WO2021221326A1 - 신체 기관에 전기 자극을 인가하는 전극선 및 이를 이용한 전극 시스템 - Google Patents

신체 기관에 전기 자극을 인가하는 전극선 및 이를 이용한 전극 시스템 Download PDF

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WO2021221326A1
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electrode wire
wire
ring member
electrical stimulation
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박은경
김태경
강민희
이규성
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사회복지법인 삼성생명공익재단
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Definitions

  • the present invention relates to an electrode wire for applying electrical stimulation to a body organ and an electrode system using the same.
  • DBS Deep Brain Stimulation
  • Parkinson's Disease PD
  • ODD Obsessive-Compulsive Disorder
  • Parkinson's disease a progressive neurosurgeons are using deep brain stimulators to treat serious health problems such as Parkinson's disease, obsessive compulsive disorder and depression.
  • the treatment method using a deep brain stimulator is the only hope for treating obsessive compulsive disorder with a surgical method, and it is evaluated as a method that has been proven effective in curing Parkinson's disease.
  • Deep brain stimulation utilizes implantable medical devices to deliver accurate electric pulses.
  • the deep brain stimulator consists of an implantable pulse generator, an extension, and an electrode lead.
  • an electrode wire is placed deep in a specific part of the brain, these two components are connected with an extension wire, and stimulation is generated through the stimulus generator, then the electrode wire is transmitted to the electrode wire through the extension wire. It is possible to apply micro-electrical stimulation to a specific part of the brain.
  • the microelectrode wire is used to select the location of the stimulus, and the brain signal is detected from several small-sized electrodes to find the optimal location of the stimulus.
  • the micro electrode wire is not suitable for stimulation due to its small size, so an operation is performed to remove it and reinsert the electrode wire for stimulation.
  • an operation is performed to remove it and reinsert the electrode wire for stimulation.
  • the present invention has been made in view of the problems of the prior art, and without using a microelectrode wire, an electrode wire configured to be inserted into the body and adjust the size and position of a contact point of an electrode wire that applies electrical stimulation, and an electrode system using the same aims to provide
  • an electrode wire for applying electrical stimulation to a body organ is provided.
  • the electrode wire may include an electrode wire having one end provided as an insertion unit to be inserted into the body and the other end provided as an interface unit for connection with an external device; a first electrode disposed in the insertion unit to transmit electrical stimulation to body organs; a second electrode disposed on the interface unit to receive electrical stimulation applied from the outside; a signal line that interconnects the first electrode and the second electrode to transmit an electrical stimulus received by the second electrode to the first electrode; and an open portion for covering the first electrode and exposing the first electrode in a part of the circumferential direction, and is mounted to be movable in the longitudinal direction or the circumferential direction with respect to the electrode wire by an external force to determine the exposure position of the first electrode and an adjusting ring member.
  • the ring member may be formed of an insulating material or a conductor.
  • the ring member may be configured to be movable with respect to the electrode wire by a magnetic force acting from the outside.
  • the spacing of the openings of the ring member is configured to be adjustable by an external force.
  • the first electrode may extend obliquely along the outer surface of the electrode wire in the insertion portion, or may be arranged in plurality in the form of a point electrode on the outer surface of the electrode wire in the insertion portion.
  • an electrode system implanted in the body to apply electrical stimulation to an organ of the body.
  • the electrode system is a
  • a processing unit connected to an external device for communication and control; one or more electrode wires implanted in the body to apply electrical stimulation to body organs; an electrode clamp for electrical connection with the electrode wire;
  • the electrode wire is
  • an electrode wire having one end provided as an insertion unit to be inserted into the body and the other end provided as an interface unit for connection with an external device to transmit a stimulation signal to a body organ into which the electrode wire is inserted; a plurality of first electrodes disposed in the insertion unit to transmit electrical stimulation to body organs; a plurality of second electrodes disposed on the interface unit to receive electrical stimulation applied from the outside; and a plurality of signal lines connecting the first electrode and the second electrode to each other to transmit electrical stimulation received by the second electrode to the first electrode.
  • the first electrode has an open portion for exposing the first electrode in a part of the circumferential direction, and is mounted to be movable in the longitudinal direction or the circumferential direction with respect to the electrode wire by an external force to adjust the exposure position of the first electrode to the ring member; and a guide wire inserted into the inner space of the electrode wire to support the electrode wire when the electrode wire is inserted into the brain region.
  • the ring member may be formed of an insulating material or a conductor.
  • the controller includes a driving element driven according to a control signal from the processing unit, and a driving element driven in the extending direction and circumferential direction of the electrode wire by the driving element, and having one end disposed adjacent to the ring member and having a magnetic force It may include an operation key, and the one end of the operation key may be magnetized by application of electric power to apply a magnetic force to the ring member to move and rotate the ring member.
  • the operation key is arranged at the position of the guide wire of the electrode wire, the guide wire is configured to be inserted into the position of the guide wire in the removed state can be arranged.
  • the manual operation member includes a main body extending along the longitudinal direction of the electrode wire, a manipulation unit provided on the upper end of the main body and applied with an operating force by an operator, and a pressing unit that is expanded by the operating force applied to the operating unit, and , the pressing part is disposed between the openings of the ring member and is expanded by an operating force to expand the openings.
  • the manual operation member is a case member configured to surround the electrode wire made of a cylindrical shape with both ends open, a male screw is formed in the ring member, and a female screw at a position in contact with the ring member in the case member is formed so that the case member and the ring member are screwed together.
  • case member when the case member is rotated in the first direction, it is screwed with the ring member to rotate the ring member in the first direction to adjust the circumferential position of the ring member with respect to the electrode wire, and the case member is rotated in a second direction opposite to the first direction, the screw coupling between the case member and the ring member is released to separate the case member.
  • the present invention it is possible to reduce the conventional secondary electrode wire insertion process of micro electrode wire insertion and electrode wire insertion to one time, and it is possible to easily adjust the size and position of the electrode wire contact point.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the implantation state of a deep brain stimulator in a human body.
  • FIG. 2 is a view showing the structure of the electrode wire according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view showing the structure of an electrode wire according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing the structure of an electrode wire according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing a C-ring controller used in an electrode wire according to embodiments of the present invention and an aspect of disposing a C-ring in an electrode wire using the same.
  • FIG. 6 is a view showing the structure of the clamp for movement used in the electrode wire according to the embodiments of the present invention and the fastening state with the C-ring.
  • FIG. 7 is a diagram schematically illustrating an aspect of changing a position of a C-ring fastened to an electrode wire using the clamp for movement of FIG. 4 .
  • FIG. 8 is a view showing the coupling and separation of the moving case and the C-ring used for the electrode wire according to the embodiments of the present invention.
  • an electrode wire for applying electrical stimulation to a body organ is provided.
  • the electrode wire may include an electrode wire having one end provided as an insertion unit to be inserted into the body and the other end provided as an interface unit for connection with an external device; a first electrode disposed in the insertion unit to transmit electrical stimulation to body organs; a second electrode disposed on the interface unit to receive electrical stimulation applied from the outside; a signal line that interconnects the first electrode and the second electrode to transmit an electrical stimulus received by the second electrode to the first electrode; and an open portion for covering the first electrode and exposing the first electrode in a part of the circumferential direction, and is mounted to be movable in the longitudinal direction or the circumferential direction with respect to the electrode wire by an external force to determine the exposure position of the first electrode and an adjusting ring member.
  • the ring member may be formed of an insulating material or a conductor.
  • the ring member may be configured to be movable with respect to the electrode wire by a magnetic force acting from the outside.
  • the spacing of the openings of the ring member is configured to be adjustable by an external force.
  • the first electrode may extend obliquely along the outer surface of the electrode wire in the insertion portion, or may be arranged in plurality in the form of a point electrode on the outer surface of the electrode wire in the insertion portion.
  • an electrode system implanted in the body to apply electrical stimulation to an organ of the body.
  • the electrode system is a
  • a processing unit connected to an external device for communication and control; one or more electrode wires implanted in the body to apply electrical stimulation to body organs; an electrode clamp for electrical connection with the electrode wire;
  • the electrode wire is
  • an electrode wire having one end provided as an insertion unit to be inserted into the body and the other end provided as an interface unit for connection with an external device to transmit a stimulation signal to a body organ into which the electrode wire is inserted; a plurality of first electrodes disposed in the insertion unit to transmit electrical stimulation to body organs; a plurality of second electrodes disposed on the interface unit to receive electrical stimulation applied from the outside; and a plurality of signal lines connecting the first electrode and the second electrode to each other to transmit electrical stimulation received by the second electrode to the first electrode.
