WO2023219462A1 - 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스, 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 제조장치 및 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 제조방법 - Google Patents

뇌자극 시술장치 가이드 디바이스, 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 제조장치 및 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 제조방법 Download PDF

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brain stimulation
patient
modeling
brain
face mask
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김국배
김종찬
임민제
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애니메디솔루션 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a brain stimulation procedure guide device that is mounted on the patient's head and maintains the surgical tool positioned toward the target point of the patient's brain, and a brain stimulation procedure guide device manufacturing apparatus and method.
  • TMS Transcranial Magnetic Stimulation
  • TMS Transcranial Magnetic Stimulation
  • TMS can apply electrical stimulation to the subject using magnetic field changes, and the treatment time takes about 20 to 40 minutes.
  • TMS is known to be effective in treating neurological and mental disorders such as Parkinson's syndrome, Alzheimer's disease, cognitive dysfunction, depression, anxiety disorders, headaches, and sleep disorders.
  • tDCS transcranial direct current stimulation
  • tDCS transcranial direct current stimulation
  • direct current of a certain intensity to the subject's primary motor sensory area for about 5 minutes to activate neurons in brain cells (change excitability, i.e. promote or It is a non-invasive method to reveal the neurophysiological functions of each brain region or to restore damaged functions due to brain disease. Treatment time takes approximately 5-10 minutes.
  • Treatment using non-invasive magnetic or electric fields was performed by applying electrical stimulation to a stimulation point known clinically or empirically, or by having the operator determine the stimulation location by moving the stimulation location little by little.
  • Conventional brain stimulation treatment guide devices have subtle differences in the location of brain regions for each patient, and it is difficult to distinguish the lesion point or exact target point, which reduces the treatment effect.
  • the target location can be set through magnetic resonance imaging (MRI) images.
  • MRI magnetic resonance imaging
  • the point where brain stimulation is to be performed is specified in the image, it is difficult to confirm the exact location or direction on the actual patient's head, and even if the point to contact the brain stimulation device is specified, if the direction of the device's probe and the head are even slightly off, the target may be damaged. There is a problem in which stimulation is applied to a point different from the original point.
  • the present invention was created to solve the above problems, and is customized to suit the location characteristics of the brain where brain stimulation is to be performed for each patient, and can accurately guide the surgical tool to the target area, making it more accurate and
  • the purpose is to provide a brain stimulation procedure guide device that enables safe procedures, and a manufacturing apparatus and method for the brain stimulation procedure guide device.
  • a brain stimulation treatment device guide device for positioning a brain stimulation treatment device that stimulates a patient's brain with an electric or magnetic field, comprising: a face mask mounted on the patient's face to cover at least a portion of the patient's nose, temples, and cheekbones; and a surgical device holder on which a brain stimulation surgical device is fixed to the face mask and has a built-in magnetic coil that generates a magnetic field.
  • the face mask includes: a first horizontal guide surrounding the left and right sides of the patient's nasal bone; second horizontal guides located on the left and right sides of the patient's temples; and a third horizontal guide located on the left and right sides of the patient's cheekbones.
  • the face mask includes a first vertical guide located above the patient's nasal bone; a second vertical guide surrounding the patient's eyebrow bone; And it may include at least one of a third vertical guide covering the upper part of the patient's cheekbones. It may further include a fourth vertical guide surrounding a portion of the nose tip of the face.
  • the brain stimulation treatment device may include a transcranial magnetic stimulation (TMS) device or a transcranial direct current stimulation (tDCS) device.
  • TMS transcranial magnetic stimulation
  • tDCS transcranial direct current stimulation
  • the surgical device holder includes a seating surface surrounding a front surface of the brain stimulation device through which a magnetic field is emitted and including an opening in the center; A side wall portion extending from the seating surface and surrounding a side surface of the brain stimulation treatment device; And it may include a fixing protrusion extending from an end of the side wall portion and engaging a portion of the rear surface of the brain stimulation treatment device.
  • the surgical device holder is long in one direction, and the fixing protrusion may be located on one side of the surgical device holder in the longitudinal direction.
  • a portion of the side wall is omitted and protrudes laterally, and may further include a handle seating portion where the handle of the brain stimulation treatment device is located.
  • the face mask may further include a band strap that secures the face mask to the patient's face.
  • It includes a bridge connecting the face mask and the surgical device holder, and the bridge may extend from the top of the face mask.
  • the bridge includes a first bridge connected to the face mask; a second bridge connected to the surgical device holder; And it may include a fastener for fastening the first bridge and the second bridge.
  • At least a portion of the position of the surgical device holder overlaps with the position of the face mask, at least a portion of the overlapping area with the surgical device holder may be omitted from the face mask.
  • the face mask includes strap rings to which the band strap is fixed, and the strap rings may include three or more on the left, right, and top of the face mask.
  • modeling a face mask covering at least a portion of the patient's nose, temples, and cheekbones based on a three-dimensional image of the patient's face A patient brain map generation step of modeling a 3D image of the patient's brain; extracting a target point based on the patient's brain map; Calculating the treatment position of the brain stimulation treatment device so that the maximum point of the magnetic vector potential of the brain stimulation treatment device that generates a magnetic field overlaps the target point; modeling a first bridge extending from the face mask; And a surgical guide forming step of outputting a surgical guide based on the modeling of the face mask and the modeling of the bridge, wherein the first bridge is a ready-made surgical device holder on which the brain stimulation surgical device is mounted and placed at the surgical position.
  • a method of manufacturing a brain stimulation surgical device guide device including a fastening part that is preferably fastened to a second bridge extending from the ready-made surgical device holder is provided.
  • Modeling the face mask includes modeling a first horizontal guide surrounding the left and right sides of the nasal bone of the face based on a 3D image of the patient's face; modeling second horizontal guides located on the left and right sides of the temples of the face; And it may include at least one of modeling a third horizontal guide located on the left and right sides of the cheekbones of the face.
  • Modeling the face mask includes modeling a first vertical guide located above the nasal bone of the face based on a three-dimensional image of the patient's face; modeling a second vertical guide surrounding the brow bone of the face; and modeling a third vertical guide covering the upper part of the cheekbones of the face.
  • It may further include modeling a fourth vertical guide surrounding a portion of the tip of the nose of the face.
  • the step of extracting the target point may include extracting a patient-customized target point to be stimulated with the brain stimulation treatment device based on the patient's brain map and standardized brain stimulation target information.
  • modeling a face mask covering at least a portion of the patient's nose, temples, and cheekbones based on a three-dimensional image of the patient's face A patient brain map generation step of modeling a 3D image of the patient's brain; Extracting a target point from the patient's brain map; Calculating the treatment position of the brain stimulation treatment device from a three-dimensional image of the patient's head so that the maximum point of the magnetic vector potential of the brain stimulation treatment device that generates a magnetic field overlaps the target point; Modeling a surgical device holder in consideration of the shape and surgical location of the brain stimulation surgical device; and a brain stimulation procedure guide device forming step of outputting a brain stimulation procedure guide device based on modeling of the face mask and modeling of the procedure device holder.
  • Modeling the face mask includes modeling a first horizontal guide surrounding the left and right sides of the nasal bone of the face based on a 3D image of the patient's face; modeling second horizontal guides located on the left and right sides of the temples of the face; And it may include at least one of modeling a third horizontal guide located on the left and right sides of the cheekbones of the face.
  • Modeling the face mask includes modeling a first vertical guide located above the nasal bone of the face based on a three-dimensional image of the patient's face; modeling a second vertical guide surrounding the brow bone of the face; and modeling a third vertical guide covering the upper part of the cheekbones of the face. , It may further include modeling a fourth vertical guide surrounding a portion of the nose tip of the face.
  • the brain stimulation surgical device guide device forming step includes the bridge. It may include outputting the brain stimulation treatment apparatus guide device.
  • the modeling of the face mask may include modeling the face mask in which at least a portion of the face mask that overlaps the surgical device holder is omitted.
  • the step of extracting the target point may include extracting a patient-customized target point to be stimulated with the brain stimulation treatment device based on the patient's brain map and standardized brain stimulation target information.
  • a facial modeling module that generates a three-dimensional image of the patient's face based on the patient's head image
  • a brain map creation module that models a 3D image of the patient's brain based on the patient's brain MRI image
  • a target point determination module that extracts a target point from the generated brain map
  • a treatment position determination module that determines the treatment position of the brain stimulation treatment device so that the maximum point of the magnetic vector potential of the brain stimulation treatment device that generates a magnetic field is located at the target point
  • a guide device modeling module that models a face mask covering at least part of the patient's nose, temples, and cheekbones based on a 3D image of the patient's face, and a surgical device holder for mounting the brain stimulation surgical device at the surgical site; and a guide device molding module that outputs a brain stimulation procedure guide device based on modeling of the face mask and the procedure device holder.
  • the guide device modeling module models a bridge connecting the face mask and the surgical device holder when the positions of the face mask and the surgical device holder are spaced apart, and the guide device forming module includes the bridge to stimulate the brain.
  • the surgical device guide device can be printed.
  • the brain stimulation treatment device which is a surgical tool, can be placed at an accurate location, thereby improving the effect of the treatment.
  • Figures 1 and 2 are perspective views showing an example of a guide device for a brain stimulation procedure according to an aspect of the present invention from different directions.
  • Figure 3 is a diagram showing a face mask and a band strap of a brain stimulation treatment apparatus guide device according to one aspect of the present invention.
  • FIGS 4 and 5 are perspective views showing the brain stimulation treatment guide device according to one aspect of the present invention while wearing it from different directions.
  • Figures 6 and 7 are diagrams showing a bridge fastening method of a guide device for a brain stimulation treatment device according to one aspect of the present invention.
  • Figure 8 is a diagram showing another embodiment of a brain stimulation treatment guide device according to one aspect of the present invention.
  • Figure 9 is a diagram showing another embodiment of a guide device for a brain stimulation procedure according to an aspect of the present invention.
  • Figure 10 is a diagram showing a brain stimulation treatment guide device manufacturing apparatus according to another aspect of the present invention.
  • Figure 11 is a diagram showing a method of manufacturing a guide device for a brain stimulation treatment device according to another aspect of the present invention.
  • Figures 12a to 13c are diagrams illustrating the manufacturing process according to the method for manufacturing a guide device for a brain stimulation treatment device according to another aspect of the present invention.
  • computers include not only desktop PCs and laptops (Note Books), but also smart phones, tablet PCs, cellular phones, PCS phones (Personal Communication Service phones), and synchronous/asynchronous computers. This may also include IMT-2000 (International Mobile Telecommunication-2000) mobile terminals, Palm Personal Computers (Palm PCs), and personal digital assistants (PDAs). Additionally, computers may also refer to medical equipment that acquires or observes angiographic images.
  • computers include not only desktop PCs and laptops (Note Books), but also smart phones, tablet PCs, cellular phones, PCS phones (Personal Communication Service phones), and synchronous/asynchronous computers. This may also include IMT-2000 (International Mobile Telecommunication-2000) mobile terminals, Palm Personal Computers (Palm PCs), and personal digital assistants (PDAs). Additionally, computers may also refer to medical equipment that acquires or observes angiographic images.
  • IMT-2000 International Mobile Telecommunication-2000
  • Palm Personal Computers Palm Personal Computers
  • PDAs personal digital assistants
  • medical imaging data refers to image data acquired through medical imaging equipment (e.g., computed tomography (CT) equipment, magnetic resonance imaging (MRI) equipment, etc.). it means.
  • CT computed tomography
  • MRI magnetic resonance imaging
  • 'target point' refers to a specific point in the brain related to symptoms. Effective treatment is possible only when the magnetic field generated by the TMS probe matches the target point with the point where the vector potential of the magnetic field is maximum. The treatment effect can be improved by positioning the brain stimulation treatment device so that the point where tDCS electrical stimulation is maximally concentrated coincides with the target point.
  • FIGS 1 and 2 are perspective views showing an example of the brain stimulation treatment guide device 100 according to one aspect of the present invention from different directions.
  • the brain stimulation treatment device guide device 100 of the present invention is a brain stimulation treatment device guide device for fixing a non-invasive brain stimulation treatment device, such as TMS or tDCS, which provides electrical stimulation to the target point of the user's brain, to the user's head. It is (100).
  • TMS Transcranial Magnetic Stimulation
  • TMS Transcranial Magnetic Stimulation
  • TMS can apply electrical stimulation to the subject using magnetic field changes, and the treatment time takes about 20 to 40 minutes.
  • TMS is known to be effective in treating neurological and mental disorders such as Parkinson's syndrome, Alzheimer's disease, cognitive dysfunction, post-traumatic stress disorder, depression, obsessive-compulsive disorder, anxiety disorder, autism, headache, tinnitus, and sleep disorder.
  • tDCS transcranial direct current stimulation
  • tDCS transcranial direct current stimulation
  • direct current of a certain intensity to the subject's primary motor sensory area for about 5 minutes to activate neurons in brain cells (change excitability, i.e. promote or It is a non-invasive method to reveal the neurophysiological functions of each brain region or to restore damaged functions due to brain disease. Treatment time takes approximately 5-10 minutes.
