WO2023075014A1 - 비침습적 전기 자극 방법 및 장치 - Google Patents

비침습적 전기 자극 방법 및 장치 Download PDF

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    • A61N1/3603—Control systems
    • A61N1/36034—Control systems specified by the stimulation parameters

Definitions

  • An object of the present invention is to provide a non-invasive electrical stimulation method and device that can easily stimulate a desired area.
  • the first and second magnetic bodies may be composed of permanent magnets or electromagnets having different polarities.
  • FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the overall configuration of a non-invasive electrical stimulation device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining an embodiment of the arrangement of electrodes and magnetic materials.
  • the current path between the anode 210 and the cathode 220 has a certain depth d, and a specific region inside the brain located in the current path on the surface to which the electrodes 210 and 220 are attached. electrical stimulation can be applied.
  • control unit 100 determines the angle ⁇ at which the current between the first and second electrodes and the magnetic fields formed by the first and second magnetic bodies cross each other or the magnetic field formed by the first and second magnetic bodies.
  • intensity (B) the depth (d) of the current path between the electrodes can be adjusted.
  • the electrode unit 110 receiving the control signal from the control device 500 controls the internal control unit to drive the first and second magnetic bodies 310, 320) may be moved so that the current between the first and second electrodes 210 and 220 and the magnetic field formed by the first and second magnetic bodies 310 and 320 intersect at a corresponding angle ⁇ . .

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Abstract

본 발명은 비침습적 전기 자극 방법 및 장치에 관한 것으로, 그 방법은 전기 자극을 가하기 위한 제1 전극 및 제2 전극과 제1, 2 전극들 사이의 전류 방향과 교차하는 방향으로 자기장을 형성하기 위한 제1 자성체 및 제2 자성체를 배치하는 단계; 및 제1, 2 전극들 사이의 전류와 제1, 2 자성체들에 의해 형성되는 자기장이 서로 교차하는 각도(θ) 및 제1, 2 자성체들에 의해 형성되는 자기장의 세기(B) 중 적어도 하나를 조절하는 단계;를 포함한다.

Description

비침습적 전기 자극 방법 및 장치
본 발명은 인체의 특정 부위에 전극들을 부착하여 비침습적으로 전기 자극을 가하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
특정 치료 효과를 위해 뇌 신경을 자극하는 방법으로, 심부 전기 자극법(deep electrical stimulation), 경두개 자기 자극법(TMS: transcranial magnetic stimulation) 및 경두개 전기 자극법(TES:transcranial electrical stimulation), 경두개 직류 자극법 (tDCS: transcranial direct current stimulation) 및 경두개 랜덤 노이즈 자극법(tRNS: transcranial random noise stimulation) 등이 있다.
뇌 심부 자극술(deep brain stimulation, DBS)은 뇌조율기라 불리는 의료장치를 뇌 안에 이식하는 외과적/침습적인 치료법이며, 뇌조율기는 뇌의 신호를 측정하고 뇌의 특정부위에 전기적 자극을 보낸다.
이러한 뇌 심부 자극술(DBS)은 만성 통증, 파킨슨병, 진전, 근긴장이상증 등의 치료에 효과적인 것으로 알려져 있으나, 동시에 잠재적으로 심각한 부작용과 합병증의 위험도 가지고 있다.
한편, 비침습적 미주신경자극법(Noninvasive vagus nerve stimulation, nVNS), 외부 삼차신경자극법(External trigeminal nerve stimulation, e-TNS), 경두개 자기 자극법(TMS), 경두개 직류 전기 자극법(tDCS) 등은 비침습적인 치료법에 해당된다.
비침습적 미주신경자극법(nVNS)은 중추신경과 연결되어 있는 미주신경을 외부에서 비침습적인 방법으로 자극하여 자율신경기능 및 뇌신경망의 활성을 돕는 치료 방법으로서, 귀나 목 피부 아래 미주신경을 자극해 간접적으로 뇌를 자극하여 기분 조절과 관련된 세로토닌, 노르에피네프린 등의 기능에 영향을 주는 치료 방법이다.