  • the first electrode has an open portion for exposing the first electrode in a part of the circumferential direction, and is mounted to be movable in the longitudinal direction or the circumferential direction with respect to the electrode wire by an external force to adjust the exposure position of the first electrode to the ring member; and a guide wire inserted into the inner space of the electrode wire to support the electrode wire when the electrode wire is inserted into the brain region.
  • the ring member may be formed of an insulating material or a conductor.
  • the controller includes a driving element driven according to a control signal from the processing unit, and a driving element driven in the extending direction and circumferential direction of the electrode wire by the driving element, and having one end disposed adjacent to the ring member and having a magnetic force It may include an operation key, and the one end of the operation key may be magnetized by application of electric power to apply a magnetic force to the ring member to move and rotate the ring member.
  • the operation key is arranged at the position of the guide wire of the electrode wire, the guide wire is configured to be inserted into the position of the guide wire in the removed state can be arranged.
  • the manual operation member includes a main body extending along the longitudinal direction of the electrode wire, a manipulation unit provided on the upper end of the main body and applied with an operating force by an operator, and a pressing unit that is expanded by the operating force applied to the operating unit, and , the pressing part is disposed between the openings of the ring member and is expanded by an operating force to expand the openings.
  • the manual operation member is a case member configured to surround the electrode wire made of a cylindrical shape with both ends open, a male screw is formed in the ring member, and a female screw at a position in contact with the ring member in the case member is formed so that the case member and the ring member are screwed together.
  • case member when the case member is rotated in the first direction, it is screwed with the ring member to rotate the ring member in the first direction to adjust the circumferential position of the ring member with respect to the electrode wire, and the case member is rotated in a second direction opposite to the first direction, the screw coupling between the case member and the ring member is released to separate the case member.
  • FIG. 1 schematically shows a state in which the deep brain stimulator targeted by the present invention is applied to the body.
  • the deep brain stimulator includes a plurality of electrode wires (A) implanted in a specific part of the brain (only one is shown in FIG. 1), a stimulus generator implanted subcutaneously in the chest (C), and these electrode wires and the stimulus generator are connected. It consists of an extension line.
  • the stimulation is generated through the stimulation generator, the stimulation is transmitted to the electrode wire through the extension wire, and microelectrical stimulation can be applied to a specific part of the brain through the electrode wire.
  • the present invention relates to an electrode wire implantation system and an electrode wire for a deep brain stimulator that allow the electrode wire (A) to be accurately and simply implanted into a target in a specific part of the brain, among the components of the deep brain stimulator. Accordingly, as described above, descriptions of the stimulation generator, extension wire, connection structure/method of electrode wire and extension wire, and operation of the deep brain stimulator including the stimulation generator, which do not constitute the features of the present invention, will be omitted.
  • FIG. 2 schematically shows an external structure of an electrode lead A according to a first embodiment of the present invention.
  • the electrode wire (A) of the first embodiment is the electrode wire 10, which serves to transmit the stimulation signal from the brain region into which the electrode wire is inserted, as the lower part of the electrode wire in the figure, which is inserted into the brain region.
  • a C-ring 20 as a ring member, which is provided to cover the insert and is slidably mounted in the circumferential or longitudinal direction with respect to the electrode wire according to an external force, and, although not specifically shown, inserted into the inner space of the electrode wire and a guide wire (not shown) for supporting the electrode wire when the electrode wire is inserted.
  • a signal line SL extending spirally between the interface part IT above the electrode wire and the insertion part IS on the lower side interconnecting the first and second electrodes 11 and 12 provided at both ends of the electrode wire is also shown. is provided.
  • the signal line SL is shown as being wound and fixed in a spiral form outside the electrode wire, but the present invention is not particularly limited with respect to the form of providing the signal line.
  • the signal line is connected to the electrodes provided at the upper and lower ends of the electrode wire, it is not limited to a form fixed to the surface of the electrode wire 10 helically, for example, it may be fixedly inserted into the wire 10 helically.
  • first and second electrodes 11 and 12 are also not limited to those provided as shown in the drawings, and in particular, to be provided for the electrode wire 10 in various forms in relation to the C-ring 20 .
  • the electrode wire 10 is flexible and has excellent durability, and is formed of a material harmless to the human body, for example, polyurethane.
  • the C-ring 20 constituting one feature of the present invention is formed of an insulating material or a conductor according to a specific use.
  • the C-ring is formed in a cylindrical shape, and a part of the circumferential direction is cut to form the opening 21 .
  • the C-ring is disposed to cover the lower first electrode 11 , and the first and second electrodes 11 and 12 are exposed through the opening.
  • the C-ring When the C-ring is made of an insulating material, it serves to prevent exposure of the lower electrode covered by the C-ring, and the electrode is exposed through the opening 21 so that stimulation can be performed only at the desired brain region. have.
  • the C-ring is composed of a conductor, it serves to increase the cross-sectional area of the electrode covered by the C-ring, so that electrical stimulation can be performed by broadly expanding the stimulation of the brain region from point stimulation to surface stimulation.
  • the C-ring can be used by appropriately selecting its size. That is, a single C-ring covering the entire lower portion of the electrode wire may be used, or a plurality of C-rings composed of an insulating material and a conductor may be used according to the patient's condition.
  • the C-ring is also in the form of a hollow having a predetermined thickness, like the electrode wire (only a part is removed to have a C-shaped cross-section on a plane), so By inserting the clamp for movement between the removed parts, the distance can be adjusted using the clamp for movement.
  • the electrode wire 10 is formed in a hollow shape in the longitudinal direction, and a guide wire is inserted therein to give rigidity to the entire electrode wire during electrode insertion, and the insertion of the electrode wire is completed. is removed after Depending on the embodiment, the guide wire may be separated for insertion, rotation, etc. of the C-ring after insertion of the electrode wire, or may be removed in the final stage of the insertion operation.
  • the second electrode 12 is provided with three electrodes parallel to each other in the longitudinal direction and disposed on a plane perpendicular to the axial direction of the electrode wire 10, but the first electrode 12 shown in FIG.
  • the first electrode 11 has three strip-shaped electrodes parallel to each other and helically arranged.
  • the C-ring 20 is made of an insulating material and selectively exposes a portion of the first electrode 11 through the opening 21 to transmit the stimulus to the brain.
  • the position of the first electrode 11 exposed through the opening 21 is changed and the first electrode 11 is formed to be inclined.
  • the exposure positions of the respective electrodes constituting the first electrode 11 are different. That is, the distances (a1, a2, a3) from the bottom of the electrode wire 10 to the respective electrodes are different as the electrodes are rotated.
  • the position at which the electrode is exposed can be adjusted to change the position at which the stimulus is applied to the brain.
  • three C-rings 20 having a short length may be provided and these may be disposed adjacent to each other in the longitudinal direction of the electrode wire 10 .
  • Each C-ring 20' can be rotated to adjust its position in the circumferential direction of the opening, indicated by the position at which the electrode is exposed by the opening of each C-ring, i.e. the distance from the bottom of the wire in the figure. Each position can be adjusted.
  • the first electrode 11 ′ is configured in the form of a point electrode discontinuously arranged in a circle.
  • Each of the electrodes constituting the first electrode 11 is disposed along three signal lines inclined parallel to each other.
  • three parallel signal lines SL are spirally extended from the three electrodes constituting the second electrode 12, and in the third embodiment, the three signal lines are the lower end of the insertion part IS.
  • the signal lines are extended to, and the first electrodes 11 ′′ in the form of point electrodes connected to each signal line to which electrical stimulation is applied are disposed on the outer surface of the electrode wire.
  • the point electrodes constituting the first electrode 11' are spirally arranged along each signal line, but in the third embodiment, the electrodes connected to each signal line are adjacent to each other and spirally as a whole. laid out in the way they are laid out.
  • the electrode exposed through the opening 21 of the C-ring may be disposed in various ways.
  • the electrodes disposed through the opening of the C-ring are connected to which electrode they constitute the second electrode 11 according to the position of the opening 21 .
  • Whether to be connected to the signal line may be different, and the distances a1 , a2 , a3 from the bottom of the electrode wire 10 may also be adjusted.
  • the frequency, voltage, or current of the electrical stimulation applied to the electrodes of the second electrode 12 to which each signal line SL is connected is differently adjusted, and the position of the opening 21 of the C-ring is adjusted. By doing so, it is possible to adjust the position at which the electrical stimulation is applied to the brain or the frequency of the electrical stimulation by the electrode exposed through the opening.
