WO2013147331A1 - 신경근 자극기, 신경근 자극기의 동작방법 - Google Patents

신경근 자극기, 신경근 자극기의 동작방법 Download PDF

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WO2013147331A1
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nerve
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고광천
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Definitions

  • the present invention relates to a nerve root stimulator, and more particularly, to a method of operating the nerve root stimulator and nerve root stimulator to be implanted in the nerve root or dorsal root ganglion of the human body to stimulate the nerve root or dorsal root ganglion using a radio frequency irradiated from the outside. It is about.
  • spinal nerve tissue sends signals to the muscles to control movements or pain signals, when electrical signals are applied to the nerve roots, it is possible to treat movement disorders and pain due to insensitivity.
  • a device for stimulating using such an electrical signal is called a spinal cord stimulator.
  • the spinal nerve stimulator of the US Patent Publication disclosed in this way has to insert the lead into the human body in order to apply the electrical stimulation to the spine, the electrical signal is transmitted to the lesion through the stimulator through the pulse generator in the state that the lead is extended to the outside of the human body shall.
  • the patient has a great inconvenience in using the stimulator by connecting the stimulator to the lead while exposing the lead extending from the spine to the outside of the human body.
  • Conventional spinal nerve stimulators also perform electrical stimulation at the approximate location of the spinal nerve part.
  • a plurality of nerve roots located in the spinal nerves are each connected to nerves of the main part of the human body.
  • the conventional spinal nerve stimulator delivers high energy pulses to the spinal nerve parts in a wide range from the approximate location. There is a possibility to change the flow of cerebral spinal fluid, and there is a problem that can damage various human tissues adjacent to the nerve tissue or nerve roots by the pulse of high energy.
  • An object of the present invention is to provide an operation method of the nerve root stimulator and nerve root stimulator to electrically stimulate the nerve root using a radio frequency incident from the outside to the nerve root stimulator installed in the nerve root in the human body.
  • the nerve root stimulator generates power using a body installed in a nerve root inside the human body, an antenna provided in the body and receiving radio frequency radiated from the outside, and the radio frequency received by the antenna. And a power generating unit for stimulating the nerve root using the power generated by the power generating unit.
  • the power generation unit may include a rectifying unit rectifying the radio frequency received by the antenna to DC, and a switching unit controlling power provided to the electrode.
  • the electrode may be provided in plurality, and the power generator may provide power of different sizes to the plurality of electrodes.
  • a demodulator for demodulating a transmission signal at the radio frequency received by the antenna, and a controller for controlling the operation of the power generator by using data transmitted from the demodulator.
  • the antenna may include a plurality of antennas extending in the longitudinal direction of the body.
  • a method of operating a neuromuscular stimulator includes the steps of receiving a radiofrequency by a neuromuscular stimulator installed in a nerve root of a human body, generating power using the received radiofrequency, and using the power to generate current using the nerve root And applying to an electrode of the stimulator in close contact with the stimulator.
  • the electrode may be provided in plural and provide power of different sizes to the plurality of electrodes.
  • the operation of the nerve root stimulator may be controlled by demodulating the transmission signal at the received radio frequency.
  • the nerve root stimulator may be installed in the dorsal root ganglion.
  • a method of operating a nerve root stimulator comprises the steps of receiving a plurality of nerve root stimulator installed in a plurality of positions of the nerve roots inside the human body radio frequency, a plurality of the nerve root stimulator demodulates the identification signal from the radio frequency, Identifying a unique identifier from the identification signal by a plurality of the nerve root stimulators, generating a power using the received radio frequency by the nerve root stimulator identified by the unique identifier among the plurality of neuromuscular stimulators, identifying Wherein said neuromuscular stimulators use said power to apply a current to an electrode.
  • the electrode may be provided in plural and provide power of different sizes to the plurality of electrodes.
  • the operation of the nerve root stimulator may be controlled by demodulating the transmission signal at the received radio frequency.
  • the nerve root stimulator may be installed in the dorsal root ganglion.
  • the neuromuscular stimulator according to the present invention is fixed to the nerve root stimulator in the spinal stimulation portion inside the human body, and transmits the radio frequency to the neuromuscular stimulator in the human body from the outside of the human body wirelessly without inserting a separate lead into the human body, By receiving the nerve root stimulator generates its own power to stimulate the corresponding stimulation site, there is an effect of enabling the stimulation treatment even without the patient wearing a lead connecting the inside and the inside of the human body.
  • FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a nerve root stimulator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment of a nerve root stimulator according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a block diagram showing the configuration of a nerve root stimulator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of operating a nerve root stimulator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view for explaining the operating state of the nerve root stimulator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view for explaining the installation state of the nerve root stimulator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view for explaining an example of the state of use of the nerve root stimulator according to an embodiment of the present invention.
  • Neuromuscular stimulator is installed so that the electrode is in close contact with the nerve roots needing stimulation.
  • the installation of the nerve root stimulator may be performed by the method of minimal invasion surgery.
  • the structure and shape of the nerve root stimulator can be manufactured in various forms and shapes that can be performed by the minimally invasive surgical method.
  • the shape, location, size, contact area, current size, operation pattern and algorithm of the nerve root stimulator may be variously modified for various reasons.
  • FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a nerve root stimulator according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a cross-sectional view showing an embodiment of a nerve root stimulator according to an embodiment of the present invention.
  • the nerve root stimulator 100 includes a body 110 fixedly installed in the body of the human body, for example, the nerve root of the spinal cord or the dorsal root ganglion.
  • the overall shape of the body 110 may be formed in a narrow band shape with a long width.
  • the body 110 is made of a material such as silicone with an elastic force of the outer shell is harmless to the human body.
  • both ends of the body 110 is provided with a coupling portion 120 for coupling both ends of the body 110 to each other.
  • the coupling part 120 may be provided as a hole 121 formed at one end of the body 110 and a hook 122 formed at the other end of the body 110 and fitted into the hole 121, or other It may be formed in various shapes or structures.
  • the coupling part 120 may have a structure such as an anchor in which the body is coupled to tissues in the human body.
  • the main chip 130 is embedded in the inner central portion of the body 110.
  • the main chip 130 is provided with a power generator 131.
  • At least one electrode 140 is exposed and installed on the bottom of the body 110, that is, the surface closely contacting the nerve root or the dorsal root ganglion.
  • the electrode 140 may be formed of stainless steel, titanium, and aluminum that are harmless to the human body, and nano-composite thin films may be formed on the contact surface with the human body. When the plurality of electrodes 140 are installed, each electrode 140 is individually connected to the main chip 130 by wire.
  • an antenna 150 serving as a receiver is embedded in the body 110.
  • the antenna 150 includes a first antenna 151 extending in one longitudinal direction of the body 110 and a second antenna 152 extending in the other longitudinal direction of the body 110.
  • the shapes of the antennas 151 and 152 may be formed into various shapes that are more efficient in order to receive radio frequencies radiated from the outside and transmit radio frequencies to the outside if necessary.
  • the antenna 150 wirelessly receives the frequency transmitted from the outside, induces a current to generate an alternating current, and transfers the alternating current to the main chip 130.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a nerve root stimulator according to an embodiment of the present invention.
  • the main chip 130 includes a power generator 131 which wirelessly induces a frequency received by the antenna 150 to generate power.
  • the power generator 131 includes a rectifier 131a and a switching unit 131b mounted on the main chip 131.
  • the rectifier 131a rectifies the alternating current transmitted from the antenna 150 into a direct current to generate power.
  • the rectifier 131a is configured as a rectifier circuit and mounted on the main chip 130.
  • the rectifier 131a and the antenna 150 may be connected by an inlay method and various other methods.
  • a smoothing circuit which is a smoothing unit for maintaining a constant value of the current rectified by the rectifying unit 131a together with the rectifying unit 131a, may be mounted on the main chip 130.
  • the current rectified by the rectifier 131a may be selectively or simultaneously transmitted to the switching unit 131b, the controller 133, and the demodulator 134. That is, in order to control the supply of current, power consumption for driving may be provided to the controller 133 and the demodulator 134.
  • the switching unit 131b, the control unit 133, and the demodulation unit 134 are all optional components. That is, in the embodiment of the present invention, the nerve root stimulator 100 may be configured to apply a current to the electrode 140 after rectifying the wirelessly received frequency without a separate process or process.
