WO2024090875A1 - System, apparatus, and method for adaptive brain stimulation control based on neural signal analysis - Google Patents

System, apparatus, and method for adaptive brain stimulation control based on neural signal analysis Download PDF

Info

Publication number
WO2024090875A1
WO2024090875A1 PCT/KR2023/016007 KR2023016007W WO2024090875A1 WO 2024090875 A1 WO2024090875 A1 WO 2024090875A1 KR 2023016007 W KR2023016007 W KR 2023016007W WO 2024090875 A1 WO2024090875 A1 WO 2024090875A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
nerve stimulation
nerve
signal
patient
stimulation
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/016007
Other languages
French (fr)
Korean (ko)
Inventor
김기현
최영진
김철
Original Assignee
한국전기연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전기연구원 filed Critical 한국전기연구원
Publication of WO2024090875A1 publication Critical patent/WO2024090875A1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/25Bioelectric electrodes therefor
    • A61B5/262Needle electrodes
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/25Bioelectric electrodes therefor
    • A61B5/279Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses
    • A61B5/294Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses for nerve conduction study [NCS]
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/02Details
    • A61N1/04Electrodes
    • A61N1/05Electrodes for implantation or insertion into the body, e.g. heart electrode
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/372Arrangements in connection with the implantation of stimulators
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N7/00Ultrasound therapy