  • C-rings (20 ', 20 ′′, such as three or four short lengths) may be arranged in a longitudinal direction.
  • each C-ring by adjusting the position of the opening of each C-ring, it is possible to very finely control the position at which the electrical stimulation is applied and the frequency, current and voltage of the applied electrical stimulation.
  • the C-ring 20 having an opening portion is disposed to surround the insertion portion (IS) of the electrode wire, and by adjusting the circumferential position of the opening portion 21, the brain It is possible to finely adjust and change the position where the electrical stimulation is applied or the electrical stimulation.
  • the electrode system of the present invention includes a main processor in charge of communication and control, an electrode clamp for electrical connection with the electrode of the electrode wire, and a C-ring controller capable of moving/rotating the C-ring ( 30).
  • the processing unit is connected to a separate external device (PC, tablet, smartphone, etc.) to send and receive signals, digitizes the electrical signal measured from the electrode and transmits it to the external device or receives a control signal from the external device to drive the motor carry out
  • a separate external device PC, tablet, smartphone, etc.
  • the electrode clamp has a semi-circular structure attached to the end of the clamp with a spring so that it can be attached well to the surface of the electrode wire.
  • the wire comes out from the contact point located on one arm of the clamp and is connected from the processing part, and the electrode wire and the clamp on the opposite arm are connected to the other arm.
  • a guide line is attached to adjust the position.
  • processing units and electrode clamps are known components commonly used in the field of deep brain stimulation, and a description thereof will be omitted herein.
  • the C-ring controller 30 includes a linear motor and a rotary motor (not shown) that move by receiving a control signal from the processing unit, and an operation key 31 made of a metal plate is attached to the motor shaft to rotate with the linear motor According to the driving of the motor, it is possible to perform a longitudinal movement of the electrode wire and a rotational movement about the axis.
  • the operation key 31 is movably and rotatably mounted on the support S of the C-ring controller, one end of which is connected to the power supply PS, and the other end 32 is is bent.
  • the bent end 32 of the operation key is magnetized, and attractive force acts between the operation key and the C-ring by magnetic force, so that the C-ring moves and rotates by the movement and rotation of the operation key.
  • a deep brain stimulation operator (hereinafter simply referred to as 'the operator') applies power to an electrode system for a deep brain stimulator (not shown) to perform an initialization process (communication connection with an external device for control). Then, the operator inserts the electrode wire 10 into a specific part of the brain in a state in which the guide wire is inserted according to the normal electrode wire insertion procedure.
  • the guide wire is removed, and the C-ring controller 30 is placed in accordance with the hollow hole of the electrode wire (A) from which the guide wire is removed, and then the C-ring controller is used as a control unit of the electrode system for the deep brain stimulator (shown). omitted).
  • the operator opens the electrode clamp and closes the clamp according to the guide line, so that the electrode contact of the clamp can be connected to the electrode in the correct position.
  • this process is performed for a plurality of (eg, three) electrode lines.
  • the neural signal obtained from the electrode portion of each electrode wire is transmitted to the controller in real time, and the electrode at which point is closest to the ticket is calculated.
  • the operator determines the shape and number of C-rings to be inserted according to the calculated points, and whether they are conductors or non-conductors.
  • the C-ring may be inserted and fastened together when the electrode wire is inserted, but may be inserted later by the following two methods.
  • the operator inserts the C-ring by using the clamp 40 for movement provided as a manually operated member shown in FIG. 6 .
  • buttons 42 are provided at the upper end of the clamp for movement as an operation unit, and a pair of press elements 44 provided as press units that open and close according to the operation of the button are provided at the lower end thereof.
  • the pressing element 44 expands to contact the inner circumferential surface of the opening of the C-ring to expand the opening, and press the button again to release the expanded state, that is, to be contracted. have.
  • the operator inserts the clamp 40 for movement into the opening of the C-ring determined through the above process, and then presses the button 42 so that the pressing element 44 expands both sides of the opening of the C-ring.
  • the C-ring can be inserted into the outside of the electrode wire with a diameter sufficiently larger than that of the electrode wire.
  • the operator presses the button 42 again to contract the open pressing element, and the C-ring is contracted and fixed in position while surrounding the electrode ear 20.
  • This operation is not limited only to the insertion of the C-ring, and as shown in FIG. 5, after inserting the C-ring, the position of the C-ring and its opening in the longitudinal direction and the circumferential direction with respect to the electrode wire is adjusted. can be used for
  • the C-ring is made of a non-conductor and a stimulus is applied to the portion of the first electrode 11 exposed through the opening 21 .
  • the C-ring 20 is disposed to cover the inserted first electrode 11 of the electrode wire 10 by the manipulation as described above, and the opening 21 of the C-ring is located at the position where the stimulation is to be applied. should be placed This operation is performed by adjusting the position of the tip 32 of the operation key 31 by the C-ring controller 30 .
  • the C-ring facing the tip is coupled to the tip of the operation key 31 by magnetic force.
  • the opening 21 of the C-ring is placed at the target position, and the electrode is exposed by the opening 21 to apply stimulation to the brain.
  • the operation key 31 performs position adjustment for any one C-ring, and moves in the longitudinal direction to move the other C-ring position can be adjusted. In this way, the position adjustment for the plurality of C-rings is performed by one operation key.
  • the operator After the operator adjusts the position of the C-ring and applies the stimulation signal through the electrode, the operator can determine whether stimulation is applied to the target position from the acquired nerve signal, and adjust the position of the C-ring again.
  • the controller 30 and the operation key 31 are removed from the electrode wire 10 .
  • the case of using the electrode wire and the electrode system according to the present invention for deep brain stimulation has been described. It can be widely used to relieve pain or treat diseases by applying electrical stimulation to organs in the body, such as anterior osseous nerve stimulation for treatment and vagus nerve stimulation for epilepsy or depression.

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Abstract

이 발명은 신체에 이식되어 신체 기관에 전기 자극을 인가하는 전극선에 관한 것으로서, 이 발명의 하나의 양태에 따른 전극선은, 일단이 신체 내부로 삽입되는 삽입부로 마련되고 타단은 외부 기기와의 연결을 위한 인터페이스부로 마련되는 전극 와이어; 상기 삽입부에 배치되어 신체 기관에 전기 자극을 전달하는 제1 전극; 상기 인터페이스부에 배치되어 외부로부터 인가되는 전기 자극을 수용하는 제2 전극; 제1 전극과 제2 전극을 상호 연결하여 제2 전극이 수용하는 전기 자극을 제1 전극으로 전달하는 신호선; 및 제1 전극을 덮되 원주 방향의 일부에 제1 전극을 노출시키는 개방부를 갖도록 마련되고, 외력에 의해 상기 전극 와이어에 대하여 길이 방향 또는 원주 방향으로 이동 가능하게 장착되어, 제1 전극의 노출 위치를 조정하는 링 부재를 포함하는 것이다.

Description

신체 기관에 전기 자극을 인가하는 전극선 및 이를 이용한 전극 시스템
이 발명은 신체 기관에 전기 자극을 인가하는 전극선 및 이를 이용하는 전극 시스템에 관한 것이다.
현대사회의 복잡성으로 인하여 현대인은 사고 또는 질병에 잘 노출되어 인간고유의 기능 또는 운동 능력을 상실하고는 하는데, 의학만으로는 이러한 환자를 치유하는데 한계성을 가지고 있다. 이러한 한계점을 극복하기 위해 공학분야의 기술을 의학분야에 접목한 의공학 분야가 발전하고 있으며, 이로 인하여 건강 관리 시스템의 많은 영역에 큰 변화를 이루어지고 있다.
예컨대, 심장박동조절기 및 심실근육 세동제거기는 많은 생명을 구하고 있으며 심장병 치료의 혁신적인 역할을 해오고 있다. 또한 심장박동조절기의 기술을 이용하여, 외과의사는 비정상적인 뇌기능을 조절하기 위해 뇌 심부 자극(Deep Brain Stimulation, DBS) 장치를 환자의 뇌에 이식하고 있다(예컨대, 특허문헌 참조).
비정상적인 신체 행동 또는 정신적인 장애는 파킨슨병(Parkinson's Disease, PD) 또는 강박장애(Obessive-Compulsive Disorder, OCD)와 같은 뇌의 비정상적인 기능으로부터 유래한다. 파킨슨병은 손발이 떨리고 행동이 느려지면서 근육이 굳어지는 것이 주 증상인 만성 퇴행성 뇌질환이며, 강박장애를 가진 사람은 자신들이 접촉하는 어떤 것들로부터 오염되지도 모른다는 공포 때문에 외출도 꺼려하는 정신 질환이다.