외부 삼차신경자극법(e-TNS)은 이마 등 얼굴 외부에서 삼차신경 가지를 자극하여, 기분 조절과 관련된 뇌 영역을 조절하는 치료 방법으로 편두통, 우울증에 도움이 된다.
경두개 자기 자극법(TMS)은, 머리의 표면의 위에 있는 자기 코일이 1 밀리세컨드(ms)보다 짧은 지속 시간으로 매우 짧은 자기장을 가하는데 사용되며, 대략 1 내지 2 테슬러의 세기를 가지는 자기장이 두개골을 통과하여 매우 짧은 전류 흐름을 유도한다.
한편, 경두개 직류 전기 자극법(tDCS)은 두피 위에 위치한 전극을 통해 뇌 표면에 약한 직류자극을 보내 신경세포의 자발적인 활성을 일으켜 뇌 기능을 정상화하고 증상을 완화시키는 치료 방법이다. 약물 치료의 효과가 충분하지 않은 경우나 약물 치료의 부작용으로 약물 사용이 어려운 경우 도움이 될 수 있다.
상기한 바와 같은 전기자극을 이용한 치료방법은 오랜기간동안 다양한 영역에서 적용되어 왔으나, 인체는 다양한 물질로 구성되어 신체 부위에 따라 유전율의 분포가 달라 원하는 위치에 전류자극을 가하는 것에 어려움이 있으며, 그에 따라 근육 수축 등 특정 타겟 부위에 대한 자극이 필요치 않은 치료에 이용되거나, 침습적인 방법에 의해 자극이 필요한 위치에 직접 전극을 삽입하는 형태로 적용되거나, 전류의 경로가 자극하고자 하는 위치를 통과할 수 있도록 전극의 위치를 조절하여 적용하는 것이 일반적이다.
한편, 경두개 직류 전기 자극법(tDCS) 등과 같은 비침습적인 뇌 신경자극술은 침습적인 방법에 비해 비용과 환자의 편의성이 증가한다는 장점이 있으나, 전류의 정확한 경로를 계산할 수 있어야 하고, 원하지 않는 부위에 불필요한 자극을 가할 수 있다는 단점이 있으며, 모발이 존재하는 부분의 경우 전극과 피부와의 밀착이 용이하지 않아 전기 에너지의 집중에 의한 화상 위험이 존재한다는 문제도 있다.
본 발명은 원하는 부위를 용이하게 자극할 수 있도록 하는 비침습적 전기 자극 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 전기 자극 방법은 인체에 전극을 부착하여 비침습적으로 전기 자극을 가하는 방법으로서, 전기 자극을 가하기 위한 제1 전극 및 제2 전극과, 상기 제1, 2 전극들 사이의 전류 방향과 교차하는 방향으로 자기장을 형성하기 위한 제1 자성체 및 제2 자성체를 배치하는 단계; 및 상기 제1, 2 전극들 사이의 전류와 상기 제1, 2 자성체들에 의해 형성되는 자기장이 서로 교차하는 각도(θ) 및 상기 제1, 2 자성체들에 의해 형성되는 자기장의 세기(B) 중 적어도 하나를 조절하는 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 제1, 2 자성체들은 서로 다른 극성을 가지는 영구 자석 또는 전자석으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전기 자극 장치는 인체에 전극을 부착하여 비침습적으로 전기 자극을 가하는 장치로서, 전기 자극을 가하기 위한 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 전극부; 상기 제1, 2 전극들 사이의 전류 방향과 교차하는 방향으로 자기장을 형성하기 위한 제1 자성체 및 제2 자성체를 포함하는 자기력발생부; 및 상기 제1, 2 전극들 사이의 전류와 상기 제1, 2 자성체들에 의해 형성되는 자기장이 서로 교차하는 각도(θ) 및 상기 제1, 2 자성체들에 의해 형성되는 자기장의 세기(B) 중 적어도 하나를 조절하는 제어부;를 포함한다.