Definitions

  • the present invention relates to a brain stimulation control system, device, and method. More specifically, the present invention relates to a brain stimulation control system, device, and method, and more specifically, to adaptively apply a nerve stimulation signal based on analysis of the patient's nerve signal, thereby reducing the therapeutic effect and damaging the nerve tissue due to constant nerve stimulation. It relates to an adaptive brain stimulation control system, device, and method based on neural signal analysis that can suppress and extend the battery replacement cycle.
  • a needle for nerve stimulation is inserted into the patient's sub-thalamic nucleus (STN), and the needle and wire for nerve stimulation (A treatment technique is being used to alleviate the condition and enable daily life by applying an electrical stimulation signal of about 130 Hz from an implantable body connected through a wire.
  • STN sub-thalamic nucleus
  • a treatment technique is being used to alleviate the condition and enable daily life by applying an electrical stimulation signal of about 130 Hz from an implantable body connected through a wire.
  • the treatment effect can be maintained continuously even after the procedure, tissue damage and necrosis due to constant nerve stimulation can be prevented, repeated reoperations for battery replacement can be reduced, and further upgrades to treatment algorithms, etc.
  • the present invention was developed to solve the above problems, and can continuously maintain the treatment effect even after the procedure, prevent tissue damage and necrosis due to constant nerve stimulation, and also enable repeated reoperation for battery replacement.
  • the purpose is to disclose a brain stimulation control system, device, and method that can reduce and continuously improve treatment effects through upgrades to treatment algorithms, etc.
  • a nerve stimulation system to solve the above problems includes a nerve signal detection unit that is partially or fully inserted into the patient's brain to detect nerve signals, and a nerve signal detection unit that detects nerve signals, and A nerve signal detection device including a first wireless communication unit that wirelessly transmits nerve stimulation data for nerve stimulation to a patient; And, a second wireless communication unit that receives the nerve stimulation data from the nerve signal detection device, and a nerve stimulation performing unit that applies a nerve stimulation signal calculated based on the nerve stimulation data to the brain of the patient to perform nerve stimulation. It is characterized in that it includes a nerve stimulator.
  • the nerve signal detection unit may include a needle-shaped electrode that senses the patient's nerve signal, and a nerve signal processor that calculates the nerve stimulation data based on the nerve signal sensed by the needle-shaped electrode.
  • the nerve signal processing unit applies a predetermined first algorithm to the nerve signal to adaptively calculate the nerve stimulation data, and the nerve stimulation performing unit generates the nerve stimulation signal based on the nerve stimulation data.
  • Nerve stimulation can be performed by applying it to the patient's brain.
  • the first algorithm can be updated and applied with the second algorithm transmitted through the first wireless communication unit.
  • the nerve stimulation performing unit includes a nerve stimulation signal calculation unit that adaptively calculates the nerve stimulation signal based on the nerve stimulation data, and a nerve stimulation signal to apply the nerve stimulation signal to perform nerve stimulation on the patient's brain. It may include a nerve stimulation application unit.
  • the nerve stimulation performing unit may generate ultrasound based on the nerve stimulation data and apply it to the patient's brain to perform nerve stimulation.
  • a plurality of ultrasound generators are arranged in the nerve stimulation performing unit to focus and apply the ultrasound to a specific area of the patient's brain.
  • the nerve stimulation signal calculation unit may adaptively calculate the nerve stimulation signal by applying a predetermined first algorithm to the nerve stimulation data.
  • the first algorithm can be updated and applied with the second algorithm transmitted through the second wireless communication unit.
  • the nerve stimulation performing unit may generate an electrical signal based on the nerve stimulation data and apply it to the patient's brain through the needle-shaped electrode to perform nerve stimulation.
  • the needle-shaped electrode is provided with a plurality of channels arranged at predetermined intervals, some channels among the plurality of channels are assigned as channels for sensing nerve signals, and some channels among the plurality of channels are nerve signals. It can be assigned to a channel for performing stimulation.
  • the needle-shaped electrode can time-divide the operation section to sense the nerve signal in the first section and perform nerve stimulation for the patient in the second section.
  • the nerve stimulation signal may be generated by analyzing the morphology of a nerve firing signal among the nerve signals and adjusting nerve stimulation parameters for the patient.
  • the nerve stimulation method includes the steps of wirelessly receiving, by a nerve stimulation device, nerve stimulation data for nerve stimulation for the patient calculated based on the patient's nerve signals; and performing nerve stimulation by applying a nerve stimulation signal calculated based on the nerve stimulation data to the patient's brain.
  • the treatment effect can be continuously maintained even after the procedure, and tissue damage and necrosis due to constant nerve stimulation can be prevented. can be prevented, and repeated reoperations for battery replacement can be reduced, and furthermore, the treatment effect can be continuously improved through upgrades to the treatment algorithm.
  • FIG. 1 is an exemplary diagram of a nerve stimulation device according to the prior art.
  • Figure 2 is a block diagram of a nerve stimulation system according to an embodiment of the present invention.
  • 3 to 6 are diagrams illustrating the specific configuration and operation of a nerve stimulation system according to an embodiment of the present invention.
  • Figures 7 and 8 are diagrams illustrating a configuration for performing nerve stimulation using ultrasound in a nerve stimulation system according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 9 is a diagram illustrating a neural firing signal according to an embodiment of the present invention.
  • 10 to 12 are diagrams illustrating adjustment of nerve stimulation parameters based on nerve firing signals according to an embodiment of the invention.
  • Figure 13 is a diagram illustrating adjustment of nerve stimulation parameters based on the frequency characteristics of a nerve signal according to an embodiment of the invention.
  • Figure 14 is a diagram illustrating adjustment of nerve stimulation parameters based on pattern classification of nerve signals according to an embodiment of the invention.
  • Figure 15 is a flowchart of a nerve stimulation method according to an embodiment of the present invention.
  • first, second, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, and the terms are used for the purpose of distinguishing one component from another component. It is used only as
  • Figure 2 illustrates a block diagram of the nerve stimulation system 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the nerve stimulation system 100 includes a nerve signal detection unit 111 that is partially or fully inserted into the patient's brain to detect nerve signals and the nerve
  • a nerve signal detection device 110 including a first wireless communication unit 112 for wirelessly transmitting nerve stimulation data for nerve stimulation for the patient calculated based on the signal, and the nerve signal detection device 110 from the nerve signal detection device 110.
  • a nerve stimulation device including a second wireless communication unit 121 that receives stimulation data and a nerve stimulation performing unit 122 that performs nerve stimulation by applying a nerve stimulation signal calculated based on the nerve stimulation data to the patient's brain. It may be configured to include (120).
  • the nerve signal detection unit 111 includes a needle-shaped electrode 111a that senses the patient's nerve signal, and a device that calculates the nerve stimulation data based on the nerve signal sensed by the needle-shaped electrode 111a. It may include a neural signal processing unit 111b.
  • the nerve signal processing unit 111b applies a predetermined first algorithm to the nerve signal to adaptively calculate the nerve stimulation data, and the nerve stimulation performing unit 122 calculates the nerve stimulation data based on the nerve stimulation data.
  • Nerve stimulation can be performed by generating a nerve stimulation signal and applying it to the patient's brain.
  • the neural signal detection device 110 may update and apply the first algorithm with the second algorithm transmitted through the first wireless communication unit 112.
  • the nerve stimulation performing unit 122 includes a nerve stimulation signal calculation unit 122a that adaptively calculates the nerve stimulation signal based on the nerve stimulation data, and applies the nerve stimulation signal to the patient's brain. It may include a nerve stimulation application unit 122b that performs nerve stimulation.
  • the nerve stimulation performing unit 122 may generate ultrasound based on the nerve stimulation data and apply it to the patient's brain to perform nerve stimulation.
  • a plurality of ultrasound generators are arranged in the nerve stimulation performing unit 122 to focus and apply the ultrasound to a specific area of the patient's brain.
  • the nerve stimulation signal calculation unit 122a may adaptively calculate the nerve stimulation signal by applying a predetermined first algorithm to the nerve stimulation data.
  • the first algorithm can be updated and applied with the second algorithm transmitted through the second wireless communication unit 121.
  • the nerve stimulation performing unit 122 may generate an electrical signal based on the nerve stimulation data and apply it to the patient's brain through the needle-shaped electrode 111a to perform nerve stimulation.
  • the needle-shaped electrode 111a is provided with a plurality of channels arranged at predetermined intervals, some channels among the plurality of channels are assigned as channels for sensing nerve signals, and some of the plurality of channels A channel may be assigned as a channel for performing nerve stimulation.
  • the needle-shaped electrode 111a can time-divide the operation section to sense the nerve signal in the first section and perform nerve stimulation for the patient in the second section.
  • the nerve stimulation signal may be generated by analyzing the morphology of a nerve firing signal among the nerve signals and adjusting nerve stimulation parameters for the patient.
  • the treatment effect can be continuously maintained even after the procedure, and tissue damage and necrosis due to constant nerve stimulation can be prevented. can be prevented, and repeated reoperations for battery replacement can be reduced, and furthermore, the treatment effect can be continuously improved through upgrades to the treatment algorithm.
  • the nerve signal detection unit 111 of the nerve signal detection device 110 is partially or fully inserted into the patient's brain to detect nerve signals.
  • the nerve signal detection unit 111 includes a needle-shaped electrode 111a that is inserted into the nervous tissue of the brain, such as the patient's subthalamic nucleus (STN), and senses the patient's nerve signals; Including a nerve signal processing unit 111b that calculates nerve stimulation data for the patient based on the nerve signal sensed by the needle-shaped electrode 111a, detecting nerve signals occurring in the patient's nerve tissue and performing nerve stimulation Data can be calculated.
  • STN subthalamic nucleus
  • detecting nerve signals from the subthalamic nucleus (STN) of a patient as described above is only an example of the present invention, and the present invention is not limited thereto.
  • the nerve signal processing unit 111b calculates the nerve stimulation data based on the nerve signal.
  • the nerve stimulation data may be data representing the characteristics of the nerve signal (for example, in FIG. 9 amplitude of the first peak signal in the neural firing signal, time interval between the first peak signal and the subsequent second peak signal, slew rate of the second peak signal, etc.), the present invention is not necessarily limited thereto.
  • the specific content or format of the nerve stimulation data can be configured so that a nerve stimulation signal for stimulating the patient's brain can be effectively calculated based on the nerve stimulation data.
  • the nerve stimulation data is data indicating whether nerve stimulation is required for the patient, or the nerve stimulation data can be used in various ways, such as using the nerve signal itself as the nerve stimulation data or digitally converting and transmitting the nerve stimulation data. It is also possible to organize data.
  • the first wireless communication unit 112 wirelessly transmits nerve stimulation data for nerve stimulation for the patient calculated based on the nerve signal.
  • the first wireless communication unit 112 can transmit the nerve stimulation data using various types of wireless communication technologies such as mobile communication such as Bluetooth, Wi-Fi, LTE, and NFC, and further, some Wired communication may be used in the section.
  • mobile communication such as Bluetooth, Wi-Fi, LTE, and NFC
  • Wired communication may be used in the section.
  • the nerve signal detection device 110 detects nerve signals from the patient's brain using the nerve signal detection unit 111 and calculates nerve stimulation data through the first wireless communication unit 112. Nerve stimulation data can be wirelessly transmitted to the nerve stimulation device 120 to perform nerve stimulation on the patient.
  • a needle-shaped electrode 111a is inserted into the patient's brain to detect nerve signals or perform nerve stimulation through a plurality of channels.
  • the nerve signal detection device 110 (110) can control nerve stimulation in the nerve stimulator 120 while performing wireless communication with the nerve stimulator 120 through the first wireless communication unit 112, and process an algorithm for nerve stimulation through this. Significant power consumption consumed in the process can be effectively reduced.
  • DBS deep brain stimulation
  • a stimulating device is inserted under the skin of the patient's chest, and the wire connected to the needle electrode is also inserted under the scalp along the subcutaneous layer of the neck.
  • DBS deep brain stimulation
  • the present invention can effectively solve these problems, and furthermore, the nerve signals recorded in the external nerve stimulator 120 and Through artificial intelligence learning or a series of analysis processes through stimulation events, the stimulation control algorithm can be optimized for each individual and continuously upgraded, thereby reducing the side effects of nerve stimulation treatment and improving the treatment effect.
  • the present invention it is possible to monitor deep brain nerve activity signals as if monitoring the patient's vital signals (e.g., heart rate, blood oxygen saturation, blood pressure, respiratory rate, ECG, etc.), which can be used in hospitals.
  • vital signals e.g., heart rate, blood oxygen saturation, blood pressure, respiratory rate, ECG, etc.
  • various uses are possible, such as use as a personal healthcare device.
  • the nerve stimulation device 120 can perform nerve stimulation for the patient using ultrasound, but the present invention is not necessarily limited thereto, and the nerve signal is detected without performing nerve stimulation using ultrasound.
  • the nerve signal sensed by the needle-shaped electrode 111a of the device 110 is wirelessly transmitted, a stimulation control algorithm is performed, the nerve stimulation parameters are adjusted and wirelessly transmitted back to the nerve signal detection device 110, the nerve The signal detection device 110 can use this to perform electrical stimulation on the patient.
  • the nerve signal detection device 110 is used only for sensing nerve signals, and nerve stimulation can be performed through the nerve stimulator 120.
  • the nerve signal detection device 110 senses a nerve signal and sends a signal to the nerve stimulator 120 through wireless communication
  • the nerve stimulator 120 performs a stimulation control algorithm, and according to the results, It is also possible to perform nerve stimulation using ultrasound by adjusting nerve stimulation parameters.
  • the nerve signal detection device 110 adaptively calculates the nerve stimulation data using a predetermined first algorithm and wirelessly transmits the nerve stimulation data
  • the nerve stimulation device 120 may generate the nerve stimulation signal based on the nerve stimulation data and apply it to the patient's brain to perform nerve stimulation.
  • the first algorithm will be described later with reference to FIG. 9 and below.
  • the neural signal detection device 110 may update and apply the first algorithm with the second algorithm transmitted through the first wireless communication unit 112, but the present invention This is not necessarily limited to this, and it is also possible to update the first algorithm in the neural signal detection device 110 through wired communication or direct connection.
  • the nerve signal detection device 110 is equipped with a power supply unit 113, such as a battery, to supply power for driving the nerve signal detection device 110.
  • a power supply unit 113 such as a battery
  • the nerve signal detection device 110 senses the nerve signal or processes it and transmits it wirelessly, and the configuration for nerve stimulation for the patient is provided in a separate nerve stimulation device 120, so the nerve signal detection device 110 ), it is possible to effectively extend the life of batteries, etc. by reducing the power consumed.
  • the nerve stimulation device 120 receives the nerve stimulation data from the nerve signal detection device 110 through the second wireless communication unit 121.
  • the nerve stimulation performing unit 122 applies a nerve stimulation signal calculated based on the nerve stimulation data to the patient's brain to perform nerve stimulation.
  • a user of the nerve stimulation system 100 such as a patient, the patient's guardian, or a medical staff member, performs nerve stimulation on the patient included in the nerve stimulation data wirelessly transmitted from the nerve signal detection unit 110.
  • nerve stimulation for the patient can be performed using the nerve stimulation device 120.
  • the nerve stimulation performing unit 122 includes a nerve stimulation signal calculating unit 122a that adaptively calculates the nerve stimulation signal based on the nerve stimulation data, and the nerve stimulation It may include a nerve stimulation application unit 122b that applies a signal to perform nerve stimulation to the patient's brain.
  • the nerve stimulation performing unit 122 may generate ultrasound based on the nerve stimulation data and apply it to the patient's brain to perform nerve stimulation.
  • the nerve stimulation performing unit 122 can perform nerve stimulation by applying ultrasound to the patient's brain without passing through the needle-shaped electrode 111a inserted into the patient's brain. .
  • a plurality of ultrasound generators are arranged in the nerve stimulation performing unit 122 to focus and apply the ultrasound to a specific area of the patient's brain.
  • the nerve stimulation performing unit 122 can convert an electrical signal into ultrasound using a plurality of PZT elements and apply it to the patient's head.
  • the ultrasound applied from the plurality of PZT elements can be controlled to focus on a specific area, thereby efficiently performing nerve stimulation.
  • the nerve stimulation performing unit 122 includes classification by mode of ultrasound (FIG. 8A), electronic beamforming (FIG. 8B), and ultrasound transmission apodization (FIG. 8B).
  • ultrasound can be applied by effectively focusing it on a specific part of the patient's brain while suppressing secondary and higher order lobes.
  • the nerve stimulation device 120 adaptively generates the nerve stimulation signal using a predetermined first algorithm and applies it to the patient's brain. Nerve stimulation can be performed.
  • the first algorithm will be described later with reference to FIGS. 9 to 14.
  • the nerve stimulator 120 may update and apply the first algorithm with the second algorithm transmitted through the second wireless communication unit 121, but the present invention It is not necessarily limited to this, and it is also possible to update the first algorithm in the neurostimulation device 120 through wired communication or direct connection.
  • the nerve stimulation performing unit 120 may generate an electrical signal based on the nerve stimulation data and apply it to the patient's brain through the needle-shaped electrode 111a to perform nerve stimulation.
  • the user contacts the nerve stimulation performing unit 120 with the nerve signal detecting unit 110 to connect the electrode provided in the nerve stimulation performing unit 120 and the nerve signal detecting unit 110.
  • the nerve stimulation signal generated by the nerve stimulation performing unit 120 is transmitted to the needle-shaped electrode 111a and applied to the patient's brain to perform nerve stimulation.
  • the needle-shaped electrode 111a is provided with a plurality of channels arranged at predetermined intervals, and some channels among the plurality of channels are assigned as channels for sensing nerve signals, and some of the plurality of channels A channel may be assigned as a channel for performing nerve stimulation.
  • the nerve stimulation signal is generated by analyzing the morphology of the nerve firing signal among the nerve signals and adjusting the nerve stimulation parameters for the patient. You can.
  • the nerve stimulation system 100 analyzes the morphology of nerve firing signals among the nerve signals detected by the nerve signal detection unit 110 to adjust nerve stimulation parameters for the patient.
  • the amplitude of the first peak signal among the nerve firing signals (Amplitude in FIG. 9), the second peak following the first peak signal
  • the nerve stimulation parameters for the patient can be adjusted by considering one or more of the time interval between signals (Width in FIG. 9) and the rise rate (Slew Rate in FIG. 9) of the second peak signal.
  • the nerve stimulation system 100 can adjust one or more of the current level, voltage level, stimulation time, and stimulation frequency of the nerve stimulation.
  • the adaptive nerve stimulation system 100 adjusts nerve stimulation parameters adaptively based on the patient's nerve firing signal. , it suppresses the reduction in treatment effect and damage to nerve tissue caused by constant nerve stimulation, reduces battery consumption, and extends the battery replacement cycle.
  • the nerve stimulation system 100 when the amplitude of the first peak signal is greater than a predetermined first reference value, the nerve for the patient Stimulation parameters can be adjusted.
  • the nerve signal is processed through processing. Calculate the amplitude of the first peak signal from the nerve firing signal ( Figure 10(b)), and if the amplitude of the first peak signal is greater than the first predetermined reference value, the nerve for the patient Stimulation parameters are adjusted ( Figure 10(c)).
  • the time interval between the first peak signal and the subsequent second peak signal is less than a predetermined second reference value. If so, nerve stimulation parameters can be adjusted for the patient.
  • the nerve signal when a nerve signal is detected ((a) of Figure 11), the nerve signal is processed. Calculate the time interval (Width) between the first peak signal and the subsequent second peak signal in the neural firing signal ((b) of FIG. 11), and the time between the first peak signal and the subsequent second peak signal If the width is smaller than the predetermined second reference value, the nerve stimulation parameters for the patient are adjusted ( Figure 11(c)).
  • Nerve stimulation parameters can be adjusted.
  • the adaptive nerve stimulation system 100 when a nerve signal is detected ((a) of Figure 12), the nerve signal is processed. Calculate the slew rate of the second peak signal from the neural firing signal ((b) of FIG. 12), and when the slew rate of the second peak signal is greater than a predetermined third reference value Nerve stimulation parameters for the patient are adjusted ( Figure 12(c)).
  • the nerve stimulation parameters can be adjusted using the sum of the plurality of nerve stimulation parameter adjustment values multiplied by each weight.
  • nerve stimulation parameters for the patient can be adjusted by analyzing the frequency characteristics of the nerve signal along with analyzing the morphology of the nerve firing signal. there is.
  • the nerve stimulation parameter adjustment unit 120 analyzes the morphology of the nerve firing signal and configures the nerve signal in advance. Nerve stimulation parameters for the patient can be adjusted by categorizing them into a plurality of predetermined patterns.
  • the nerve stimulation system 100 when the nerve stimulation system 100 according to an embodiment of the present invention detects a nerve signal ((a) of Figure 14), the nerve signal is analyzed and a predetermined Classify into patterns (e.g., tonic patterns, random patterns, bursting patterns, etc. in Figure 14 (b)), calculate the ratio of each pattern constituting the neural signal, etc.
  • the nerve stimulation parameters for the patient can be adjusted by determining whether the ratio of a specific pattern exceeds a predetermined standard value ( Figure 14(c)).
  • the nerve stimulation system 100 considers the frequency characteristic analysis or pattern analysis of the nerve signal along with the morphology analysis of the nerve firing signal to determine the nerve response to the patient. By adjusting the stimulation parameters, it is possible to calculate more accurate nerve stimulation parameters.
  • nerve stimulation system 100 when two or more of the morphology analysis, frequency characteristic analysis, and pattern analysis are considered together, a plurality of nerve stimulation parameters according to each analysis Nerve stimulation parameters can be adjusted using the sum of the adjustment values multiplied by the weights.
  • the nerve stimulation system 100 performs nerve stimulation on the patient according to the adjusted nerve stimulation parameters.
  • a needle-shaped electrode 111a inserted into the nerve tissue is connected to the nerve tissue through a wire or the like to apply an electric signal to the nerve tissue to perform nerve stimulation or generate ultrasound.
  • nerve stimulation can be performed by applying it to the patient's nervous tissue.
  • the nerve stimulation system 100 can perform nerve stimulation on the patient only when the nerve signal is determined to be abnormal, thereby preventing damage and necrosis of nerve tissue due to constant nerve stimulation.
  • battery consumption can be reduced and the battery replacement cycle can be extended.
  • the nerve signal detection unit 111 and the nerve stimulation performance unit 122 may be connected to the same needle-shaped electrode 111a.
  • the nerve signal detection unit 111 and the nerve stimulation performance unit 122 time divide the operation section, so that in the first section, the nerve signal detection section 111 detects the patient's nerve signal, and in the second section, the nerve signal detection unit 111 detects the patient's nerve signal.
  • the nerve stimulation performing unit 122 may generate an electrical signal based on the nerve stimulation data and apply it to the patient's brain through the needle-shaped electrode 111a to perform nerve stimulation.
  • the needle-shaped electrode 111a is provided with a plurality of channels arranged at predetermined intervals, some channels among the plurality of channels are assigned as channels for sensing nerve signals, and some of the plurality of channels A channel may be assigned as a channel for performing nerve stimulation.
  • the needle-shaped electrode 111a may be provided with a structure of a plurality of channels (e.g., a minimum of 4 channels to a maximum of 64 channels), where the plurality of channels are provided with a predetermined physical gap. It is possible for the user or control system to remotely set the location for optimal neural signal recording.
  • a plurality of channels e.g., a minimum of 4 channels to a maximum of 64 channels
  • the nerve signal processing and stimulation control process using an adaptive stimulation control algorithm takes into account the clinical environment and a direction advantageous for treatment, and the needle-shaped electrode ( It is also possible to perform nerve stimulation on a patient by using 111a), by generating ultrasound in the nerve stimulation performing unit 122, or by using both together.
  • the nerve stimulation system 100 may further include a wireless setting unit (not shown) that allows manually setting nerve stimulation parameters for the patient.
  • the wireless setting unit (not shown) can manually set nerve stimulation parameters for the patient through wireless communication such as Bluetooth or Wi-Fi.
  • the nerve stimulation system 100 allows users, such as medical staff, to manually set the nerve stimulation parameters in consideration of the patient's condition, etc., to a setting value suitable for the patient without requiring reoperation. can be set.
  • the nerve signal detection device 110 transmits the nerve signal to a user's terminal such as a smartphone, or transmits a message for performing nerve stimulation.
  • a user's terminal such as a smartphone
  • predetermined processing can be performed or provided to the user to perform nerve stimulation using the portable nerve stimulation performing unit 122.
  • Figure 15 shows a flowchart of a nerve stimulation method according to an embodiment of the present invention.
  • the nerve stimulation device 120 uses nerve stimulation data for nerve stimulation for the patient calculated based on the patient's nerve signals. It may include a step of wirelessly receiving (S110) and applying a nerve stimulation signal calculated based on the nerve stimulation data to the patient's brain to perform nerve stimulation (S120).
  • the nerve stimulation method according to an embodiment of the present invention is similar in its operating principle and operation to the nerve stimulation system 100 described above and can be easily implemented and performed by a person skilled in the art. Therefore, a detailed description will be omitted and the nerve stimulation method described above will be omitted. Reference may be made to a series of descriptions of the stimulation system 100.
  • the treatment effect can be continuously maintained even after the procedure, and tissue damage and necrosis due to constant nerve stimulation can be prevented. can be prevented, and repeated reoperations for battery replacement can be reduced, and furthermore, the treatment effect can be continuously improved through upgrades to the treatment algorithm.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Neurology (AREA)
  • Neurosurgery (AREA)
  • Electrotherapy Devices (AREA)
  • Psychology (AREA)
  • Physiology (AREA)

Abstract

The present invention relates to a system, apparatus, and method for brain stimulation control, and more specifically, to a system, apparatus, and method for adaptive brain stimulation control based on neural signal analysis, wherein neural stimulation signals are adaptively applied on the basis of the analyses of neural signals of a patient, and thus a reduction in treatment effect and damage to neural tissues caused by regular neural stimulation can be suppressed and the interval for battery replacement can be increased. Disclosed is a neural stimulation system characterized by comprising: a neural signal detection apparatus comprising a neural signal detection unit partially or fully inserted into the patient's brain to detect neural signals, and a first wireless communication unit which wirelessly transmits neural stimulation data, calculated on the basis of the neural signals, for neural stimulation of the patient; and a neural stimulation apparatus comprising a second wireless communication unit which receives the neural stimulation data from the neural signal detection apparatus, and a neural stimulation performance unit which performs neural stimulation by applying neural stimulation signals calculated on the basis of the neural stimulation data to the patient's brain.

