KR20220081606A

KR20220081606A - 웨어러블 신경 자극 장치

Info

Publication number: KR20220081606A
Application number: KR1020200171270A
Authority: KR
Inventors: 이기원
Original assignee: (주)와이브레인
Priority date: 2020-12-09
Filing date: 2020-12-09
Publication date: 2022-06-16
Also published as: KR102462573B1

Abstract

본 발명은 웨어러블 신경 자극 장치에 관한 것이다. 사용자의 신경에 전기 신호를 가하여 웨어러블 신경 자극 장치는 사용자의 타겟 영역과 접촉되어 사용자의 신경에 상기 전기 신호를 인가하도록 구현된 자극 모듈과 자극 모듈과 결합되어 사용자의 자극 모듈의 착용을 위해 구현된 밴드부를 포함할 수 있다.

Description

웨어러블 신경 자극 장치{Wearable device for nerve impulse}

본 발명은 사용자의 신경에 전기적인 자극을 가하여 신경을 조절하는 웨어러블 신경 자극 장치에 관한 것이다.

전기적인 자극을 신경에 가하여 환자의 의학적 질환을 치료하려는 다양한 시도가 진행되고 있다.

침습적으로 체내에 장치를 삽입하여 신경에 직접적으로 전기적인 자극을 가하는 임플란트 타입 치료가 있다. 예를 들어, 임플란트 타입 치료는 전기적인 자극을 통해 천식이나 COPD(chronic obstructive Pulmonary disease)의 주요 증상을 완화시키기 위해 활용되고 있다. 임플란트 타입 치료를 통해 종래의 신경 절단 등의 방식을 통해 야기되는 부작용을 줄이면서 천식이나 COPD의 주요 증상이 완화될 수 있다.

다른 방식으로 비침습적으로 표피에서 전기적인 자극을 가하여 신경에 도달시키는 비임플란트 타입 치료가 있다. 예를 들어, 비임플란트 타입 치료는 전기적인 자극을 통해 ADHD(attention deficit hyperactivity disorder) 증상을 완화시키기 위해 활용될 수 있다. 비임플란트 타입 치료는 종래의 침습적인 방식의 치료를 대체하여 침습적인 방식의 치료로 인한 부작용을 줄일 수 있다.

비임플란트 타입 치료는 다양한 영역에서 손쉽게 활용될 수 있고, 비임플란트 타입 치료를 위한 사용자가 손쉽게 활용 가능한 웨어러블 장치에 대한 연구 개발이 필요하다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 펄스의 버스트와 직류 파형을 포함하는 전기 신호를 인가하여 전기적인 자극을 사용자의 신경에 가함으로써 신경을 조절할 수 있는 웨어러블 신경 자극 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 사용자가 웨어러블 타입으로 용이하게 착용 가능한 웨어러블 신경 자극 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 사용자의 신경에 전기 신호를 가하여 웨어러블 신경 자극 장치는 사용자의 타겟 영역과 접촉되어 상기 사용자의 신경에 상기 전기 신호를 인가하도록 구현된 자극 모듈과 상기 자극 모듈과 결합되어 상기 사용자의 상기 자극 모듈의 착용을 위해 구현된 밴드부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 자극 모듈은 곡률을 가지는 본체, 상기 전기 신호를 공급하는 전극와 상기 전극과 연결되어 상기 타겟 영역과 접촉하여 상기 전기 신호를 전달하는 접촉부를 포함하되, 상기 접촉부는 상기 타겟 영역에 따라 상기 전극에서 탈착되어 상기 전기 신호를 전달하기 위해 복수의 타입으로 구현될 수 있다.

또한, 상기 전기 신호는 펄스의 버스트 구간과 직류 파형 구간으로 구분되고, 상기 직류 파형 구간은 상기 펄스의 버스트 구간 사이에 위치할 수 있다.