한편, 상기 비침습적 전기 자극 방법 중 적어도 일부 단계는 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로 구현될 수 있으며, 프로그램 그 자체로 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 전극들과 복수의 자성체들을 전류와 자기장 방향이 서로 교차하도록 배치하고, 교차하는 각도 또는 자기장의 세기를 조절하여 전류 경로의 깊이가 가변되도록 함으로써, 전기 자극을 위한 전극의 위치를 변경시키기 않고, 뇌의 타겟 부위를 용이하게 자극할 수 있도록 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 곡면 형상의 전극부 내측면에 구비된 전극들이 인체의 이마 부위에 접촉되도록 하여 전기 자극이 안정적으로 뇌에 가해지도록 하며, 전극부 내측면에 전극들과 함께 배치된 자성체들을 이용해 전극들 사이의 전류 경로 깊이를 조절함으로써, 전극들이 이마에 접촉된 상태에서도 다양한 깊이의 뇌 타겟 부위들에 전기 자극을 가할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 비침습적 전기 자극 장치의 전체적인 구성에 대한 일실시예를 나타내는 블록도이다.
도 2는 전극들과 자성체들의 배치에 대한 일실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 전극들 사이의 전류 경로에 대한 일예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 비침습적 전기 자극 방법에 대한 일실시예를 나타내는 흐름도이다.
도 5는 전류와 자기장이 서로 교차하는 각도(θ)를 조절하는 방법에 대한 실시예들을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 전극들 사이 전류 경로의 깊이가 변경되는 방법에 대한 실시예들을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 자기장의 세기(B)를 조절하는 방법에 대한 실시예들을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 비침습적 전기 자극 시스템의 전체적인 구성에 대한 일실시예를 나타내는 블록도이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명에 따른 전기 자극 장치의 구성에 대한 또 다른 실시예를 나타내는 도면들이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 비침습적 전기 자극 방법 및 장치에 대해 상세히 설명하고자 한다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 발명에서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 이하 실시되는 본 발명의 바람직한 실시예는 본 발명을 이루는 기술적 구성요소를 효율적으로 설명하기 위해 각각의 시스템 기능구성에 기 구비되어 있거나, 또는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 구비되는 시스템 기능구성은 가능한 생략하고, 본 발명을 위해 추가적으로 구비되어야 하는 기능구성을 위주로 설명한다.
만약 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 하기에 도시하지 않고 생략된 기능구성 중에서 종래에 기사용되고 있는 구성요소의 기능을 용이하게 이해할 수 있을 것이며, 또한 상기와 같이 생략된 구성요소와 본 발명을 위해 추가된 구성요소 사이의 관계도 명백하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 비침습적 전기 자극 장치의 전체적인 구성에 대한 일실시예를 블록도로 도시한 것으로, 도시된 전기 자극 장치(10)는 제어부(100), 전극부(200), 자기력발생부(300) 및 저장부(400)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전기 자극 장치(10)는 경두개 직류 전기 자극 장치(tDCS)일 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 미주 신경 자극 장치(nVNS), 경두개 랜덤 노이즈 자극 장치(tRNS) 등 인체에 부착되는 전극을 이용하여 비침습적으로 전기 자극을 가하는 다양한 장치들에 적용될 수 있다.
예를 들어, 전기 자극 장치(10)는 사용자의 머리에 전극이 부착되거나 사용자의 머리에 착용되어 뇌에 전기 자극을 가하는 장치일 수 있으며, 사용자의 머리 중 특정 위치에 전류가 흐르도록 하여 목표로 하는 뇌의 타겟 영역에 전기 자극을 가할 수 있다.
이하에서는, 전기 자극 장치(10)가 뇌에 전기 자극을 가하는 것을 예로 들어 본 발명의 실시예들을 설명하나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 뇌 이외의 특정 부위를 전기 자극하는 경우에도 본 발명은 적용 가능하다.
도 1을 참조하면, 제어부(100)는 전기 자극 장치(10)의 전반적인 동작을 제어할 수 있으며, 전극부(200)의 시작과 종료 등과 같은 동작을 제어할 수 있다.