  • the operator can hold the brain stimulation device at the treatment location or use a stand to fix the brain stimulation device at the treatment location.
  • the stimulation point may be misaligned with the target point if the patient moves.
  • the operator must determine the treatment location during the procedure so that the target point matches the stimulation point, but accuracy may decrease depending on the operator's skill level, and even when referring to MRI images, the direction of the brain stimulation treatment device may vary depending on the actual shape of the head. It may be misaligned, making it difficult to align the brain stimulation treatment device to the correct treatment location.
  • electromagnetic stimulation devices such as TMS are ineffective if the magnetic stimulation does not sufficiently reach the exact point, and the effectiveness decreases rapidly even if the probe is just a few mm away from the scalp.
  • the present invention provides a brain stimulation treatment device guide 100 that can be fixed to the user's head to solve the above problem.
  • the brain stimulation treatment device 10 can be fixed to the head and mounted at a location where the target point and the stimulation point coincide.
  • the present invention provides a method of designing a patient-specific brain stimulation treatment device guide device 100 using such 3D printing technology and manufacturing a patient-specific brain stimulation treatment device guide device 100, and a patient-specific brain stimulation treatment device guide device ( 100).
  • the brain stimulation treatment device guide device 100 of the present invention includes a face mask 110 that is fixed to the user's face, and a treatment device holder 130 that holds the brain stimulation treatment device 10. Depending on the location of the surgical device holder 130, it may include a bridge 120 connecting the face mask 110 and the surgical device holder 130.
  • the face mask 110 is a device fixed to the patient's face and can cover at least part of the patient's nose, temples, and cheekbones.
  • the face mask 110 may be configured to open the portion 115 corresponding to the eyes, and cover only the upper surface of the face since it may feel uncomfortable if it covers the lower part of the face.
  • the face mask 110 may include a curved surface tailored to the curves of the patient's face.
  • bones are located adjacent to the skin in some parts of the face, such as the nose, cheekbones, and temples, and since the shape of the bones does not change, it is good to use the location of the bones located adjacent to the skin as a reference (landmark).
  • a face mask 110 that is placed on the patient's face according to the irregularities of the facial bones may be included.
  • the positions of the x-axis, y-axis, and z-axis must all match.
  • the x-axis refers to the horizontal direction
  • the y-axis refers to the vertical direction
  • the z-axis refers to the front-to-back direction.
  • symmetrical parts on the left and right can be used as landmarks based on the shape of the patient's facial bone.
  • the parts that protrude close to the skin can serve as landmarks.
  • the left and right sides of the nose bone, the left and right sides of the temples, and the cheekbones can serve as standards.
  • the forehead area has thin skin, but it is difficult to accurately measure the location due to its round shape, so the part that faces somewhat to the side can be used as a reference point.
  • the face mask 110 may include a first horizontal guide 111a that surrounds the left and right sides of the patient's nasal bone.
  • the first horizontal guide 111a may have a shape that surrounds the left and right sides of the nasal bone located near the root of the nose.
  • Face mask 110 may include second horizontal guides 112 that contact the temples.
  • the position of the face mask 110 can be fixed by contacting the face mask. Therefore, it may further include a third horizontal guide 113a that touches both sides of the cheekbones.
  • the skin in the above three positions is thin, so even when the face has a lot of skin, it is a part that is pressed when the face mask 110 is pressed and does not change its position, and can be used as a guide to fix the face mask 110 in a certain position.
  • the three horizontal guides 111a, 112, and 113a may be used, it is advantageous to include a plurality of horizontal guides 111a, 112, and 113a to stably support the face mask.
  • the portion that can support the face mask 110 from the lower side can be used as a reference.
  • the face mask 110 of the present invention may include a first vertical guide 111b located on the upper part of the nasal bone.
  • the first vertical guide 111b has a continuous shape with the first horizontal guide 111a and can be the most important guide in setting the landmark of the face mask 110.
  • a face mask may include a first vertical guide (111b) that covers only the upper part of the nose where the nasal bone is located, and extends downward to cover the columella or nostril ( 110) can also be implemented (see FIGS. 4 and 5).
  • the columella or nasal bridge is composed of only cartilage or skin and may serve as an auxiliary guide to the first vertical guide (111b) rather than a main guide that determines the position of the face mask 110.
  • the first vertical guide 111b of the face mask 110 can be configured in a shape corresponding to the hollow part between the eyes.
  • the eyebrow part of the forehead bone may protrude and have a shape that is concave inward compared to the protruding forehead bone above the eyebrow.
  • the face mask 110 may include a second vertical guide 114 placed above the patient's eyebrows. You can.
  • the cheekbones also protrude forward and form a surface where the upper part is inclined diagonally toward the upper side, so they may include a third vertical guide 113b that is seated on the upper part of the cheekbones.
  • the vertical guides 111b, 114, and 113b can serve to support the weight of the brain stimulation treatment device guide device 100 and the weight of the brain stimulation treatment device 10, so it is necessary to secure a sufficient area.
  • the face mask 110 may further include a fourth vertical guide 111c that surrounds a portion of the tip of the nose on the patient's face.
  • the opening portion 117 can provide comfort in wearing the face mask 110 and can reduce the weight of the brain stimulation treatment guide device 100. Additionally, 3D printing time can be reduced and manufacturing costs can be reduced by reducing the required output solution.
  • the rigidity of the face mask 110 can be improved by making the thickness of the peripheral portion of the opening portion 117 thicker than other portions.
  • the face mask 110 can be aligned and fixed to the face by hanging on the upper part of the ear.
  • the face mask 110 is heavy, so the support force is weak when worn on the ears, and since the ears are cartilage, there is a limit to accurately aligning the vertical position.
  • Figure 3 is a diagram showing the face mask 110 and the band strap 150 of the brain stimulation treatment guide device 100 according to one aspect of the present invention.
  • the face mask 110 of the present invention can be fixed using a band strap 150 surrounding the back of the head.
  • the band strap 150 can pull the face mask 110 located on the front of the patient's face toward the back to maintain close contact with the face and fix the position of the face.
  • a band strap 150 may be additionally configured to fix the position of the face mask 110 in the z-axis direction (front-back direction_).
  • the face mask 110 has a strap connection portion to which the band strap 150 can be connected ( 119) is provided on the left and right sides and can be additionally provided on the upper side.
  • the band strap 150 can be hung on the strap connection part 119 using a hook at the end, or the length can be adjusted using Velcro.
  • the band strap 150 may include an elastic rubber band.
  • the band strap 150 may have a -shape connected to the left and right sides of the face mask 110, or may have a T-shape by being additionally connected to the upper side of the face mask 110.
  • the embodiment shown in FIG. 3 may include a circular band connection portion 152 in a T-shape that surrounds the back of the head to increase wearing comfort.
  • a strap 151 extends from the connection portion 152 to each strap connection portion 119.
  • Figures 4 and 5 are perspective views showing the brain stimulation treatment guide device 100 according to one aspect of the present invention in a wearing state from different directions.
  • the surgical device holder 130 may have a shape corresponding to the shape of the brain stimulation surgical device 10. As shown in Figure 5, the brain stimulation treatment device 10 may include a handle 12 and a probe 11 that generates a magnetic field, and the treatment device holder 130 allows the probe 11 to perform the treatment on the patient's head. It serves to fix it in position.
  • the probe 11 has a long oval shape on one side, but it is not necessarily limited to this.
  • the surgical device holder 130 can be designed to correspond to the shape of the brain stimulation surgical device 10 to be used on the patient.
  • the surface on which the magnetic field is irradiated in the brain stimulation device 10 includes, for example, a seating portion (131 in FIG. 2) with an opening (132 in FIG. 2) formed to open toward the patient's head, and the brain stimulation device 10. It may include a side wall portion (133 in FIG. 2) that surrounds the circumference and fixes the brain stimulation treatment device 10.
  • the brain stimulation treatment device 10 may include a fixing protrusion 134 that protrudes from one side of the side wall 133 and is located on the back of the brain stimulation treatment device 10. You can. In consideration of ease of attachment and detachment of the brain stimulation treatment device 10, the fixing protrusion 134 may be located at an end in the long direction when the treatment device holder 130 is long in one direction.
  • the side wall portion 133 does not necessarily have a thickness corresponding to the thickness of the brain stimulation treatment device 10, and the height of the side wall portion 133 is as shown in Figure 2.
  • the probe ( 11) can be configured differently (136133a, 133b) depending on the location with a height that can be accommodated.
  • the treatment device holder 130 is arranged so that the central portion touches the patient's head, and the peripheral portion of the treatment device holder 130 is spaced apart from the head. You can.
  • the brain stimulation treatment device 10 may include a probe 11 and a handle 12 for the operator to place the brain stimulation treatment device 10 on the patient's head and irradiate TMS.
  • a configuration for fixing the probe 11 and the handle 12 can be provided in the surgical device holder 130, and in particular, the side wall portion 133 of the surgical device holder 130 so that the handle 12 can pass through.
  • One side can be opened to form the handle seating portion 135.
  • the handle seating portion 135 supports only the portion where the handle 12 and the probe 11 of the brain stimulation device 10 are connected, and the remaining portion of the handle 12 is in contact with the brain stimulation device guide device 100. You may not. If the brain stimulation treatment device 10 does not include the handle 12, the handle seating portion 135 can be omitted.
  • the brain stimulation treatment device 10 may be a TMS device, and the handle 12 may be a handle portion of a probe of the TMS device.
  • the target point in the patient's brain may be different. If the target point is the back of the brain, the surgical device holder 130 must be located at the back of the head as shown in FIG. 1, so it will include a bridge 120 connecting the surgical device holder 130 and the face mask 110. You can.
  • the bridge 120 is a member that connects the brain stimulation device 10 and the face mask 110 when they are spaced apart, and may have a predetermined thickness for rigidity.
  • the bridge 120 is coupled to one side of the surgical device holder 130, and the brain stimulation surgical device 10 is flat, but the patient's head has a curved surface, so the circumference of the surgical device holder 130 is spaced from the head, so the bridge ( 120) may not extend along the head and may have a shape spaced apart from the head.
  • the surgical device holder 130 Since the surgical device holder 130 is compatible with the same brain stimulation surgical device 10 regardless of the patient, the surgical device holder 130 can be provided as a ready-made product so that it can be used multiple times. At this time, only the face mask 110 can be designed and made for each patient, and the surgical device holder 130 and the face mask 110 can be configured in a detachable form.
  • the first bridge 121 and face mask are connected to the ready-made surgical device holder 130 so that the position or angle of the holder 130 can be fixed to the target point in advance during treatment. (110) can be designed.
  • the first bridge 121 or the second bridge 122 can be configured to be detachable from each face mask 110 or the surgical device holder 130, if necessary.
  • the bridge 120 may be composed of a first bridge 121 located on the face mask 110 and a second bridge 122 connected to the surgical device holder 130.
  • the first bridge 121 may have a shape that can be connected to the second bridge 122 so that the surgical device holder 130, which will be described later, is placed at the surgical position.
  • first bridge 121 and the second bridge 122 By forming irregularities on the ends of the first bridge 121 and the second bridge 122, they can be slidably coupled in one direction to restrict movement in the other direction.
  • a pin-shaped fastener (123 in FIG. 7) penetrates the first bridge 121 and the second bridge 122. ) can be used.
  • Figures 6 and 7 are diagrams showing a method of fastening the bridge 120 of the brain stimulation treatment guide device 100 according to one aspect of the present invention.
  • the first bridge 121 and the second bridge 122 include fastening rails 124 and 125 extending in one direction so that they can be slidably coupled.
  • the iron part of the second fastening rail 125 of the second bridge 122 is inserted into the main part of the first fastening rail 124 of the first bridge 121, and the second fastening rail 125 is inserted into the iron part of the first fastening rail 124.
  • the lumbar portions can be engaged and combined to slide in the width direction of the bridge 120.
  • the slide-type fastening rails 124 and 125 can limit the movement of the bridge 120 in the thickness and length directions, but cannot completely block movement in the slide direction (arrow direction in FIG. 6), that is, in the width direction.
  • the present invention forms a fastening groove 126 in the first bridge 121 and a fastening hole 127 overlapping with the fastening groove 126 of the first bridge 122 in the second bridge 122, and uses a fastener ( 123) can be inserted into the fastening hole 127 to fix the position of the fastening groove 126.
  • the fastener 123 limits the movement of the first bridge 121 and the second bridge 122, and when the fastener 123 is inserted into the fastening hole 127, the surgical device holder 130 can be stably fixed. there is.
  • the fastener 123 may also use a buckle-type locking method in addition to the pin fastening method, and the fastening method of the first bridge 121 and the second bridge 122 is not limited to this.
  • Figure 8 is a diagram showing another embodiment of the brain stimulation treatment guide device 100 according to one aspect of the present invention.
  • the face mask 110 can be configured as a solid type and covers even the forehead portion 116 so that the face mask 110 can be more stably seated on the face.
  • the bridge 120 can be configured as an integrated type rather than a fastener type, so that it can be configured as a single module in which the surgical device holder 130 and the face mask 110 are connected.