또한, 상기 펄스의 버스트 구간과 상기 직류 파형 구간은 오버랩되지 않고, 상기 펄스의 버스트 구간에는 상기 전기 신호에 상기 펄스의 버스트가 포함되고 상기 직류 파형 구간에는 상기 펄스의 버스트의 인가를 중지하고 상기 전기 신호에 상기 직류 파형이 포함될 수 있다.

이 외에도, 본 발명을 구현하기 위한 다른 방법, 다른 시스템 및 상기 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록하는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 더 제공될 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 비침습적으로 펄스의 버스트와 직류 파형을 포함하는 신호를 인가하여 전기적인 자극을 사용자의 신경에 가함으로써 사용자의 신경을 조절할 수 있어서, 편두통(migraine), 불면증(insomnia), 신경성 장애(neurologic disorder) 및 우울증(depression)의 증상을 완화시킬 수 있으며, 이완(relaxation)의 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 신경 자극 장치를 나타낸 개념도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 신경 자극 장치의 구체적인 구조를 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 목표 영역, 목표 신경을 나타낸 개념도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기 신호를 나타낸 개념도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 신경 조절 장치의 펄스의 버스트 특성과 직류 파형의 특성에 대한 설정과 관련된 표이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 신경 자극 장치를 이용한 경우의 효과를 HRV 주요 지표로 확인할 수 있는 그래프이다.
도 9는 웨어러블 신경 자극 장치를 이용한 경우의 효과를 EDA 주요 지표로 확인할 수 있는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 신경 자극 장치를 이용한 신경 조절 방법을 나타낸 순서도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 신경 자극 장치를 나타낸 개념도이다.

도 1 및 도 2에서는 웨어러블 타입으로 사용자의 신경에 전기적인 자극을 가하기 위한 웨어러블 신경 자극 장치의 구조가 개념적으로 개시된다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 웨어러블 신경 자극 장치는 사용자의 신경에 전기적인 자극으로서 전기 신호(또는 전기 자극)를 전달하여 사용자의 의학적 질환(medical condition)을 치료하기 위해 구현될 수 있다.

웨어러블 신경 자극 장치(10)에 의해 제공되는 전기 신호를 기반으로 사용자의 신경 활동이 조절될 수 있다. 신경 활동은 신경 활동 전위의 변화를 의미할 수 있고, 신경 활동의 조절은 신경 활동 전위에 대한 조절일 수 있다. 구체적으로 신경 활동의 조절은 신경 활동 전위의 진폭, 주파수 및/또는 패턴 등의 조절을 의미할 수 있다.

신경 활동의 조절을 위한 전기 신호가 인가된 경우, 신경 활동이 변화될 수 있다. 구체적으로 웨어러블 신경 자극 장치를 통해 전기 신호가 가해지는 경우, 신경 활동 전위의 진폭 및/또는 주파수, 신경 활동 전위의 패턴이 변경될 수 있다.

사용자의 의학적 질환은 신경 활동의 조절에 따라 완화 또는 방지될 수 있다는 점에서 웨어러블 신경 자극 장치(10)는 사용자의 의학적 질환에 대하여 효과적인 치료법을 제공할 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 신경 자극 장치(10)는 자극 모듈(20) 및 컨트롤러(30)를 포함할 수 있다.

자극 모듈(20)은 사용자의 신경에 전기 신호를 인가하도록 구현되고 컨트롤러(30)에 의해 제어될 수 있다. 자극 모듈(20)은 사용자의 신경에 전기 신호를 인가하기 위해 필요한 적어도 하나의 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 자극 모듈은 전력원(power source, 미도시), 전극(21) 및 사용자의 표피(outer surface)의 목표 영역에 위치하는 접촉부(22) 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 전극(21)은 복수의 전극(21)으로 애노드(anode)와 캐소드(cathode)를 포함할 수 있다.