Description

신경 신호 분석에 기반한 적응형 뇌자극 조절 시스템, 장치 및 방법Adaptive brain stimulation control system, device and method based on neural signal analysis
본 발명은 뇌자극 조절 시스템, 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 환자의 신경 신호 분석에 기반하여 적응적으로 신경 자극 신호를 인가하여 상시 신경 자극으로 인한 치료 효과의 감소 및 신경 조직의 손상을 억제하고 배터리 교체 주기도 늘릴 수 있는 신경 신호 분석에 기반한 적응형 뇌자극 조절 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a brain stimulation control system, device, and method. More specifically, the present invention relates to a brain stimulation control system, device, and method, and more specifically, to adaptively apply a nerve stimulation signal based on analysis of the patient's nerve signal, thereby reducing the therapeutic effect and damaging the nerve tissue due to constant nerve stimulation. It relates to an adaptive brain stimulation control system, device, and method based on neural signal analysis that can suppress and extend the battery replacement cycle.
근래 치매 등 신경과 질환에 대한 사회적 관심이 증가하고 있으며, 이와 관련하여 파킨슨병, 간질 등에 대하여 특정 시신경을 자극하여 병증을 개선하는 치료 기법이 시도되고 있다.Recently, social interest in neurological diseases such as dementia has been increasing, and in relation to this, treatment techniques have been attempted to improve conditions by stimulating specific optic nerves for Parkinson's disease, epilepsy, etc.
예를 들어, 파킨슨병의 경우, 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 환자의 시상하핵(sub-thalamic nucleus, STN)에 신경 자극용 니들(needle)을 삽입하고, 상기 신경 자극용 니들과 전선(wire)을 통해 연결된 체내 이식형 본체에서 약 130Hz의 전기 자극 신호를 인가하여 줌으로써 병증을 완화하여 일상 생활이 가능하게 하는 치료 기법이 사용되고 있다.For example, in the case of Parkinson's disease, as can be seen in Figure 1, a needle for nerve stimulation is inserted into the patient's sub-thalamic nucleus (STN), and the needle and wire for nerve stimulation ( A treatment technique is being used to alleviate the condition and enable daily life by applying an electrical stimulation signal of about 130 Hz from an implantable body connected through a wire.
그러나, 이러한 종래 기술의 경우, 시술 직후에는 상당한 효과를 보이나 시간이 경과함에 따라 전기 자극에 의한 치료 효과가 감소될 뿐만 아니라, 상시적인 신경 자극으로 인하여 조직의 손상 및 괴사가 일어날 수 있다는 문제점이 지적되고 있다.However, in the case of this prior art, a significant effect is shown immediately after the procedure, but not only does the treatment effect by electrical stimulation decrease over time, but there is a problem that tissue damage and necrosis may occur due to constant nerve stimulation. It is becoming.
또한, 상기 종래 기술에서는 체내 이식형 본체의 배터리 소모에 따라 배터리 교체를 위한 재수술이 반복적으로 이루어져야 하는 불편함도 따르게 된다.In addition, in the prior art, the inconvenience of having to repeatedly undergo reoperation to replace the battery as the battery of the implantable body is consumed is consumed.
나아가, 상기 종래 기술에서는 체내 이식형 본체의 치료 알고리즘 등에 대한 업그레이드를 통해 치료 효과를 지속적으로 개선할 수 있도록 하는 방안도 요구되고 있다.Furthermore, in the above-described prior art, there is also a need for a method to continuously improve the treatment effect through upgrading the treatment algorithm of the implantable body.
이에 따라, 시술 이후에도 지속적으로 치료 효과를 유지할 수 있고, 상시적인 신경 자극으로 인한 조직의 손상 및 괴사를 방지할 수 있으며, 또한 배터리 교체를 위한 반복적인 재수술도 줄일 수 있으며, 나아가 치료 알고리즘 등에 대한 업그레이드를 통해 치료 효과를 지속적으로 개선할 수 있도록 하는 방안이 지속적으로 요구되고 있으나, 아직 이에 대한 적절한 해법이 제시되지 못하고 있다.Accordingly, the treatment effect can be maintained continuously even after the procedure, tissue damage and necrosis due to constant nerve stimulation can be prevented, repeated reoperations for battery replacement can be reduced, and further upgrades to treatment algorithms, etc. There is a continuous need for measures to continuously improve treatment effectiveness, but an appropriate solution has not yet been proposed.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 시술 이후에도 지속적으로 치료 효과를 유지할 수 있고, 상시적인 신경 자극으로 인한 조직의 손상 및 괴사를 방지할 수 있으며, 또한 배터리 교체를 위한 반복적인 재수술도 줄일 수 있으며, 나아가 치료 알고리즘 등에 대한 업그레이드를 통해 치료 효과를 지속적으로 개선할 수 있도록 하는 뇌자극 조절 시스템, 장치 및 방법을 개시하는 것을 목적으로 한다.The present invention was developed to solve the above problems, and can continuously maintain the treatment effect even after the procedure, prevent tissue damage and necrosis due to constant nerve stimulation, and also enable repeated reoperation for battery replacement. The purpose is to disclose a brain stimulation control system, device, and method that can reduce and continuously improve treatment effects through upgrades to treatment algorithms, etc.
그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술 분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.Other detailed purposes of the present invention will be clearly understood and understood by experts or researchers in this technical field through the detailed contents described below.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 시스템은, 환자의 뇌에 일부 또는 전부가 삽입되어 신경 신호를 감지하는 신경 신호 감지부와, 상기 신경 신호를 기초로 산출된 상기 환자에 대한 신경 자극을 위한 신경 자극 데이터를 무선 송신하는 제1 무선 통신부를 포함하는 신경 신호 감지 장치; 및, 상기 신경 신호 감지 장치로부터 상기 신경 자극 데이터를 수신하는 제2 무선 통신부와, 상기 신경 자극 데이터를 기초로 산출되는 신경 자극 신호를 상기 환자의 뇌로 인가하여 신경 자극을 수행하는 신경 자극 수행부를 포함하는 신경 자극 장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A nerve stimulation system according to an embodiment of the present invention to solve the above problems includes a nerve signal detection unit that is partially or fully inserted into the patient's brain to detect nerve signals, and a nerve signal detection unit that detects nerve signals, and A nerve signal detection device including a first wireless communication unit that wirelessly transmits nerve stimulation data for nerve stimulation to a patient; And, a second wireless communication unit that receives the nerve stimulation data from the nerve signal detection device, and a nerve stimulation performing unit that applies a nerve stimulation signal calculated based on the nerve stimulation data to the brain of the patient to perform nerve stimulation. It is characterized in that it includes a nerve stimulator.
여기서, 상기 신경 신호 감지부는, 상기 환자의 신경 신호를 센싱하는 바늘형 전극과, 상기 바늘형 전극에서 센싱된 신경 신호를 기초로 상기 신경 자극 데이터를 산출하는 신경 신호 처리부를 포함할 수 있다.Here, the nerve signal detection unit may include a needle-shaped electrode that senses the patient's nerve signal, and a nerve signal processor that calculates the nerve stimulation data based on the nerve signal sensed by the needle-shaped electrode.
이때, 상기 신경 신호 처리부에서는 상기 신경 신호에 미리 정해진 제1 알고리즘을 적용하여 적응적으로 상기 신경 자극 데이터를 산출하며, 상기 신경 자극 수행부에서는 상기 신경 자극 데이터를 기초로 상기 신경 자극 신호를 생성하고 상기 환자의 뇌로 인가하여 신경 자극을 수행할 수 있다.At this time, the nerve signal processing unit applies a predetermined first algorithm to the nerve signal to adaptively calculate the nerve stimulation data, and the nerve stimulation performing unit generates the nerve stimulation signal based on the nerve stimulation data. Nerve stimulation can be performed by applying it to the patient's brain.
또한, 상기 신경 신호 감지 장치에서는, 상기 제1 무선 통신부를 통해 전송받은 제2 알고리즘으로 상기 제1 알고리즘을 갱신하여 적용할 수 있다.Additionally, in the neural signal detection device, the first algorithm can be updated and applied with the second algorithm transmitted through the first wireless communication unit.
또한, 상기 신경 자극 수행부는, 상기 신경 자극 데이터를 기초로 적응적으로 상기 신경 자극 신호를 산출하는 신경 자극 신호 산출부와, 상기 신경 자극 신호를 인가하여 상기 환자의 뇌에 대한 신경 자극을 수행하는 신경 자극 인가부를 포함할 수 있다.In addition, the nerve stimulation performing unit includes a nerve stimulation signal calculation unit that adaptively calculates the nerve stimulation signal based on the nerve stimulation data, and a nerve stimulation signal to apply the nerve stimulation signal to perform nerve stimulation on the patient's brain. It may include a nerve stimulation application unit.
또한, 상기 신경 자극 수행부에서는, 상기 신경 자극 데이터를 기초로 초음파를 생성하여 상기 환자의 뇌로 인가하여 신경 자극을 수행할 수 있다.Additionally, the nerve stimulation performing unit may generate ultrasound based on the nerve stimulation data and apply it to the patient's brain to perform nerve stimulation.
이때, 상기 신경 자극 수행부에는, 복수의 초음파 생성기가 배열되어 상기 초음파를 상기 환자의 뇌의 특정한 부위로 집속하여 인가할 수 있다.At this time, a plurality of ultrasound generators are arranged in the nerve stimulation performing unit to focus and apply the ultrasound to a specific area of the patient's brain.
또한, 상기 신경 자극 신호 산출부에서는 상기 신경 자극 데이터에 미리 정해진 제1 알고리즘을 적용하여 적응적으로 상기 신경 자극 신호를 산출할 수 있다.Additionally, the nerve stimulation signal calculation unit may adaptively calculate the nerve stimulation signal by applying a predetermined first algorithm to the nerve stimulation data.
또한, 상기 신경 자극 장치에서는, 상기 제2 무선 통신부를 통해 전송받은 제2 알고리즘으로 상기 제1 알고리즘을 갱신하여 적용할 수 있다.Additionally, in the neurostimulation device, the first algorithm can be updated and applied with the second algorithm transmitted through the second wireless communication unit.
또한, 상기 신경 자극 수행부에서는, 상기 신경 자극 데이터를 기초로 전기 신호를 생성하여 상기 바늘형 전극을 통해 상기 환자의 뇌로 인가하여 신경 자극을 수행할 수 있다.Additionally, the nerve stimulation performing unit may generate an electrical signal based on the nerve stimulation data and apply it to the patient's brain through the needle-shaped electrode to perform nerve stimulation.
이때, 상기 바늘형 전극에는 소정의 간격을 가지도록 배치되는 복수의 채널이 구비되며, 상기 복수의 채널 중 일부 채널은 신경 신호를 센싱하기 위한 채널로 할당되고, 상기 복수의 채널 중 일부 채널은 신경 자극을 수행하기 위한 채널로 할당될 수 있다.At this time, the needle-shaped electrode is provided with a plurality of channels arranged at predetermined intervals, some channels among the plurality of channels are assigned as channels for sensing nerve signals, and some channels among the plurality of channels are nerve signals. It can be assigned to a channel for performing stimulation.
또한, 상기 바늘형 전극은 동작 구간을 시분할하여 제1 구간에서는 상기 신경 신호를 센싱하고, 제2 구간에서는 상기 환자에 대한 신경 자극을 수행할 수 있다.Additionally, the needle-shaped electrode can time-divide the operation section to sense the nerve signal in the first section and perform nerve stimulation for the patient in the second section.
또한, 상기 신경 자극 신호는, 상기 신경 신호 중 신경 발화 신호의 모폴로지(morphology)를 분석하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하여 생성될 수 있다.Additionally, the nerve stimulation signal may be generated by analyzing the morphology of a nerve firing signal among the nerve signals and adjusting nerve stimulation parameters for the patient.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 신경 자극 방법은, 신경 자극 장치가, 환자의 신경 신호를 기초로 산출된 상기 환자에 대한 신경 자극을 위한 신경 자극 데이터를 무선 수신하는 단계; 및 상기 신경 자극 데이터를 기초로 산출되는 신경 자극 신호를 상기 환자의 뇌로 인가하여 신경 자극을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the nerve stimulation method according to another aspect of the present invention includes the steps of wirelessly receiving, by a nerve stimulation device, nerve stimulation data for nerve stimulation for the patient calculated based on the patient's nerve signals; and performing nerve stimulation by applying a nerve stimulation signal calculated based on the nerve stimulation data to the patient's brain.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 신호 분석에 기반한 적응형 뇌자극 조절 시스템, 장치 및 방법에서는, 시술 이후에도 지속적으로 치료 효과를 유지할 수 있고, 상시적인 신경 자극으로 인한 조직의 손상 및 괴사를 방지할 수 있으며, 또한 배터리 교체를 위한 반복적인 재수술도 줄일 수 있으며, 나아가 치료 알고리즘 등에 대한 업그레이드를 통해 치료 효과를 지속적으로 개선할 수 있게 된다.Accordingly, in the adaptive brain stimulation control system, device, and method based on nerve signal analysis according to an embodiment of the present invention, the treatment effect can be continuously maintained even after the procedure, and tissue damage and necrosis due to constant nerve stimulation can be prevented. can be prevented, and repeated reoperations for battery replacement can be reduced, and furthermore, the treatment effect can be continuously improved through upgrades to the treatment algorithm.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.The accompanying drawings, which are included as part of the detailed description to aid understanding of the present invention, provide embodiments of the present invention, and together with the detailed description, explain the technical idea of the present invention.
도 1은 종래 기술에 따른 신경 자극 장치의 예시도이다.1 is an exemplary diagram of a nerve stimulation device according to the prior art.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 시스템의 블록도이다.Figure 2 is a block diagram of a nerve stimulation system according to an embodiment of the present invention.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 시스템의 구체적인 구성 및 동작을 예시하는 도면이다.3 to 6 are diagrams illustrating the specific configuration and operation of a nerve stimulation system according to an embodiment of the present invention.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 시스템에서 초음파를 사용하여 신경 자극을 수행하는 구성을 예시하는 도면이다.Figures 7 and 8 are diagrams illustrating a configuration for performing nerve stimulation using ultrasound in a nerve stimulation system according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 발화 신호를 예시하는 도면이다.Figure 9 is a diagram illustrating a neural firing signal according to an embodiment of the present invention.
도 10 내지 도 12는 발명의 일 실시예에 따른 신경 발화 신호에 기반한 신경 자극 파라미터 조정을 예시하는 도면이다.10 to 12 are diagrams illustrating adjustment of nerve stimulation parameters based on nerve firing signals according to an embodiment of the invention.
도 13은 발명의 일 실시예에 따른 신경 신호의 주파수 특성에 기반한 신경 자극 파라미터 조정을 예시하는 도면이다.Figure 13 is a diagram illustrating adjustment of nerve stimulation parameters based on the frequency characteristics of a nerve signal according to an embodiment of the invention.
도 14는 발명의 일 실시예에 따른 신경 신호의 패턴 분류에 기반한 신경 자극 파라미터 조정을 예시하는 도면이다.Figure 14 is a diagram illustrating adjustment of nerve stimulation parameters based on pattern classification of nerve signals according to an embodiment of the invention.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 방법의 순서도이다.Figure 15 is a flowchart of a nerve stimulation method according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.The present invention can be modified in various ways and can have various embodiments. Hereinafter, specific embodiments will be described in detail based on the accompanying drawings.
이하의 실시예는 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.The following examples are provided to provide a comprehensive understanding of the methods, devices and/or systems described herein. However, this is only an example and the present invention is not limited thereto.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다. In describing the embodiments of the present invention, if it is determined that a detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, the terms described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification. The terminology used in the detailed description is only for describing embodiments of the present invention and should in no way be limiting. Unless explicitly stated otherwise, singular forms include plural meanings. In this description, expressions such as “comprising” or “including” are intended to indicate certain features, numbers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof, and one or more than those described. It should not be construed to exclude the existence or possibility of any other characteristic, number, step, operation, element, or part or combination thereof.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.In addition, terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, and the terms are used for the purpose of distinguishing one component from another component. It is used only as