전극부(200)는 사용자의 인체에 전기 자극을 가하기 위한 것으로, 인체의 특정 부위에 부착되는 제1 전극 및 제2 전극을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1, 2 전극은 각각 양극과 음극으로 구성되어, 제1, 2 전극들 사이에 흐르는 전류가 뇌 표면에 일정 깊이로 전류 경로를 형성하여, 뇌의 특정 부위에 직류 자극을 가할 수 있다.
한편, 자기력발생부(300)는 제1, 2 전극들 사이의 전류 방향과 교차하는 방향으로 자기장을 형성하기 위한 것으로, 제1 자성체 및 제2 자성체를 포함할 수 있다.
제1, 2 자성체는 제1, 2 전극들에 인접하도록 배치되어, 제1, 2 전극들 사이의 전류 경로에 영향을 미쳐, 전류 경로의 변경에 의해 전기 자극이 가해지는 타겟 부위가 조정되도록 할 수 있다.
예를 들어, 제1, 2 자성체들은 각각 서로 다른 극성을 가지는 영구 자석 또는 전자석으로 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 제1, 2 전극들인 양극(210)과 음극(220)의 중심을 잇는 제1 선과 제1, 2 자성체들인 N극 자석(310)과 S극 자석(320)의 중심을 잇는 제2 선이 소정의 각도(θ)를 가지고 서로 교차하도록 전극들과 자성체들이 배치될 수 있다.
그에 따라, 양극(210)과 음극(220) 사이의 전류 방향과 N극 자석(310)과 S극 자석(320)에 의해 형성되는 자기장의 방향이, 소정의 각도(θ)를 가지고 서로 교차될 수 있다.
상기한 바와 같이 제1, 2 전극들 사이의 전류 방향과 제1, 2 자성체들에 의한 자기장이 방향이 교차되는 경우, 전류 경로에 가해지는 자기력의 세기는 아래의 표 1과 같이 나타내어 질 수 있다.
Figure PCTKR2021018917-appb-img-000001
표 1에서, L은 전류의 크기, B는 자기장의 세기, θ는 전류의 방향과 자기장의 방향이 교차하는 각도를 의미한다.
즉, 제1, 2 자성체들에 의한 자기장에 의해 제1, 2 전극들 사이 전류 경로에 가해지는 자기력의 세기는, 교차하는 각도(θ)와 자기장의 세기(B)에 의해 변경될 수 있다.
구체적으로, 전류와 자기장의 교차 각도(θ)가 90도일 때 자기력의 세기가 가장 크며, 90도에서 0도 또는 180도에 가까워질 수도록 자기력의 세기가 감소될 수 있다.
또한, 제1, 2 자성체들에 의해 형성되는 자기장의 세기(B)가 증가될 수록, 전류 경로에 가해지는 자기력의 세기가 증가될 수 있다.
도 3을 참조하면, 양극(210)과 음극(220) 사이의 전류 경로는 일정 깊이(d)를 가져, 전극들(210, 220)이 부착된 표면에서 전류 경로에 위치하는 뇌 내부의 특정 부위에 전기 자극을 가할 수 있다.
여기서, 상기한 바와 같이 자성체들(310, 320)에 의해 전극들(210, 220) 사이 전류 경로에 가해지는 자기력의 세기가 변경되는 경우, 전극들(210, 220) 사이 전류 경로의 깊이(d)가 조절될 수 있다.
그에 따라, 제어부(100)는 제1, 2 전극들 사이의 전류와 제1, 2 자성체들에 의해 형성되는 자기장이 서로 교차하는 각도(θ) 또는 제1, 2 자성체들에 의해 형성되는 자기장의 세기(B)를 조절하여, 전극들 사이 전류 경로의 깊이(d)가 조절되도록 할 수 있다.
위와 같이 전극들 사이 전류 경로의 깊이(d)가 조절되면, 전기 자극되는 뇌 내부의 타겟 영역이 가변될 수 있으며, 그에 따라 피부 표면에서 더 깊은 전류 경로를 형성하여 뇌 심부에 전기 자극이 가해지도록 하거나, 불필요한 부위에 전기 자극이 가해지는 것을 방지할 수 있다.