  • large-scale 3D printing is performed compared to the above-described embodiment, there is a problem of increased cost and lower versatility, but the design time for coordination of each component to fix the surgical device holder in place is reduced and the bridge 120 is shortened. Stability can be improved.
  • Figure 9 is a diagram showing another embodiment of the brain stimulation treatment guide device 100 according to one aspect of the present invention.
  • the brain stimulation treatment device 10 When the target point is located in front of the brain, the brain stimulation treatment device 10 must be located on the forehead, so the treatment device holder 130 may overlap with the face mask as shown in FIG. 9.
  • part of the face mask 110 may be omitted, the bridge 120 may be omitted, and the surgical device may be manufactured in a form in which the surgical device holder 130 and the face mask 110 are directly connected.
  • the brain stimulation procedure guide device 100 has a target point located in front of the brain in the case of depression, and provides brain stimulation in the form shown in FIG. 9.
  • a surgical apparatus guide device 100 can be configured.
  • FIG 10 is a diagram showing a brain stimulation treatment guide device manufacturing apparatus 200 according to another aspect of the present invention.
  • the brain stimulation procedure guide device manufacturing apparatus 200 of the present invention is largely composed of a facial modeling module 210, a brain map generation module 220, a guide device modeling module 230, and a guide device forming module 260. You can.
  • the facial modeling module 210, brain map generation module 220, and guide device modeling module 230 are control logic implemented in one system and can be performed integratedly without being clearly differentiated. there is. For convenience of explanation, they are described separately, but are not necessarily limited thereto, and operations of a plurality of modules may be performed in one module.
  • the brain stimulation treatment guide device manufacturing apparatus 200 can manufacture a patient-customized brain stimulation treatment guide device 100 using the patient's head image, and thus can receive the patient's image information from the imaging apparatus 20.
  • the imaging device 20 is capable of imaging the brain inside the head using magnetic resonance imaging (MRI), functional MRI, computed tomography (CT), and positron emission tomography (PET). It may include at least one of medical imaging devices such as Positron Emission Tomography (Positron Emission Tomography) and optical scanner.
  • MRI magnetic resonance imaging
  • CT computed tomography
  • PET positron emission tomography
  • medical imaging devices such as Positron Emission Tomography (Positron Emission Tomography) and optical scanner.
  • Magnetic Resonance Imaging is a method of imaging elements that resonate with a magnetic field using a magnetic field to determine various chemical characteristics in the human body (e.g., chemical transition, spin lattice relaxation time, spin relaxation time, etc.) , blood flow velocity, diffusion coefficient, and other physical quantities can be displayed.
  • Functional MRI indirectly observes, through a magnetic field, the blood flow that changes as brain nerve activity is activated, and in particular, the concentration of reduced hemoglobin (deoxyhemoglobin), which delivers oxygen to tissues and receives carbon dioxide.
  • This technology can be used to photograph changes in the brain when it performs a specific function.
  • Computed tomography is a method of measuring the X-ray absorption coefficient of a cross-section of the human body by transmitting a thin .
  • PET Positron Emission Tomography
  • the brain map generation module 220 may receive a brain image of a patient taken using a 3D technique from the imaging device 20 and generate a brain map (first information) of the patient. At this time, depending on the embodiments, brain regions related to the disease may be additionally distinguished from the patient's brain map.
  • the standardized stimulation point (second information) that requires brain stimulation based on disease symptoms can be matched on the patient's brain map (first information) and extracted as the final target point.
  • the target points of the angular gyrus or the left and right lateral parietal lobes may be the standard location for brain stimulation, that is, standardized brain stimulation target information (second information).
  • second information standardized brain stimulation target information
  • a standardized segmentation map that classifies the human brain into 52 regions, that is, a standardized brain stimulation target is used.
  • the brain map generation module 220 can help extract the final target point through a brain stimulation test on the patient using a brain stimulation treatment device, etc., in order to extract an accurate brain stimulation target point for each patient. You can get additional information.
  • the target point determination module 240 extracts the abnormal point corresponding to the part corresponding to the standardized stimulation point as the target point (third information) based on the standardized stimulation point (second information) and the patient's brain map. can do.
  • the treatment position determination module 250 determines the position of the brain stimulation treatment device 10 so that the final target point is located within the effective range of the effects of the magnetic field or electric field of the brain stimulation treatment device 10.
  • the effective range of the brain stimulation treatment device 10 is narrow, not only the location of the treatment position determination module 250 but also the angle of the brain stimulation treatment device 10 is important.
  • the treatment location can be determined so that the target point is the maximum point of the magnetic vector potential of the magnetic field.
  • the point where the effect is maximized during electromagnetic or ultrasonic stimulation can be set as the target point.
  • a 3D image of a patient captured by an imaging device may include information about the patient's skin and skeleton as well as the brain.
  • the facial modeling module 210 can utilize this to implement the face in 3D, and based on this, landmark points corresponding to the vertical guides 111b, 114, 113b, and 111c and the horizontal guides 111a, 112, and 113a are created. It can be extracted.
  • the head shape (a concept that includes the shape of the head and the shape of the eyelids, meaning the shape of the entire head) can be photographed from outside and with high accuracy using inexpensive equipment.
  • the brain image and the patient's head image need to be synchronized with the brain image.
  • the guide device modeling module 230 may include a face mask modeling module 231, a surgical device holder modeling module 232, and a bridge modeling module 233.
  • the face mask modeling module 231 uses vertical guides 111b, 114, 113b and horizontal guides 111a, 112, 113a based on the 3D image of the patient's face and information about landmarks implemented in the facial modeling module 210.
  • the shape of the face mask 110 including can be created.
  • the surgical device holder 130 is designed based on the shape of the brain stimulation surgical device 10 to be used for patient treatment and includes the aforementioned seating portion 131, side wall portion 133, fixing protrusion 134, and handle seating portion ( 135), etc. may be included.
  • the bridge modeling module 233 is configured to operate the face mask 110 and The bridge 120 connecting the surgical device holder 130 can be modeled.
  • One end of the bridge 120 is located on the face mask 110, and the other end is located on the surgical device holder 130, and the position of the bridge 120 is adjusted so that the surgical device holder 130 can be stably fixed through the bridge 120.
  • Thickness shape can be designed.
  • the bridge 120 may be implemented as an integrated type as shown in FIG. 8 or may be implemented as a separate type as shown in FIG. 1 .
  • the bridge 120 design designed in the bridge modeling module 233 is merged with the face mask 110 design and the surgical device holder 130 design created in the face mask modeling module 231 to create a brain stimulation surgical device guide device (100). ) modeling can be created.
  • two modelings are created by dividing into modeling for the face mask 110 and the first bridge 121 and modeling for the surgical device holder 130 and the second bridge 122. It can be.
  • the surgical device holder 130 uses an existing design, separate modeling is not created, but the face mask 110 and the first bridge are added to the modeling of the existing surgical device holder 130 and the second bridge 122.
  • the modeling of 121) can be combined, and the first bridge 121 can be designed so that the surgical device holder 130 is located at the surgical position. Modeling of the guide device forming module 260 in which the face mask 110 and the first bridge 121 are combined can be created.
  • the guide device molding module 260 can be printed using a 3D printer using modeling of the designed brain stimulation treatment device guide device 100.
  • the brain stimulation treatment device guide device 100 consisting of one piece can be printed.
  • a brain stimulation treatment device in which the face mask 110 and the first bridge 121 are combined can be printed.
  • Figure 11 is a diagram showing a method of manufacturing a brain stimulation treatment guide device 100 according to another aspect of the present invention. Let us look in detail at a method of manufacturing the brain stimulation treatment guide device 100 using the manufacturing apparatus of FIG. 10.
  • 3D image information includes magnetic resonance imaging (MRI), functional MRI, computed tomography (CT), positron emission tomography (PET), optical scanners, etc. It may include brain images taken with one of the medical imaging devices.
  • MRI magnetic resonance imaging
  • CT computed tomography
  • PET positron emission tomography
  • optical scanners etc. It may include brain images taken with one of the medical imaging devices.
  • the brain map creation module 220 generates a 3D brain map of the patient based on the patient's brain image.
  • regions related to the disease are distinguished, and the patient's brain map (first information) can be created by comparing the patient's brain map with the brain of a normal person to identify abnormal points (S320).
  • stimulation is performed with the brain stimulation treatment device 10 by comparing it with the patient's brain map (first information) based on the standardized brain stimulation target information (second information) that requires stimulation for treatment with the brain stimulation treatment device 10. Extract the target point (third information) to be performed (S330, S340).
  • the target point determination module 240 extracts an effective target point corresponding to a standardized stimulation point (second information) from among the target points on the patient's brain map (first information) as the final target point (third information). .
  • the point where the brain stimulation treatment device 10 will be located is determined (S350).
  • the patient's 3D image is used to model the brain map as well as the head in 3D (S360).
  • landmarks corresponding to the horizontal guides (111a, 112, 113a) that can guide the left and right sides of the face mask (110) and the vertical guides (111b, 114, 113b) that can guide the vertical direction. Information can be extracted. Additionally, information about landmarks corresponding to the vertical guide 111c can be extracted.
  • the brain stimulation treatment guide device 100 can be modeled (S380). Modeling of the brain stimulation treatment guide device 100 can model the face mask 110 covering the area including the landmark in detail.
  • the brain stimulation treatment device seating portion 131 and bridge 120 can be modeled based on the face mask 110 modeling and the treatment location.
  • a bridge 120 is required to connect the treatment device holder 130 and the face mask 110, and if the treatment position overlaps the face mask 110, a treatment device holder ( The overlapping area between 130) and the face mask 110 can be omitted.
  • the brain stimulation treatment device seating portion 131 does not need to be modeled separately, and only the first bridge 121 connected to the face mask 110 is used as the face mask 110.
  • the brain stimulation procedure guide device 100 can be modeled in a combined form.
  • the brain stimulation treatment device guide device 100 can be printed with a 3D printer to manufacture a patient-customized brain stimulation treatment device guide device 100 (S390).
  • FIGS. 12A to 13C and FIG. 13 are diagrams showing the manufacturing process according to the manufacturing method of the brain stimulation treatment device guide device 100 according to another aspect of the present invention
  • FIGS. 12A to 12E show the brain stimulation treatment device for dementia patients.
  • This is an example of a method of manufacturing the guide device 100
  • FIGS. 13A to 13C are examples of a method of manufacturing the guide device 100, a brain stimulation treatment device for patients with depression.
  • stimulating the angular gyrus or the left and right lateral parietal lobes has the effect of alleviating symptoms.
  • the location corresponding to the angular gyrus or the left and right lateral parietal lobes can be identified and determined as the target point (T).
  • the treatment position can be determined so that the maximum point of the magnetic vector potential of the magnetic field of the brain stimulation treatment device 10 is located at the target point. Since the angular gyrus and parietal lobe are located slightly behind the crown, the treatment location can be located in the upper occipital region to stimulate the angular gyrus and parietal lobe. Since the location of the surgical device holder 130 is located near the back of the head, a bridge 120 is needed to connect the face mask 110 and the surgical device holder 130.
  • the brain stimulation treatment device guide device 100 including the face mask 110, bridge 120, and treatment device holder 130 is modeled and printed using a 3D printer. You can.
  • FIGS. 12B to 12E Other embodiments of the method of manufacturing the brain stimulation treatment guide device 100 for dementia patients according to the embodiments are additionally shown in FIGS. 12B to 12E.
  • patients with depression can improve depression by stimulating the prefrontal region to increase the secretion of serotonin and dopamine.
  • the prefrontal area can be determined as the target point (T).
  • the treatment location can be determined so that the maximum point of the magnetic vector potential of the magnetic field of the brain stimulation treatment device 10 is located at the target point. Since the prefrontal cortex is located close to the forehead, the treatment location can be placed on the forehead to stimulate the prefrontal cortex. Since the position of the surgical device holder 130 overlaps the face mask 110, the bridge 120 is not necessary, and some of the overlapping portions of the face mask 110 can be omitted.
  • the brain stimulation treatment device guide device 100 including the face mask 110 and the treatment device holder 130 can be modeled and printed using a 3D printer.
  • FIGS. 13B to 13C Other embodiments of the method of manufacturing the brain stimulation treatment guide device 100 for patients with depression according to the embodiments are additionally shown in FIGS. 13B to 13C.
  • the brain stimulation treatment device 10 which is a surgical tool, can be placed at an accurate location, thereby improving the effect of the treatment.

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Abstract

환자의 뇌를 전기장 또는 자기장으로 자극하는 뇌자극 시술장치를 위치시키기 위한 뇌자극 가이드 디바이스로서, 환자의 안면에 장착되는 페이스 마스크; 상기 페이스 마스크를 상기 환자의 안면에 고정하는 밴드 스트랩; 및 상기 페이스 마스크에 고정되며 자기장이 생성되는 자기코일이 내장된 뇌자극 시술장치가 안착되는 시술장치 홀더를 포함하고, 상기 페이스 마스크는 상기 환자의 코, 관자놀이 및 광대의 적어도 일부를 커버하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스는 시술도구인 뇌자극 시술장치를 정확한 위치에 배치할 수 있어, 시술의 효과를 개선할 수 있다.