여기서, 자극 모듈(20)의 접촉면(22)이 사용자의 표피의 목표 영역에 위치하는 경우, 피부를 통해 비침습적으로 신경에 전기 신호가 가해질 수 있다. 구체적으로, 전기 신호가 가해지면 형성되는 전기장(electric field)이 사용자의 표피를 통과하여 사용자의 표피 내의 신경에 전달된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 신경 자극 장치(10)를 이용하면 비침습적으로 신경에 전기적인 자극이 가해질 수 있다.

웨어러블 신경 자극 장치(10)가 접촉되는 타겟 영역은 전기 신호를 전달하고자 하는 타겟 신경이 위치하는 영역일 수 있다. 타겟 신경이 위치하는 영역 상의 표피에 웨어러블 신경 자극 장치(10)의 복수의 전극(21)(애노드와 캐소드)가 이격되어 위치할 수 있다.

예를 들어, 타겟 영역은 이마(forehead), 귀(ear), 목(neck) 및 손목(wrist) 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 타겟 신경은 뇌 신경(cranial nerve), 경동맥동 신경(carotid sinus nerve), 미주 신경(vagus nerve), 목 신경(cervical nerve) 및 정중 신경(median nerve) 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. 이러한 타겟 신경으로 전기 신호를 가함으로써 편두통(migraine), 불면증(insomnia), 신경성 장애(neurologic disorder), 신경병성 통증(neuropathic pain), 운동장애(motor dysfunction), 간질(epilepsy), 이명(tinnitus), 비만(obesity) 및 우울증(depression) 중 적어도 하나의 의학적 질환(또는 목표 질환)이 개선될 수 있다. 이러한 목표 영역, 목표 신경 및 목표 질환은 하나의 예시로서 웨어러블 신경 자극 장치(10)는 다른 다양한 영역, 신경 및 질환을 목표 영역, 목표 신경 및 목표 질환으로 설정할 수 있다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 신경 자극 장치의 구체적인 구조를 나타낸 개념도이다.

도 3 및 도 4에서는 구체적인 웨어러블 신경 자극 장치의 구조가 개시된다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 웨어러블 신경 자극 장치의 구조는 자극 모듈과(20) 밴드부(25)를 포함할 수 있다.

자극 모듈(20)은 본체(24), 전력원(power source, 미도시), 전원 버튼(23), 전극(21) 및 전극과 연결되어 사용자의 표피(outer surface)의 타겟 영역과 접촉하는 접촉부(22)를 포함할 수 있다. 전극(21)은 복수의 전극(21)으로 애노드(anode)와 캐소드(cathode)를 포함할 수 있다.

전원 버튼(23)을 통해 자극 모듈이 ON 상태로 전환되는 경우, 전극(21) 상에 전기 신호가 발생되고, 전기 신호는 접촉부(22)를 통해 사용자 표피 상으로 전달될 수 있다. 접촉부(22)는 전극(21)과 결합되어 사용자의 표피와 접촉하기 위한 구조로서 형성될 수 있다. 접촉부(22)는 다양한 형상으로 전극(21)과 연결될 수 있다. 사용자는 타겟 영역에 따라 복수의 접촉부(22) 중 하나의 접촉부(22)를 선택하여 전극(21)과 결합하여 전기 신호를 사용자에게 전달할 수 있다.

자극 모듈(20)은 사용자의 표면과 접촉부(22)와의 접촉이 잘될 수 있도록 곡률을 가지는 형태로 구현될 수 있고, 이를 통해 사용자의 표면과 접촉부의 접촉도가 높아질 수 있다.

자극 모듈(20)의 외곽에는 홈 구조가 형성되어 홈 구조를 통해 자극 모듈(20)과 밴드부(25)가 결합되도록 할 수 있다.

밴드부(25)는 홈 구조를 결합할 수 있는 자극 모듈 결합부(26)와 밴드(27)로 구현될 수 있다. 자극 모듈 결합부(26)는 홀 구조로 형성되고, 홀 구조 상에 자극 모듈(20)의 홈 구조와의 결합이 가능한 결합 구조가 위치할 수 있다.