한편, 저장부(400)에는 상기한 바와 같은 제어부(100)의 동작을 위한 소프트웨어가 저장되거나, 전기 자극을 위한 프로토콜(protocol) 등이 저장될 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 전극들과 복수의 자성체들을 전류와 자기장 방향이 서로 교차하도록 배치하고, 교차하는 각도 또는 자기장의 세기를 조절하여 전류 경로의 깊이가 가변되도록 함으로써, 전기 자극을 위한 전극의 위치를 변경시키기 않고, 타겟 부위를 용이하게 자극할 수 있도록 한다.
이하 도 4 내지 도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 비침습적 전기 자극 방법에 대한 실시예들을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 비침습적 전기 자극 방법에 대한 일실시예를 흐름도로 도시한 것으로, 도시된 방법들 중 도 1 내지 도 3을 참조하여 상기에서 설명한 것과 동일한 것에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 4를 참조하면, 전기 자극을 가하기 위한 제1 전극 및 제2 전극과, 제1, 2 전극들 사이의 전류 방향과 교차하는 방향으로 자기장을 형성하기 위한 제1 자성체 및 제2 자성체가 배치된다(S400 단계).
그 후, 제1, 2 전극들 사이의 전류와 제1, 2 자성체들에 의해 형성되는 자기장이 서로 교차하는 각도(θ) 및 제1, 2 자성체들에 의해 형성되는 자기장의 세기(B) 중 적어도 하나가 조절된다(S410 단계).
예를 들어, 교차 각도(θ) 또는 자기장 세기(B)가 조절되는 S410 단계는, 전기 자극 장치(10)의 동작이 시작되는 시점이나 전기 자극하고자 하는 뇌 타겟 영역이 변경되는 시점, 또는 전기 자극 장치(10)의 캘리브레이션(calibration) 과정에서 수정될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지는 아니한다.
도 5는 전류와 자기장이 서로 교차하는 각도(θ)를 조절하는 방법에 대한 실시예들을 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 전극들(210, 220) 사이의 전류와 자성체들 자기장의 교차 각도(θ)가 (a), (b), (c)의 순으로 증가되고, 도 5의 (c)에서는 교차 각도(θ)가 90도 일 수 있다.
이와 같이, 전류와 자기장의 교차 각도(θ)가 증가되어 90에 가까워질 수록, 전극들(210, 220) 사이 전류 경로의 깊이가 증가된다.
예를 들어, 제1, 2 자성체들(310, 320)이 각각 N극과 S극의 영구 자석들로 구성된 경우, 전극들(210, 220)의 부착 위치는 고정한 상태에서 제1, 2 자성체들(310, 320)의 위치를 이동시켜, 제1, 2 전극들(210, 220)의 중심을 잇는 제1 선과 제1, 2 자성체들(310, 320)의 중심을 잇는 제2 선 사이의 각도(θ)가 변경되도록 하며, 이 때 교차 각도(θ)가 90도에 가까워질 수록 제1, 2 전극들(310, 320) 사이 전류 경로의 깊이가 증가될 수 있다.
도 6의 (a), (b), (c)는 도 5의 (a), (b), (c)에 도시된 교차 각도(θ)에 각각 대응되는 전류 경로에 대한 예를 나타낸 것으로, 교차 각도(θ)가 증가되어 90도에 가까워질 수록 전류 경로의 깊이가 증가됨을 나타낸다.
한편, 제1, 2 자성체들(310, 320)이 전자석으로 구성된 경우에도, 전극들(210, 220)의 부착 위치는 고정한 상태에서 제1, 2 자성체들(310, 320)의 위치를 이동시켜, 제1, 2 전극들(210, 220)의 중심을 잇는 제1 선과 제1, 2 자성체들(310, 320)의 중심을 잇는 제2 선 사이의 각도(θ)가 변경되도록 하여, 교차 각도(θ)가 90도에 가까워질 수록 제1, 2 전극들(310, 320) 사이 전류 경로의 깊이가 증가되도록 조절할 수 있다.