Description

뇌자극 시술장치 가이드 디바이스, 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 제조장치 및 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 제조방법
본 발명은 환자의 두부에 장착되어, 시술도구를 환자의 뇌의 타겟 지점을 향하여 배치된 상태를 유지하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스, 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.
TMS(경두개 자기자극술, Transcranial Magnetic Stimulation)는 신경계에 대한 비침습적인 치료방법으로, 약물치료나 침습치료 없이 신경계 질환을 치료할 수 있는 장점이 있다. TMS는 자장변화를 이용하여 대상체에 전기적 자극을 가할 수 있으며 치료시간은 20~40분 정도 소요된다. TMS는 파킨슨 증후군, 알츠하이며, 인지기능장애, 우울증, 불안장애, 두통, 수면장애 등 신경질환 및 정신질환 치료에 효과적인 것으로 알려져 있다.
tDCS (경두개 직류전기 자극, transcranial direct current stimulation)는 소정 강도의 직류전기로 5분정도 대상자의 일차운동감각영역에 통전하여 뇌를 직접적으로 자극하여 뇌 세포의 신경원 활성화 (흥분성을 변화 즉 촉진 또는 억제)시켜 뇌의 영역별 신경생리학적 기능을 밝혀내거나 뇌질환으로 인한 손상된 기능을 회복하기 위한 비침습적 방법이다. 치료 시간은 약 5-10분정도 소요된다.
TMS나 tDCS와 같은 비 침습적 자기장 또는 전기장을 이용한 치료는, 임상적 또는 경험적으로 알려진 자극지점에 전기적 자극을 가하거나, 시술자가 조금씩 자극위치를 옮기면서 자극위치를 결정하는 방식으로 시술되었다.
종래와 같은 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스는 환자마다 뇌 영역의 위치에 미세한 차이가 있으며, 병변지점이나 정확한 목표지점을 구분하기 어려워 치료효과가 저하되는 문제가 있었다.
보다 정확한 목표지점을 추출하기 위해 자기공명영상법(MRI) 영상을 통하여 타겟위치를 설정할 수 있다. 그러나 영상에서 뇌자극을 시술할 지점을 지정하더라도 실제 환자의 두상에서 정확한 위치나 방향을 확인하기 어려우며 뇌자극 시술장치와 접촉할 지점을 지정하더라도 시술장치의 프로브와 두부의 방향이 조금이라도 어긋나면 타겟지점과 상이한 지점에 자극이 가해지는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 환자별로 뇌자극을 시술할 뇌의 위치 특성에 맞도록 맞춤형으로 제작되고, 시술도구를 상기 타겟점 영역까지 정확하게 안내할 수 있어서, 보다 정확하고 안전한 시술을 가능하게 하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스, 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스의 제조장치 및 제조방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
환자의 뇌를 전기장 또는 자기장으로 자극하는 뇌자극 시술장치를 위치시키기 위한 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스로서, 상기 환자의 코, 관자놀이 및 광대의 적어도 일부를 커버하도록 상기 환자의 안면에 장착되는 페이스 마스크; 및 상기 페이스 마스크에 고정되며 자기장이 생성되는 자기코일이 내장된 뇌자극 시술장치가 안착되는 시술장치 홀더를 포함하고, 상기 페이스 마스크는 상기 환자의 코뼈의 좌우를 감싸는 제1 수평 가이드; 상기 환자의 관자놀이의 좌우에 위치하는 제2 수평 가이드; 및 상기 환자의 광대 좌우에 위치하는 제3 수평 가이드 중 적어도 하나를 포함하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스를 제공한다.
상기 페이스 마스크는 상기 환자의 코뼈 상부에 위치하는 제1 수직 가이드; 상기 환자의 눈썹 뼈를 감싸는 제2 수직 가이드; 및 상기 환자의 광대의 상부를 커버하는 제3 수직 가이드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 안면의 코끝 일부를 감싸는 제4 수직 가이드를 더 포함할 수 있다.
상기 뇌자극 시술장치는 경두개 자기자극(TMS: Transcranial Magnetic Stimulation)장치 또는 경두개 직류전기 자극(tDCS: transcranial direct current stimulation)를 포함할 수 있다.
상기 시술장치 홀더는 상기 뇌자극 시술장치의 자기장이 사출되는 전면의 둘레를 감싸며 중앙에 개구부를 포함하는 안착면; 상기 안착면에서 연장되며 상기 뇌자극 시술장치의 측면 둘레를 감싸는 측벽부; 및 상기 측벽부의 단부에서 연장되고 상기 뇌자극 시술장치의 배면의 일부가 걸리는 고정돌기를 포함할 수 있다.
상기 시술장치 홀더는 일방향으로 길이가 길고, 상기 고정돌기는 상기 시술장치 홀더의 길이 방향의 일측에 위치할 수 있다.
상기 측벽부의 일부가 생략되고 측방향으로 돌출되며 상기 뇌자극 시술장치의 손잡이가 위치하는 손잡이 안착부를 더 포함할 수 있다.
상기 페이스 마스크는 상기 페이스 마스크를 상기 환자의 안면에 고정하는 밴드 스트랩을 더 포함할 수 있다.
상기 페이스 마스크와 상기 시술장치 홀더 사이를 연결하는 브릿지를 포함하며, 상기 브릿지는 상기 페이스 마스크의 상부에서 연장될 수 있다.
상기 브릿지는 상기 페이스 마스크에 연결된 제1 브릿지; 상기 시술장치 홀더에 연결된 제2 브릿지; 및 상기 제1 브릿지와 상기 제2 브릿지를 체결하는 체결구를 포함할 수 있다.
상기 시술장치 홀더의 위치와 상기 페이스 마스크의 위치의 적어도 일부분이 중첩되는 경우, 상기 페이스 마스크는 상기 시술장치 홀더와 중첩 영역의 적어도 일부가 생략될 수 있다.
상기 페이스 마스크는 상기 밴드 스트랩이 고정되는 스트랩 고리를 포함하고, 상기 스트랩 고리는 상기 페이스 마스크의 좌우 및 상부에 3개 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 환자의 안면에 대한 3차원 영상에 기초하여 환자의 코, 관자놀이 및 광대의 적어도 일부를 커버하는 페이스 마스크를 모델링 하는 단계; 상기 환자의 뇌에 대한 3차원 영상을 모델링하는 환자의 뇌지도 생성단계; 상기 환자의 뇌지도를 바탕으로 목표지점을 추출하는 단계; 자기장을 생성하는 뇌자극 시술장치의 자기 벡터 포텐셜의 최대지점이 상기 목표지점에 중첩되도록 상기 뇌자극 시술장치의 시술위치를 산출하는 단계; 상기 페이스 마스크에서 연장된 제1 브릿지를 모델링하는 단계; 및 상기 페이스 마스크의 모델링과 상기 브릿지의 모델링에 기초하여 시술 가이드를 출력하는 시술 가이드 성형단계를 포함하고, 상기 제1 브릿지는 상기 뇌자극 시술장치를 장착하는 기성 시술장치 홀더가 상기 시술위치에 배치되도록 상기 기성 시술장치 홀더에서 연장된 제2 브릿지와 체결되는 체결부를 포함하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 제조방법을 제공한다.
상기 페이스 마스크를 모델링 하는 단계는, 상기 환자의 안면에 대한 3차원 영상을 기초로 상기 안면의 코뼈의 좌우를 감싸는 제1 수평 가이드를 모델링하는 단계; 상기 안면의 관자놀이의 좌우에 위치하는 제2 수평 가이드를 모델링하는 단계; 및 상기 안면의 광대 좌우에 위치하는 제3 수평 가이드를 모델링하는 단계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 페이스 마스크를 모델링 하는 단계는, 상기 환자의 안면에 대한 3차원 영상을 기초로 상기 안면의 코뼈 상부에 위치하는 제1 수직 가이드를 모델링 하는 단계; 상기 안면의 눈썹뼈를 감싸는 제2 수직 가이드를 모델링하는 단계; 및 상기 안면의 광대의 상부를 커버하는 제3 수직 가이드를 모델링 하는 단계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 안면의 코끝 일부를 감싸는 제4 수직 가이드를 모델링 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 목표지점을 추출하는 단계는, 상기 환자의 뇌지도 및 표준화된 뇌자극 타겟정보를 바탕으로 상기 뇌자극 시술장치로 자극할 환자 맞춤형 목표지점을 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 환자의 안면에 대한 3차원 영상에 기초하여 환자의 코, 관자놀이 및 광대의 적어도 일부를 커버하는 페이스 마스크를 모델링 하는 단계; 상기 환자의 뇌에 대한 3차원 영상을 모델링하는 환자의 뇌지도 생성단계; 상기 환자의 뇌지도에서 목표지점을 추출하는 단계; 자기장을 생성하는 뇌자극 시술장치의 자기 벡터 포텐셜의 최대지점이 상기 목표지점에 중첩되도록 상기 환자의 두상에 대한 3차원 영상에서 상기 뇌자극 시술장치 시술위치를 산출하는 단계; 상기 뇌자극 시술장치의 형태 및 시술위치를 고려하여 시술장치 홀더를 모델링 하는 단계; 및 상기 페이스 마스크의 모델링과 상기 시술장치 홀더의 모델링에 기초하여 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스를 출력하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 성형단계를 포함하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 제조방법을 제공한다.
상기 페이스 마스크를 모델링 하는 단계는, 상기 환자의 안면에 대한 3차원 영상을 기초로 상기 안면의 코뼈의 좌우를 감싸는 제1 수평 가이드를 모델링하는 단계; 상기 안면의 관자놀이의 좌우에 위치하는 제2 수평 가이드를 모델링하는 단계; 및 상기 안면의 광대 좌우에 위치하는 제3 수평 가이드를 모델링하는 단계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 페이스 마스크를 모델링 하는 단계는, 상기 환자의 안면에 대한 3차원 영상을 기초로 상기 안면의 코뼈 상부에 위치하는 제1 수직 가이드를 모델링 하는 단계; 상기 안면의 눈썹뼈를 감싸는 제2 수직 가이드를 모델링하는 단계; 및 상기 안면의 광대의 상부를 커버하는 제3 수직 가이드를 모델링 하는 단계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. , 상기 안면의 코끝 일부를 감싸는 제4 수직 가이드를 모델링 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 페이스 마스크와 상기 시술장치 홀더의 위치가 이격된 경우 상기 페이스 마스크와 상기 시술장치 홀더를 연결하는 브릿지를 모델링하는 단계를 더 포함하며, 상기 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 성형단계는 상기 브릿지를 포함하여 상기 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 시술장치 홀더의 위치가 상기 페이스 마스크의 위치와 적어도 일부가 중첩되는 경우,
상기 페이스 마스크를 모델링하는 단계는 상기 시술장치 홀더와 중첩되는 상기 페이스 마스크의 적어도 일부가 생략된 상기 페이스 마스크를 모델링할 수 있다.
상기 목표지점을 추출하는 단계는, 상기 환자의 뇌지도 및 표준화된 뇌자극 타겟정보를 바탕으로 상기 뇌자극 시술장치로 자극할 환자 맞춤형 목표지점을 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면 환자의 두부 영상에 기초하여 환자의 안면 대한 3차원 영상을 생성하는 안면 모델링 모듈; 환자의 뇌 MRI 영상에 기초하여 환자의 뇌에 대한 3차원 영상을 모델링하는 뇌지도 생성 모듈;
상기 생성된 뇌지도에서 목표지점을 추출하는 목표지점 결정 모듈; 자기장을 생성하는 뇌자극 시술장치의 자기 벡터 포텐셜의 최대지점이 상기 목표지점에 위치하도록 상기 뇌자극 시술장치의 시술위치를 결정하는 시술위치 결정 모듈; 상기 환자의 안면 3차원 영상에 기초하여 환자의 코, 관자놀이 및 광대의 적어도 일부를 커버하는 페이스 마스크 및 상기 시술위치에 상기 뇌자극 시술장치를 장착하는 시술장치 홀더를 모델링하는 가이드 디바이스 모델링 모듈; 및 상기 페이스 마스크 및 상기 시술장치 홀더의 모델링을 기초로 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스를 출력하는 가이드 디바이스 성형모듈을 포함하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 제조장치를 제공한다.
상기 가이드 디바이스 모델링 모듈은 상기 페이스 마스크와 상기 시술장치 홀더의 위치가 이격된 경우 상기 페이스 마스크와 상기 시술장치 홀더를 연결하는 브릿지를 모델링하고, 상기 가이드 디바이스 성형모듈은 상기 브릿지를 포함하여 상기 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스를 출력할 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시예에 따르면, 시술도구인 뇌자극 시술장치를 정확한 위치에 배치할 수 있어, 시술의 효과를 개선할 수 있다.