밴드부(25)는 탄성을 가지고 밴드부(25)의 결합 구조가 탄성력을 기반으로 자극 모듈(20)의 홈 구조와의 결합하여 밴드부(25)와 자극 모듈(20)이 결합될 수 있다.

추가로 밴드부(25)는 벨크로 구조(28)와 같은 밴드 간 결합 구조를 가지고 사용자의 신체와 결합되도록 구현될 수 있다. 타겟 영역 상에 자극 모듈(20)을 고정시키기 위해 밴드 간 결합 구조를 활용하여 밴드의 길이가 조절될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 목표 영역, 목표 신경을 나타낸 개념도이다.

도 5를 참조하면, 왼쪽 경동맥동 신경(A)과 왼쪽 미주 신경(B)이 목표 신경인 경우, 목표 영역은 왼쪽 경동맥동 신경(A)과 왼쪽 미주 신경(B)이 위치하는 사용자 목의 측면의 표피일 수 있다. 구체적으로, 왼쪽 경동맥동 신경(A) 상의 표피에 캐소드가 위치하고, 왼쪽 미주 신경(B) 상의 표피에 애노드가 위치할 수 있으며, 캐소드가 애노드에 비하여 상대적으로 머리 가까이 위치할 수 있다.

그리고 목 신경이 목표 신경인 경우, 목표 영역으로서 자극 위치는 목 신경이 위치하는 사용자 목의 뒷면의 표피일 수 있으며, 구체적으로 제1 경추(C1) 및 제2 경추(C2)에 인접한 표피(C)와, 제3 경추(C3) 및 제4 경추(C4)에 인접한 표피(D)일 수 있다. 제1 경추(C1) 및 제2 경추(C2)에 인접한 표피(C)에 애노드가 위치하고, 제3 경추(C3) 및 제4 경추(C4)에 인접한 표피(D)에 캐소드가 위치할 수 있으며, 애노드가 캐소드에 비하여 상대적으로 머리 가까이 위치할 수 있다.

이 밖에 뇌 신경에 속하는 삼차 신경(trigeminal nerve)이 목표 신경인 경우, 목표 영역으로서 자극 위치는 삼차신경의 가지인 안신경(opthalmic nerve)의 첫번째 가진인 안와상 신경(supraorbital nerve)과 활차상 신경(supratrochlear nerve)이 위치하는 오른쪽 눈썹의 표피와 왼쪽 눈썹의 표피(F)일 수 있다. 구체적으로, 오른쪽의 안와상 신경과 활차상신경 상의 표피(E)에 캐소드가 위치하고 왼쪽의 안와상 신경과 활차상신경 활차상 신경 상의 표피(F)에 애노드가 위치할 수 있다.

웨어러블 신경 자극 장치(10)의 컨트롤러(30)는 웨어러블 신경 자극 장치(10) 를 제어하여 구체적으로 자극 모듈(20)에 인가되는 전기 신호를 제어한다. 여기서, 전기 신호는펄스의 버스트(bursts of pulses)와 직류(DC) 파형을 포함한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기 신호를 나타낸 개념도이다.

도 6을 참조하면, 전기 신호는 펄스의 버스트와 직류(DC) 파형을 포함한다. 전기 신호는 시계열적으로 펄스의 버스트 구간과 직류 파형 구간으로 구분되고, 컨트롤러(30)는 시계열적으로 펄스의 버스트 구간 사이에 직류 파형 구간이 위치하도록 신호를 제어하며, 구체적으로 펄스의 버스트 구간과 직류 파형 구간이 번갈아가며 제공될 수 있다.