  • the switching unit 131b functions to selectively control the current supply to supply current to at least one electrode 140.
  • the controller 133 may function to determine whether the switching unit 131b is operating.
  • the demodulator 134 performs a function of demodulating a signal carried by being modulated at a radio frequency to identify a transmission signal, and transmits the signal to the controller 133.
  • the controller 133 may store information included in various data and transmission signals in the memory unit 135.
  • This transmission signal may be various. That is, the transmission signal is a command for requesting the operation of the nerve root stimulator 100, a command to operate only the specific electrode 140, a command to operate the entire electrode 140, and a current to the electrode 140 with a specific voltage. Instructions for applying the current, and a time interval or a period for applying a current to the electrode 140.
  • a plurality of nerve root stimulator 100 is installed in a plurality of positions of the spinal nerve roots in the human body, and the plurality of nerve root stimulators 100 allow each to demodulate their own identification signal from radio frequency.
  • Each of the neuromuscular stimulators 100 identifies each unique identifier from the identification signal, and then generates power using radio frequencies received only by the neuromuscular stimulators 100 identified by the unique identifiers for the selected position. Electrical stimulation can be made.
  • each of the neuromuscular stimulators 100 may be provided with a plurality of electrodes to apply current having different intensities from the electrodes 140.
  • a modulator may be mounted together on the main chip 130 to wirelessly transmit necessary signals from the main chip 130 to the outside. That is, when the plurality of neuromuscular stimulators 100 are inserted into the human body, the plurality of neuromuscular stimulators 100 that receive radio frequency together represent unique identifiers indicating themselves, state information of the neuromuscular stimulators 100, and patient statuses. Information about various parameters may be transmitted to the outside.
  • a required modulation method may include a method such as backscattering modulation or impedance modulation.
  • the nerve root stimulator 100 is installed in the nerve roots or the dorsal root ganglion to generate power by using a radio frequency transmitted, and transmits an electrical signal to the nerve root or dorsal root ganglion with this power to the patient Perform pain and dyskinesia treatment.
  • a method of operation of the nerve root stimulator according to an embodiment of the present invention will be described.
  • the nerve root stimulator 100 is installed in the nerve root or the dorsal ganglion inside the human body. That is, the implant may be implanted into the nerve root or dorsal root ganglion. Implantation method is a minimally invasive incision surgery in which the dorsal part of the human body is incised to enter the catheter through the dorsal side of the dorsal root ganglion.
  • the surgical instrument equipped with the nerve root stimulator 100 is inserted at the end through the inner channel of the catheter. Since the nerve root stimulator 100 by using a surgical instrument to surround the dorsal root ganglion, the nerve root stimulator 100 is installed by coupling both ends coupling portion 120 of the nerve root stimulator 100 with each other.
  • the endoscope may be inserted through the same channel or another channel of the catheter through the catheter, and the procedure may be performed while confirming an accurate implantation position. Therefore, as shown in FIG. 6, the nerve root stimulator 100 is implanted with each electrode 140 in close contact with the outer circumference of the dorsal root ganglion. When the nerve root stimulator 100 is implanted in the dorsal root ganglion, the surgical site is sutured, and the installation of the nerve root stimulator 100 ends.
  • the implantation method of the nerve root stimulator 100 is inserted into the spinal passage through the sacral hiatus of the patient's hip portion, and when the catheter reaches the position where the nerve root stimulator 100 is installed, Insert the nerve root stimulator 100 through the channel can be implanted in the installation position.
  • This method of incision only incisions in the smallest part of the hip area can further minimize the damage to the surgical marks and human tissue.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of operating a nerve root stimulator according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 is a view for explaining the operating state of the nerve root stimulator according to an embodiment of the present invention.
  • the treatment using the nerve root stimulator 100 closely couples the frequency oscillation tip 161 of the radio frequency oscillator 160 to the back of the human body 10. And oscillate the radio frequency into the human body (10). At this time, the oscillating radio frequency uses a frequency band harmless to the human body 10.
  • the transmission power may be selectively controlled according to the power required by the nerve root stimulator 100.
  • the power generated by the nerve root stimulator 100 may be calculated as in Equation 1.