환자가 움직이더라도 뇌자극 위치의 변화가 없으며, 반복적으로 시술 시에 매번 시술위치를 결정을 해야 하는 번거로움을 줄일 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스의 일 예를 서로 다른 방향에서 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 측면에 따른 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스의 페이스 마스크와 밴드 스트랩을 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5은 본 발명의 일 측면에 따른 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스를 착용 상태를 서로 다른 방향에서 도시한 사시도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 측면에 따른 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스의 브릿지 체결방식을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 측면에 따른 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 측면에 따른 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 측면에 따른 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 제조장치를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 측면에 따른 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 제조방법을 도시한 도면이다.
도 12a 내지 도 13c는 본 발명의 또 다른 측면에 따른 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 제조방법에 따른 제조과정을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 '컴퓨터'는 연산처리를 수행하여 사용자에게 결과를 시각적으로 제시할 수 있는 다양한 장치들이 모두 포함된다. 예를 들어, 컴퓨터는 데스크 탑 PC, 노트북(Note Book) 뿐만 아니라 스마트폰(Smart phone), 태블릿 PC, 셀룰러폰(Cellular phone), 피씨에스폰(PCS phone; Personal Communication Service phone), 동기식/비동기식 IMT-2000(International Mobile Telecommunication-2000)의 이동 단말기, 팜 PC(Palm Personal Computer), 개인용 디지털 보조기(PDA; Personal Digital Assistant) 등도 해당될 수 있다. 또한, 컴퓨터는 혈관조영영상을 획득하거나 관찰하는 의료장비도 해당될 수 있다.
본 명세서에서 '의료영상데이터'는 의료영상촬상장치(예를 들어, 컴퓨터 단층촬영(Computed Tomography; CT)장치, 자기공명영상(Magnetic Resonance Imaging; MRI)촬영장치 등)을 통해 획득된 영상데이터를 의미한다.
본 명세서에서 '목표지점'은 증상과 관련된 뇌의 특정지점을 의미한다. TMS 프로브가 생성하는 자기장은 자기장의 벡터 포텐셜이 최대가 되는 지점과 목표지점을 일치시켜야 효과적인 치료가 가능하다. tDCS의 전기자극이 최대로 집중되는 지점이 목표지점과 일치하도록 뇌자극 시술장치를 위치시켜 치료효과를 제고할 수 있다.
이하, 본 발명의 일실시예들에 따른 맞춤형 수술가이드, 맞춤형 수술가이드 생성방법 및 프로그램에 대해 상세히 기술한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100)의 일 예를 서로 다른 방향에서 도시한 사시도이다.
본 발명의 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100)는 사용자의 뇌의 목표지점에 전기적 자극을 제공하는 TMS나 tDCS와 같이 비침습적 뇌자극 시술장치를 사용자의 머리에 고정하기 위한 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100)이다.
TMS(Transcranial Magnetic Stimulation, 경두개 자기자극술)는 신경계에 대한 비침습적인 치료방법으로, 약물치료나 침습치료 없이 신경계 질환을 치료할 수 있는 장점이 있다. TMS는 자장변화를 이용하여 대상체에 전기적 자극을 가할 수 있으며 치료시간은 20~40분 정도 소요된다. TMS는 파킨슨 증후군, 알츠하이며, 인지기능장애, 외상후 스트레스 장애, 우울증, 강박증, 불안장애, 자폐증, 두통, 이명, 수면장애 등 신경질환 및 정신질환 치료에 효과적인 것으로 알려져 있다.
tDCS (경두개 직류전기 자극, transcranial direct current stimulation)는 소정 강도의 직류전기로 5분정도 대상자의 일차운동감각영역에 통전하여 뇌를 직접적으로 자극하여 뇌 세포의 신경원 활성화 (흥분성을 변화 즉 촉진 또는 억제)시켜 뇌의 영역별 신경생리학적 기능을 밝혀내거나 뇌질환으로 인한 손상된 기능을 회복하기 위한 비침습적 방법이다. 치료 시간은 약 5-10분정도 소요된다.
소정 시간동안 동일한 위치에 뇌자극 시술장치를 위치시켜야 하는 시술로서, 시술자가 뇌자극 시술장치가 시술위치에 위치하도록 잡고 있거나, 스탠드를 이용하여 뇌자극 시술장치를 시술위치에 고정할 수 있다.
시술자가 수십 분간 동일한 위치에 뇌자극 시술장치를 들고 있는 것이 어려우며 스탠드를 이용하더라도 환자가 움직이는 경우 자극지점이 목표지점과 어긋날 수 있다.
또한, 시술자가 목표지점과 자극지점이 일치하도록 시술 중에 시술위치를 결정해야 하는데 시술자의 숙련도에 따라 정확도가 떨어질 수 있으며, MRI영상등을 참고하더라도 실제 두상의 형상에 따라 뇌자극 시술장치의 방향이 어긋날 수 있어 정확한 시술위치에 뇌자극 시술장치를 정렬하기 어렵다.
특히 TMS와 같은 전자기적 자극장치는 정확한 지점에 자기자극이 충분히 도달하지 않을 경우 효과가 없으며 프로브가 두피에서 몇 mm만 떨어져도 효과가 급감한다.
본 발명은 상기 문제를 해소하기 위해 사용자의 머리에 고정 가능한 뇌자극 시술장치 가이드(100)를 제공한다. 뇌자극 시술장치(10)는 머리에 고정하여 목표지점과 자극지점이 일치하는 위치에 뇌자극 시술장치(10)를 거치할 수 있다.
의학 기술 산업에 다양한 뇌자극 시술장치(10) 시술보조장치 등이 있으나 환자별로 신체구조 및 형상이 차이가 있어 일괄된 의료기기를 적용하기 어려워 시술자 또는 수술자가 환자에 맞추어 도구를 선택하거나 변형하여 사용하였으나, 정확도가 떨어지고 시술자에 따른 효과의 차이가 큰 문제가 있다.
최근들어 의학 기술 산업에 ‘3D 프린팅’으로도 알려진 적층제조 방식이 도입되면서, 환자병 맞춤형 의료 서비스가 가능해지고 있다. 환자의 신체 형상에 맞추어진 맞춤형 의료보조기의 제작도 또한 가능해졌다.
본 발명은 이러한 3D 프린팅 기술을 이용하여 환자형 맞춤 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100)를 설계하고 환자 전용 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100)를 제조하는 방법 및 환자 맞춤형 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100)에 관한 것이다.
본 발명의 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100)는 사용자의 얼굴에 고정하는 페이스 마스크(110), 뇌자극 시술장치(10)를 거치하는 시술장치 홀더(130)를 포함한다. 시술장치 홀더(130)의 위치에 따라 페이스 마스크(110)와 시술장치 홀더(130) 사이를 연결하는 브릿지(120)를 포함할 수 있다.
페이스 마스크(110)는 환자의 얼굴에 고정하는 장치로서, 환자의 코, 관자놀이 및 광대의 적어도 일부를 커버할 수 있다. 페이스 마스크(110)는 사용의 편의성을 고려하여 눈에 대응되는 부분(115)은 개방하고, 얼굴의 하부까지 감싸는 경우 불편함을 느낄 수 있으므로 얼굴의 상면만 커버하는 형태로 구성할 수 있다.
페이스 마스크(110)는 환자의 얼굴 굴곡에 맞춘 곡면을 포함할 수 있다. 사람의 얼굴은 코, 광대 관자놀이 등 안면의 일부는 피부에 인접하여 뼈가 위치하며 뼈의 형상은 변화하지 않으므로 피부에 인접하게 위치하는 뼈의 위치를 기준(랜드마크)으로 삼기 좋다.
두개골보다 코뼈, 광대 등의 안면골의 요철이 심하여 정확한 위치를 파악하기 용이한 바, 안면골의 요철에 맞게 환자의 얼굴에 안착되는 페이스 마스크(110)를 포함할 수 있다.
뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100)의 위치를 정렬하기 위해 x축, y축, z축의 위치가 다 맞아야 한다. x축은 수평방향, y축은 수직방향, z축은 전후방향을 의미한다.
수평 방향의 위치를 가이드 하기 위해 환자의 안면골 형상을 기초로 좌우에 대칭적인 부분을 랜드마크로 삼을 수 있다. 안면골 중에 피부에 가깝게 돌출된 부분이 랜드마크가 될 수 있으며, 예를 들어 코뼈의 좌우, 관자놀이의 좌우 및 광대뼈 등이 기준이 될 수 있다.
이마부분은 피부가 얇으나 둥근 형상으로 위치를 정확히 측정하기 어려우므로 어느 정도 측면을 향하는 부분이 기준점이 될 수 있다.
페이스 마스크(110)는 환자의 코뼈의 좌우를 감싸는 제1 수평 가이드(111a)를 포함할 수 있다. 제1 수평 가이드(111a)는 코의 뿌리부근에 위치하는 코뼈의 좌우를 감싸는 형상을 가질 수 있다.
환자의 관자놀이 부분은 이마에서 측방향으로 꺾어지는 부분으로 좌우 방향의 기준점이 될 수 있다. 페이스 마스크(110)는 관자놀이에 닿는 제2 수평 가이드(112)를 포함할 수 있다.
광대뼈의 측면부분은 피부가 두껍지 않아 페이스마스크와 맞닿아 페이스 마스크(110) 위치를 고정할 수 있다. 따라서 광대뼈 양측에 닿는 제3 수평 가이드(113a)을 더 포함할 수 있다.
상기 3가지 위치의 피부는 얇아 얼굴에 살이 많은 경우에도 페이스 마스크(110)가 가압 시 눌려서 위치가 변화하지 않는 부분으로 페이스 마스크(110)를 일정한 위치에 고정하기 위한 가이드로 이용할 수 있다.
상기 3가지 수평 가이드(111a, 112, 113a) 중 일부만 이용할 수도 있으나, 페이스마스크를 안정적으로 지지하기 위해 복수개의 수평 가이드(111a, 112, 113a)를 포함하는 것이 유리하다.
y축 방향의 위치를 가이드 하기 위한 수직 가이드(111b, 114, 113b)는 중력에 의해 하측으로 눌리는 힘이 있으므로 하측에서 페이스 마스크(110)를 지지할 수 있는 부분이 기준이 될 수 있다.
예를 들면 코뼈의 전면부분 눈썹 뼈의 돌출부 상면부분 및 광대뼈 상부 등이 기준 위치가 될 수 있다. 본 발명의 페이스 마스크(110)는 코뼈의 상부에 위치하는 제1 수직 가이드(111b)를 포함할 수 있다. 제1 수직 가이드(111b)는 제1 수평 가이드(111a)와 함께 연속적인 형상을 가져 페이스 마스크(110)의 랜드마크를 설정하는데 가장 중요한 가이드가 될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 코뼈가 위치하는 코의 위쪽 부분만 커버하는 형태의 제1 수직 가이드(111b)를 포함할 수 있고, 하측으로 연장되어 비주 또는 콧볼까지 감싸는 형태의 페이스 마스크(110)도 구현할 수 있다(도 4 및 도 5 참고).
다만, 비주나 콧볼의 경우 연골이나 피부만으로 구성되어 페이스 마스크(110)의 위치를 결정하는 메인 가이드라기보다는 제1 수직 가이드(111b)의 보조 가이드로서 역할을 할 수 있다.
코뼈는 상단의 이마 뼈와 만나는 부분에서 꺾이므로 눈 사이 부분의 움푹한 부분에 상응하는 형상으로 페이스 마스크(110)의 제1 수직 가이드(111b)를 구성할 수 있다.
이마뼈의 눈썹부분이 돌출되어 눈썹 윗부분의 돌출된 이마뼈 대비 내측으로 오목하게 인입된 형상을 가질 수 있다. 눈썹 위쪽에 페이스 마스크(110)가 안착되면 안정적으로 페이스 마스크(110)의 위치를 고정할 수 있는 바, 페이스 마스크(110)는 환자의 눈썹 위쪽에 안착되는 제2 수직 가이드(114)를 포함할 수 있다.
광대뼈도 전방으로 돌출되어 상부가 상측을 향해 비스듬하게 기울어진 면을 이루므로 광대뼈 상부에 안착되는 제3 수직 가이드(113b)를 포함할 수 있다. 수직 가이드(111b, 114, 113b)는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100)의 무게 및 뇌자극 시술장치(10)의 무게를 지지하는 역할을 할 수 있어, 충분한 면적을 확보할 필요가 있다.
또한, 페이스 마스크(110)는 환자의 안면의 코끝 일부를 감싸는 제4 수직 가이드(111c)를 더 포함할 수 있다.
다만, 페이스 마스크(110)의 형상이 클수록 페이스 마스크(110)의 무게가 무거워지고 사용시 불편함을 느낄 수 있는 바, 도 1에 도시된 바와 같이 수직 가이드(111b, 114, 113b)와 수평 가이드(111a, 112, 113a)를 제외한 부분을 제거한 개방부(117)를 형성할 수 있다.
개방부(117)는 페이스 마스크(110) 착용의 편안함을 제공할 수 있으며 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100)의 무게를 줄일 수 있다. 또한 3D프린팅 시간을 줄일 수 있으며 필요한 출력용액을 줄여 제조비용을 절감할 수 있다.