펄스의 버스트 구간과 직류 파형 구간은 오버랩되지 않을 수 있다. 컨트롤러(30)는 펄스의 버스트 구간에는 전기 신호에 펄스의 버스트를 포함시키고 직류 파형을 포함시키지 않고, 직류 파형 구간에는 펄스의 버스트의 인가를 중지하고 전기 신호에 직류 파형이 포함되도록 제어할 수 있다. 펄스의 버스트와 직류 파형이 동일한 전력원(미도시)으로부터 생성되기 때문에, 펄스의 버스트 구간과 직류 파형 구간은 오버랩되지 않을 수 있다.

펄스의 버스트 구간에서 직류 파형 구간으로 전환되는 영역을 살펴보면, 펄스의 버스트 구간에서 각 펄스는 제1 전류값을 가지며, 직류 파형 구간에서 직류 파형은 제1 전류값과 다른 제2 전류값을 가진다. 즉, 제1 전류값은 펄스의 목표 전류값이고 제2 전류값은 직류 파형의 목표 전류값일 수 있다. 본 실시예에 따른 신경 조절 장치(10)는 동일한 자극 모듈(20)에서 시계열적으로 서로 다른 값을 가지는 신호를 생성하기 때문에, 회로 특성으로 인해 제1 전류값에서 제2 전류값으로 불연속하게(discrete) 값을 변경하기 어렵다.

따라서 직류 파형 구간에서 제1 전류값에서 제2 전류값으로 연속적으로 전류값이 변화하는 파형이 포함되며, 제1 전류값이 제2 전류값에 비해 상대적으로 큰 경우라면 직류 파형 구간에서 직류 파형은 상대적으로 큰 제1 전류값에서 상대적으로 작은 제2 전류값으로 감소하는 파형을 포함한다.

직류 파형 구간에서 직류 파형은 제2 전류값에 도달한 후 미리 정해진 시간동안 제2 전류값을 실질적으로 유지할 수 있다. 직류 파형 구간에서는 제2 전류값을 가지는 직류 파형을 통해 사용자의 신경에 전기적인 자극을 가하는 것이 목적이기 때문에, 전술한 바와 같이 직류 파형이 제2 전류값에 도달한 상황이 미리 정해진 시간동안 유지될 수 있다.

여기서, 치료의 대상이 되는 사용자의 의학적 질환에 따라 직류 파형 구간에서 직류 파형의 감소 기울기값이 결정될 수 있다. 예컨대, 사용자의 의학적 질환에 따라 펄스의 버스트에 포함되는 각 펄스의 제1 전류값과 직류 파형 구간에서 직류 파형의 제2 전류값 그리고 이 밖의 다른 특성이 결정되어 직류 파형 구간에서 직류 파형의 감소 기울기값이 결정될 수 있다.

따라서 사용자의 의학적 질환이 달라지면, 치료를 위한 펄스의 버스트 특성과 직류 파형의 특성 중 적어도 하나가 달라질 수 있고, 이에 따라 직류 파형 구간에서 직류 파형의 감소 기울기값이 다르게 결정될 수 있을 뿐 아니라, 직류 파형 구간과 펄스의 버스트 구간 사이의 휴지 구간의 길이가 다르게 결정될 수 있다. 펄스의 버스트 특성과 직류 파형의 특성으로서, 펄스의 버스트에 포함되는 펄스의 제1 전류값(mA), 주파수(Hz), 펄스 듀레이션(νs), 인터펄스 듀레이션(νs), 램프 업(s), 램프 다운(s), 총 시간(s), 버스트 주파수(Hz), 버스트 듀레이션(ms), 및 직류 파형의 제2전류값(mA)이 포함될 수 있다.