현재 신경외과 의사는 파킨슨병, 강박장애 및 우울증과 같은 중대한 건강상의 문제점을 치료하기 위해 뇌 심부 자극기를 사용하고 있다. 뇌 심부 자극기를 이용하는 치료 방법은 외과적 방법으로 강박장애를 치료하는 유일한 희망이며, 파킨슨병을 치유하는데 효과가 입증된 방법으로 평가되기도 한다.
뇌 심부 자극술은 정확한 전기펄스의 전달을 위해 삽입형 의료기기를 활용한다. 크게 뇌 심부 자극기는 자극발생기(Implantable pulse generator), 연장선(Extension), 전극선(lead)으로 구성된다.
일반적으로, 흉부 피하에 자극발생기를 이식하고 전극선을 뇌의 특정 부위 깊이 위치시키고, 이 두 구성요소를 연장선으로 연결하여, 자극발생기를 통해 자극을 발생시키면, 연장선을 통해 전극선에 전달되어, 이 전극선을 통해 뇌의 특정 부위에 미세 전기 자극을 인가할 수 있다.
전극선의 위치에 따라서 환자 별 임상 경과의 차이가 발생할 수 있기 때문에 수술 이후의 전극선의 위치와 접점의 확인은 중요하다. 따라서, 전극선의 이식수술에는 자극의 위치를 선정하기 위해 마이크로 전극선을 사용하여 작은 크기의 여러 전극에서 뇌신호를 감지하여 최적의 자극 위치를 찾게 된다.
그러나 마이크로 전극선의 경우 크기가 작아 자극을 주기에는 적합하지 않고, 따라서 이를 제거하고 자극용 전극선을 다시 삽입하는 수술을 진행하게 된다. 여기서 자극용 전극선을 재 삽입하는 도중에 기존의 마이크로 전극선과 위치 차이가 존재하고 기록하는 부위의 크기가 다르기 때문에 정확히 찾아두었던 타겟에 맞춰, 자극용 전극선을 삽입하는 것은 쉬운 문제가 아니지만, 종래에는 이러한 문제점을 고려하지 않고 있다.
이 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 마이크로 전극선을 사용하지 않으면서, 신체에 삽입되어 전기 자극을 인가하는 전극선의 접점의 크기와 위치를 조정할 수 있도록 구성된 전극선 및 이를 이용하는 전극 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 과제의 해결 수단으로서, 이 발명의 한 가지 양태에 따라서, 신체 기관에 전기 자극을 인가하는 전극선이 제공된다.
상기 전극선은, 일단이 신체 내부로 삽입되는는 삽입부로 마련되고 타단은 외부 기기와의 연결을 위한 인터페이스부로 마련되는 전극 와이어; 상기 삽입부에 배치되어 신체 기관에 전기 자극을 전달하는 제1 전극; 상기 인터페이스부에 배치되어 외부로부터 인가되는 전기 자극을 수용하는 제2 전극; 제1 전극과 제2 전극을 상호 연결하여 제2 전극이 수용하는 전기 자극을 제1 전극으로 전달하는 신호선; 및 제1 전극을 덮되 원주 방향의 일부에 제1 전극을 노출시키는 개방부를 갖도록 마련되고, 외력에 의해 상기 전극 와이어에 대하여 길이 방향 또는 원주 방향으로 이동 가능하게 장착되어, 제1 전극의 노출 위치를 조정하는 링 부재를 포함한다.
한 가지 실시예에 있어서, 링 부재는 절연 물질 또는 도전체로 형성될 수 있다.
한 가지 실시예에 있어서, 링 부재는 외부로부터 작용하는 자기력에 의해 상기 전극 와이어에 대하여 이동 가능한 것으로 구성될 수 있다.
한 가지 실시예에 있어서, 링 부재의 개방부의 간격이 외력에 의해 조절될 수 있게 구성된다.
이 발명의 실시예로서, 상기 제1 전극은 삽입부에서 전극 와이어의 외표면을 따라 경사지게 연장되는 것이거나, 삽입부에서 전극 와이어의 외표면에 점전극 형태로 복수 개가 배치되는 것일 수 있다.
이 발명의 다른 양태에 따라서, 신체에 이식되어 신체 기관에 전기 자극을 인가하는 전극 시스템이 제공된다.
상기 전극 시스템은,
외부 장치와 연결되어 통신 및 제어를 담당하는 처리부와; 신체에 이식되어 신체 기관에 전기 자극을 인가하는 하나 이상의 전극선과; 상기 전극선과의 전기적 접속을 위한 전극 클램프와; 상기 전극선의 삽입, 제거 및 회전을 위한 전극선 조작 기구로서, 상기 처리부로부터의 제어 신호에 따라 구동되는 컨트롤러 또는 시술자에 의해 수동으로 조작되도록 구성된 수동 조작 부재를 포함하는 전극선 조작 기구를 포함하고,
상기 전극선은,
일단은 신체 내부로 삽입되는 삽입부로 마련되고 타단은 외부 기기와의 연결을 위한 인터페이스부로 마련되어 상기 전극선이 삽입되는 신체 기관을 자극 신호를 전달하기 위한 전극 와이어; 상기 삽입부에 배치되어 신체 기관에 전기 자극을 전달하는 복수 개의 제1 전극; 상기 인터페이스부에 배치되어 외부로부터 인가되는 전기 자극을 수용하는 복수 개의 제2 전극; 및 제1 전극과 제2 전극을 각각 상호 연결하여 제2 전극이 수용하는 전기 자극을 제1 전극으로 전달하는 복수 개의 신호선; 제1 전극을 덮되 원주 방향의 일부에 제1 전극을 노출시키는 개방부를 갖도록 마련되고, 외력에 의해 상기 전극 와이어에 대하여 길이 방향 또는 원주 방향으로 이동 가능하게 장착되어, 제1 전극의 노출 위치를 조정하는 링 부재; 및 상기 전극 와이어의 내부 공간에 삽입되어, 상기 전극선을 뇌 부위에 삽입할 때에 전극 와어이를 지지하는 가이드 와이어를 포함한다.
이러한 양태의 하나의 실시예로서, 링 부재는 절연 물질 또는 도전체로 형성되는 것일 수 있다.
한 가지 실시예에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 처리부로부터의 제어 신호에 따라 구동되는 구동 요소, 및 구동 요소에 의해 전극선의 연장 방향 및 원주 방향으로 구동되고 일단이 링 부재에 인접하게 배치되고 자력을 가지는 조작 키이를 포함하고, 조작 키이의 상기 일단이 전력의 인가에 의해 자화되어 링 부재에 대해 자기력을 인가하여 링 부재를 이동 및 회전시킬 수 있게 구성될 수 있다.
한 가지 실시예에 있어서, 조작 키이는 상기 전극선의 가이드 와이어의 위치에 배치되고, 가이드 와이어가 제거된 상태에서 가이드 와이어의 위치에 삽입되어 배치될 수 있게 구성된다.
한 가지 실시예에 있어서, 상기 수동 조작 부재는 전극선의 길이 방향을 따라 연장되는 본체, 본체의 상단에 마련되고 시술자에 의해 조작력이 인가되는 조작부, 조작부에 인가되는 조작력에 의해 확장되는 가압부를 포함하고, 가압부는 링 부재의 개방부 사이에 배치되어 조작력에 의해 확장되어 개방부를 확장시키는 것으로 구성될 수 있다.
한 가지 실시예에 있어서, 상기 수동 조작 부재는 양단이 개방된 원기둥 형태로 이루어져 전극선을 둘러싸도록 구성되는 케이스 부재이고, 상기 링 부재에는 숫나사가 형성되고, 상기 케이스 부재에서 링 부재와 맞닿는 위치에는 암나사가 형성되어, 케이스 부재와 링 부재가 나사 결합되는 것으로 구성될 수 있다.
이러한 실시예에 있어서, 상기 케이스 부재를 제1 방향으로 회전시키면, 상기 링 부재와 나사 결합되어 링 부재를 제1 방향으로 회전시켜 전극선에 대한 링 부재의 원주 방향의 위치가 조절되고, 상기 케이스 부재를 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 회전시키면, 상기 케이스 부재와 링 부재의 나사 결합이 해제되어 케이스 부재가 분리되는 것으로 구성하는 것이 바람직하다.
이 발명에 따르면, 마이크로 전극선 삽입 및 전극선의 삽입이라는 종래의 2차에 걸친 전극선의 삽입 과정을 1회로 줄일 수 있고, 전극선의 접점의 크기와 위치를 용이하게 조정할 수 있다.