아래에서는, 본 발명에 따른 신경 신호 분석에 기반한 적응형 뇌자극 조절 시스템, 장치 및 방법의 예시적인 실시형태들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Below, exemplary embodiments of an adaptive brain stimulation control system, device, and method based on neural signal analysis according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 도 2에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 시스템(100)의 블록도를 예시하고 있다. 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 시스템(100)은, 환자의 뇌에 일부 또는 전부가 삽입되어 신경 신호를 감지하는 신경 신호 감지부(111)와 상기 신경 신호를 기초로 산출된 상기 환자에 대한 신경 자극을 위한 신경 자극 데이터를 무선 송신하는 제1 무선 통신부(112)를 포함하는 신경 신호 감지 장치(110) 및 상기 신경 신호 감지 장치(110)로부터 상기 신경 자극 데이터를 수신하는 제2 무선 통신부(121)와 상기 신경 자극 데이터를 기초로 산출되는 신경 자극 신호를 상기 환자의 뇌로 인가하여 신경 자극을 수행하는 신경 자극 수행부(122)를 포함하는 신경 자극 장치(120)를 포함하여 구성될 수 있다.First, Figure 2 illustrates a block diagram of the nerve stimulation system 100 according to an embodiment of the present invention. As can be seen in Figure 2, the nerve stimulation system 100 according to an embodiment of the present invention includes a nerve signal detection unit 111 that is partially or fully inserted into the patient's brain to detect nerve signals and the nerve A nerve signal detection device 110 including a first wireless communication unit 112 for wirelessly transmitting nerve stimulation data for nerve stimulation for the patient calculated based on the signal, and the nerve signal detection device 110 from the nerve signal detection device 110. A nerve stimulation device including a second wireless communication unit 121 that receives stimulation data and a nerve stimulation performing unit 122 that performs nerve stimulation by applying a nerve stimulation signal calculated based on the nerve stimulation data to the patient's brain. It may be configured to include (120).
여기서, 상기 신경 신호 감지부(111)는, 상기 환자의 신경 신호를 센싱하는 바늘형 전극(111a)과, 상기 바늘형 전극(111a)에서 센싱된 신경 신호를 기초로 상기 신경 자극 데이터를 산출하는 신경 신호 처리부(111b)를 포함할 수 있다.Here, the nerve signal detection unit 111 includes a needle-shaped electrode 111a that senses the patient's nerve signal, and a device that calculates the nerve stimulation data based on the nerve signal sensed by the needle-shaped electrode 111a. It may include a neural signal processing unit 111b.
이때, 상기 신경 신호 처리부(111b)에서는 상기 신경 신호에 미리 정해진 제1 알고리즘을 적용하여 적응적으로 상기 신경 자극 데이터를 산출하며, 상기 신경 자극 수행부(122)에서는 상기 신경 자극 데이터를 기초로 상기 신경 자극 신호를 생성하고 상기 환자의 뇌로 인가하여 신경 자극을 수행할 수 있다.At this time, the nerve signal processing unit 111b applies a predetermined first algorithm to the nerve signal to adaptively calculate the nerve stimulation data, and the nerve stimulation performing unit 122 calculates the nerve stimulation data based on the nerve stimulation data. Nerve stimulation can be performed by generating a nerve stimulation signal and applying it to the patient's brain.
또한, 상기 신경 신호 감지 장치(110)에서는, 상기 제1 무선 통신부(112)를 통해 전송받은 제2 알고리즘으로 상기 제1 알고리즘을 갱신하여 적용할 수 있다.Additionally, the neural signal detection device 110 may update and apply the first algorithm with the second algorithm transmitted through the first wireless communication unit 112.
또한, 상기 신경 자극 수행부(122)는, 상기 신경 자극 데이터를 기초로 적응적으로 상기 신경 자극 신호를 산출하는 신경 자극 신호 산출부(122a)와, 상기 신경 자극 신호를 인가하여 상기 환자의 뇌에 대한 신경 자극을 수행하는 신경 자극 인가부(122b)를 포함할 수 있다.In addition, the nerve stimulation performing unit 122 includes a nerve stimulation signal calculation unit 122a that adaptively calculates the nerve stimulation signal based on the nerve stimulation data, and applies the nerve stimulation signal to the patient's brain. It may include a nerve stimulation application unit 122b that performs nerve stimulation.
또한, 상기 신경 자극 수행부(122)에서는, 상기 신경 자극 데이터를 기초로 초음파를 생성하여 상기 환자의 뇌로 인가하여 신경 자극을 수행할 수 있다.Additionally, the nerve stimulation performing unit 122 may generate ultrasound based on the nerve stimulation data and apply it to the patient's brain to perform nerve stimulation.
이때, 상기 신경 자극 수행부(122)에는, 복수의 초음파 생성기가 배열되어 상기 초음파를 상기 환자의 뇌의 특정한 부위로 집속하여 인가할 수 있다.At this time, a plurality of ultrasound generators are arranged in the nerve stimulation performing unit 122 to focus and apply the ultrasound to a specific area of the patient's brain.
또한, 상기 신경 자극 신호 산출부(122a)에서는 상기 신경 자극 데이터에 미리 정해진 제1 알고리즘을 적용하여 적응적으로 상기 신경 자극 신호를 산출할 수 있다.Additionally, the nerve stimulation signal calculation unit 122a may adaptively calculate the nerve stimulation signal by applying a predetermined first algorithm to the nerve stimulation data.
또한, 상기 신경 자극 장치(120)에서는, 상기 제2 무선 통신부(121)를 통해 전송받은 제2 알고리즘으로 상기 제1 알고리즘을 갱신하여 적용할 수 있다.Additionally, in the nerve stimulator 120, the first algorithm can be updated and applied with the second algorithm transmitted through the second wireless communication unit 121.
또한, 상기 신경 자극 수행부(122)에서는, 상기 신경 자극 데이터를 기초로 전기 신호를 생성하여 상기 바늘형 전극(111a)을 통해 상기 환자의 뇌로 인가하여 신경 자극을 수행할 수 있다.Additionally, the nerve stimulation performing unit 122 may generate an electrical signal based on the nerve stimulation data and apply it to the patient's brain through the needle-shaped electrode 111a to perform nerve stimulation.
이때, 상기 바늘형 전극(111a)에는 소정의 간격을 가지도록 배치되는 복수의 채널이 구비되며, 상기 복수의 채널 중 일부 채널은 신경 신호를 센싱하기 위한 채널로 할당되고, 상기 복수의 채널 중 일부 채널은 신경 자극을 수행하기 위한 채널로 할당될 수 있다.At this time, the needle-shaped electrode 111a is provided with a plurality of channels arranged at predetermined intervals, some channels among the plurality of channels are assigned as channels for sensing nerve signals, and some of the plurality of channels A channel may be assigned as a channel for performing nerve stimulation.
또한, 상기 바늘형 전극(111a)은 동작 구간을 시분할하여 제1 구간에서는 상기 신경 신호를 센싱하고, 제2 구간에서는 상기 환자에 대한 신경 자극을 수행할 수 있다.In addition, the needle-shaped electrode 111a can time-divide the operation section to sense the nerve signal in the first section and perform nerve stimulation for the patient in the second section.
또한, 상기 신경 자극 신호는, 상기 신경 신호 중 신경 발화 신호의 모폴로지(morphology)를 분석하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하여 생성될 수 있다.Additionally, the nerve stimulation signal may be generated by analyzing the morphology of a nerve firing signal among the nerve signals and adjusting nerve stimulation parameters for the patient.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 신호 분석에 기반한 적응형 뇌자극 조절 시스템, 장치 및 방법에서는, 시술 이후에도 지속적으로 치료 효과를 유지할 수 있고, 상시적인 신경 자극으로 인한 조직의 손상 및 괴사를 방지할 수 있으며, 또한 배터리 교체를 위한 반복적인 재수술도 줄일 수 있으며, 나아가 치료 알고리즘 등에 대한 업그레이드를 통해 치료 효과를 지속적으로 개선할 수 있게 된다.Accordingly, in the adaptive brain stimulation control system, device, and method based on nerve signal analysis according to an embodiment of the present invention, the treatment effect can be continuously maintained even after the procedure, and tissue damage and necrosis due to constant nerve stimulation can be prevented. can be prevented, and repeated reoperations for battery replacement can be reduced, and furthermore, the treatment effect can be continuously improved through upgrades to the treatment algorithm.
아래에서는 각 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 시스템(100)을 각 구성요소별로 나누어 보다 자세하게 설명한다.Below, the nerve stimulation system 100 according to an embodiment of the present invention will be described in more detail by dividing it into each component with reference to each drawing.
먼저, 도 2 및 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 신경 신호 감지 장치(110)의 신경 신호 감지부(111)는 환자의 뇌에 일부 또는 전부가 삽입되어 신경 신호를 감지하게 된다.First, as can be seen in FIGS. 2 and 3, the nerve signal detection unit 111 of the nerve signal detection device 110 is partially or fully inserted into the patient's brain to detect nerve signals.
이때, 상기 신경 신호 감지부(111)는 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 환자의 시상하핵(STN) 등 뇌의 신경 조직에 삽입되어 환자의 신경 신호를 센싱하는 바늘형 전극(111a)와, 상기 바늘형 전극(111a)에서 센싱된 신경 신호를 기초로 상기 환자에 대한 신경 자극 데이터를 산출하는 신경 신호 처리부(111b)를 포함하여, 상기 환자의 신경 조직에서 발생하는 신경 신호를 감지하여 신경 자극 데이터를 산출할 수 있다.At this time, as can be seen in FIG. 4, the nerve signal detection unit 111 includes a needle-shaped electrode 111a that is inserted into the nervous tissue of the brain, such as the patient's subthalamic nucleus (STN), and senses the patient's nerve signals; Including a nerve signal processing unit 111b that calculates nerve stimulation data for the patient based on the nerve signal sensed by the needle-shaped electrode 111a, detecting nerve signals occurring in the patient's nerve tissue and performing nerve stimulation Data can be calculated.
그러나, 위와 같이 환자의 시상하핵(STN)에서 신경 신호를 감지하는 것은 본 발명의 일 실시예 일뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.However, detecting nerve signals from the subthalamic nucleus (STN) of a patient as described above is only an example of the present invention, and the present invention is not limited thereto.
또한, 상기 신경 신호 처리부(111b)에서는 상기 신경 신호를 기초로 상기 신경 자극 데이터를 산출하게 되는데, 이때 상기 신경 자극 데이터는 상기 신경 신호의 특징을 나타내는 데이터일 수 있으나(예를 들어, 도 9의 신경 발화 신호에서 제1 피크 신호의 진폭(amplitude), 제1 피크 신호와 후속하는 제2 피크 신호 간의 시간 간격, 상기 제2 피크 신호의 상승률(slew rate) 등), 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이외에도 상기 신경 자극 데이터를 기초로 상기 환자의 뇌를 자극하기 위한 신경 자극 신호를 효과적으로 산출할 수 있도록 상기 신경 자극 데이터의 구체적인 내용이나 형식을 구성할 수 있다.In addition, the nerve signal processing unit 111b calculates the nerve stimulation data based on the nerve signal. At this time, the nerve stimulation data may be data representing the characteristics of the nerve signal (for example, in FIG. 9 amplitude of the first peak signal in the neural firing signal, time interval between the first peak signal and the subsequent second peak signal, slew rate of the second peak signal, etc.), the present invention is not necessarily limited thereto. In addition, the specific content or format of the nerve stimulation data can be configured so that a nerve stimulation signal for stimulating the patient's brain can be effectively calculated based on the nerve stimulation data.
나아가, 본 발명에서 상기 신경 자극 데이터는 상기 환자에 대한 신경 자극이 필요한 상태인지 여부를 나타내는 데이터이거나, 상기 신경 신호 자체를 상기 신경 자극 데이터로 사용하거나 디지털 변환하여 전송하는 등 다양한 방식으로 상기 신경 자극 데이터를 구성하는 것도 가능하다.Furthermore, in the present invention, the nerve stimulation data is data indicating whether nerve stimulation is required for the patient, or the nerve stimulation data can be used in various ways, such as using the nerve signal itself as the nerve stimulation data or digitally converting and transmitting the nerve stimulation data. It is also possible to organize data.
이어서, 상기 제1 무선 통신부(112)에서는, 상기 신경 신호를 기초로 산출된 상기 환자에 대한 신경 자극을 위한 신경 자극 데이터를 무선 송신하게 된다.Subsequently, the first wireless communication unit 112 wirelessly transmits nerve stimulation data for nerve stimulation for the patient calculated based on the nerve signal.
이때, 상기 제1 무선 통신부(112)에서는 블루투스(Bluetooth)나 와이파이(Wi-Fi), LTE 등 이동 통신, NFC 등 다양한 방식의 무선 통신 기술을 이용하여 상기 신경 자극 데이터를 전송할 수 있으며, 나아가 일부 구간에서는 유선 통신이 사용될 수도 있다.At this time, the first wireless communication unit 112 can transmit the nerve stimulation data using various types of wireless communication technologies such as mobile communication such as Bluetooth, Wi-Fi, LTE, and NFC, and further, some Wired communication may be used in the section.
이에 따라, 상기 신경 신호 감지 장치(110)에서는 상기 신경 신호 감지부(111)를 이용하여 환자의 뇌에서 신경 신호를 감지하여 신경 자극 데이터를 산출하고, 상기 제1 무선 통신부(112)를 통해 상기 신경 자극 데이터를 신경 자극 장치(120)로 무선 전송하여 환자에 대한 신경 자극을 수행하도록 할 수 있다.Accordingly, the nerve signal detection device 110 detects nerve signals from the patient's brain using the nerve signal detection unit 111 and calculates nerve stimulation data through the first wireless communication unit 112. Nerve stimulation data can be wirelessly transmitted to the nerve stimulation device 120 to perform nerve stimulation on the patient.
보다 구체적으로, 상기 신경 신호 감지 장치(110)에서는 바늘형 전극(111a)이 환자의 뇌에 삽입되어 복수의 채널을 통해 신경 신호를 감지하거나 신경 자극을 수행할 수 있는데, 이때 상기 신경 신호 감지 장치(110)가 제1 무선 통신부(112)를 통해 상기 신경 자극 장치(120)와 무선 통신을 수행하면서 상기 신경 자극 장치(120)에서의 신경 자극을 조절할 수 있으며, 이를 통해 신경 자극을 위한 알고리즘 처리 과정에서 소요되는 상당한 전력 소모를 효과적으로 절감할 수 있게 된다.More specifically, in the nerve signal detection device 110, a needle-shaped electrode 111a is inserted into the patient's brain to detect nerve signals or perform nerve stimulation through a plurality of channels. In this case, the nerve signal detection device 110 (110) can control nerve stimulation in the nerve stimulator 120 while performing wireless communication with the nerve stimulator 120 through the first wireless communication unit 112, and process an algorithm for nerve stimulation through this. Significant power consumption consumed in the process can be effectively reduced.
또한, 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 종래의 뇌심부 자극술(DBS) 등에서는 환자의 흉부 피하에 자극 장치를 삽입하며 바늘 전극으로 연결되는 와이어 또한 경부(목)의 피하를 따라 두피 밑으로 삽입이 되어야 하고, 이로 인하여 수술의 복잡성과 환자의 일상 생활에 불편함을 초래하게 되는데, 본 발명에서는 이러한 문제를 효과적으로 해소할 수 있으며, 나아가 외부의 상기 신경 자극 장치(120)에 기록된 신경 신호 및 자극 이벤트 등을 통해 인공지능 학습 혹은 일련의 분석 과정을 통해 자극 조절 알고리즘을 각 개인에게 최적화하여 지속적으로 업그레이드할 수 있으며, 이를 통해 신경 자극 치료의 부작용을 저감하고 치료 효과를 향상할 수 있게 된다.In addition, as can be seen in Figure 1, in conventional deep brain stimulation (DBS), a stimulating device is inserted under the skin of the patient's chest, and the wire connected to the needle electrode is also inserted under the scalp along the subcutaneous layer of the neck. This must result in the complexity of the surgery and inconvenience in the patient's daily life. However, the present invention can effectively solve these problems, and furthermore, the nerve signals recorded in the external nerve stimulator 120 and Through artificial intelligence learning or a series of analysis processes through stimulation events, the stimulation control algorithm can be optimized for each individual and continuously upgraded, thereby reducing the side effects of nerve stimulation treatment and improving the treatment effect.
나아가, 본 발명에서는 환자의 바이탈 신호(예를 들어, 심박수, 혈중산소포화도, 혈압, 호흡수, ECG 등)를 모니터링 하듯이 뇌심부 신경 활성 신호를 모니터링할 수 있게 되며, 이를 통해 병원에서의 활용 뿐만 아니라 개인형 헬스케어 장치로의 활용 등 다양한 활용이 가능하게 된다.Furthermore, in the present invention, it is possible to monitor deep brain nerve activity signals as if monitoring the patient's vital signals (e.g., heart rate, blood oxygen saturation, blood pressure, respiratory rate, ECG, etc.), which can be used in hospitals. In addition, various uses are possible, such as use as a personal healthcare device.
또한, 도3 에서 신경 자극 장치(120)에서는 초음파를 이용하여 환자에 대한 신경 자극을 수행할 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 초음파를 이용한 신경 자극을 수행하지 않고 상기 신경 신호 감지 장치(110)의 바늘형 전극(111a)에서 센싱된 신경 신호를 무선으로 전송받아 자극 조절 알고리즘을 수행하고, 신경 자극 파라미터를 조절하여 다시 무선으로 상기 신경 신호 감지 장치(110)로 전송하면 상기 신경 신호 감지 장치(110)에서는 이를 이용하여 환자에 대한 전기 자극을 수행할 수 있다. In addition, in Figure 3, the nerve stimulation device 120 can perform nerve stimulation for the patient using ultrasound, but the present invention is not necessarily limited thereto, and the nerve signal is detected without performing nerve stimulation using ultrasound. When the nerve signal sensed by the needle-shaped electrode 111a of the device 110 is wirelessly transmitted, a stimulation control algorithm is performed, the nerve stimulation parameters are adjusted and wirelessly transmitted back to the nerve signal detection device 110, the nerve The signal detection device 110 can use this to perform electrical stimulation on the patient.
반면, 상기 신경 자극 장치(120)에서 초음파 자극을 수행하는 경우, 상기 신경 신호 감지 장치(110)에서는 신경 신호의 센싱에만 사용되고 신경 자극은 상기 신경 자극 장치(120)를 통해 수행할 수 있다. On the other hand, when ultrasonic stimulation is performed using the nerve stimulator 120, the nerve signal detection device 110 is used only for sensing nerve signals, and nerve stimulation can be performed through the nerve stimulator 120.