  • Ps is the received power of the nerve root stimulator 100
  • Pg is the transmission power of the radio frequency oscillator
  • r is the distance from the frequency oscillator to the nerve root stimulator 100
  • Gs is the gain of the nerve root stimulator 100
  • Gr is the gain of the frequency oscillator 160.
  • the nerve root stimulator by checking the distance between the radio frequency oscillator 160 and the nerve root stimulator 100 and the power consumption required by the nerve root stimulator 100, the nerve root stimulator generates a radio frequency that can be obtained by the nerve root stimulator 100. 100 can be sent.
  • the current required by the nerve root stimulator 100 may be 0.5V ⁇ 40V. Therefore, the nerve root stimulator 100 may obtain power for the operation of the nerve root stimulator 100 by finally receiving power of 10 to 40 dBm.
  • the radio frequency that may be used may be 0.5 to 20 MHz, and the frequency range, the magnitude of the current, and the like may be variably adjusted if necessary.
  • the nerve root stimulator 100 receives the radio frequency transmitted wirelessly by the antenna 150 (S100), generates power using the received radio radio frequency (S110), and the nerve root stimulator using this power.
  • the electrode 140 of 100 S120
  • the nerve stimulation site of the human body 10 such as the nerve root 11 and the dorsal root ganglion 12
  • the electrode 140 may stimulate a nerve stimulation site of the human body 10 such as the nerve root 11 and the dorsal root ganglion 12 in a bipolar manner, but in another embodiment, the plurality of electrodes 140 may be used. It can also be stimulated by monopolar (monopolar) method or a mixture of monopolar and bipolar.
  • the nerve root stimulator 100 may be a plurality of fixed to each of a plurality of different dorsal root ganglion (dorsal root ganglion). Each of the nerve root stimulators 100 may wirelessly receive a frequency to selectively stimulate each dorsal root ganglion.
  • each dorsal root ganglion 11, 12, 13 is connected to different tissues of the human body to manage pain and motor signals of each human tissue. Therefore, by installing the nerve root stimulator 100 in each dorsal root ganglion (11) (12) (13) can be controlled to operate only the nerve root stimulator 100 of the desired position.
  • the nerve root stimulator 100 may be provided with a modulator.
  • the modulator may be mounted together on the main chip 130 to transmit necessary signals from the main chip 130 to the outside. Therefore, when the radio frequency is transmitted to the neuromuscular stimulator 100 from the outside, the demodulator 134 demodulates the command contained in the received radio frequency and transmits the command to the control unit 133.
  • the transmitted signal includes a command to instruct only the nerve root stimulator 100 to perform a stimulus operation
  • the corresponding nerve root stimulator 100 performs the stimulation operation
  • the remaining nerve root stimulators 100 do not perform the stimulation operation. You can do that. That is, when a plurality of nerve root stimulator 100 is installed in the dorsal root ganglion (11) (12) (13) inside the human body so that only the nerve root stimulator (100) installed in a particular dorsal root ganglion (11) (12) (13) to stimulate the operation.
  • the stimulation operation may be performed only on a specific pain area of the patient to perform pain and movement disorder treatment.
  • the nerve root stimulator 100 in the method of using the nerve root stimulator 100 according to an embodiment of the present invention to irradiate the radio frequency with the nerve root stimulator 100 to the patient to closely irradiate the frequency oscillator to the waist portion outside the human body to irradiate the radio frequency
  • other types of terminals can be carried by the patient so that the treatment can be performed.
  • the wireless portable communication terminal carried by the patient may be configured to oscillate the required radio frequency, and the neuromuscular stimulator 100 may be irradiated to the required radio frequency when the patient requests it. That is, when the patient himself or herself is determined that there is pain or movement disorder in the state of carrying the wireless portable communication terminal by operating the wireless portable communication terminal by irradiating the radio frequency for the treatment to the neuromuscular stimulator 100 at any time, and easily Treatment can be made possible.