도 1은 뇌 심부 자극기의 인체 내 이식 상태를 모식적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 이 발명의 제1 실시예에 따른 전극선의 구조를 보여주는 도면이다.
도 3은 이 발명의 제2 실시예에 따른 전극선의 구조를 보여주는 도면이다.
도 4는 이 발명의 제3 실시예에 따른 전극선의 구조를 보여주는 도면이다.
도 5는 이 발명의 실시예들에 따른 전극선에 사용되는 C-링 컨트롤러 및 이를 이용하여 전극선에서 C-링을 배치하는 양태를 보여주는 도면이다.
도 6은 이 발명의 실시예들에 따른 전극선에 사용되는 이동용 클램프의 구조 및 C-링과의 체결 양태를 보여주는 도면이다.
도 7은 도 4의 이동용 클램프를 이용하여 전극선에 체결된 C-링의 위치를 변화시키는 양태를 모시적으로 보여주는 도면이다.
도 8은 이 발명의 실시예들에 따른 전극선에 사용되는 이동용 케이스와 C-링과의 결합 양태 및 분리 양태를 보여주는 도면이다.
전술한 과제의 해결 수단으로서, 이 발명의 한 가지 양태에 따라서, 신체 기관에 전기 자극을 인가하는 전극선이 제공된다.
상기 전극선은, 일단이 신체 내부로 삽입되는는 삽입부로 마련되고 타단은 외부 기기와의 연결을 위한 인터페이스부로 마련되는 전극 와이어; 상기 삽입부에 배치되어 신체 기관에 전기 자극을 전달하는 제1 전극; 상기 인터페이스부에 배치되어 외부로부터 인가되는 전기 자극을 수용하는 제2 전극; 제1 전극과 제2 전극을 상호 연결하여 제2 전극이 수용하는 전기 자극을 제1 전극으로 전달하는 신호선; 및 제1 전극을 덮되 원주 방향의 일부에 제1 전극을 노출시키는 개방부를 갖도록 마련되고, 외력에 의해 상기 전극 와이어에 대하여 길이 방향 또는 원주 방향으로 이동 가능하게 장착되어, 제1 전극의 노출 위치를 조정하는 링 부재를 포함한다.
한 가지 실시예에 있어서, 링 부재는 절연 물질 또는 도전체로 형성될 수 있다.
한 가지 실시예에 있어서, 링 부재는 외부로부터 작용하는 자기력에 의해 상기 전극 와이어에 대하여 이동 가능한 것으로 구성될 수 있다.
한 가지 실시예에 있어서, 링 부재의 개방부의 간격이 외력에 의해 조절될 수 있게 구성된다.
이 발명의 실시예로서, 상기 제1 전극은 삽입부에서 전극 와이어의 외표면을 따라 경사지게 연장되는 것이거나, 삽입부에서 전극 와이어의 외표면에 점전극 형태로 복수 개가 배치되는 것일 수 있다.
이 발명의 다른 양태에 따라서, 신체에 이식되어 신체 기관에 전기 자극을 인가하는 전극 시스템이 제공된다.
상기 전극 시스템은,
외부 장치와 연결되어 통신 및 제어를 담당하는 처리부와; 신체에 이식되어 신체 기관에 전기 자극을 인가하는 하나 이상의 전극선과; 상기 전극선과의 전기적 접속을 위한 전극 클램프와; 상기 전극선의 삽입, 제거 및 회전을 위한 전극선 조작 기구로서, 상기 처리부로부터의 제어 신호에 따라 구동되는 컨트롤러 또는 시술자에 의해 수동으로 조작되도록 구성된 수동 조작 부재를 포함하는 전극선 조작 기구를 포함하고,
상기 전극선은,
일단은 신체 내부로 삽입되는 삽입부로 마련되고 타단은 외부 기기와의 연결을 위한 인터페이스부로 마련되어 상기 전극선이 삽입되는 신체 기관을 자극 신호를 전달하기 위한 전극 와이어; 상기 삽입부에 배치되어 신체 기관에 전기 자극을 전달하는 복수 개의 제1 전극; 상기 인터페이스부에 배치되어 외부로부터 인가되는 전기 자극을 수용하는 복수 개의 제2 전극; 및 제1 전극과 제2 전극을 각각 상호 연결하여 제2 전극이 수용하는 전기 자극을 제1 전극으로 전달하는 복수 개의 신호선; 제1 전극을 덮되 원주 방향의 일부에 제1 전극을 노출시키는 개방부를 갖도록 마련되고, 외력에 의해 상기 전극 와이어에 대하여 길이 방향 또는 원주 방향으로 이동 가능하게 장착되어, 제1 전극의 노출 위치를 조정하는 링 부재; 및 상기 전극 와이어의 내부 공간에 삽입되어, 상기 전극선을 뇌 부위에 삽입할 때에 전극 와어이를 지지하는 가이드 와이어를 포함한다.
이러한 양태의 하나의 실시예로서, 링 부재는 절연 물질 또는 도전체로 형성되는 것일 수 있다.
한 가지 실시예에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 처리부로부터의 제어 신호에 따라 구동되는 구동 요소, 및 구동 요소에 의해 전극선의 연장 방향 및 원주 방향으로 구동되고 일단이 링 부재에 인접하게 배치되고 자력을 가지는 조작 키이를 포함하고, 조작 키이의 상기 일단이 전력의 인가에 의해 자화되어 링 부재에 대해 자기력을 인가하여 링 부재를 이동 및 회전시킬 수 있게 구성될 수 있다.
한 가지 실시예에 있어서, 조작 키이는 상기 전극선의 가이드 와이어의 위치에 배치되고, 가이드 와이어가 제거된 상태에서 가이드 와이어의 위치에 삽입되어 배치될 수 있게 구성된다.
한 가지 실시예에 있어서, 상기 수동 조작 부재는 전극선의 길이 방향을 따라 연장되는 본체, 본체의 상단에 마련되고 시술자에 의해 조작력이 인가되는 조작부, 조작부에 인가되는 조작력에 의해 확장되는 가압부를 포함하고, 가압부는 링 부재의 개방부 사이에 배치되어 조작력에 의해 확장되어 개방부를 확장시키는 것으로 구성될 수 있다.
한 가지 실시예에 있어서, 상기 수동 조작 부재는 양단이 개방된 원기둥 형태로 이루어져 전극선을 둘러싸도록 구성되는 케이스 부재이고, 상기 링 부재에는 숫나사가 형성되고, 상기 케이스 부재에서 링 부재와 맞닿는 위치에는 암나사가 형성되어, 케이스 부재와 링 부재가 나사 결합되는 것으로 구성될 수 있다.
이러한 실시예에 있어서, 상기 케이스 부재를 제1 방향으로 회전시키면, 상기 링 부재와 나사 결합되어 링 부재를 제1 방향으로 회전시켜 전극선에 대한 링 부재의 원주 방향의 위치가 조절되고, 상기 케이스 부재를 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 회전시키면, 상기 케이스 부재와 링 부재의 나사 결합이 해제되어 케이스 부재가 분리되는 것으로 구성하는 것이 바람직하다.
이하에서는, 도면을 참조하여 이 발명의 실시예를 설명한다. 이하의 설명에서 있어서, 뇌 심부 자극기용 전극선 이식 시스템과 관련하여 널리 알려진 기술적 구성에 대한 설명은 생략한다. 예컨대, 자극발생기의 구조, 자극발생기와 전극선의 연결 구조/방법, 전극선을 통해 측정한 전기신호를 외부 장치와 송수신하는 프로세스 등, 뇌 심부 자극술에서 통상적으로 이용되고 있는 장치 내지 시스템의 구성/구조/방법 등에 대한 설명은 생략한다. 이러한 설명을 생략하더라도, 당업자라면 이하의 설명을 통해 이 발명의 특징적 구성을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
도 1에는 이 발명이 대상으로 하는 뇌 심부 자극기가 신체에 시술된 양태가 모식적으로 도시되어 있다. 도시한 바와 같이, 뇌 심부 자극기는 뇌의 특정 부위에 이식되는 복수 개(도 1에서는 한 개만 도시)의 전극선(A), 흉부 피하에 이식되는 자극발생기(C), 이들 전극선과 자극발생기를 접속하는 연장선으로 구성된다. 자극발생기를 통해 자극을 발생시키면, 연장선을 통해 전극선에 자극이 전달되어, 이 전극선을 통해 뇌의 특정 부위에 미세 전기 자극을 인가할 수 있다.