이때, 상기 신경 신호 감지 장치(110)에서 신경 신호를 센싱하여 무선 통신으로 상기 신경 자극 장치(120)로 신호를 보내면, 상기 신경 자극 장치(120)에서 자극 조절 알고리즘을 수행하고, 그 결과에 따라 신경 자극 파라미터를 조절하여 초음파를 이용한 신경 자극을 수행하는 것도 가능하다.At this time, when the nerve signal detection device 110 senses a nerve signal and sends a signal to the nerve stimulator 120 through wireless communication, the nerve stimulator 120 performs a stimulation control algorithm, and according to the results, It is also possible to perform nerve stimulation using ultrasound by adjusting nerve stimulation parameters.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 시스템(100)에서, 상기 신경 신호 감지 장치(110)에서는 미리 정해진 제1 알고리즘을 이용하여 적응적으로 상기 신경 자극 데이터를 산출하여 무선 전송하고, 상기 신경 자극 장치(120)에서는 상기 신경 자극 데이터를 기초로 상기 신경 자극 신호를 생성하고 상기 환자의 뇌로 인가하여 신경 자극을 수행할 수 있다. 이때 상기 제1 알고리즘에 대해서는 도 9 이하 등을 참조하여 후술하기로 한다.Furthermore, in the nerve stimulation system 100 according to an embodiment of the present invention, the nerve signal detection device 110 adaptively calculates the nerve stimulation data using a predetermined first algorithm and wirelessly transmits the nerve stimulation data, The nerve stimulation device 120 may generate the nerve stimulation signal based on the nerve stimulation data and apply it to the patient's brain to perform nerve stimulation. At this time, the first algorithm will be described later with reference to FIG. 9 and below.
이때, 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 신경 신호 감지 장치(110)에서는 상기 제1 무선 통신부(112)를 통해 전송받은 제2 알고리즘으로 상기 제1 알고리즘을 갱신하여 적용할 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이외에 유선 통신이나 직접 연결 등을 통해 상기 신경 신호 감지 장치(110)에서 상기 제1 알고리즘을 갱신하는 것도 가능하다.At this time, as can be seen in FIG. 4, the neural signal detection device 110 may update and apply the first algorithm with the second algorithm transmitted through the first wireless communication unit 112, but the present invention This is not necessarily limited to this, and it is also possible to update the first algorithm in the neural signal detection device 110 through wired communication or direct connection.
또한, 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 신경 신호 감지 장치(110)에는 배터리 등 전원부(113)가 구비되어 상기 신경 신호 감지 장치(110)의 구동을 위한 전력을 공급할 수 있는데, 본 발명에서는 상기 신경 신호 감지 장치(110)에서 신경 신호를 센싱하거나 이를 처리하여 무선 전송하며, 상기 환자에 대한 신경 자극을 위한 구성은 별도의 신경 자극 장치(120)에 구비되므로, 상기 신경 신호 감지 장치(110)에서 소요되는 전력을 줄여 배터리 등의 수명을 효과적으로 연장할 수 있게 된다.In addition, as can be seen in FIG. 4, the nerve signal detection device 110 is equipped with a power supply unit 113, such as a battery, to supply power for driving the nerve signal detection device 110. In the present invention, The nerve signal detection device 110 senses the nerve signal or processes it and transmits it wirelessly, and the configuration for nerve stimulation for the patient is provided in a separate nerve stimulation device 120, so the nerve signal detection device 110 ), it is possible to effectively extend the life of batteries, etc. by reducing the power consumed.
이어서, 상기 신경 자극 장치(120)에서는 제2 무선 통신부(121)를 통해 상기 신경 신호 감지 장치(110)로부터 상기 신경 자극 데이터를 수신하게 된다.Subsequently, the nerve stimulation device 120 receives the nerve stimulation data from the nerve signal detection device 110 through the second wireless communication unit 121.
이에 따라, 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 신경 자극 수행부(122)에서는 상기 신경 자극 데이터를 기초로 산출되는 신경 자극 신호를 상기 환자의 뇌로 인가하여 신경 자극을 수행하게 된다.Accordingly, as can be seen in FIG. 5, the nerve stimulation performing unit 122 applies a nerve stimulation signal calculated based on the nerve stimulation data to the patient's brain to perform nerve stimulation.
보다 구체적으로, 환자, 환자의 보호자 또는 의료진 등 상기 신경 자극 시스템(100)의 사용자는 상기 신경 신호 감지부(110)로부터 무선 전송되는 신경 자극 데이터에 포함되는 상기 환자에 대한 신경 자극을 수행하도록 하는 알람 등을 수신하여, 상기 신경 자극 장치(120)를 이용하여 상기 환자에 대한 신경 자극을 수행할 수 있다.More specifically, a user of the nerve stimulation system 100, such as a patient, the patient's guardian, or a medical staff member, performs nerve stimulation on the patient included in the nerve stimulation data wirelessly transmitted from the nerve signal detection unit 110. By receiving an alarm, etc., nerve stimulation for the patient can be performed using the nerve stimulation device 120.
이때, 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 신경 자극 수행부(122)는, 상기 신경 자극 데이터를 기초로 적응적으로 상기 신경 자극 신호를 산출하는 신경 자극 신호 산출부(122a)와 상기 신경 자극 신호를 인가하여 상기 환자의 뇌에 대한 신경 자극을 수행하는 신경 자극 인가부(122b)를 포함할 수 있다.At this time, as can be seen in FIG. 6, the nerve stimulation performing unit 122 includes a nerve stimulation signal calculating unit 122a that adaptively calculates the nerve stimulation signal based on the nerve stimulation data, and the nerve stimulation It may include a nerve stimulation application unit 122b that applies a signal to perform nerve stimulation to the patient's brain.
보다 구체적으로, 상기 신경 자극 수행부(122)에서는, 상기 신경 자극 데이터를 기초로 초음파를 생성하여 상기 환자의 뇌로 인가하여 신경 자극을 수행할 수 있다.More specifically, the nerve stimulation performing unit 122 may generate ultrasound based on the nerve stimulation data and apply it to the patient's brain to perform nerve stimulation.
이러한 경우, 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 신경 자극 수행부(122)에서는 환자의 뇌에 삽입되는 바늘형 전극(111a)를 거치지 않고 환자의 뇌로 초음파를 인가하여 신경 자극을 수행할 수 있다.In this case, as can be seen in FIG. 5, the nerve stimulation performing unit 122 can perform nerve stimulation by applying ultrasound to the patient's brain without passing through the needle-shaped electrode 111a inserted into the patient's brain. .
나아가, 도 7a 내지 도 7b에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 신경 자극 수행부(122)에는 복수의 초음파 생성기가 배열되어 상기 초음파를 상기 환자의 뇌의 특정한 부위로 집속하여 인가할 수 있다.Furthermore, as can be seen in FIGS. 7A and 7B, a plurality of ultrasound generators are arranged in the nerve stimulation performing unit 122 to focus and apply the ultrasound to a specific area of the patient's brain.
보다 구체적으로, 도 7a 내지 도 7b에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 신경 자극 수행부(122)에서는 복수의 PZT 소자 등을 이용하여 전기 신호를 초음파로 변환하여 환자의 두부로 인가할 수 있으며, 이때 상기 복수의 PZT 소자에서의 지연(delay)를 조절하여 상기 복수의 PZT 소자에서 인가되는 초음파가 특정한 영역에 집속하도록 제어하여 신경 자극을 효율적으로 수행할 수 있다.More specifically, as can be seen in FIGS. 7A and 7B, the nerve stimulation performing unit 122 can convert an electrical signal into ultrasound using a plurality of PZT elements and apply it to the patient's head. By adjusting the delay in the plurality of PZT elements, the ultrasound applied from the plurality of PZT elements can be controlled to focus on a specific area, thereby efficiently performing nerve stimulation.
또한, 도 8a 내지 도 8c에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 신경 자극 수행부(122)에는 초음파의 모드별 분류(도 8a), 전자적 빔포밍(도 8b), 초음파 전송 아포디제이션(appodization)(도 8c)을 이용하여, 초음파를 효과적으로 상기 환자의 뇌의 특정한 부위로 집속하면서 2차 이후 고차 로브(lobe) 등을 억제하여 인가할 수 있다.In addition, as can be seen in FIGS. 8A to 8C, the nerve stimulation performing unit 122 includes classification by mode of ultrasound (FIG. 8A), electronic beamforming (FIG. 8B), and ultrasound transmission apodization (FIG. 8B). Using Figure 8c), ultrasound can be applied by effectively focusing it on a specific part of the patient's brain while suppressing secondary and higher order lobes.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 시스템(100)에서, 상기 신경 자극 장치(120)에서는 미리 정해진 제1 알고리즘을 이용하여 적응적으로 상기 신경 자극 신호를 생성하고 상기 환자의 뇌로 인가하여 신경 자극을 수행할 수 있다. 이때 상기 제1 알고리즘에 대해서는 도 9 내지 도 14를 참조하여 후술하기로 한다.Furthermore, in the nerve stimulation system 100 according to an embodiment of the present invention, the nerve stimulation device 120 adaptively generates the nerve stimulation signal using a predetermined first algorithm and applies it to the patient's brain. Nerve stimulation can be performed. At this time, the first algorithm will be described later with reference to FIGS. 9 to 14.
이때, 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 신경 자극 장치(120)에서는 상기 제2 무선 통신부(121)를 통해 전송받은 제2 알고리즘으로 상기 제1 알고리즘을 갱신하여 적용할 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이외에 유선 통신이나 직접 연결 등을 통해 상기 신경 자극 장치(120)에서 상기 제1 알고리즘을 갱신하는 것도 가능하다.At this time, as can be seen in FIG. 6, the nerve stimulator 120 may update and apply the first algorithm with the second algorithm transmitted through the second wireless communication unit 121, but the present invention It is not necessarily limited to this, and it is also possible to update the first algorithm in the neurostimulation device 120 through wired communication or direct connection.
또한, 상기 신경 자극 수행부(120)에서는 상기 신경 자극 데이터를 기초로 전기 신호를 생성하여 상기 바늘형 전극(111a)을 통해 상기 환자의 뇌로 인가하여 신경 자극을 수행하는 것도 가능하다.Additionally, the nerve stimulation performing unit 120 may generate an electrical signal based on the nerve stimulation data and apply it to the patient's brain through the needle-shaped electrode 111a to perform nerve stimulation.
이러한 경우, 사용자는 상기 신경 자극 수행부(120)를 상기 신경 신호 감지부(110)와 접촉시키는 등의 방식으로 상기 신경 자극 수행부(120)에 구비되는 전극과 상기 신경 신호 감지부(110)의 전극을 연결시켜 상기 신경 자극 수행부(120)에서 생성된 신경 자극 신호를 상기 바늘형 전극(111a)로 전달하여 상기 환자의 뇌로 인가하여 신경 자극을 수행할 수 있다.In this case, the user contacts the nerve stimulation performing unit 120 with the nerve signal detecting unit 110 to connect the electrode provided in the nerve stimulation performing unit 120 and the nerve signal detecting unit 110. By connecting the electrodes, the nerve stimulation signal generated by the nerve stimulation performing unit 120 is transmitted to the needle-shaped electrode 111a and applied to the patient's brain to perform nerve stimulation.
나아가, 상기 바늘형 전극(111a)에는 소정의 간격을 가지도록 배치되는 복수의 채널이 구비되어, 상기 복수의 채널 중 일부 채널은 신경 신호를 센싱하기 위한 채널로 할당되고, 상기 복수의 채널 중 일부 채널은 신경 자극을 수행하기 위한 채널로 할당될 수 있다.Furthermore, the needle-shaped electrode 111a is provided with a plurality of channels arranged at predetermined intervals, and some channels among the plurality of channels are assigned as channels for sensing nerve signals, and some of the plurality of channels A channel may be assigned as a channel for performing nerve stimulation.
이때, 상기 바늘형 전극(111a)에 대하여 동작 구간을 시분할하여 제1 구간에서는 상기 신경 신호를 센싱하고, 제2 구간에서는 상기 환자에 대한 신경 자극을 수행하는 방식으로 구동하는 것이 가능하다.At this time, it is possible to time-divide the operation section for the needle-shaped electrode 111a so that the nerve signal is sensed in the first section and nerve stimulation of the patient is performed in the second section.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 시스템(100)에서, 상기 신경 자극 신호는 상기 신경 신호 중 신경 발화 신호의 모폴로지(morphology)를 분석하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하여 생성할 수 있다.Additionally, in the nerve stimulation system 100 according to an embodiment of the present invention, the nerve stimulation signal is generated by analyzing the morphology of the nerve firing signal among the nerve signals and adjusting the nerve stimulation parameters for the patient. You can.
또한, 상기 신경 자극 시스템(100)에서는, 상기 신경 신호 감지부(110)에서 감지한 신경 신호 중 신경 발화 신호의 모폴로지(morphology)를 분석하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하게 된다.Additionally, the nerve stimulation system 100 analyzes the morphology of nerve firing signals among the nerve signals detected by the nerve signal detection unit 110 to adjust nerve stimulation parameters for the patient.
보다 구체적으로, 상기 신경 자극 시스템(100)에서는, 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 신경 발화 신호 중 제1 피크 신호의 진폭(도 9의 Amplitude), 제1 피크 신호와 후속하는 제2 피크 신호 간의 시간 간격(도 9의 Width), 상기 제2 피크 신호의 상승률(도 9의 Slew Rate) 중 하나 이상을 고려하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.More specifically, in the nerve stimulation system 100, as can be seen in FIG. 9, the amplitude of the first peak signal among the nerve firing signals (Amplitude in FIG. 9), the second peak following the first peak signal The nerve stimulation parameters for the patient can be adjusted by considering one or more of the time interval between signals (Width in FIG. 9) and the rise rate (Slew Rate in FIG. 9) of the second peak signal.
보다 구체적으로, 상기 신경 자극 시스템(100)에서는 상기 신경 자극의 전류 레벨, 전압 레벨, 자극 시간(duration), 자극 빈도(frequency) 중 하나 이상을 조정할 수 있다.More specifically, the nerve stimulation system 100 can adjust one or more of the current level, voltage level, stimulation time, and stimulation frequency of the nerve stimulation.
이에 따라, 종래 기술에서는 시술 직후에는 상당한 효과를 보이나 시간이 경과함에 따라 전기 자극에 의한 치료 효과가 감소될 뿐만 아니라, 상시적인 신경 자극으로 인하여 조직의 손상 및 괴사가 일어날 수 있으며, 나아가 배터리 소모에 따라 배터리 교체를 위한 재수술이 반복적으로 이루어져야 하는 문제점이 있었으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 시스템(100)에서는 환자의 신경 발화 신호를 기반으로 적응적으로 신경 자극 파라미터를 조정하여 줌으로써, 상시 신경 자극으로 인한 치료 효과의 감소 및 신경 조직의 손상을 억제하고 배터리 소모량도 줄여 배터리 교체 주기도 늘릴 수 있게 된다.Accordingly, in the prior art, a significant effect is shown immediately after the procedure, but not only does the therapeutic effect of electrical stimulation decrease over time, but tissue damage and necrosis may occur due to constant nerve stimulation, and further battery consumption may occur. Accordingly, there was a problem that reoperations for battery replacement had to be performed repeatedly. However, the adaptive nerve stimulation system 100 according to an embodiment of the present invention adjusts nerve stimulation parameters adaptively based on the patient's nerve firing signal. , it suppresses the reduction in treatment effect and damage to nerve tissue caused by constant nerve stimulation, reduces battery consumption, and extends the battery replacement cycle.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 시스템(100)에서는, 도 10에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 제1 피크 신호의 진폭이 미리 정해진 제1 기준치보다 큰 경우 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.More specifically, in the nerve stimulation system 100 according to an embodiment of the present invention, as can be seen in FIG. 10, when the amplitude of the first peak signal is greater than a predetermined first reference value, the nerve for the patient Stimulation parameters can be adjusted.
예를 들어, 도 10에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 시스템(100)에서는 신경 신호가 감지되면(도 10의 (a)), 상기 신경 신호에 대한 처리를 통해 상기 신경 발화 신호에서 제1 피크 신호의 진폭(Amplitude)을 산출하고(도 10의 (b)), 상기 제1 피크 신호의 진폭(Amplitude)이 미리 정해진 제1 기준치보다 큰 경우 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하게 된다(도 10의 (c)).For example, as can be seen in Figure 10, when a nerve signal is detected in the nerve stimulation system 100 according to an embodiment of the present invention ((a) of Figure 10), the nerve signal is processed through processing. Calculate the amplitude of the first peak signal from the nerve firing signal (Figure 10(b)), and if the amplitude of the first peak signal is greater than the first predetermined reference value, the nerve for the patient Stimulation parameters are adjusted (Figure 10(c)).
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 시스템(100)에서는, 도 11에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 제1 피크 신호와 후속하는 제2 피크 신호 간의 시간 간격이 미리 정해진 제2 기준치보다 작은 경우 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.Additionally, in the nerve stimulation system 100 according to an embodiment of the present invention, as can be seen in FIG. 11, the time interval between the first peak signal and the subsequent second peak signal is less than a predetermined second reference value. If so, nerve stimulation parameters can be adjusted for the patient.
예를 들어, 도 11에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 시스템(100)에서는 신경 신호가 감지되면(도 11의 (a)), 상기 신경 신호에 대한 처리를 통해 상기 신경 발화 신호에서 제1 피크 신호와 후속하는 제2 피크 신호 간의 시간 간격(Width)을 산출하고(도 11의 (b)), 상기 제1 피크 신호와 후속하는 제2 피크 신호 간의 시간 간격(Width)이 미리 정해진 제2 기준치보다 작은 경우 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하게 된다(도 11의 (c)).For example, as can be seen in Figure 11, in the adaptive nerve stimulation system 100 according to an embodiment of the present invention, when a nerve signal is detected ((a) of Figure 11), the nerve signal is processed. Calculate the time interval (Width) between the first peak signal and the subsequent second peak signal in the neural firing signal ((b) of FIG. 11), and the time between the first peak signal and the subsequent second peak signal If the width is smaller than the predetermined second reference value, the nerve stimulation parameters for the patient are adjusted (Figure 11(c)).