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Abstract

본 발명에 따른 신경근 자극기는 인체 내부의 척추 신경근(nerve root)에 설치되는 몸체, 상기 몸체에 구비되며 상기 인체 외부에서 조사되는 무선 주파수를 수신하는 안테나, 상기 안테나로 수신한 상기 무선 주파수를 이용하여 전력을 발생시키는 전력 발생부, 상기 전력 발생부에서 발생한 전력을 사용하여 상기 척추 신경근을 전기적으로 자극하는 전극을 구비하는 신경근 자극기.본 발명에 따른 신경근 자극기는 인체 내부의 척추 자극 부분에 신경근 자극기를 고정 설치하고, 별도의 리드를 인체 내부에 삽입하지 않고 무선으로 주파수를 인체 외부에서 인체 내부의 신경근 자극기로 전송하고, 이 무선 주파수를 수신한 신경근 자극기가 자체 전력을 발생시켜 해당 자극 부위를 자극하도록 함으로써 환자가 인체 내부와 내부를 연결하는 리드를 착용하지 않는 상태에서도 자극 치료가 가능하게 하는 효과가 있다.

Description

신경근 자극기, 신경근 자극기의 동작방법
본 발명은 신경근 자극기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인체의 신경근 또는 후근 신경절에 임플란팅 되어 외부에서 조사된 무선 주파수를 이용하여 신경근 또는 후근 신경절을 자극하도록 하는 신경근 자극기 및 신경근 자극기의 동작방법에 관한 것이다.
환자의 통증 치료 및 관리를 위하여 척수(Spinal cord)에 전기적 신호를 인가하는 방법은 매우 오래된 치료 방법 중의 하나이다. 신경 조직과 전기적 에너지 사이의 상관관계는 완전히 밝혀지지는 않았지만, 인체의 신경조직에 전기적 펄스를 인가하여 둔감증(paresthesia)을 유도함으로써 통증을 감소시킬 수 있다. 그리고 전기적 신호는 다양한 운동 장애(motor disorder) 증상의 치료에도 사용된다. 예를 들어 이러한 운동 장애로는 경련(tremor), 긴장이상(dystonia), 근긴장(spasticity) 등이 있다.
척추 신경 조직은 근육에 운동 조절을 위한 신호 또는 통증 신호를 보내기 때문에 전기적 신호를 신경근에 가하게 되면 둔감증으로 운동 장애와 통증 치료가 가능하다. 이러한 전기적 신호를 이용하여 자극하는 장치를 척추 신경 자극기(Spinal cord stimulator)라고 한다.
종래의 척추 신경 자극기로 미국공개특허 US 20110264181, Spinal Cord Stimulator Lead Anchor가 있다. 상기 미국공개특허는 환자의 척추 부분으로 삽입되며 임플란팅 되는 리드(lead), 이 리드에 끝단에 구비된 전극, 인체의 외부에 설치되어 리드와 연결된 펄스 발생기(pulse generator) 그리고 리드를 인체에 고정시키기 위한 고정부재(anchor)를 구비한 구성을 개시하고 있다.
이와 같이 구성된 미국공개특허의 척추 신경 자극기는 전기적 자극을 척추에 가하기 위하여 리드를 인체 내부로 삽입하여야 하고, 리드가 인체외부로 연장 노출된 상태에서 펄스 발생기를 통하여 전기적 신호를 자극기를 통하여 병변에 전달하여야 한다.
이에 따라 환자는 척추 부분에서 연장된 리드를 인체 외부로 노출시킨 상태에서 자극기를 리드에 연결하여 자극 치료를 하여야 하므로 사용상의 불편함이 매우 크다.
또한 종래의 척추 신경 자극기는 척추 신경 부분의 대략적인 위치에서 전기적 자극을 수행한다. 그런데 척추 신경부분에 위치하고 있는 복수개의 신경근은 각각이 인체의 주요 부분의 신경과 연결되어 있다.
따라서 특정부분의 신경근을 자극함으로써 보다 효율적인 자극 치료가 가능하지만, 종래의 척추 신경 자극기는 대략적인 위치에서 넓은 범위로 고에너지의 펄스를 척추 신경 부분으로 전달하기 때문에 치료 효과가 낮을 뿐만 아니라 척추에 흐르는 뇌척수액(cerebral spinal fluid)의 흐름을 변화시킬 가능성이 있으며, 또한 고에너지의 펄스에 의하여 신경조직이나 신경근에 인접한 각종 인체조직을 손상시킬 수 있는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 인체 내부의 신경근에 설치된 신경근 자극기에 외부에서 입사된 무선 주파수를 이용하여 신경근을 전기적으로 자극하도록 하는 신경근 자극기 및 신경근 자극기의 동작방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 신경근 자극기는 인체 내부의 신경근(nerve root)에 설치되는 몸체, 상기 몸체에 구비되며 외부에서 방사된 무선 주파수를 수신하는 안테나, 상기 안테나로 수신한 상기 무선 주파수를 이용하여 전력을 발생시키는 전력 발생부, 상기 전력 발생부에서 발생한 전력을 사용하여 신경근을 자극하는 전극을 구비한다.
