 제2 제어신호에 대응하는 전류 펄스를 생성하여 출력하는 구개 임플란트A palatal implant located on the palate muscle of the user, receiving the second control signal through the second communication network, and generating and outputting a current pulse corresponding to the second control signal
    를 포함하는 전기 자극 시스템.Electrical stimulation system comprising a.
  6. 제5항에서,In clause 5,
    상기 제1 통신망은 근거리 무선통신을 이용하는 전기 자극 시스템.The first communication network is an electrical stimulation system using short-range wireless communication.
  7. 제5항에서,In clause 5,
    상기 제2 통신망은 자기 유도 결합 방식을 이용하는 전기 자극 시스템.The second communication network is an electrical stimulation system using a magnetic induction coupling method.
  8. 제5항에서,In clause 5,
    상기 착용장치는 상기 사용자의 생체상태를 감지하는 센서부를 포함하며, 감지된 생체상태에 따라 상기 제1 제어신호에 대응하는 상기 제2 제어신호를 생성하여 전송하는 전기 자극 시스템.The wearing device includes a sensor unit that detects the user's biological state, and generates and transmits the second control signal corresponding to the first control signal according to the detected biological state.
  9. 제5항에서,In clause 5,
    상기 제1 제어신호 및 제2 제어신호는 상기 전류 펄스의 세기, 주파수 및 지속시간을 포함하는 전기 자극 시스템.The first control signal and the second control signal include an intensity, frequency, and duration of the current pulse.
  10. 제5항에서,In clause 5,
    상기 구개 임플란트는 상기 사용자의 연구개에 위치하는 전극 어레이를 포함하며, 상기 전극 어레이를 통해 상기 전류 펄스를 출력하여 자극을 제공하는 전기 자극 시스템.The palatal implant includes an electrode array positioned on the soft palate of the user, and outputs the current pulse through the electrode array to provide stimulation.
  11. 제5항에서,In clause 5,
    상기 구개 임플란트는 상기 사용자의 경구개 및 연구개에 걸쳐 위치하며, 상기 경구개 및 연구개를 물리적으로 지지하는 전기 자극 시스템.The palatal implant is located over the user's palatal and soft palate, and the electrical stimulation system physically supports the palatal and soft palate.
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