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 시스템(100)에서는 도 12에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 제2 피크 신호의 상승률(slew rate)이 미리 정해진 제3 기준치보다 큰 경우 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.In addition, in the nerve stimulation system 100 according to an embodiment of the present invention, as can be seen in FIG. 12, when the slew rate of the second peak signal is greater than a predetermined third reference value, Nerve stimulation parameters can be adjusted.
예를 들어, 도 12에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 시스템(100)에서는 신경 신호가 감지되면(도 12의 (a)), 상기 신경 신호에 대한 처리를 통해 상기 신경 발화 신호에서 상기 제2 피크 신호의 상승률(slew rate)을 산출하고(도 12의 (b)), 상기 제2 피크 신호의 상승률(slew rate)이 미리 정해진 제3 기준치보다 큰 경우 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하게 된다(도 12의 (c)).For example, as can be seen in Figure 12, in the adaptive nerve stimulation system 100 according to an embodiment of the present invention, when a nerve signal is detected ((a) of Figure 12), the nerve signal is processed. Calculate the slew rate of the second peak signal from the neural firing signal ((b) of FIG. 12), and when the slew rate of the second peak signal is greater than a predetermined third reference value Nerve stimulation parameters for the patient are adjusted (Figure 12(c)).
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 시스템(100)에서, 상기 신경 발화 신호 중 제1 피크 신호의 진폭(amplitude), 제1 피크 신호와 후속하는 제2 피크 신호 간의 시간 간격, 상기 제2 피크 신호의 상승률(slew rate) 중 둘 이상이 기준치를 벗어나는 경우에는, 복수의 신경 자극 파라미터 조정값에 각 가중치를 곱하여 합산한 값으로 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.Furthermore, in the nerve stimulation system 100 according to an embodiment of the present invention, the amplitude of the first peak signal among the nerve firing signals, the time interval between the first peak signal and the subsequent second peak signal, and the If two or more of the slew rates of the two peak signals are outside the standard value, the nerve stimulation parameters can be adjusted using the sum of the plurality of nerve stimulation parameter adjustment values multiplied by each weight.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 시스템(100)에서는, 상기 신경 발화 신호의 모폴로지(morphology) 분석과 함께, 상기 신경 신호의 주파수 특성을 분석하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.Additionally, in the nerve stimulation system 100 according to an embodiment of the present invention, nerve stimulation parameters for the patient can be adjusted by analyzing the frequency characteristics of the nerve signal along with analyzing the morphology of the nerve firing signal. there is.
보다 구체적으로, 도 13에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 시스템(100)에서는 신경 신호가 감지되면(도 13의 (a)), 상기 신경 신호에 대한 푸리에 변환 등의 처리를 통해 상기 신경 신호의 주파수 특성을 분석하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다(도 13의 (b)).More specifically, as can be seen in Figure 13, when a nerve signal is detected in the nerve stimulation system 100 according to an embodiment of the present invention ((a) of Figure 13), Fourier transform, etc. for the nerve signal is performed. By analyzing the frequency characteristics of the nerve signal through processing, nerve stimulation parameters for the patient can be adjusted (FIG. 13(b)).
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 신경 자극 시스템(100)에서, 상기 신경 자극 파라미터 조정부(120)에서는, 상기 신경 발화 신호의 모폴로지(morphology) 분석과 함께, 상기 신경 신호를 구성하는 미리 정해진 복수의 패턴으로 분류하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.Additionally, in the adaptive nerve stimulation system 100 according to an embodiment of the present invention, the nerve stimulation parameter adjustment unit 120 analyzes the morphology of the nerve firing signal and configures the nerve signal in advance. Nerve stimulation parameters for the patient can be adjusted by categorizing them into a plurality of predetermined patterns.
보다 구체적으로, 도 14에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 시스템(100)에서 신경 신호를 감지하면(도 14의 (a)), 상기 신경 신호를 분석하여 미리 정해진 패턴(예를 들어, 도 14 (b)의 토닉(Tonic) 패턴, 랜덤(Random) 패턴, 버스팅(Busrting) 패턴 등)으로 분류하고, 상기 신경 신호를 구성하는 각 패턴의 비율 등을 산출하고 특정 패턴의 비율이 미리 정해진 기준치를 넘어서는지 등을 판단하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다(도 14의 (c)).More specifically, as can be seen in Figure 14, when the nerve stimulation system 100 according to an embodiment of the present invention detects a nerve signal ((a) of Figure 14), the nerve signal is analyzed and a predetermined Classify into patterns (e.g., tonic patterns, random patterns, bursting patterns, etc. in Figure 14 (b)), calculate the ratio of each pattern constituting the neural signal, etc. The nerve stimulation parameters for the patient can be adjusted by determining whether the ratio of a specific pattern exceeds a predetermined standard value (Figure 14(c)).
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 시스템(100)에서는, 상기 신경 발화 신호의 모폴로지(morphology) 분석과 함께, 상기 신경 신호의 주파수 특성 분석 또는 패턴 분석을 함께 고려하여 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하여 줌으로써, 보다 정확한 신경 자극 파라미터를 산출할 수 있게 된다.Accordingly, the nerve stimulation system 100 according to an embodiment of the present invention considers the frequency characteristic analysis or pattern analysis of the nerve signal along with the morphology analysis of the nerve firing signal to determine the nerve response to the patient. By adjusting the stimulation parameters, it is possible to calculate more accurate nerve stimulation parameters.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 시스템(100)에서, 상기 모폴로지(morphology) 분석, 주파수 특성 분석 및 패턴 분석 중 둘 이상을 함께 고려하는 경우에는, 각 분석에 따른 복수의 신경 자극 파라미터 조정값에 가중치를 곱하여 합산한 값으로 신경 자극 파라미터를 조정할 수 있다.Furthermore, in the nerve stimulation system 100 according to an embodiment of the present invention, when two or more of the morphology analysis, frequency characteristic analysis, and pattern analysis are considered together, a plurality of nerve stimulation parameters according to each analysis Nerve stimulation parameters can be adjusted using the sum of the adjustment values multiplied by the weights.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 시스템(100)에서는, 상기 조정된 신경 자극 파라미터에 따라 상기 환자에 대한 신경 자극을 수행하게 된다.Accordingly, the nerve stimulation system 100 according to an embodiment of the present invention performs nerve stimulation on the patient according to the adjusted nerve stimulation parameters.
이때, 상기 신경 자극 시스템(100)에서는, 신경 조직에 삽입되는 바늘형 전극(111a)과 전선(wire) 등을 통해 연결되어 상기 신경 조직으로 전기 신호를 인가하여 신경 자극을 수행하거나, 초음파를 생성하여 상기 환자의 신경 조직으로 인가하여 신경 자극을 수행할 수 있다.At this time, in the nerve stimulation system 100, a needle-shaped electrode 111a inserted into the nerve tissue is connected to the nerve tissue through a wire or the like to apply an electric signal to the nerve tissue to perform nerve stimulation or generate ultrasound. Thus, nerve stimulation can be performed by applying it to the patient's nervous tissue.
나아가, 상기 신경 자극 시스템(100)에서는, 상기 신경 신호가 이상 상태로 판단된 경우에만 상기 환자에 대한 신경 자극을 수행할 수 있으며, 이에 따라 상시적인 신경 자극으로 인한 신경 조직의 손상 및 괴사를 방지할 수 있으며, 또한 배터리 소모량도 줄여 배터리 교체 주기도 늘릴 수 있게 된다.Furthermore, the nerve stimulation system 100 can perform nerve stimulation on the patient only when the nerve signal is determined to be abnormal, thereby preventing damage and necrosis of nerve tissue due to constant nerve stimulation. In addition, battery consumption can be reduced and the battery replacement cycle can be extended.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 시스템(100)에서, 상기 신경 신호 감지부(111)와 상기 신경 자극 수행부(122)는 동일하게 바늘형 전극(111a)로 연결될 수 있으며, 이때 상기 신경 신호 감지부(111)와 상기 신경 자극 수행부(122)는 동작 구간을 시분할하여 제1 구간에서는 상기 신경 신호 감지부(111)가 상기 환자의 신경 신호를 감지하고, 제2 구간에서는 상기 신경 자극 수행부(122)가 상기 환자에 대한 신경 자극을 수행하도록 함으로써, 상호 동작에 간섭을 방지하고 안정적인 동작 수행을 가능하게 할 수 있다.In addition, in the nerve stimulation system 100 according to an embodiment of the present invention, the nerve signal detection unit 111 and the nerve stimulation performance unit 122 may be connected to the same needle-shaped electrode 111a. The nerve signal detection unit 111 and the nerve stimulation performance unit 122 time divide the operation section, so that in the first section, the nerve signal detection section 111 detects the patient's nerve signal, and in the second section, the nerve signal detection unit 111 detects the patient's nerve signal. By allowing the nerve stimulation performing unit 122 to perform nerve stimulation for the patient, interference in mutual movements can be prevented and stable operation can be performed.
또한, 상기 신경 자극 수행부(122)에서는, 상기 신경 자극 데이터를 기초로 전기 신호를 생성하여 상기 바늘형 전극(111a)을 통해 상기 환자의 뇌로 인가하여 신경 자극을 수행할 수 있다.Additionally, the nerve stimulation performing unit 122 may generate an electrical signal based on the nerve stimulation data and apply it to the patient's brain through the needle-shaped electrode 111a to perform nerve stimulation.
이때, 상기 바늘형 전극(111a)에는 소정의 간격을 가지도록 배치되는 복수의 채널이 구비되며, 상기 복수의 채널 중 일부 채널은 신경 신호를 센싱하기 위한 채널로 할당되고, 상기 복수의 채널 중 일부 채널은 신경 자극을 수행하기 위한 채널로 할당될 수 있다.At this time, the needle-shaped electrode 111a is provided with a plurality of channels arranged at predetermined intervals, some channels among the plurality of channels are assigned as channels for sensing nerve signals, and some of the plurality of channels A channel may be assigned as a channel for performing nerve stimulation.
보다 구체적인 예를 들어, 상기 바늘형 전극(111a)에는 복수의 채널(예를 들어, 최소 4 채널 내지 최대 64 채널) 구조가 구비될 수 있으며, 이때 상기 복수의 채널은 소정의 물리적 간격을 구비하여 최적의 신경 신호 기록을 위한 위치를 사용자 또는 제어 시스템이 원격으로 설정하는 것이 가능하다. For a more specific example, the needle-shaped electrode 111a may be provided with a structure of a plurality of channels (e.g., a minimum of 4 channels to a maximum of 64 channels), where the plurality of channels are provided with a predetermined physical gap. It is possible for the user or control system to remotely set the location for optimal neural signal recording.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 시스템(100)에서, 적응형 자극 조절 알고리즘을 이용한 신경 신호 처리 및 자극 조절 프로세스는 임상적 환경 및 치료 행위에 유리한 방향을 고려하여 상기 바늘형 전극(111a)을 이용하거나, 상기 신경 자극 수행부(122)에서 초음파를 생성하여 신경 자극을 수행하거나, 혹은 양자를 함께 이용하여 환자에 대한 신경 자극을 수행하는 것도 가능하다.Furthermore, in the nerve stimulation system 100 according to an embodiment of the present invention, the nerve signal processing and stimulation control process using an adaptive stimulation control algorithm takes into account the clinical environment and a direction advantageous for treatment, and the needle-shaped electrode ( It is also possible to perform nerve stimulation on a patient by using 111a), by generating ultrasound in the nerve stimulation performing unit 122, or by using both together.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 시스템(100)에는, 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 수동으로 설정할 수 있도록 하는 무선 설정부(미도시)가 더 포함될 수 있다.Furthermore, the nerve stimulation system 100 according to an embodiment of the present invention may further include a wireless setting unit (not shown) that allows manually setting nerve stimulation parameters for the patient.
이때, 상기 무선 설정부(미도시)에서는 블루투스나 와이파이 등 무선 통신을 통해 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 수동으로 설정할 수 있다.At this time, the wireless setting unit (not shown) can manually set nerve stimulation parameters for the patient through wireless communication such as Bluetooth or Wi-Fi.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 시스템(100)에서는, 의료진 등의 사용자가 환자의 상태 등을 고려하여 상기 신경 자극 파라미터를 수동으로 설정할 수 있도록 함으로써, 재수술 없이도 상기 환자에게 적합한 설정치를 세팅할 수 있게 된다.Accordingly, the nerve stimulation system 100 according to an embodiment of the present invention allows users, such as medical staff, to manually set the nerve stimulation parameters in consideration of the patient's condition, etc., to a setting value suitable for the patient without requiring reoperation. can be set.
또한,본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 시스템(100)에서는, 상기 신경 신호 감지 장치(110)가 스마트폰 등 사용자의 단말로 상기 신경 신호를 전송하거나, 신경 자극을 수행하기 위한 메시지를 전송하여, 소정의 처리를 수행하거나 사용자에게 제공하여 휴대형 신경 자극 수행부(122)를 이용하여 신경 자극을 수행하도록 할 수 있다.Additionally, in the nerve stimulation system 100 according to an embodiment of the present invention, the nerve signal detection device 110 transmits the nerve signal to a user's terminal such as a smartphone, or transmits a message for performing nerve stimulation. Thus, predetermined processing can be performed or provided to the user to perform nerve stimulation using the portable nerve stimulation performing unit 122.
또한, 도 15에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 방법의 순서도를 도시하고 있다.Additionally, Figure 15 shows a flowchart of a nerve stimulation method according to an embodiment of the present invention.
도 15에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 방법은, 신경 자극 장치(120)가, 환자의 신경 신호를 기초로 산출된 상기 환자에 대한 신경 자극을 위한 신경 자극 데이터를 무선 수신하는 단계(S110) 및 상기 신경 자극 데이터를 기초로 산출되는 신경 자극 신호를 상기 환자의 뇌로 인가하여 신경 자극을 수행하는 단계(S120)를 포함할 수 있다.As can be seen in Figure 15, in the nerve stimulation method according to an embodiment of the present invention, the nerve stimulation device 120 uses nerve stimulation data for nerve stimulation for the patient calculated based on the patient's nerve signals. It may include a step of wirelessly receiving (S110) and applying a nerve stimulation signal calculated based on the nerve stimulation data to the patient's brain to perform nerve stimulation (S120).
본 발명의 일 실시예에 따른 신경 자극 방법은 앞서 설명한 신경 자극 시스템(100)와 그 동작 원리 및 동작이 유사하여 통상의 기술자가 용이하게 구현하고 실시할 수 있으므로 보다 자세한 설명은 생략하며 앞서 설명한 신경 자극 시스템(100)에 대한 일련의 설명을 참조할 수 있다.The nerve stimulation method according to an embodiment of the present invention is similar in its operating principle and operation to the nerve stimulation system 100 described above and can be easily implemented and performed by a person skilled in the art. Therefore, a detailed description will be omitted and the nerve stimulation method described above will be omitted. Reference may be made to a series of descriptions of the stimulation system 100.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 신호 분석에 기반한 적응형 뇌자극 조절 시스템, 장치 및 방법에서는, 시술 이후에도 지속적으로 치료 효과를 유지할 수 있고, 상시적인 신경 자극으로 인한 조직의 손상 및 괴사를 방지할 수 있으며, 또한 배터리 교체를 위한 반복적인 재수술도 줄일 수 있으며, 나아가 치료 알고리즘 등에 대한 업그레이드를 통해 치료 효과를 지속적으로 개선할 수 있게 된다.Accordingly, in the adaptive brain stimulation control system, device, and method based on nerve signal analysis according to an embodiment of the present invention, the treatment effect can be continuously maintained even after the procedure, and tissue damage and necrosis due to constant nerve stimulation can be prevented. can be prevented, and repeated reoperations for battery replacement can be reduced, and furthermore, the treatment effect can be continuously improved through upgrades to the treatment algorithm.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경, 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해서 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an illustrative explanation of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art will be able to make various modifications, changes, and substitutions without departing from the essential characteristics of the present invention. It would be possible. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention and the attached drawings are not intended to limit the technical idea of the present invention, but are for illustrative purposes, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and the attached drawings. . The scope of protection of the present invention should be interpreted in accordance with the claims below, and all technical ideas within the equivalent scope should be construed as being included in the scope of rights of the present invention.