몇몇 실시예에서 도 6을 참조하여 직류 파형 구간에서 펄스의 버스트 구간으로 전환되는 영역을 살펴보면, 직류 파형 구간에서 직류 파형은 제2 전류값을 가지며, 펄스의 버스트 구간에서 각 펄스는 제2 전류값과 다른 제1 전류값을 가진다. 따라서 직류 파형 구간에서 펄스의 버스트 구간으로 전환되는 영역에는 휴지 구간이 포함되며, 휴지 구간은 일시적으로 출력을 하지 않는 구간으로서 휴지 구간에는 직류 파형이나 펄스의 버스트가 출력되지 않는다. 구체적으로, 시계열적으로 직류 파형 구간 이후에 펄스의 버스트 구간이 배치되는 경우, 신호는 직류 파형 구간과 펄스의 버스트 구간 사이에 직류 파형이나 펄스의 버스트의 출력이 없는 휴지 구간을 포함한다.

직류 파형의 제2 전류값은 펄스의 제1 전류값에 비하여 상대적으로 낮은데, 상대적으로 낮은 직류 파형의 제2 전류값에서 상대적으로 높은 펄스의 제1 전류값을 구현하기 위해서는 출력이 없는 휴지 구간이 존재해야만 한다. 컨트롤러는 이러한 휴지 구간을 통해서 높은 에너지의 펄스를 생성하도록 제어할 수 있다.

여기서, 펄스의 제1 전류값의 크기에 따라 휴지 구간의 길이가 달라지게 되며, 컨트롤러는 펄스의 제1 전류값의 크기가 클수록 휴지 구간의 길이가 길어지도록 웨어러블 신경 자극 장치(10)를 제어할 수 있다. 즉, 사용자의 의학적 질환이 달라지는 경우, 펄스의 제1 전류값의 크기가 달라지게 되어 컨트롤러는 휴지 구간의 길이가 달라지도록 웨어러블 신경 자극 장치(10)를 제어할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 신경 자극 장치(10)에서 펄스의 버스트를 통한 버스트 자극은 신경에서 신경 신호전달의 크기를 조절할 수 있으며, 오름신경로를 통한 뇌 방향의 신호 전달을 하기 위한 신호로써 뇌의 신체 상태 정보 처리 방식을 조절하여 증상의 경감을 유도할 수 있다. 즉, 버스트 자극을 통한 말초 신경 자극이 말초 신경의 전기적/화학적 신경전달을 중추신경(뇌)으로 전달하여 중추신경 질환의 치료가 가능하다. 예컨대, 버스트 자극을 통해 삼차 신경 미주 신경과 같은 말초 신경을 자극하면 자극이 뇌로 전달되어 뇌의 통증 조절 부위의 대사 등이 조절되는데 이러한 원리가 편두통 등의 치료 원리로 여겨진다.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 신경 자극 장치(10)에서 직류 파형을 통한 직류 자극은 자발적인 신경 활동을 증가시키거나 감소시키기 위한 신호로써 뇌가 특정 신체 상태임을 인식하도록 유도할 수 있다. 전술한 것과 동일한 원리로 뇌로 신호를 전달하거나, 말초가 신경 말단이 뻗어있는 내장 장기나 근육으로만 신호를 전달하여 신호를 원하는 방향으로 이끌 수 있다.

예컨대, 펄스의 버스트에 기초하여 신경에 전기적인 자극을 가함으로써 사용자의 의학적 질환과 관련된 신경 신호전달을 억제하여 사용자의 의학적 질환의 경감시킬 수 있으며, 직류 파형에 기초하여 신경에 전기적인 자극을 가함으로써 완화(relaxion) 등과 같이 사용자가 유도된 상태를 느낄 수 있도록 유도할 수 있다.

몇몇 실시예에서 펄스의 버스트의 주파수는 대략 초당 5 버스트부터 대략 초당 10버스트 사이의 값을 갖고, 펄스의 버스트에 포함되는 각각의 펄스의 듀레이션(duration)은 대략 45νs부터 대략 100νs 사이의 값을 가질 수 있다.

몇몇 실시예에서 펄스의 버스트에 포함되는 펄스의 크기는 대략 10mA에서 대략 20mA 사이의 값을 가질 수 있다.