상기한 바와 같이 교차 각도(θ)를 조절하여 전류 경로의 깊이가 증가될 수록, 전기 자극되는 타겟 영역이 깊어진다.
도 7은 자기장의 세기(B)를 조절하는 방법에 대한 실시예들을 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 제1, 2 자성체들(310, 320)에 의해 형성되는 자기장의 세기(B)가 (a), (b), (c)의 순으로 증가되도록 조절될 수 있다.
예를 들어, 제1, 2 자성체들(310, 320)이 전자석으로 구성된 경우, 전극들(210, 220)의 부착 위치는 고정한 상태에서 제1, 2 자성체들(310, 320)로 공급되는 전류의 크기를 변경시킴으로써, 제1, 2 전극들(310, 320) 사이 전류 경로의 깊이를 조절할 수 있다.
상기한 바와 같이 제1, 2 자성체들(310, 320)로 공급되는 전류의 크기를 변경시켜 전기장의 세기(B)를 증가시키는 경우에도, 도 6의 (a), (b), (c)에 도시된 바와 같이 제1, 2 전극들(310, 320) 사이 전류 경로의 깊이가 증가될 수 있다.
상기한 바와 같이 제1, 2 자성체들(310, 320)에 의한 자기장 세기(B)를 조절하여 전류 경로의 깊이가 증가될 수록, 전기 자극되는 타겟 영역이 깊어질 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 비침습적 전기 자극 시스템의 전체적인 구성에 대한 일실시예를 블록도로 도시한 것으로, 도시된 전기 자극 시스템(10)은 전기 자극 장치(10)와 제어 장치(500)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 10에 도시된 전기 자극 장치(10)의 구성 및 동작 중 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한 것과 동일한 것에 대한 설명은 이하 생략하기로 한다.
도 8을 참조하면, 전기 자극 장치(10)는 경두개 직류 전기 자극 장치(tDCS)일 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 미주 신경 자극 장치(nVNS), 경두개 랜덤 노이즈 자극 장치(tRNS) 등 인체에 접촉되는 전극을 이용하여 비침습적으로 전기 자극을 가하는 다양한 장치들에 적용될 수 있다.
예를 들어, 전기 자극 장치(10)는 사용자의 이마 부위에 전극이 접촉되어 뇌에 전기 자극을 가하는 장치일 수 있으며, 그에 따라 사용자의 머리 중 특정 위치에 전류가 흐르도록 하여 목표로 하는 뇌의 타겟 영역에 전기 자극을 가할 수 있다.
이하에서는, 전기 자극 장치(10)가 뇌에 전기 자극을 가하는 것을 예로 들어 본 발명의 실시예들을 설명하나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 뇌 이외의 특정 부위를 전기 자극하는 경우에도 본 발명은 적용 가능하다.
전기 자극 장치(10)는 전기 자극을 가하기 위한 제1 전극 및 제2 전극을 구비하며, 제어 장치(500)는 전기 자극 장치(10)의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하여 전기 자극 장치(10)로 전송한다.
전기 자극 장치(10)와 제어 장치(500)는 유선 또는 무선으로 연결되어, 신호 및 데이터를 송수신할 수 있다.
구체적으로, 전기 자극 장치(10)는 곡면 형상을 가지는 내측면에 제1, 2 전극들과, 제1, 2 전극들 사이의 전류 방향과 교차하는 방향으로 자기장을 형성하기 위한 제1 자성체 및 제2 자성체가 배치되는 전극부를 포함한다.
한편, 제어 장치(500)는 제1, 2 전극들 사이의 전류와 제1, 2 자성체들에 의해 형성되는 자기장이 서로 교차하는 각도(θ) 및 제1, 2 자성체들에 의해 형성되는 자기장의 세기(B) 중 적어도 하나를 조절하기 위한 제어 신호를 전기 자극 장치(10)의 전극부로 제공한다.