Claims (14)

  1. 환자의 뇌에 일부 또는 전부가 삽입되어 신경 신호를 감지하는 신경 신호 감지부와,A nerve signal detection unit partially or fully inserted into the patient's brain to detect nerve signals,
    상기 신경 신호를 기초로 산출된 상기 환자에 대한 신경 자극을 위한 신경 자극 데이터를 무선 송신하는 제1 무선 통신부를 포함하는 신경 신호 감지 장치; 및,a nerve signal detection device including a first wireless communication unit that wirelessly transmits nerve stimulation data for nerve stimulation of the patient calculated based on the nerve signal; and,
    상기 신경 신호 감지 장치로부터 상기 신경 자극 데이터를 수신하는 제2 무선 통신부와,a second wireless communication unit that receives the nerve stimulation data from the nerve signal detection device;
    상기 신경 자극 데이터를 기초로 산출되는 신경 자극 신호를 상기 환자의 뇌로 인가하여 신경 자극을 수행하는 신경 자극 수행부를 포함하는 신경 자극 장치;A nerve stimulation device comprising a nerve stimulation performing unit that applies a nerve stimulation signal calculated based on the nerve stimulation data to the patient's brain to perform nerve stimulation;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 자극 시스템.A neurostimulation system comprising:
  2. 제1항에 있어서,According to paragraph 1,
    상기 신경 신호 감지부는,The nerve signal detection unit,
    상기 환자의 신경 신호를 센싱하는 바늘형 전극과,A needle-shaped electrode that senses nerve signals from the patient,
    상기 바늘형 전극에서 센싱된 신경 신호를 기초로 상기 신경 자극 데이터를 산출하는 신경 신호 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 자극 시스템.A nerve stimulation system comprising a nerve signal processing unit that calculates the nerve stimulation data based on the nerve signal sensed by the needle-shaped electrode.
  3. 제2항에 있어서,According to paragraph 2,
    상기 신경 신호 처리부에서는 상기 신경 신호에 미리 정해진 제1 알고리즘을 적용하여 적응적으로 상기 신경 자극 데이터를 산출하며,The nerve signal processing unit adaptively calculates the nerve stimulation data by applying a first predetermined algorithm to the nerve signal,
    상기 신경 자극 수행부에서는 상기 신경 자극 데이터를 기초로 상기 신경 자극 신호를 생성하고 상기 환자의 뇌로 인가하여 신경 자극을 수행하는 것을 특징으로 하는 신경 자극 시스템.A nerve stimulation system, wherein the nerve stimulation performing unit generates the nerve stimulation signal based on the nerve stimulation data and applies it to the patient's brain to perform nerve stimulation.
  4. 제3항에 있어서,According to paragraph 3,
    상기 신경 신호 감지 장치에서는,In the neural signal detection device,
    상기 제1 무선 통신부를 통해 전송받은 제2 알고리즘으로 상기 제1 알고리즘을 갱신하여 적용하는 것을 특징으로 하는 신경 자극 시스템.A nerve stimulation system characterized in that the first algorithm is updated and applied with a second algorithm transmitted through the first wireless communication unit.
  5. 제1항에 있어서,According to paragraph 1,
    상기 신경 자극 수행부는,The nerve stimulation performing unit,
    상기 신경 자극 데이터를 기초로 적응적으로 상기 신경 자극 신호를 산출하는 신경 자극 신호 산출부와,a nerve stimulation signal calculation unit adaptively calculating the nerve stimulation signal based on the nerve stimulation data;
    상기 신경 자극 신호를 인가하여 상기 환자의 뇌에 대한 신경 자극을 수행하는 신경 자극 인가부를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 자극 시스템.A nerve stimulation system comprising a nerve stimulation application unit that applies the nerve stimulation signal to perform nerve stimulation to the patient's brain.
  6. 제1항에 있어서,According to paragraph 1,
    상기 신경 자극 수행부에서는,In the nerve stimulation performing unit,
    상기 신경 자극 데이터를 기초로 초음파를 생성하여 상기 환자의 뇌로 인가하여 신경 자극을 수행하는 것을 특징으로 하는 신경 자극 시스템.A nerve stimulation system that generates ultrasound based on the nerve stimulation data and applies it to the patient's brain to perform nerve stimulation.
  7. 제6항에 있어서,According to clause 6,
    상기 신경 자극 수행부에는,In the nerve stimulation performing unit,
    복수의 초음파 생성기가 배열되어 상기 초음파를 상기 환자의 뇌의 특정한 부위로 집속하여 인가하는 것을 특징으로 하는 신경 자극 시스템.A nerve stimulation system characterized in that a plurality of ultrasound generators are arranged to focus and apply the ultrasound to a specific area of the patient's brain.
  8. 제5항에 있어서,According to clause 5,
    상기 신경 자극 신호 산출부에서는 상기 신경 자극 데이터에 미리 정해진 제1 알고리즘을 적용하여 적응적으로 상기 신경 자극 신호를 산출하는 것을 특징으로 하는 신경 자극 시스템.A nerve stimulation system, wherein the nerve stimulation signal calculation unit adaptively calculates the nerve stimulation signal by applying a first predetermined algorithm to the nerve stimulation data.
  9. 제8항에 있어서,According to clause 8,
    상기 신경 자극 장치에서는,In the nerve stimulator,
    상기 제2 무선 통신부를 통해 전송받은 제2 알고리즘으로 상기 제1 알고리즘을 갱신하여 적용하는 것을 특징으로 하는 신경 자극 시스템.A nerve stimulation system characterized in that the first algorithm is updated and applied with a second algorithm transmitted through the second wireless communication unit.
  10. 제2항에 있어서,According to paragraph 2,
    상기 신경 자극 수행부에서는,In the nerve stimulation performing unit,
    상기 신경 자극 데이터를 기초로 전기 신호를 생성하여 상기 바늘형 전극을 통해 상기 환자의 뇌로 인가하여 신경 자극을 수행하는 것을 특징으로 하는 신경 자극 시스템.A nerve stimulation system that generates an electrical signal based on the nerve stimulation data and applies it to the patient's brain through the needle-shaped electrode to perform nerve stimulation.
  11. 제10항에 있어서,According to clause 10,
    상기 바늘형 전극에는 소정의 간격을 가지도록 배치되는 복수의 채널이 구비되며,The needle-shaped electrode is provided with a plurality of channels arranged at predetermined intervals,
    상기 복수의 채널 중 일부 채널은 신경 신호를 센싱하기 위한 채널로 할당되고,Some channels among the plurality of channels are allocated as channels for sensing nerve signals,
    상기 복수의 채널 중 일부 채널은 신경 자극을 수행하기 위한 채널로 할당되는 것을 특징으로 하는 신경 자극 시스템.A nerve stimulation system, characterized in that some channels among the plurality of channels are allocated as channels for performing nerve stimulation.
  12. 제10항에 있어서,According to clause 10,
    상기 바늘형 전극은 동작 구간을 시분할하여 제1 구간에서는 상기 신경 신호를 센싱하고, 제2 구간에서는 상기 환자에 대한 신경 자극을 수행하는 것을 특징으로 하는 신경 자극 시스템.The needle-shaped electrode is a nerve stimulation system characterized in that it senses the nerve signal in a first section by time dividing the operation section, and performs nerve stimulation for the patient in a second section.
  13. 제1항에 있어서,According to paragraph 1,
    상기 신경 자극 신호는,The nerve stimulation signal is,
    상기 신경 신호 중 신경 발화 신호의 모폴로지(morphology)를 분석하여 상기 환자에 대한 신경 자극 파라미터를 조정하여 생성되는 것을 특징으로 하는 신경 자극 시스템.A nerve stimulation system, characterized in that it is generated by analyzing the morphology of nerve firing signals among the nerve signals and adjusting nerve stimulation parameters for the patient.
  14. 신경 자극 장치가, 환자의 신경 신호를 기초로 산출된 상기 환자에 대한 신경 자극을 위한 신경 자극 데이터를 무선 수신하는 단계; 및A nerve stimulation device, wirelessly receiving nerve stimulation data for nerve stimulation for the patient calculated based on the patient's nerve signals; and
    상기 신경 자극 데이터를 기초로 산출되는 신경 자극 신호를 상기 환자의 뇌로 인가하여 신경 자극을 수행하는 단계;performing nerve stimulation by applying a nerve stimulation signal calculated based on the nerve stimulation data to the patient's brain;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 자극 방법.A nerve stimulation method comprising:
PCT/KR2023/016007 2022-10-27 2023-10-17 System, apparatus, and method for adaptive brain stimulation control based on neural signal analysis WO2024090875A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220140755A KR20240059466A (en) 2022-10-27 2022-10-27 System, apparatus and method for adaptive brain stimulation control based on neural signal analysis
KR10-2022-0140755 2022-10-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024090875A1 true WO2024090875A1 (en) 2024-05-02