이 발명은 이러한 뇌 심부 자극기의 구성요소 중, 전극선(A)을 뇌의 특정 부위 타겟에 정확히 그리고 간단한 시술을 통해 이식할 수 있도록 해주는 뇌 심부 자극기용 전극선 이식 시스템 및 전극선에 관한 것이다. 따라서, 상기한 바와 같이, 이 발명의 특징을 구성하지 않는 자극발생기, 연장선, 전극선과 연장선의 접속 구조/방법, 자극발생기를 비롯한 뇌 심부 자극기의 동작 등에 대한 설명은 생략한다.
도 2에는 이 발명의 제1 실시예에 따른 전극선(lead)(A)의 외부 구조가 개략적으로 도시되어 있다.
도시한 바와 같이, 제1 실시예의 전극선(A)은 전극선이 삽입되는 뇌 부위로부터의 자극 신호를 전달해 주는 역할을 하는 전극 와이어(10), 도면에서 전극 와이어의 하측 부위로서, 뇌 부위에 삽입되는 삽입부를 덮어서 마련되고 또한 외력에 따라 전극 와이어에 대하여 원주 방향으로 또는 길이 방향으로 활주 가능하게 장착되는, 링 부재로서의 C-링 (20), 그리고 구체적으로 도시하지는 않았지만, 전극 와이어의 내측 공간에 삽입되어, 전극 와이어 삽입시 전극 와이어를 지지하는 가이드 와이어(미도시)를 포함한다.
또한, 전극 와이어 위쪽의 인터페이스부(IT)와 하측의 삽입부 (IS) 사이에서 나선형으로 연장되어 전극 와이어 양단에 마련된 제1 및 제2 전극(11, 12)을 상호 연결하는 신호선(SL)도 마련되어 있다.
도면에서, 신호선(SL)은 전극 와이어 외부에 나선형 형태로 감겨 고정된 형태로 도시되어 있지만, 이 발명은 신호선의 제공 형태와 관련하여 특별히 제한되지 않는다.
즉, 신호선이 전극 와이어의 상하단에 마련되는 전극에 연결되기만 하면, 전극 와이어(10)의 표면에 나선형으로 고정되는 형태로 제한되지 않고, 예컨대 와이어(10) 내에 나선형으로 삽입되어 고정될 수도 있다.
또한, 제1 및 제2 전극(11, 12) 역시 도면에 도시한 것과 같이 제공되는 것에 제한되는 것은 아니며, 특히 C-링(20)과 관련하여 다양한 형태로 전극 와이어(10)에 대하여 마련될 수 있다. 전극 와이어(10)는 유연하고 내구성이 우수하며, 인체에 무해한 재질, 예컨대 폴리우레탄으로 형성된다.
이 발명의 한 가지 특징을 구성하는 C-링(20)은 구체적인 용도에 따라, 절연물질 또는 도전체로 형성된다. 도면에 도시한 실시예에서 C-링은 원통형으로 형성되되, 원주 방향의 일부가 절개되어 개방부(21)를 구성하는 형태를 갖는다. C-링은 하단의 제1 전극(11)을 덮도록 배치되며, 개방부를 통하여 제1 및 제2 전극(11, 12)이 노출된다.
C-링을 절연물질로 구성하면, 그 C-링이 덮고 있는 하부의 전극의 노출을 막아주는 역할을 함과 더불어 개방부(21)를 통하여 전극이 노출되어 원하는 뇌 부위 지점에만 자극을 진행할 수 있다.
한편, C-링을 도체로 구성하면, C-링이 덮고 있는 전극의 단면적을 늘려주는 역할을 하여, 뇌 부위의 자극을 점 자극에서 면 자극으로 광범위하게 확대하여 전기자극을 수행할 수 있다.
또한, 도시한 바와 같이, C-링은 그 크기를 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 즉, 전극 와이어의 하부 전체를 덮는 하나의 C-링을 사용할 수도 있고, 환자의 상태에 맞춰 절연물질과 도체로 구성되는 복수 개의 C-링을 사용할 수 있다.
한편, 도면에서 구체적으로 도시하지는 않았지만, C-링 역시 전극 와이어와 마찬가지로, 소정의 두께를 갖고 있는 중공의 형태이며(단지, 일부가 제거되어, 평면상에서 C-형 단면을 갖는다), 따라서 후술하는 이동용 클램프를 제거된 부분 사이에 끼워, 상기 이동용 클램프를 이용하여 그 간격을 조절할 수 있다.
한편, 도시하지 않았지만, 전극 와이어(10)는 길이 방향으로 중공형으로 형성되어 있어서, 여기에 가이드 와이어가 삽입되어, 전극 삽입술을 하는 동안 전체 전극 와이어에 강성을 부여하며, 전극 와이어의 삽입이 완료된 후 제거된다. 실시예에 따라서, 가이드 와이어는 전극선의 삽입 후 C-링의 삽입, 회전 등을 위해 분리되기도 하고, 삽입술의 최종 단계에서 제거되기도 한다.
C-링(20)을 이용하여 제1 전극(11)에 의해 자극이 인가되는 위치 등이 조절되는 작용과 그러한 작용에 관한 구성에 대하여 도 2 내지 도 4에 각각 도시한 제1 내지 제3 실시예의 전극선을 통하여 설명한다.
이 발명의 실시예의 전극선에서 제2 전극(12)은 3개의 전극이 길이 방향으로 서로 평행하고 전극 와이어(10)의 축선 방향에 수직한 평면 상에 배치되어 마련되어 있지만, 도 2에 도시한 제1 실시예의 전극선에서 제1 전극(11)은 띠 형태의 3개의 전극이 서로 평행하고 나선형으로 배치되어 있다.
C-링(20)은 절연성 물질로 구성되어, 개방부(21)를 통하여 제1 전극(11)의 일부를 선택적으로 노출시켜 뇌에 자극을 전달하게 되어 있다.
C-링을 회전시키면 개방부(21)를 통하여 노출되는 제1 전극(11)의 위치가 변경되고 제1 전극(11)은 경사지게 형성되어 있으므로, 도 2에서 (a)와 (b)로 대비하는 바와 같이, 제1 전극(11)을 이루는 각각의 전극의 노출 위치가 상이하게 된다. 즉 전극 와이어(10)의 저면을 기준으로 하여 각각의 전극까지의 거리(a1, a2, a3)는 전극을 회전시킴에 따라 상이하게 된다.
따라서, C-링(20)을 회전시켜 개방부(21)의 원주 방향에서의 위치를 변경함으로써 전극이 노출되는 위치를 조정하여 뇌에 자극을 인가하는 위치를 변경할 수 있다.
한편, 도 2의 (c)에 도시한 바와 같이, 길이가 짧은 3개의 C-링(20)을 마련하고 이들을 전극 와이어(10)의 길이 방향으로 인접하게 배치할 수 있다. 각각의 C-링(20')을 회전시켜 개방부의 원주 방향에서의 위치를 조정할 수 있어서, 각각의 C-링의 개방부에 의해 전극이 노출되는 위치, 즉 도면에서 와이어의 저면으로부터 거리로 표시한 위치를 각각 조정할 수 있다.
이러한 방법에 따르면, 제1 전극(11)을 이루는 각각의 전극의 위치를 개별적으로 조절함으로써 전극에 의해 자극이 인가되는 부위를 세밀하게 조정할 수 있다.
다음으로, 도 3을 참조하여, 제2 실시예의 전극선에 대해 설명한다.
도 3의 전극선에서 제1 전극(11')은 제1 실시예의 제1 전극과 달리, 원형으로 서로 불연속적으로 배치된 점전극의 형태로 구성되어 있다. 제1 전극(11)을 이루는 각각의 전극들은 서로 평행하게 경사진 3개의 신호선을 따라 배치되어 있다.
C-링(20)을 회전시킴으로써 노출되어 뇌에 자극을 가하는 전극을 달리할 수 있다. 도 2의 (a)와 (b)를 대비하면 알 수 있듯이, C-링의 회전에 따라 개방부(21)의 원주방향에서의 위치가 변경되어 전극 와이어의 저면으로부터의 노출되는 전극까지의 거리(a1, a2, a3)가 달라지게 된다. 따라서, C-링을 회전시킴으로써 제1 전극(11)에 의해 자극이 가하여야 하는 뇌 부위에 맞추어 노출되는 전극의 위치를 조정할 수 있다.
도 3의 (c)에서 확인할 수 있는 바와 같이, 제1 실시예와 마찬가지로 길이가 짧은 C-링을 복수 개 배치하여 각각의 노출되는 전극의 위치를 개별적으로 조절함으로써 전극에 의해 자극이 인가되는 부위를 세밀하게 조정할 수 있다.