이하, 도 9 내지 도 11을 참조하여 본 발명에 따른 전기 자극 장치의 구성에 대한 또 다른 실시예를 설명하기로 한다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 전기 자극 장치(10)는 인체의 이마 부위에 전극들이 접촉되도록 착용되는 것으로, 전극부(110)와 고정부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
전극부(110)는, 전기 자극을 가하기 위한 제1 전극(210) 및 제2 전극(220)이 내측면(S)에 구비되고, 제1, 2 전극들(210, 220)이 인체의 이마 부위에 접촉되도록 내측면(S)이 곡면 형상을 가지며, 제1, 2 전극들(210, 220) 사이의 전류 방향과 교차하는 방향으로 자기장을 형성하기 위한 제1 자성체(310) 및 제2 자성체(320)가 내측면(S)에 배치될 수 있다.
고정부(130)는 전극부(110)가 이마 부위에 장착되도록 고정하기 위한 것으로서, 밴드 형태로 구성될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지는 아니한다.
전기 자극 장치(10)에는, 제1, 2 전극들(210, 220) 사이의 전류와 제1, 2 자성체들(310, 320)에 의해 형성되는 자기장이 서로 교차하는 각도(θ) 또는 제1, 2 자성체들에 의해 형성되는 자기장의 세기(B)를 조절하기 위한 제어부가 포함될 수 있다.
예를 들어, 제어부는 교차 각도(θ) 및 자기장의 세기(B) 중 적어도 하나를 조절하기 위한 회로들이 형성된 IC 칩으로 구현되어 전극부(110) 내부에 구비될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지는 아니한다.
한편, 제어 장치(500)는 사용자 입력을 수신하기 위한 복수의 버튼들과, 전기 자극 장치(10) 및 제어 장치(500)의 동작 상태를 나타내기 위한 디스플레이를 포함하며, 내부에는 전기 자극 장치(100)의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 IC 칩이 구비될 수 있다.
예를 들어, 제어 장치(500)는 전기 자극 장치(10)의 전극부(110)에 연결된 케이블(미도시)을 이용하여 제어 신호를 전기 자극 장치(10)로 전송할 수 있으나, 전기 자극 장치(10)와 제어 장치(500)는 블루투스(bluetooth) 등과 같은 근거리 무선 통신 기술을 이용하여 신호를 송수신할 수도 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 제어 장치(500)는 치료하고자 하는 질환 또는 전기 자극하고자 하는 뇌의 타겟 영역을 사용자로부터 입력받고, 사용자 입력에 대응되는 전류 경로의 깊이를 계산하며, 계산된 전류 경로 깊이를 형성할 수 있도록 하는 교차 각도(θ) 또는 자기장의 세기(B)에 대한 정보를 전기 자극 장치(10)의 전극부(110)에 제어 신호로 전달할 수 있다.
한편, 제어 장치(500)로부터 제어 신호를 수신한 전극부(110)는, 내부의 제어부를 구동부를 제어하여, 제어 신호에 포함된 교차 각도(θ)에 따라 제1, 2 자성체들(310, 320)의 위치를 이동시켜 제1, 2 전극들(210, 220) 사이의 전류와 제1, 2 자성체들(310, 320)에 의해 형성되는 자기장이 해당 각도(θ)로 교차되도록 할 수 있다.
또한, 전극부(110)는, 내부의 제어부가 제1, 2 자성체들(310, 320)로 공급되는 전류 값을 변화시켜, 제1, 2 자성체들(310, 320)에 의해 형성되는 자기장의 세기가 해당 세기(B)를 가지도록 조절할 수 있다.
도 11을 참조하면, 제1, 2 전극들(210, 220) 사이 전류에 대한 제1, 2 자성체들(310, 320)에 의해 형성되는 자기장의 영향을 최대화하기 위해, 제1, 2 자성체들(310, 320) 사이의 간격(b)이 제1, 2 전극들(210, 220) 각각의 폭(a)보다 크게 설정될 수 있다.