상기 전력 발생부는 상기 안테나로 수신한 상기 무선 주파수를 직류로 정류하는 정류부와, 상기 전극에 제공되는 전력을 제어하는 스위칭부를 포함할 수 있다.
상기 전극은 복수개로 구비되고, 상기 전력 발생부는 상기 복수개의 전극에 서로 다른 크기의 전력을 제공할 수 있다.
상기 안테나로 수신한 상기 무선 주파수에서 전송신호를 복조하는 복조부과 상기 복조부에서 전달된 데이터를 이용하여 상기 전력 발생부의 동작을 제어하는 제어부를 구비할 수 있다.
상기 안테나는 상기 몸체의 길이 방향을 따라 연장된 복수개를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 신경근 자극기의 동작방법은 인체의 신경근에 설치되어 있는 신경근 자극기가 무선 주파수를 수신하는 단계, 상기 수신한 무선 주파수를 이용하여 전력을 발생시키는 단계, 상기 전력을 사용하여 전류를 상기 신경근에 밀착된 상기 자극기의 전극에 인가하는 단계를 포함한다.
상기 전극은 복수개로 구비되고, 상기 복수개의 전극에 서로 다른 크기의 전력을 제공할 수 있다.
수신한 상기 무선 주파수에서 전송신호를 복조하여 상기 신경근 자극기의 동작을 제어할 수 있다.
상기 신경근 자극기는 후근 신경절(dorsal root ganglion)에 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 신경근 자극기의 동작방법은 인체 내부의 척추 신경근 중 다수의 위치에 설치된 복수개의 신경근 자극기가 무선 주파수를 수신하는 단계, 복수개의 상기 신경근 자극기들이 상기 무선 주파수로부터 식별 신호를 복조하는 단계, 복수개의 상기 신경근 자극기들이 상기 식별 신호로부터 고유 식별자를 확인하는 단계, 복수개의 상기 신경근 자극기들 중에서 상기 고유 식별자에 의하여 식별된 상기 신경근 자극기가 상기 수신한 무선 주파수를 이용하여 전력을 발생시키는 단계, 식별된 상기 신경근 자극기들이 상기 전력을 사용하여 전극에 전류를 인가하는 단계를 포함한다.
상기 전극은 복수개로 구비되고, 상기 복수개의 전극에 서로 다른 크기의 전력을 제공할 수 있다.
수신한 상기 무선 주파수에서 전송신호를 복조하여 상기 신경근 자극기의 동작을 제어할 수 있다.