다음으로, 도 4을 참조하여, 제3 실시예의 전극선에 대해 설명한다.
이 발명의 실시예의 전극선에서는 제2 전극(12)을 이루는 3개의 전극으로부터 3개의 서로 평행한 신호선(SL)이 나선형으로 연장되는데, 제3 실시예에서는 3개의 신호선은 삽입부(IS)의 하단까지 신호선이 연장되고, 각각의 신호선에 연결되어 전기 자극이 인가되는 점전극 형태의 제1 전극(11")이 전극 와이어의 외표면에 배치되어 있다.
제2 실시예의 전극선에서는 제1 전극(11')을 이루는 점전극들이 각각의 신호선을 따라 나선형으로 배치되지만, 제3 실시예에서 전극들은 각각의 신호선에 연결되는 전극들이 서로 인접하여 전체로서 나선형으로 배치되는 방식으로 배치되어 있다.
이러한 구성에 따라 C-링의 개방부(21)를 통하여 노출되는 전극이 다양한 방식으로 배치될 수 있다.
도 4에서 (a)와 (b)로 대비되는 바와 같이, C-링의 개방부를 통하여 배치되는 전극들은 개방부(21)의 위치에 따라 그것들이 제2 전극(11)을 이루는 어느 전극에 연결되는 신호선과 접속되는 것인지가 달라질 수 있고, 또한, 전극 와이어(10)의 저면으로부터의 거리(a1, a2, a3)도 조정될 수 있다.
각각의 신호선(SL)이 연결되는 제2 전극(12)의 전극들에 인가되는 전기 자극의 주파수, 전압이나 전류 등을 서로 달리하여 조절하고, C-링의 개방부(21)의 위치를 조정함으로써, 개방부를 통하여 노출되는 전극에 의해 뇌에 전기 자극이 인가되는 위치나 전기 자극의 주파수 등을 조절할 수 있게 된다.
또한, 도 4의 (c)와 (d)에 도시한 바와 같이, 길이가 짧은 3개 또는 4개 등의 여러 개의 C-링(20', 20”을 길이 방향으로 배열하여 배치할 수 있다.
이에 따라 각각의 C-링의 개방부의 위치를 조정함으로써 전기 자극이 인가되는 위치 및 인가되는 전기 자극의 주파수, 전류 및 전압 등을 매우 세밀하게 조절할 수 있다.
이상과 같이, 이 발명의 실시에들에 따른 전극선에서는 개방부를 갖는 C-링(20)이 전극 와이어의 삽입부(IS)를 둘러싸도록 배치하고 개방부(21)의 원주 방향 위치를 조절함으로써 뇌에 전기 자극이 인가되는 위치나 전기 자극을 세밀하게 조정하고 변경할 수 있다.
이하에서는 C-링을 전극선에 배치하고 위치를 조정하기 위한 구성을 설명한다.
도 5에는 이 발명의 전극 시스템의 한 가지 실시예에 사용되는 C-링 컨트롤러의 개략적인 구조가 도시되어 있다. 즉, 이 발명의 전극 시스템은 통신 및 제어를 담당하는 처리부(Main processor), 전극선의 전극과 전기적 접속을 위한 전극 클램프(Electrode clamp), C-링을 이동/회전시킬 수 있는 C-링 컨트롤러(30)를 포함한다.
처리부는 별도의 외부 장치(PC, 태블릿, 스마트폰 등)와 연결되어 신호를 주고받으며, 전극으로부터 측정된 전기 신호를 디지털화 하여 상기 외부 장치에 전달하거나 외부 장치로부터 제어 신호를 받아 모터를 구동하는 기능을 수행한다.
전극 클램프는 스프링이 달린 클램프의 끝단에 반원 구조가 부착되어 전극선의 표면과 잘 부착될 수 있는 구조이며, 클램프 한 쪽 팔에 위치한 접점으로부터 전선이 나와 처리부로부터 연결되고, 반대쪽 팔에는 전극 선과 클램프의 위치를 맞출 수 있는 안내선(Guide line)이 부착되어 있다.
이러한 처리부 및 전극 클램프는 뇌 심부 자극술 분야에서 통상적으로 사용되는 공지의 구성 요소로서, 본원에서는 그 설명을 생략한다.
C-링 컨트롤러(30)는 처리부로부터 제어신호를 받아 움직이는 리니어 모터와 회전모터(도시 생략)를 포함하며, 이 모터 축에는 금속판으로 구성되는 조작 키이(31)가 부착되어, 상기 리니어 모터와 회전 모터의 구동에 따라 전극 와이어의 길이 방향 이동 및 축선을 중심으로 하는 회전 운동을 할 수 있다.
즉, 조작 키이(31)는 도시한 바와 같이, C-링 컨트롤러의 지지부(S)에 이동 및 회전 가능하게 장착되고, 그 일단은 전원 장치(P.S.)에 연결되어 있고, 타 단부(32)는 절곡되어 있다. 전원 장치를 통해 전원이 인가되면, 조작 키이의 절곡된 단부(32)가 자화되어, 자기력에 의해 C링과의 사이에 인력이 작용하여 조작 키이의 이동 및 회전에 의해 C-링이 이동 및 회전하게 된다.
이하에서는, 상기와 같이 구성된 C-링을 삽입하거나 C-링의 위치를 조정하는 구체적인 작용을 설명한다.
먼저, 뇌 심부 자극 시술자(이하, 단순히 '시술자'라 한다)는 뇌 심부 자극기용 전극 시스템(도시 생략)의 전원을 인가하여 초기화 과정(제어를 위한 외부 장치와 통신 연결)을 수행한다. 이어서, 시술자는 통상의 전극선 삽입 순서에 따라 전극 와이어(10)를 가이드 와이어를 삽입한 상태로 뇌의 특정 부위에 삽입한다.
이어서, 가이드 와이어를 제거하고, C-링 컨트롤러(30)를 가이드 와이어가 제거된 전극선(A)의 중공의 구멍에 맞게 배치한 후, C-링 컨트롤러를 뇌 심부 자극기용 전극 시스템의 제어부(도시 생략)와 연결한다.
한편, 시술자는 전극 클램프를 열고 가이드 라인에 맞춰 클램프를 닫아, 클램프의 전극 접촉부가 전극과 올바른 위치에 닿을 수 있도록 연결한다. 한편, 이러한 과정은 복수 개(예컨대, 3개)의 전극선에 대해 수행한다. 각 전극 와이어의 전극 부위에서 획득되는 신경 신호를 실시간으로 상기 제어부로 전송하여, 어느 지점의 전극이 가장 티겟에 근접한지 계산한다.
이어서, 시술자는 상기 계산된 지점에 맞춰 삽입할 C-링의 형태와 개수 및 도체와 부도체 여부 등을 결정한다.
C-링은 전극 와이어의 삽입 시에 함께 체결되어 삽입될 수도 있지만, 이하의 2가지 방법에 의해 추후에 삽입될 수 있다.
시술자는 도 6에 도시한 수동 조작 부재로서 마련된 이동용 클램프(40)를 이용하여 C-링을 삽입한다.
이동용 클램프의 상단에는 조작부로서 한 쌍의 버튼(42)이 마련되어 있고, 하단에는 버튼의 동작에 따라 개폐되는 가압부로서 마련되는 한 쌍의 가압 요소(44)가 마련되어 있다.
즉, 시술자가 버튼(42)을 누르면 가압 요소(44)가 확장되어 C-링의 개방부의 내주면에 접촉하여 개방부를 확장시키고, 다시 버튼을 누르면 그 확장 상태가 해제, 즉 수축될 수 있도록 구성되어 있다. 시술자는 상기 과정을 통해 결정된 C-링의 개방부에 이동용 클램프(40)를 삽입한 후, 버튼(42)을 눌러 가압 요소(44)가 C-링의 개방부의 양측을 확장하도록 한다.
이에 따라 C-링은 전극 와이어보다 충분히 더 큰 직경으로 되어 전극 와이어의 외측으로 삽입될 수 있다. 삽입하여 목표 지점에 도달하면, 시술자는 벌려진 가압 요소가 수축되도록 버튼(42)을 다시 누르고, C-링은 수축하여 전극 외어어(20)를 둘러싼 상태로 그 위치에 고정된다.
이러한 조작은 단지 C-링의 삽입에만 국한되지 않고, 도 5에 도시한 바와 같이, C-링을 삽입한 후에 C-링과 그 개방부의 전극 와이어에 대한 길이 방향 및 원주 방향의 위치를 조정하는 데에 이용될 수 있다.