또한, 제1, 2 자성체들(310, 320)이 각각 영구 자석으로 구성되는 경우, 제1, 2 자성체들(310, 320) 각각의 폭(c)은 요구되는 자기장의 세기에 따라 설정될 수 있다.
상술한 본 발명의 일실시예에 따른 방법들은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작될 수 있다. 또한, 상기 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상기 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.

Claims (12)

  1. 인체에 전극을 부착하여 비침습적으로 전기 자극하는 방법에 있어서,
    인체에 전기 자극을 가하기 위한 제1 전극 및 제2 전극과, 상기 제1, 2 전극들 사이의 전류 방향과 교차하는 방향으로 자기장을 형성하기 위한 제1 자성체 및 제2 자성체를 배치하는 단계; 및
    상기 제1, 2 전극들 사이의 전류와 상기 제1, 2 자성체들에 의해 형성되는 자기장이 서로 교차하는 각도(θ) 및 상기 제1, 2 자성체들에 의해 형성되는 자기장의 세기(B) 중 적어도 하나를 조절하는 단계;를 포함하는 비침습적 전기 자극 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1, 2 자성체들은
    서로 다른 극성을 가지는 영구 자석 또는 전자석으로 구성되는 비침습적 전기 자극 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1, 2 자성체들이 영구 자석으로 구성된 경우,
    상기 제1, 2 전극들의 중심을 잇는 제1 선과 상기 제1, 2 자성체들의 중심을 잇는 제2 선 사이의 각도(θ)가 변경되는 비침습적 전기 자극 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1, 2 자성체들이 전자석으로 구성된 경우,
    자기장 형성을 위해 상기 제1, 2 자성체들로 공급되는 전류의 크기가 변경되는 비침습적 전기 자극 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 교차하는 각도(θ)가 90도에 가까워질 수록, 상기 제1, 2 전극들 사이 전류 경로의 깊이가 증가되는 비침습적 전기 자극 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 자기장의 세기(B)가 증가될 수록, 상기 제1, 2 전극들 사이 전류 경로의 깊이가 증가되는 비침습적 전기 자극 방법.
  7. 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전류 경로의 깊이가 증가될 수록, 전기 자극되는 타겟 영역이 깊어지는 비침습적 전기 자극 방법.
  8. 인체에 전극을 부착하여 비침습적으로 전기 자극을 가하는 장치에 있어서,
    전기 자극을 가하기 위한 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 전극부;
    상기 제1, 2 전극들 사이의 전류 방향과 교차하는 방향으로 자기장을 형성하기 위한 제1 자성체 및 제2 자성체를 포함하는 자기력발생부; 및
    상기 제1, 2 전극들 사이의 전류와 상기 제1, 2 자성체들에 의해 형성되는 자기장이 서로 교차하는 각도(θ) 및 상기 제1, 2 자성체들에 의해 형성되는 자기장의 세기(B) 중 적어도 하나를 조절하는 제어부;를 포함하는 비침습적 전기 자극 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1, 2 자성체들이 서로 다른 극성을 가지는 영구 자석으로 구성된 경우,
    상기 제어부는
    상기 제1, 2 자성체들의 위치를 이동시켜, 상기 제1, 2 전극들의 중심을 잇는 제1 선과 상기 제1, 2 자성체들의 중심을 잇는 제2 선 사이의 각도(θ)가 변경되도록 제어하는 비침습적 전기 자극 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1, 2 자성체들이 서로 다른 극성을 가지는 전자석으로 구성된 경우,
    상기 제어부는
    자기장 형성을 위해 상기 제1, 2 자성체들로의 공급되는 전류의 크기가 변경되도록 제어하는 비침습적 전기 자극 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 교차하는 각도(θ)가 90도에 가까워질 수록, 상기 제1, 2 전극들 사이 전류 경로의 깊이가 증가되는 비침습적 전기 자극 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 자기장의 세기(B)가 증가될 수록, 상기 제1, 2 전극들 사이 전류 경로의 깊이가 증가되는 비침습적 전기 자극 장치.
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