Family

ID=90831206

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2023/016007 WO2024090875A1 (en) 2022-10-27 2023-10-17 System, apparatus, and method for adaptive brain stimulation control based on neural signal analysis

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20240059466A (en)
WO (1) WO2024090875A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140042711A (en) * 2012-09-28 2014-04-07 한양대학교 산학협력단 Adaptive deep brain stimulation system actively controlling the stimulation pattern for deep brain stimulation
KR20140092238A (en) * 2011-03-17 2014-07-23 브라운 유니버시티 Implantable wireless neural device
KR20180033090A (en) * 2016-09-23 2018-04-02 기초과학연구원 Brain stimulating apparatus
KR20210120511A (en) * 2020-03-27 2021-10-07 한국전기연구원 System, apparatus and method for adaptive neuro-stimulation based on neural signal processing
KR20220016566A (en) * 2020-08-03 2022-02-10 한국과학기술연구원 apparatus and method for controlling ultrasonic wave for brain stimulation

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101275073B1 (en) 2011-05-26 2013-06-17 알피니언메디칼시스템 주식회사 Procedure for a Miniaturized Brain Stimulating Electrode System

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140092238A (en) * 2011-03-17 2014-07-23 브라운 유니버시티 Implantable wireless neural device
KR20140042711A (en) * 2012-09-28 2014-04-07 한양대학교 산학협력단 Adaptive deep brain stimulation system actively controlling the stimulation pattern for deep brain stimulation
KR20180033090A (en) * 2016-09-23 2018-04-02 기초과학연구원 Brain stimulating apparatus
KR20210120511A (en) * 2020-03-27 2021-10-07 한국전기연구원 System, apparatus and method for adaptive neuro-stimulation based on neural signal processing
KR20220016566A (en) * 2020-08-03 2022-02-10 한국과학기술연구원 apparatus and method for controlling ultrasonic wave for brain stimulation

Also Published As

Publication number Publication date
KR20240059466A (en) 2024-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015076543A1 (en) Brain wave measurement and brain stimulation system
US20220016423A1 (en) Brain interfacing apparatus and method
US11850429B2 (en) Multi-target electrical stimulation circuit, electrical stimulator and signal output method of electrical stimulator
WO2019142995A1 (en) Nerve stimulator
WO2021187877A1 (en) Device for personalized treatment of tinnitus and computer-readable recording medium for performing same
US20150018699A1 (en) System and methods for closed-loop cochlear implant
ITRM20110206A1 (en) ACQUISITION AND MONITORING SYSTEM OF BIOELECTRIC SIGNALS FROM THE BRAIN AND INTRACRANIC STIMULATION.
KR20170046593A (en) Apparatus and method of implantable bidirectional wireless neural recording and stimulation
JP2004517669A (en) Methods and systems for monitoring sedation, paralysis, and neural connectivity
WO2021194104A1 (en) Neural signal processing-based adaptive neural stimulation system, apparatus, and method
JP2008500074A5 (en)
WO2021104098A1 (en) Nerve regulation system and wearable nerve regulation device
WO2023241338A1 (en) Programmed control device, programmed control system, electronic device and computer-readable storage medium
WO2020153561A1 (en) Oral cavity-worn system and method for adjusting positions of soft palate and tongue
WO2017164460A1 (en) Method for supplying power to implantable medical device and power supply system using same
WO2024090875A1 (en) System, apparatus, and method for adaptive brain stimulation control based on neural signal analysis
WO2015199344A1 (en) Electrical stimulation system and electrical stimulation method
WO2023068437A1 (en) Wireless earphone having vagus nerve stimulation function
WO2019231282A1 (en) Implantable medical device control system and control method therefor
EP4059429A1 (en) Hearing aid with ear eeg recording
WO2020071581A1 (en) System for monitoring information about muscle tension relief and muscle activation
WO2024090876A1 (en) System, apparatus and method for ultrasonic deep brain stimulation treatment
WO2021040206A1 (en) Customized-type sleep management method and system
WO2011003967A1 (en) A dual electrode for a treatment apparatus
WO2021194102A1 (en) Voiding diary-based feedback stimulation system and control method for same