몇몇 실시예에서 직류 파형의 크기는 대략 0.1mA에서 1mA일 수 있으며, 바람직하게는 대략 0.5mA의 값을 가질 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 신경 조절 장치의 펄스의 버스트 특성과 직류 파형의 특성에 대한 설정과 관련된 표이다.

도 7을 참조하면, 미주 신경이 목표 신경인 경우, 펄스의 버스트에 포함되는 펄스의 제1 전류값은 20mA, 주파수는 10,000Hz, 펄스 듀레이션은 45νs, 인터펄스 듀레이션은 5~10νs(바람직하게는 5νs), 램프 업은 60~900s(바람직하게는 150s), 램프 다운은 60~900s(바람직하게는 150s), 총 시간은 120~3,600s(바람직하게는 600s), 버스트 주파수는 10Hz, 버스트 듀레이션은 최소 20ms(바람직하게는 20ms) 및 직류 파형의 제2전류값은 0.5mA인 것으로 신경 조절 장치(10)를 설정할 수 있다.

몇몇 실시예에서 목 신경이 목표 신경인 경우, 펄스의 버스트에 포함되는 펄스의 제1 전류값은 10mA, 주파수는 2,000Hz, 펄스 듀레이션은 100νs, 인터펄스 듀레이션은 5~10νs(바람직하게는 5νs), 램프 업은 60~900s(바람직하게는 150s), 램프 다운은 60~900s(바람직하게는 150s), 총 시간은 120~3,600s(바람직하게는 600s), 버스트 주파수는 5Hz, 버스트 듀레이션은 최소 70ms(바람직하게는 70ms) 및 직류 파형의 제2전류값은 0.5mA인 것으로 웨어러블 신경 자극 장치(10)를 설정할 수 있다.

몇몇 실시예에서 3차 신경이 목표 신경인 경우, 펄스의 버스트에 포함되는 펄스의 제1 전류값은 10mA, 주파수는 10,000Hz, 펄스 듀레이션은 45νs, 인터펄스 듀레이션은 5~10νs(바람직하게는 5νs), 램프 업은 60~900s(바람직하게는 150s), 램프 다운은 60~900s(바람직하게는 150s), 총 시간은 120~3,600s(바람직하게는 600s), 버스트 주파수는 10Hz, 버스트 듀레이션은 최소 30ms(바람직하게는 30ms) 및 직류 파형의 제2전류값은 0.5mA인 것으로 웨어러블 신경 자극 장치(10)를 설정할 수 있다.

도 7에 도시된대로 웨어러블 신경 자극 장치(10)를 설정하여 사용자에게 전기적인 자극을 가한 결과는 도 8 및 도 9를 통해 확인할 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 신경 자극 장치를 이용한 경우의 효과를 HRV 주요 지표로 확인할 수 있는 그래프이고, 도 9는 웨어러블 신경 자극 장치를 이용한 경우의 효과를 EDA 주요 지표로 확인할 수 있는 그래프이다.

우선, 도 8을 참조하면, 베이스라인 대비 스트레스 상황 속에도 전기적인 자극에 기초하여 부교감 신경 활성화를 통한 즉각적 안정 효과가 HRV(Heart Rate Variability) 주요 지표로 확인된다.

또한, 도 9를 참조하면, 베이스라인 대비 스트레스 상황 속에도 전기적인 자극에 기초하여 부교감 신경 활성화를 통한 즉각적 안정 효과가 EDA(Electrical Dermal Activity) 주요 지표로 확인된다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 신경 자극 장치를 이용한 신경 조절 방법을 나타낸 순서도이다.

도 10에서는 본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 신경 자극 장치를 이용한 웨어러블 신경 자극 장치를 이용하여 사용자의 의학적 질환을 치료하는 방법 또는 사용자의 신경을 조절하는 방법이 개시된다. 다만, 본 발명의 실시예들에 따른 웨어러블 신경 자극 장치에 대한 설명과 겹치는 부분에 대하여는 설명을 생략한다.