상기 신경근 자극기는 후근 신경절(dorsal root ganglion)에 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 신경근 자극기는 인체 내부의 척추 자극 부분에 신경근 자극기를 고정 설치하고, 별도의 리드를 인체 내부에 삽입하지 않고 무선으로 주파수를 인체 외부에서 인체 내부의 신경근 자극기로 전송하고, 이 무선 주파수를 수신한 신경근 자극기가 자체 전력을 발생시켜 해당 자극 부위를 자극하도록 함으로써 환자가 인체 내부와 내부를 연결하는 리드를 착용하지 않는 상태에서도 자극 치료가 가능하게 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 신경근 자극기에 대한 실시예를 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 신경근 자극기에 대한 실시예를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 신경근 자극기의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 신경근 자극기의 동작방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 신경근 자극기의 동작 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 신경근 자극기의 설치 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 신경근 자극기의 사용 상태에 대한 예를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서 설명하는 본 발명에 따른 신경근 자극기 및 신경근 자극기의 동작방법에 대한 실시예를 도면을 참조하여 설명하도록 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 신경근 자극기는 자극이 필요한 신경근에 전극이 밀착되도록 설치된다. 또한 신경근 자극기의 설치는 최소 침습 수술(Minimal invasion surgery) 방법으로 시행될 수 있다. 그리고 신경근 자극기의 구조와 형태는 최소 침습 수술 방법으로 시술이 가능한 다양한 형태 및 모양으로 제조될 수 있다. 또한 신경근 자극기의 전극 모양이나 위치, 크기, 접촉면적, 전류의 크기, 신경근 자극기의 동작 패턴과 알고리즘 등은 환자의 상태 또는 그 외의 다른 다양한 이유로 다양하게 변형 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 신경근 자극기에 대한 실시예를 도시한 평면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 신경근 자극기에 대한 실시예를 도시한 단면도이다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 신경근 자극기(100)는 인체의 체내, 예를 들어 척수의 신경근 또는 후근 신경절에 고정 설치되는 몸체(110)를 구비한다. 몸체(110)의 전체적인 형태는 폭이 좁고 길이가 긴 밴드 형상으로 형성될 수 있다. 또한 몸체(110)는 외피가 인체에 무해하며 탄성력이 있는 실리콘과 같은 재질로 형성된다. 그리고 몸체(110)의 양측 단부에는 몸체(110)의 양단부를 서로 결합시키는 결합부(120)가 구비된다. 결합부(120)는 몸체(110)의 일측단에 형성된 홀(121)과 몸체(110)의 타측단에 형성되며 홀(121)에 끼워지는 후크(122)로 구비될 수 있고, 또는 그 외의 다양한 형태나 구조로 형성될 수 있다. 또한 결합부(120)는 몸체가 인체에 조직에 결합되는 앙카(Anchor)와 같은 구조로 될 수 있다.
몸체(110)의 내부 중심부분에는 메인 칩(130)이 매설된다. 메인 칩(130)에는 전력 발생부(131)가 구비된다. 그리고 몸체(110)의 바닥, 즉 신경근 또는 후근 신경절에 밀착되는 면에는 적어도 하나 이상의 전극(140)이 노출되어 설치된다.
그리고 전극(140)은 인체에 무해한 스테인리스, 티타늄, 알루미늄으로 형성될 수 있고, 인체와의 접촉면에는 나노 복합 박막(nano-composite thin films)이 형성될 수 있다. 복수개의 전극(140)이 설치되는 경우에 각각의 전극(140)은 개별적으로 메인칩(130)에 유선으로 연결된다.
몸체(110) 내부의 메인 칩(130) 양측에는 수신부인 안테나(150)가 몸체(110)에 매설되어 설치된다. 안테나(150)는 몸체(110)의 일측 길이 방향으로 연장된 제 1안테나(151)와 몸체(110)의 타측 길이 방향으로 연장된 제 2안테나(152)를 구비한다. 이 안테나들(151)(152)의 형상은 외부에서 방사되는 무선 주파수의 수신 및 필요한 경우 외부로 무선 주파수를 송신하기 위하여 보다 효율적인 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 그리고 이 안테나(150)는 체외에서 전송되는 주파수를 무선으로 수신한 후 전류를 유도하여 교류 전류를 생성하고, 이 교류 전류를 메인 칩(130)으로 전달한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 신경근 자극기의 구성을 도시한 블록도이다. 도 3에 도시된 바와 같이 메인 칩(130)은 무선으로 안테나(150)에 수신된 주파수를 유도하여 전력을 발생시키는 전력 발생부(131)을 구비한다. 전력 발생부(131)는 메인 칩(131)에 실장된 정류부(131a)와 스위칭부(131b)를 포함한다.
정류부(131a)는 안테나(150)에서 전달하는 교류 전류를 직류 전류로 정류하여 전력을 발생시킨다. 정류부(131a)는 정류회로(rectifier circuit)로 구성되며 메인 칩(130)에 실장된다. 그리고 정류부(131a)와 안테나(150)는 인레이(inlay) 방법 및 그 외의 다양한 방법으로 연결될 수 있다. 그리고 정류부(131a)와 함께 정류부(131a)에서 정류된 전류가 일정한 값을 유지하도록 하는 평활부인 평활회로(smoothing circuit)가 메인 칩(130)에 실장될 수 있다.