다만, 페이스 마스크(110)의 면적이 적은 경우 강성에 문제가 있을 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 개방부(117)의 둘레부분의 두께를 다른 부분보다 두껍게 하여 페이스 마스크(110)의 강성을 제고(improve)할 수 있다.
전술한 수직 가이드(111b, 114, 113b, 111c) 또는 수평 가이드(111a, 112, 113a) 외에 추가적으로 귀의 상부에 걸어서 페이스 마스크(110)의 위치를 정렬 및 얼굴에 고정할 수 있다. 다만, 안경과 달리 페이스 마스크(110)의 무게가 있어, 귀에 거는 형태는 지지력이 약하고 귀는 연골이어서 정확한 수직방향의 위치를 정렬하는 데 한계가 있다.
도 3은 본 발명의 일 측면에 따른 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100)의 페이스 마스크(110)와 밴드 스트랩(150)을 도시한 도면이다.
본 발명의 페이스 마스크(110)는 머리 뒤쪽을 감싸는 밴드 스트랩(150)을 이용하여 고정할 수 있다. 밴드 스트랩(150)은 환자의 얼굴 전면에 위치하는 페이스 마스크(110)를 배면방향으로 당겨서 얼굴에 밀착상태를 유지시키고 얼굴의 위치를 고정할 수 있다.
페이스 마스크(110)의 z축 방향(전후방향_의 위치를 고정하기 위해 밴드 스트랩(150)을 추가로 구성할 수 있다. 페이스 마스크(110)는 밴드 스트랩(150)을 연결할 수 있는 스트랩 연결부(119)가 좌우측에 구비되며 추가로 상측에 구비할 수 있다.
밴드 스트랩(150)은 단부에 후크를 이용하여 스트랩 연결부(119)에 걸거나 벨크로를 이용하여 길이를 조절할 수도 있다. 밴드 스트랩(150)은 탄성을 가지는 고무밴드를 포함할 수 있다.
밴드 스트랩(150)은 페이스 마스크(110)의 좌우에서 연결되는 -자 형상도 가능하고, 페이스 마스크(110)의 상측에서 추가로 연결하여 T자 형상을 가질 수도 있다.
도 3에 도시된 실시예는 T자 형태에서 착용감을 높이기 위해 후두부를 감싸는 형태로 원형의 밴드 연결부(152)를 포함할 수 있다. 연결부(152)에서 스트랩(151)이 각 스트랩 연결부(119)로 연장된다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 측면에 따른 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100)를 착용 상태를 서로 다른 방향에서 도시한 사시도이다.
시술장치 홀더(130)는 뇌자극 시술장치(10)의 형상에 상응한 형상을 가질 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 뇌자극 시술장치(10)는 손잡이(12)와 자기장이 생성되는 프로브(11)를 포함할 수 있으며 시술장치 홀더(130)는 프로브(11)가 환자의 머리 상 시술위치에 고정하는 역할을 한다.
도면상 프로브(11)는 일측으로 긴 타원형상을 가지나 반드시 이에 한정되지는 않는다. 환자에게 사용하고자 하는 뇌자극 시술장치(10)의 형상에 상응하여 시술장치 홀더(130)를 디자인 할 수 있다.
뇌자극 시술장치(10)에서 자기장이 조사되는 면은 예를 들어, 환자의 두부를 향하여 개방되도록 개구부(도 2의 132)가 형성된 안착부(도 2의 131)와 뇌자극 시술장치(10)의 둘레를 감싸며 뇌자극 시술장치(10)를 고정하는 측벽부(도 2의 133)를 포함할 수 있다.
뇌자극 시술장치(10)가 시술장치 홀더(130)에서 이탈되는 것을 방지하기 위해 측벽부(133)의 일측에서 돌출되어 뇌자극 시술장치(10) 배면에 위치하는 고정돌기(134)를 포함할 수 있다. 고정돌기(134)는 뇌자극 시술장치(10) 탈착의 용이성을 고려하여 시술장치 홀더(130)가 일방향으로 긴 경우 긴 방향의 단부에 위치할 수 있다.
고정돌기(134)가 위치하는 부분 이외에는 측벽부(133)는 반드시 뇌자극 시술장치(10)의 두께에 상응하는 두께를 가질 필요 없으며 측벽부(133)의 높이는 도 2에 도시된 바와 같이 프로브(11)가 수용될 수 있는 정도의 높이로 위치에 따라 상이하게(136133a, 133b) 구성할 수 있다.
뇌자극 시술장치(10)는 평면이고 환자의 머리는 곡면을 가지므로 시술장치 홀더(130)는 중앙 부분이 환자의 머리에 닿도록 배치되고 시술장치 홀더(130)의 둘레부분은 머리에서 이격될 수 있다.
뇌자극 시술장치(10)는 시술자가 환자의 머리에 뇌자극 시술장치(10)를 위치시키고 TMS를 조사하기 위한 프로브(11)와 손잡이(12)를 포함할 수 있다. 이때, 프로브(11)와 손잡이(12)를 고정하기 위한 구성을 시술장치 홀더(130)에 마련할 수 있으며, 특히 손잡이(12)가 통과할 수 있도록 시술장치 홀더(130)의 측벽부(133) 일측을 개방하여 손잡이 안착부(135)를 구성할 수 있다.
손잡이 안착부(135)는 뇌자극 시술장치(10)의 손잡이(12)와 프로브(11)가 연결되는 부분에만 지지하고, 손잡이(12) 나머지 부분은 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100)와 접촉하지 않을 수 있다. 뇌자극 시술장치(10)가 손잡이(12)를 포함하지 않는 경우 손잡이 안착부(135)는 생략할 수 있다. 예를 들어, 뇌자극 시술장치(10)는 TMS기기일 수 있고, 손잡이(12)는 TMS기기의 프로브의 핸들부분일 수 있다.
환자의 질환에 따라 환자의 뇌의 목표지점이 상이할 수 있다. 목표지점이 뇌의 후방이면 시술장치 홀더(130)는 도 1에 도시된 바와 같이 머리의 뒤쪽에 위치해야 하므로 시술장치 홀더(130)와 페이스 마스크(110)를 연결하는 브릿지(120)를 포함할 수 있다.
브릿지(120)는 뇌자극 시술장치(10)와 페이스 마스크(110) 사이가 이격 된 경우 연결하는 부재로서 강성을 위해 소정의 두께를 가질 수 있다.
브릿지(120)는 시술장치 홀더(130)의 일측에 결합되며 뇌자극 시술장치(10)는 평면이나 환자의 머리는 곡면을 가지므로 시술장치 홀더(130)의 둘레는 머리와 이격되어 있으므로 브릿지(120)는 두상을 따라 연장되지 않고, 두상에서 이격된 형상을 가질 수 있다.
시술장치 홀더(130)는 동일한 뇌자극 시술장치(10)에는 환자에 관계없이 호환 가능하므로 복수 회 사용할 수 있도록 시술장치 홀더(130)를 기성품(ready-made)으로 제공할 수 있다. 이때, 페이스 마스크(110)만 환자별로 설계하여 만들고, 시술장치 홀더(130)와 페이스 마스크(110)를 탈착 가능한 형태로 구성할 수 있다.
환자별로 두부의 형상과 뇌자극 목표지점이 다르므로, 치료시 기성품의 시술장치 홀더(130)의 위치 또는 각도를 미리 목표지점에 맞게 고정할 수 있도록 이에 연결되는 제1 브릿지(121) 및 페이스 마스크(110)를 설계할 수 있다.
한편, 제1 브릿지(121) 또는 제2 브릿지(122)는 필요에 따라, 도시하지는 않았지만, 각 페이스 마스크(110) 또는 시술장치 홀더(130)에 탈착 가능하게 구성할 수 있다. 도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이 브릿지(120)를 페이스 마스크(110)에 위치하는 제1 브릿지(121)와 시술장치 홀더(130)에 연결된 제2 브릿지(122)로 구성할 수 있다. 제1 브릿지(121)는 후술할 시술장치 홀더(130)가 시술위치에 배치되도록 제2 브릿지(122)와 연결 가능한 형태를 가질 수 있다.
제1 브릿지(121)와 제2 브릿지(122)의 단부에 요철을 형성하여 일 방향에서 슬라이드 결합하여 다른 방향의 움직임을 제한할 수 있다. 슬라이드 방향의 움직임을 제한하고 제1 브릿지(121)와 제2 브릿지(122)를 연결하기 위해 제1 브릿지(121)와 제2 브릿지(122)를 관통하는 핀 형태의 체결구(도 7의 123)를 이용할 수 있다.
도 6 및 도 7 은 본 발명의 일 측면에 따른 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100)의 브릿지(120) 체결방식을 도시한 도면이다. 제1 브릿지(121)와 제2 브릿지(122)는 슬라이드 결합할 수 있도록 일방향으로 연장된 체결레일(124, 125)을 포함한다.
제1 브릿지(121)의 제1 체결레일(124) 요부에 제2 브릿지(122)의 제2 체결레일(125) 철부가 삽입되고 제1 체결레일(124) 철부에 제2 체결레일(125) 요부가 맞물려 결합하여 브릿지(120)의 너비 방향으로 슬라이드 결합할 수 있다.
슬라이드 방식의 체결레일(124, 125)은 브릿지(120)의 두께방향과 길이방향의 움직임은 제한할 수 있으나, 슬라이드 방향(도 6의 화살표 방향), 즉 너비방향으로 움직임은 완전히 차단할 수 없다.
이에 본 발명은 제1 브릿지(121)에 체결홈(126)을 제2 브릿지(122)에 제1 브릿지(121)의 체결홈(126)과 중첩되는 체결홀(127)을 형성하고 체결구(123)를 체결홀(127)에 삽입하여 체결홈(126)의 위치를 고정할 수 있다. 체결구(123)는 제1 브릿지(121)와 제2 브릿지(122)의 움직임을 제한하며 체결구(123)를 체결홀(127)에 삽입하면 시술장치 홀더(130)가 안정적으로 고정될 수 있다.
체결구(123)는 핀 체결방식 외에 버클형태로 잠그는 방식도 이용할 수 있으며, 제1 브릿지(121)와 제2 브릿지(122)의 체결 방식은 이에 제한되지 않는다.
도 8은 본 발명의 일 측면에 따른 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100)의 다른 실시예를 도시한 도면이다. 도 8에 도시된 실시예와 같이 페이스 마스크(110)를 솔리드한 타입으로 구성할 수도 있으며 이마부분(116)까지 커버하여 페이스 마스크(110)가 얼굴에 보다 안정적으로 안착될 수 있다.
브릿지(120)는 체결형이 아닌 일체형으로 구성하여 시술장치 홀더(130)와 페이스 마스크(110)가 연결된 하나의 모듈로 구성할 수 있다. 이 경우 전술한 실시예보다 대형의 3D 프린팅을 하므로 비용상승의 문제가 있고, 범용성은 떨어지나, 시술장치 홀더를 정위치에 고정하기 위한 각 구성부품의 조율을 위한 설계시간을 줄이고 브릿지(120)의 안정성이 향상될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 측면에 따른 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100)의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다. 목표지점이 뇌의 전방에 위치하는 경우 뇌자극 시술장치(10)는 이마쪽에 위치해야 하므로 시술장치 홀더(130)는 도 9와 같이 페이스마스크와 중첩될 수 있다.
이 경우 페이스 마스크(110)의 일부를 생략할 수도 있으며 브릿지(120)를 생략하고 시술장치 홀더(130)와 페이스 마스크(110)가 직접 연결된 형태로 시술 장치를 제조할 수 있다. 도 11 내지 도 13의 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100) 제조 방법에서 후술하겠지만 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100)는 우울증의 경우 뇌의 전방에 목표지점이 위치하여 도 9와 같은 형태의 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100)를 구성할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 측면에 따른 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 제조장치(200)를 도시한 도면이다. 본 발명의 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 제조장치(200)는 안면 모델링 모듈(210), 뇌지도 생성 모듈(220), 및 가이드 디바이스 모델링 모듈(230) 및 가이드 디바이스 성형모듈(260)로 크게 구성될 수 있다.
가이드 디바이스 성형모듈(260)를 제외한 안면 모델링 모듈(210), 뇌지도 생성 모듈(220) 및 가이드 디바이스 모델링 모듈(230)은 하나의 시스템에서 구현되는 제어로직으로서 명확히 구분되지 않고 통합적으로 수행될 수 있다. 설명의 편의를 위해 구별하여 설명하나, 반드시 이에 제한되지 않고 하나의 모둘에서 복수개의 모듈의 동작이 수행될 수 있다.
뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 제조장치(200)는 환자의 두부영상을 이용하여 환자 맞춤형 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100)를 제조할 수 있으므로 영상장치(20)로부터 환자의 영상정보를 받을 수 있다. 영상장치(20)는 두부 내부의 뇌를 촬영할 수 있는 자기공명영상(MRI: Magnetic Resonance Imaging), 기능적 자기공명영상(functional MRI), 컴퓨터 단층촬영(CT: Computed Tomography), 양전자단층촬영(PET: Positron Emission Tomography), 광학방식 스캐너 등 의료영상촬영장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
자기공명영상(MRI: Magnetic Resonance Imaging)은 자기장을 이용하여 자기장에 공명하는 원소를 촬영하는 방식으로 인체 내의 여러 가지 화학적인 특성(예를 들면, 화학적 천이, 스핀 격자 완화시간, 스핀 완화시간 등), 혈류속도, 확산계수 등 여러 가지 물리적인 양을 보여줄 수 있다.