도 10을 참조하면, 사용자의 신경을 조절하는 방법은 사용자의 표피의 목표 영역에 자극 모듈(20)을 위치시키고(S10), 펄스의 버스트(bursts of pulses)와 직류(DC) 파형을 포함하는 신호를 생성하고(S20), 피부를 통해 비침습적으로 상기 신경에 전기적인 자극이 가해지도록 상기 자극 모듈(20)에 상기 신호를 인가하는 것(30)을 포함할 수 있다.

여기서, 신호를 생성하는 것(S20)은, 직류 파형 구간에서 직류 파형은 상대적으로 높은 제1 전류값에서 상대적으로 낮은 제2 전류값으로 감소하는 파형을 포함하는 것이고, 직류 파형 구간에서 직류 파형은 제2 전류값에 도달한 후 미리 정해진 시간동안 상기 제2 전류값을 실질적으로 유지하도록 하는 것이다. 본 발명의 실시예들에 따른 신경 조절 장치(10)에서 설명된 신호의 생성과 관련된 내용이 사용자의 의학적 질환을 치료하는 방법에 그대로 적용될 수 있다.

한편, 펄스의 버스트의 주파수는 대략 초당 5 버스트부터 대략 초당 10버스트 사이의 값을 갖고, 펄스의 버스트에 포함되는 각각의 펄스의 듀레이션(duration)은 대략 45νs부터 대략 100νs 사이의 값을 갖고, 펄스의 버스트에 포함되는 펄스의 크기는 대략 10mA에서 대략 20mA 사이의 값을 갖고, 직류 파형의 크기는 대략 0.5mA의 값을 가질 수 있으며, 펄스의 버스트와 직류 파형의 특성과 관련된 내용은 본 발명의 실시예들에 따른 신경 조절 장치(10)에서 자세히 설명하였다.

본 발명의 실시예와 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어로 직접 구현되거나, 하드웨어에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로 구현되거나, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 컴퓨터 판독가능 기록매체에 상주할 수도 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims

사용자의 신경에 전기 신호를 가하여 웨어러블 신경 자극 장치는,
상기 사용자의 타겟 영역과 접촉되어 상기 사용자의 신경에 상기 전기 신호를 인가하도록 구현된 자극 모듈; 및
상기 자극 모듈과 결합되어 상기 사용자의 상기 자극 모듈의 착용을 위해 구현된 밴드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 신경 자극 장치.
제1항에 있어서, 상기 자극 모듈은,
곡률을 가지는 본체;
상기 전기 신호를 공급하는 전극; 및
상기 전극과 연결되어 상기 타겟 영역과 접촉하여 상기 전기 신호를 전달하는 접촉부를 포함하되,
상기 접촉부는 상기 타겟 영역에 따라 상기 전극에서 탈착되어 상기 전기 신호를 전달하기 위해 복수의 타입으로 구현되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 신경 자극 장치.
제2항에 있어서,
상기 본체의 외곽에는 홈 구조가 구현되고,
상기 밴드부는 탄성을 기반으로 상기 홈 구조와 결합되는 자극 모듈 결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 신경 자극 장치.
제3항에 있어서,
상기 전기 신호는 펄스의 버스트 구간과 직류 파형 구간으로 구분되고,
상기 직류 파형 구간은 상기 펄스의 버스트 구간 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 신경 자극 장치.
제4항에 있어서,
상기 펄스의 버스트 구간과 상기 직류 파형 구간은 오버랩되지 않고,
상기 펄스의 버스트 구간에는 상기 전기 신호에 상기 펄스의 버스트가 포함되고 상기 직류 파형 구간에는 상기 펄스의 버스트의 인가를 중지하고 상기 전기 신호에 상기 직류 파형이 포함되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 신경 자극 장치.