도 5을 참조하여 C-링 컨트롤러(30)를 이용하여 C-링의 위치를 조정하는 방법에 대해 설명한다. 이하의 설명에서 C-링은 부도체로 구성되고 개방부(21)를 통하여 노출되는 제1 전극(11) 부분에서 자극을 인가하게 된다.
앞서 설명한 바와 같은 조작에 의해 전극 와이어(10)의 삽입된 제1 전극(11)을 덮도록 C-링(20)이 배치되고, 자극을 인가하고자 하는 위치에 C-링의 개방부(21)가 배치되어야 한다. 이러한 조작은 C링 컨트롤러(30)에 의해 조작 키이(31)의 선단(32)의 위치를 조정함으로써 이루어진다.
조작 키이(31)에 전원을 인가하여 선단(32)이 자화하면, 선단이 마주하는 C-링은 자기력에 의해 조작 키이(31)의 선단에 결합되는 상태로 된다. 이 상태에서 컨트롤러(30)에 의해 조작 키이(31)를 회전시킴으로써 C-링의 개방부(21)가 타켓 위치에 배치되고, 개방부(21)에 의해 전극이 노출되어 뇌에 자극을 인가할 수 있게 된다.
복수 개의 C-링(20)이 전극 와이어의 길이 방향으로 배치되는 실시예의 경우에는, 조작 키이(31)가 어느 하나의 C-링에 대한 위치 조정을 행하고, 길이 방향으로 이동하여 다른 C-링의 위치 조정을 행할 수 있다. 이와 같이 하여 하나의 조작 키이에 의해 복수 개의 C-링에 대한 위치 조정이 이루어진다.
시술자는 C-링에 대한 위치 조정을 행하고 전극을 통하여 자극 신호를 인가한 후에, 획득되는 신경 신호로부터 타켓 위치에 대한 자극의 인가가 이루어지는지를 파악하고, 다시 C-링의 위치를 조정할 수 있다.
이와 같은 위치 조정이 완료된 후에는 컨트롤러(30) 및 조작 키이(31)를 전극 와이어(10)로부터 제거한다.
이상의 실시예의 설명에서는 이 발명에 따른 전극선 및 전극 시스템을 뇌심부 자극술에 이용하는 경우에 대해 설명하였지만, 전술한 실시예는 물론이고 이 발명에 따른 전극선 및 전극 시스템은 통증 완화를 위한 척수 자극술, 배뇨 장애 치료를 위한 전골 신경 자극술 및 뇌전증이나 우울증 치료를 위한 미주 신경 자극술과 같이, 신체의 기관에 전기 자극을 인가하여 통증을 완화하거나 질병을 치료하는 데 널리 이용될 수 있다.
이상, 이 발명을 실시예를 참조하여 설명하였지만, 이 발명은 실시예에 제한되지 않고 청구범위에 기재한 범위에서 다양하게 변형 및 수정할 수 있으며, 이들 역시 이 발명의 범위 내에 속하는 것이다.

Claims (13)

  1. 신체에 이식되어 신체 기관에 전기 자극을 인가하는 전극선으로서,
    일단이 신체 내부로 삽입되는는 삽입부로 마련되고 타단은 외부 기기와의 연결을 위한 인터페이스부로 마련되는 전극 와이어;
    상기 삽입부에 배치되어 신체 기관에 전기 자극을 전달하는 제1 전극;
    상기 인터페이스부에 배치되어 외부로부터 인가되는 전기 자극을 수용하는 제2 전극;
    제1 전극과 제2 전극을 상호 연결하여 제2 전극이 수용하는 전기 자극을 제1 전극으로 전달하는 신호선; 및
    제1 전극을 덮되 원주 방향의 일부에 제1 전극을 노출시키는 개방부를 갖도록 마련되고, 외력에 의해 상기 전극 와이어에 대하여 길이 방향 또는 원주 방향으로 이동 가능하게 장착되어, 제1 전극의 노출 위치를 조정하는 링 부재
    를 포함하는 전극선.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 링 부재는 절연 물질 또는 도전체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극선.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 링 부재는 외부로부터 작용하는 자기력에 의해 상기 전극 와이어에 대하여 이동 가능한 것인 전극선.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 링 부재의 개방부의 간격이 외력에 의해 조절될 수 있는 것인 전극선.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전극은 삽입부에서 전극 와이어의 외표면을 따라 경사지게 연장되는 것인 전극선.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전극은 삽입부에서 전극 와이어의 외표면에 점전극 형태로 복수 개가 배치되는 것인 전극선.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 링 부재는 복수 개가 마련되고, 전극 와이어의 삽입부에 서로 길이 방향으로 인접하게 배치되는 것인 전극선.
  8. 신체에 이식되어 신체 기관에 전기 자극을 인가하는 전극 시스템으로서,
    외부 장치와 연결되어 통신 및 제어를 담당하는 처리부와;
    신체에 이식되어 신체 기관에 전기 자극을 인가하는 것으로서 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 하나의 청구항에 따라 구성되는 것인 하나 이상의 전극선과;
    상기 전극선과의 전기적 접속을 위한 전극 클램프와;
    상기 전극선의 삽입, 제거 및 회전을 위한 전극선 조작 기구로서, 상기 처리부로부터의 제어 신호에 따라 구동되는 컨트롤러 또는 시술자에 의해 수동으로 조작되도록 구성된 수동 조작 부재를 포함하는 전극선 조작 기구
    를 포함하고,
    상기 전극선은,
    일단은 신체 내부로 삽입되는 삽입부로 마련되고 타단은 외부 기기와의 연결을 위한 인터페이스부로 마련되어 상기 전극선이 삽입되는 신체 기관을 자극 신호를 전달하기 위한 전극 와이어;
    상기 삽입부에 배치되어 신체 기관에 전기 자극을 전달하는 복수 개의 제1 전극;
    상기 인터페이스부에 배치되어 외부로부터 인가되는 전기 자극을 수용하는 복수 개의 제2 전극; 및
    제1 전극과 제2 전극을 각각 상호 연결하여 제2 전극이 수용하는 전기 자극을 제1 전극으로 전달하는 복수 개의 신호선
    제1 전극을 덮되 원주 방향의 일부에 제1 전극을 노출시키는 개방부를 갖도록 마련되고, 외력에 의해 상기 전극 와이어에 대하여 길이 방향 또는 원주 방향으로 이동 가능하게 장착되어, 제1 전극의 노출 위치를 조정하는 링 부재;
    상기 전극 와이어의 내부 공간에 삽입되어, 상기 전극선을 뇌 부위에 삽입할 때에 전극 와어이를 지지하는 가이드 와이어
    를 포함하는 것인 전극 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 처리부로부터의 제어 신호에 따라 구동되는 구동 요소, 및 구동 요소에 의해 전극선의 연장 방향 및 원주 방향으로 구동되고 일단이 링 부재에 인접하게 배치되고 자력을 가지는 조작 키이를 포함하고,
    조작 키이의 상기 일단이 전력의 인가에 의해 자화되어 링 부재에 대해 자기력을 인가하여 링 부재를 이동 및 회전시킬 수 있는 것인 전극 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 조작 키이는 상기 전극선의 가이드 와이어의 위치에 배치되고, 가이드 와이어가 제거된 상태에서 가이드 와이어의 위치에 삽입되어 배치되는 것인 전극 시스템.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 수동 조작 부재는 전극선의 길이 방향을 따라 연장되는 본체, 본체의 상단에 마련되고 시술자에 의해 조작력이 인가되는 조작부, 조작부에 인가되는 조작력에 의해 확장되는 가압부를 포함하고,
    가압부는 링 부재의 개방부 사이에 배치되어 조작력에 의해 확장되어 개방부를 확장시키는 것인 전극 시스템.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 수동 조작 부재는 양단이 개방된 원기둥 형태로 이루어져 전극선을 둘러싸도록 구성되는 케이스 부재이고,
    상기 링 부재에는 숫나사가 형성되고, 상기 케이스 부재에서 링 부재와 맞닿는 위치에는 암나사가 형성되어, 케이스 부재와 링 부재가 나사 결합되는 것인, 전극 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 케이스 부재를 제1 방향으로 회전시키면, 상기 링 부재와 나사 결합되어 링 부재를 제1 방향으로 회전시켜 전극선에 대한 링 부재의 원주 방향의 위치가 조절되고, 상기 케이스 부재를 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 회전시키면, 상기 케이스 부재와 링 부재의 나사 결합이 해제되어 케이스 부재가 분리되는 것인 전극 시스템.
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