기능적 자기공명영상(functional MRI)은 뇌의 신경 활동이 활성화됨에 따라 변화하는 혈류랑, 특히 산소를 조직에 전달하고 이산화탄소를 받아가는 환원헤모글로빈(디옥시헤모글로빈)의 농도 변화를 자기장을 통해 간접적으로 관찰하는 기술로 뇌에 특정기능을 수행시 변화를 촬영하는데 이용될 수 있다.
컴퓨터 단층촬영(CT: Computed Tomography)은 여러 방향에서 가는 X선빔을 투과시켜 인체 단면의 X선 흡수계수를 측정하고, 각 횡단면의 CT값을 필터 보정역투영법으로 구해 촬영한 영상을 합성하는 방법이다.
양전자단층촬영(PET: Positron Emission Tomography)은 생체 내 특정 대사 작용이 활발한 정도의 3차원 분포를 영상화한다.
이와 같은 3차원 촬영기법을 이용하여 뇌영상을 촬영하고 이를 기초로 뇌지도를 생성할 수 있다. 뇌지도 생성 모듈(220)은 3차원 기법으로 촬영한 환자의 뇌영상을 영상장치(20)로부터 받아, 환자의 뇌지도(제1 정보)를 생성할 수 있다. 이때, 실시예들에 따라, 추가로 환자의 뇌지도에서 질환과 관련된 뇌영역을 구분할 수 있다.
그리고, 질환증상을 기초로 뇌자극이 필요한 표준화된 자극지점(제2 정보)을 환자의 뇌지도(제1 정보) 상에서 매칭하여 최종 목표지점으로 추출할 수 있다.
예를 들어, 치매치료를 위한 경우, 각회(angular gyrus) 또는 왼쪽 및 오른쪽 외측두정엽 (lateral parietal)의 타겟점이 뇌자극을 시술할 표준위치 즉 표준화된 뇌자극 타겟정보(제2 정보)일 수 있다. 이때, 동일한 증상을 치료하기 위한 뇌자극 타겟정보를 이용하여, 환자의 뇌영상에서 그 부분을 찾기 위해서는, 인체의 뇌를 52개 영역으로 분류해 놓은 표준화된 분할지도, 즉, 표준화된 뇌자극 타겟정보(제2 정보)와 환자의 3D 뇌지도를 정합하여, 뇌자극 시술을 진행할 목표위치를 찾는 환자 맞춤형 목표지점(제3 정보)를 추출하는 프로세스가 수행될 수 있다.
또한, 뇌지도 생성 모듈(220)은 환자별 정확한 뇌자극 목표지점을 추출하기 위해, 뇌자극 시술장치 등을 이용하여 환자에 대해 뇌자극 테스트를 통해 최종적인 목표지점을 추출하는데 도움이 될 수 있는 추가정보를 얻을 수 있다.
환자의 뇌지도 상에서 표준정보와 정합하여 구한 모든 타겟지점이 시술장치의 자극에 의해 치료효과가 있는 부분이 아닐 수 있다. 따라서, 목표지점 결정 모듈(240)은 표준화된 자극지점(제2 정보) 및 환자의 뇌지도를 기초로 표준화된 자극지점에 대응되는 부분에 대응되는 이상지점을 목표지점(제3 정보)으로 추출할 수 있다.
시술위치 결정모듈(250)은 뇌자극 시술장치(10)의 자기장 또는 전기장 등의 효과가 미치는 유효범위 내에 최종 목표지점이 위치하도록 뇌자극 시술장치(10)의 위치를 결정한다. 뇌자극 시술장치(10)의 유효범위가 좁은 경우 시술위치 결정모듈(250)은 위치뿐만 아니라 뇌자극 시술장치(10)의 각도도 중요하다.
뇌자극 시술장치(10)의 효과를 최대화하기 위해 TMS의 경우 자기장의 자기 벡터 포텐셜의 최대지점이 목표지점이 되도록 시술위치를 결정할 수 있다. TMS 이외에도 전자기적 또는 초음파적 자극 시 효과가 최대로 되는 지점을 목표지점으로 설정할 수 있다.
영상장치에서 촬영한 환자의 3D 영상은 뇌뿐만 아니라 환자의 피부 및 골격에 대한 정보를 포함할 수 있다. 안면 모델링 모듈(210)은 이를 활용하여 안면을 3D로 구현할 수 있으며 이를 기초로 전술한 수직 가이드(111b, 114, 113b, 111c)와 수평 가이드(111a, 112, 113a)에 대응되는 랜드마크 지점을 추출할 수 있다.
두상(머리 모양 및 안명형상을 포함하는 개념으로 두부 전체의 형상을 의미한다)은 외부에서 촬영 가능하며 저렴한 장비로 정확도 높게 촬영 가능한 바, 뇌영상과 별도로 두상형상을 촬영하기 위하여 별도의 촬영장비로 3D스캔을 수행하여 안면 모델링을 수행할 수 있다. 다만, 이 경우 뇌영상과 환자의 두상 영상은 뇌영상과 동기화가 필요하다.
가이드 디바이스 모델링 모듈(230)은 페이스 마스크 모델링 모듈(231), 시술장치 홀더 모델링 모듈(232) 및 브릿지 모델링 모듈(233)을 포함할 수 있다.
페이스 마스크 모델링 모듈(231)은 안면 모델링 모듈(210)에서 구현한 환자의 안면 3D 이미지와 랜드마크에 대한 정보를 기초로 수직 가이드(111b, 114, 113b)와 수평 가이드(111a, 112, 113a)를 포함하는 페이스 마스크(110)의 형상을 생성할 수 있다.
제1 수직 가이드(111b) 내지 제3 수직 가이드(113b) 중 적어도 하나 이상을 포함하고, 제2 수직 가이드(114) 내지 제3 수직 가이드(113b) 중 적어도 하나를 포함하면서, 눈 영역은 삭제하고 불필요한 영역은 생략하여 개방부(115, 117)을 형성할 수 있다. 밴드 스트랩(150)을 연결하기 위한 스트랩 연결부(119)를 좌우 및 상측에 추가할 수 있다.
시술장치 홀더(130)는 환자의 치료에 이용할 뇌자극 시술장치(10)의 형상을 기초로 디자인하며 전술한 안착부(131), 측벽부(133), 고정돌기(134) 및 손잡이 안착부(135) 등을 포함할 수 있다.
브릿지 모델링 모듈(233)은 시술위치 결정모듈(250)에서 결정된 뇌자극 시술장치(10) 위치, 즉 시술장치 홀더(130)의 위치가 페이스 마스크(110)와 이격된 경우 페이스 마스크(110)와 시술장치 홀더(130)를 연결하는 브릿지(120)를 모델링 할 수 있다.
브릿지(120)의 일단은 페이스 마스크(110)에 타단은 시술장치 홀더(130)에 위치하며 브릿지(120)를 통해 시술장치 홀더(130)가 안정적으로 고정될 수 있도록 브릿지(120)의 위치 및 두께 형상을 설계할 수 있다.
브릿지(120)는 도 8과 같이 일체형으로 구성할 수도 있고, 도 1과 같이 분리형으로 구현할 수도 있다. 브릿지 모델링 모듈(233)에서 설계한 브릿지(120) 설계는 페이스 마스크 모델링 모듈(231)에서 생성한 페이스 마스크(110) 설계 및 시술장치 홀더(130) 설계와 병합하여 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100) 모델링을 만들 수 있다.
도 1과 같은 분리형 브릿지(120)의 경우 페이스 마스크(110) 및 제1 브릿지(121)에 대한 모델링과 시술장치 홀더(130)와 제2 브릿지(122)에 대한 모델링으로 나누어 2개의 모델링이 생성될 수 있다.
시술장치 홀더(130)는 기존에 제조된 디자인을 이용하는 경우 별도로 모델링을 생성하지 않고, 기존의 시술장치 홀더(130) 및 제2 브릿지(122)의 모델링에 페이스 마스크(110)와 제1 브릿지(121)의 모델링을 결합가능하며 시술위치에 시술장치 홀더(130)가 위치하도록 제1 브릿지(121)를 설계할 수 있다. 페이스 마스크(110)와 제1 브릿지(121)가 병합된 가이드 디바이스 성형모듈(260) 모델링을 생성할 수 있다.
가이드 디바이스 성형모듈(260)는 설계된 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100) 모델링을 이용하여 3D프린터를 이용하여 출력할 수 있다. 일체형인 경우 1개의 조각으로 이루어진 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100)를 프린트할 수 있다. 분리형인 경우 페이스 마스크(110)와 제1 브릿지(121)가 결합된 형태의 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100) 일부만 프린트 할 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 측면에 따른 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100) 제조방법을 도시한 도면이다. 도 10의 제조장치를 이용하여 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100)를 제조하는 방법을 구체적으로 살펴보도록 한다.
환자의 3차원 영상정보를 수신한다(S310). 3차원 영상정보는 자기공명영상(MRI: Magnetic Resonance Imaging), 기능적 자기공명영상(functional MRI), 컴퓨터 단층촬영(CT: Computed Tomography), 양전자단층촬영(PET: Positron Emission Tomography), 광학방식 스캐너 등 의료영상촬영장치 중 하나로 촬영한 뇌 영상을 포함할 수 있다.
뇌지도 생성 모듈(220)은 환자의 뇌영상을 기초로 환자의 3차원 뇌지도를 생성한다. 뇌영상에서 질환과 관련된 영역을 구분하고, 환자의 뇌지도와 정상인의 뇌를 비교하여 이상이 있는 지점을 확인할 수 있는 환자의 뇌지도(제1 정보)를 생성한다(S320).
이후 뇌자극 시술장치(10)의 치료를 위해 자극이 필요한 표준화된 뇌자극 타겟정보(제2 정보)를 기초로 환자의 뇌지도(제1 정보)와 비교하여 뇌자극 시술장치(10)로 자극할 목표지점(제3 정보)를 추출한다(S330, S340).
목표지점 결정 모듈(240)은 환자의 뇌지도(제1 정보) 상의 목표지점들 중에 표준화된 자극지점(제2 정보)에 대응되는 유효적인 목표지점을 최종 목표지점(제3 정보)으로 추출한다.
목표지점을 자극하기 위해 뇌자극 시술장치(10)가 위치할 지점, 즉 시술위치를 결정한다(S350). 시술위치는 환자의 3D영상을 활용하여 뇌지도 뿐만 아니라 두상을 3차원 모델링한다(S360). 두상의 3차원 모델링에서 페이스 마스크(110)의 좌우를 가이드할 수 있는 수평 가이드(111a, 112, 113a)와 수직방향을 가이드 할 수 있는 수직 가이드(111b, 114, 113b)에 대응되는 랜드마크에 대한 정보를 추출할 수 있다. 추가적으로, 수직가이드(111c)에 대응되는 랜드마크에 대한 정보를 추출할 수 있다.
두상의 3차원 모델링과 시술위치가 결정되면 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100)를 모델링 할 수 있다(S380). 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100) 모델링은 세부적으로 랜드마크를 포함하는 영역을 커버하는 페이스 마스크(110)를 모델링할 수 있다. 페이스 마스크(110) 모델링과 시술위치를 기초로 뇌자극 시술장치 안착부(131) 및 브릿지(120)를 모델링할 수 있다
시술위치가 페이스 마스크(110)와 이격된 경우 시술장치 홀더(130)와 페이스 마스크(110)를 연결하는 브릿지(120)가 필요하고 시술위치가 페이스 마스크(110)와 중첩되는 경우 시술장치 홀더(130)와 페이스 마스크(110)의 중첩영역을 생략할 수 있다.
도 1의 실시예와 같이 브릿지(120)를 분리형을 이용하는 경우 뇌자극 시술장치 안착부(131)는 별도로 모델링 할 필요 없고 페이스 마스크(110)에 연결된 제1 브릿지(121)만 페이스 마스크(110)에 결합된 형태로 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100)를 모델링 할 수 있다.
완성된 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100) 모델링을 기초로 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100)를 3D프린터로 출력하여 환자 맞춤형 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100)를 제조할 수 있다(S390)
도 12a 내지 도 13c는 및 도 13은 본 발명의 또 다른 측면에 따른 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100) 제조방법에 따른 제조과정을 도시한 도면으로 도 12a 내지 도 12e는 치매 환자용 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100)를 제조하는 방법의 예이고 도 13a 내지 도 13c는 우울증 환자용 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100)를 제조하는 방법의 예이다.
도 12a의 (a)를 참고하면 치매의 경우 각회 (angular gyrus) 또는 왼쪽 및 오른쪽 외측두정엽(lateral parietal)을 자극하면 증상이 완화되는 효과가 있다. 환자의 뇌영상에서 각회 (angular gyrus) 또는 왼쪽 및 오른쪽 외측두정엽(lateral parietal)에 대응되는 위치를 확인하고 이를 목표지점(T)으로 결정할 수 있다.
도 12a의 (b)와 같이 목표지점에 뇌자극 시술장치(10)의 자기장의 자기 벡터 포텐셜의 최대지점이 위치하도록 시술위치를 결정할 수 있다. 각회와 두정엽은 정수리에서 약간 뒤쪽에 위치하므로 각회와 두정엽을 자극하기 위해 시술위치는 후두부 상측에 위치할 수 있다. 시술장치 홀더(130)의 위치가 후두부 쪽에 위치하므로 페이스 마스크(110)와 시술장치 홀더(130)를 연결하기 위한 브릿지(120)가 필요하다.
도 12a의 (c)에 도시된 바와 같이 페이스 마스크(110), 브릿지(120) 및 시술장치 홀더(130)를 포함하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100)를 모델링하고 3D프린터를 이용하여 출력할 수 있다.
실시예들에 따른 치매 환자용 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100)를 제조하는 방법의 다른 실시예들을 도 12b 내지 도 12e에 추가 도시하였다.
한편, 도 13a의 (a)를 참고하면 우울증 환자는 전전두엽 부위를 자극하여 세로토닌과 도파민의 분비를 증가시켜 우울증을 개선할 수 있다. 환자의 뇌영상에서 전전두엽 부위를 목표지점(T)으로 결정할 수 있다.
도 13a의 (b)와 같이 목표지점에 뇌자극 시술장치(10)의 자기장의 자기 벡터 포텐셜의 최대지점이 위치하도록 시술위치를 결정할 수 있다. 전전두엽은 이마에 근접한 위치므로 전전두엽을 자극하기 위해 시술위치는 이마에 위치할 수 있다. 시술장치 홀더(130)의 위치가 페이스 마스크(110)와 중첩되므로 브릿지(120)가 필요 없고 페이스 마스크(110)의 중첩부는 일부 생략할 수 있다.
도 13a의 (c)에 도시된 바와 같이 페이스 마스크(110) 시술장치 홀더(130)를 포함하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100)를 모델링하고 3D프린터를 이용하여 출력할 수 있다.
실시예들에 따른 우울증 환자용 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스(100)를 제조하는 방법의 다른 실시예들을 도 13b 내지 도 13c에 추가 도시하였다.
본 발명의 적어도 일 실시예에 따르면, 시술도구인 뇌자극 시술장치(10)를 정확한 위치에 배치할 수 있어, 시술의 효과를 개선할 수 있다.
환자가 움직이더라도 위치의 변화가 없으며, 반복적으로 시술 시에 매번 시술위치를 결정을 해야 하는 번거로움을 줄일 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (26)

  1. 환자의 뇌를 전기장 또는 자기장으로 자극하는 뇌자극 시술장치를 위치시키기 위한 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스로서,
    상기 환자의 코, 관자놀이 및 광대의 적어도 일부를 커버하도록 상기 환자의 안면에 장착되는 페이스 마스크; 및
    상기 페이스 마스크에 고정되며 자기장이 생성되는 자기코일이 내장된 뇌자극 시술장치가 안착되는 시술장치 홀더를 포함하고,
    상기 페이스 마스크는
    상기 환자의 코뼈의 좌우를 감싸는 제1 수평 가이드;
    상기 환자의 관자놀이의 좌우에 위치하는 제2 수평 가이드; 및
    상기 환자의 광대 좌우에 위치하는 제3 수평 가이드 중 적어도 하나를 포함하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 페이스 마스크는
    상기 환자의 코뼈 상부에 위치하는 제1 수직 가이드;
    상기 환자의 눈썹 뼈를 감싸는 제2 수직 가이드; 및
    상기 환자의 광대의 상부를 커버하는 제3 수직 가이드 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 페이스 마스크는
    상기 안면의 코끝 일부를 감싸는 제2 수직 가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 뇌자극 시술장치는
    경두개 자기자극(TMS: Transcranial Magnetic Stimulation)장치 또는 경두개 직류전기 자극(tDCS: transcranial direct current stimulation)를 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 시술장치 홀더는
    상기 뇌자극 시술장치의 자기장이 사출되는 전면의 둘레를 감싸며 중앙에 개구부를 포함하는 안착면;
    상기 안착면에서 연장되며 상기 뇌자극 시술장치의 측면 둘레를 감싸는 측벽부; 및
    상기 측벽부의 단부에서 연장되고 상기 뇌자극 시술장치의 배면의 일부가 걸리는 고정돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 시술장치 홀더는 일방향으로 길이가 길고,
    상기 고정돌기는 상기 시술장치 홀더의 길이 방향의 일측에 위치하는 것을 특징으로 하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 측벽부의 일부가 생략되고 측방향으로 돌출되며 상기 뇌자극 시술장치의 손잡이가 위치하는 손잡이 안착부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 페이스 마스크는 상기 페이스 마스크를 상기 환자의 안면에 고정하는 밴드 스트랩을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 페이스 마스크와 상기 시술장치 홀더 사이를 연결하는 브릿지를 포함하며,
    상기 브릿지는 상기 페이스 마스크의 상부에서 연장되는 것을 특징으로 하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 브릿지는
    상기 페이스 마스크에 연결된 제1 브릿지;
    상기 시술장치 홀더에 연결된 제2 브릿지; 및
    상기 제1 브릿지와 상기 제2 브릿지를 체결하는 체결구를 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 시술장치 홀더의 위치와 상기 페이스 마스크의 위치의 적어도 일부분이 중첩되는 경우,
    상기 페이스 마스크는 상기 시술장치 홀더와 중첩 영역의 적어도 일부가 생략된 것을 특징으로 하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 페이스 마스크는 상기 밴드 스트랩이 고정되는 스트랩 고리를 포함하고,
    상기 스트랩 고리는 상기 페이스 마스크의 좌우 및 상부에 3개 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스.
  13. 환자의 안면에 대한 3차원 영상에 기초하여 환자의 코, 관자놀이 및 광대의 적어도 일부를 커버하는 페이스 마스크를 모델링 하는 단계;
    상기 환자의 뇌에 대한 3차원 영상을 모델링하는 환자의 뇌지도 생성단계;
    상기 환자의 뇌지도를 바탕으로 목표지점을 추출하는 단계;
    자기장을 생성하는 뇌자극 시술장치의 자기 벡터 포텐셜의 최대지점이 상기 목표지점에 중첩되도록 상기 뇌자극 시술장치의 시술위치를 산출하는 단계;
    상기 페이스 마스크에서 연장된 제1 브릿지를 모델링하는 단계; 및
    상기 페이스 마스크의 모델링과 상기 브릿지의 모델링에 기초하여 시술 가이드를 출력하는 시술 가이드 성형단계를 포함하고,
    상기 제1 브릿지는
    상기 뇌자극 시술장치를 장착하는 기성 시술장치 홀더가 상기 시술위치에 배치되도록 상기 기성 시술장치 홀더에서 연장된 제2 브릿지와 체결되는 체결부를 포함하는
    뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 페이스 마스크를 모델링 하는 단계는,
    상기 환자의 안면에 대한 3차원 영상을 기초로 상기 안면의 코뼈의 좌우를 감싸는 제1 수평 가이드를 모델링하는 단계;
    상기 안면의 관자놀이의 좌우에 위치하는 제2 수평 가이드를 모델링하는 단계; 및
    상기 안면의 광대 좌우에 위치하는 제3 수평 가이드를 모델링하는 단계 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 제조방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 페이스 마스크를 모델링 하는 단계는,
    상기 환자의 안면에 대한 3차원 영상을 기초로 상기 안면의 코뼈 상부에 위치하는 제1 수직 가이드를 모델링 하는 단계;
    상기 안면의 눈썹뼈를 감싸는 제2 수직 가이드를 모델링하는 단계; 및
    상기 안면의 광대의 상부를 커버하는 제3 수직 가이드를 모델링 하는 단계 중 적어도 하나를 포함하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 페이스 마스크를 모델링 하는 단계는,
    상기 안면의 코끝 일부를 감싸는 제4 수직 가이드를 모델링 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 제조방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 목표지점을 추출하는 단계는,
    상기 환자의 뇌지도 및 표준화된 뇌자극 타겟정보를 바탕으로 상기 뇌자극 시술장치로 자극할 환자 맞춤형 목표지점을 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 제조방법.
  18. 환자의 안면에 대한 3차원 영상에 기초하여 환자의 코, 관자놀이 및 광대의 적어도 일부를 커버하는 페이스 마스크를 모델링 하는 단계;
    상기 환자의 뇌에 대한 3차원 영상을 모델링하는 환자의 뇌지도 생성단계;
    상기 환자의 뇌지도에서 목표지점을 추출하는 단계;
    자기장을 생성하는 뇌자극 시술장치의 자기 벡터 포텐셜의 최대지점이 상기 목표지점에 중첩되도록 상기 환자의 두상에 대한 3차원 영상에서 상기 뇌자극 시술장치의 시술위치를 산출하는 단계;
    상기 뇌자극 시술장치의 형태 및 시술위치를 고려하여 시술장치 홀더를 모델링 하는 단계; 및
    상기 페이스 마스크의 모델링과 상기 시술장치 홀더의 모델링에 기초하여 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스를 출력하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 성형단계를 포함하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 제조방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 페이스 마스크를 모델링 하는 단계는,
    상기 환자의 안면에 대한 3차원 영상을 기초로 상기 안면의 코뼈의 좌우를 감싸는 제1 수평 가이드를 모델링하는 단계;
    상기 안면의 관자놀이의 좌우에 위치하는 제2 수평 가이드를 모델링하는 단계; 및
    상기 안면의 광대 좌우에 위치하는 제3 수평 가이드를 모델링하는 단계 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는
    뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 제조방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 페이스 마스크를 모델링 하는 단계는,
    상기 환자의 안면에 대한 3차원 영상을 기초로 상기 안면의 코뼈 상부에 위치하는 제1 수직 가이드를 모델링 하는 단계;
    상기 안면의 눈썹뼈를 감싸는 제2 수직 가이드를 모델링하는 단계; 및
    상기 안면의 광대의 상부를 커버하는 제3 수직 가이드를 모델링 하는 단계 중 적어도 하나를 포함하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 제조방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 페이스 마스크를 모델링 하는 단계는,
    상기 안면의 코끝 일부를 감싸는 제4 수직 가이드를 모델링 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 제조방법.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 페이스 마스크와 상기 시술장치 홀더의 위치가 이격된 경우
    상기 페이스 마스크와 상기 시술장치 홀더를 연결하는 브릿지를 모델링하는 단계를 더 포함하며,
    상기 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 성형단계는
    상기 브릿지를 포함하여 상기 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 제조방법.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 시술장치 홀더의 위치가 상기 페이스 마스크의 위치와 적어도 일부가 중첩되는 경우,
    상기 페이스 마스크를 모델링하는 단계는 상기 시술장치 홀더와 중첩되는 상기 페이스 마스크의 적어도 일부가 생략된 상기 페이스 마스크를 모델링 하는 것을 특징으로 하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 제조방법.
  24. 제18항에 있어서,
    상기 목표지점을 추출하는 단계는,
    상기 환자의 뇌지도 및 표준화된 뇌자극 타겟정보를 바탕으로 상기 뇌자극 시술장치로 자극할 환자 맞춤형 목표지점을 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 제조방법.
  25. 환자의 두부 영상에 기초하여 환자의 안면 대한 3차원 영상을 생성하는 안면 모델링 모듈;
    환자의 뇌 MRI 영상에 기초하여 환자의 뇌에 대한 3차원 영상을 모델링하는 뇌지도 생성 모듈;
    상기 생성된 뇌지도에서 목표지점을 추출하는 목표지점 결정 모듈;
    자기장을 생성하는 뇌자극 시술장치의 자기 벡터 포텐셜의 최대지점이 상기 목표지점에 위치하도록 상기 뇌자극 시술장치의 시술위치를 결정하는 시술위치 결정 모듈;
    상기 환자의 안면 3차원 영상에 기초하여 환자의 코, 관자놀이 및 광대의 적어도 일부를 커버하는 페이스 마스크 및 상기 시술위치에 상기 뇌자극 시술장치를 장착하는 시술장치 홀더를 모델링하는 가이드 디바이스 모델링 모듈; 및
    상기 페이스 마스크 및 상기 시술장치 홀더의 모델링을 기초로 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스를 출력하는 가이드 디바이스 성형모듈을 포함하는
    뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 제조장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 가이드 디바이스 모델링 모듈은
    상기 페이스 마스크와 상기 시술장치 홀더의 위치가 이격된 경우 상기 페이스 마스크와 상기 시술장치 홀더를 연결하는 브릿지를 모델링하고,
    상기 가이드 디바이스 성형모듈은
    상기 브릿지를 포함하여 상기 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스를 출력하는 것을 특징으로 하는 뇌자극 시술장치 가이드 디바이스 제조장치.
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