한편, 정류부(131a)에서 정류된 전류는 스위칭부(131b)와 제어부(133) 그리고 복조부(134)에 선택적으로 또는 동시에 전달될 수 있다. 즉, 전류의 공급을 제어하기 위하여 제어부(133)와 복조부(134)에 구동을 위한 소모 전력을 제공할 수 있다. 그러나 이 스위칭부(131b)와 제어부(133) 그리고 복조부(134)는 모두 선택적인 구성들이다. 즉, 본 발명의 실시예에서 신경근 자극기(100)는 무선으로 수신된 주파수를 정류한 후 별도의 과정이나 처리 없이 전류를 전극(140)에 인가하도록 구성될 수 있다.
스위칭부(131b)는 적어도 하나 이상의 전극(140)에 전류를 공급하기 위하여 선택적으로 전류 공급을 제어하는 기능을 한다. 그리고 제어부(133)는 스위칭부(131b)의 동작 여부를 판단하는 기능을 할 수 있다. 그리고 복조부(134)는 무선 주파수에 변조되어 실려 있는 신호를 복조하여 전송 신호를 식별하는 기능을 하고, 이 신호를 제어부(133)로 전송하는 기능을 한다.
그리고 제어부(133)는 필요한 경우 메모리부(135)에 각종 데이터 및 전송신호에 포함된 정보를 저장할 수 있다. 이 전송 신호는 다양한 것이 될 수 있다. 즉 전송 신호는 신경근 자극기(100)의 동작을 요구하는 명령, 특정 전극(140)만을 동작시키도록 하는 명령, 전체 전극(140)을 동작시키도록 하는 명령, 특정 전압으로 전극(140)에 전류를 인가하도록 하는 명령, 전극(140)에 전류를 인가하는 시간 간격이나 주기에 대한 명령들이 될 수 있다.
따라서 인체 내부의 척추 신경근 중 다수의 위치에 설치된 복수개의 신경근 자극기(100)를 설치하고, 복수개의 신경근 자극기(100)들이 무선 주파수로부터 각각이 스스로의 식별 신호를 복조하도록 한다. 그리고 각각의 신경근 자극기(100)들은 식별 신호로부터 각각의 고유 식별자를 확인하고, 이후 고유 식별자에 의하여 식별된 신경근 자극기(100)들 만이 수신한 무선 주파수를 이용하여 전력을 발생시켜 선별된 위치에 대한 전기적 자극이 이루어지도록 할 수 있다. 그리고 이때에도 각각의 신경근 자극기(100)들은 복수개의 전극을 각각이 구비하여 각각의 전극(140)들에서 서로 다른 세기의 전류를 인가하도록 할 수 있다.
그리고 다른 실시예로 도면에 도시하지 않았지만 변조부(modulator)가 메인 칩(130)에 함께 실장 되어 메인 칩(130)에서 외부로 필요한 신호를 무선으로 전송하도록 할 수 있다. 즉 복수개의 신경근 자극기(100)가 인체 내부에 삽입된 경우에 무선 주파수를 함께 수신한 복수개의 신경근 자극기(100)들이 스스로를 나타내는 고유 식별자 및 신경근 자극기(100)의 상태 정보 및 환자의 상태 등과 같은 각종 파라미터(parameter)들에 대한 정보를 외부로 송신하도록 할 수 있다. 그리고 이때 필요한 변조 방법은 백스캐터링 모듈레이션(backscattering modulation) 또는 임피던스 모듈레이션(impedance modulation)과 같은 방법이 채택될 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 실시예에 따른 신경근 자극기(100)는 신경근 또는 후근 신경절에 설치되어 무선으로 전송된 주파수를 이용하여 전력을 발생시키고, 이 전력으로 신경근 또는 후근 신경절에 전기적 신호를 전달하여 환자의 통증 및 운동장애 치료를 수행한다. 이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 신경근 자극기의 동작방법에 대하여 설명한다.
먼저, 신경근 자극기(100)를 인체 내부의 신경근 또는 후근 신경절에 설치한다. 즉, 신경근 또는 후근 신경절(dorsal root ganglion)에 임플란팅할 수 있다. 임플란팅 방법은 최소 침습 절개 수술로 인체의 등 쪽을 일부 절개하여 인체의 등 쪽을 통하여 카테타를 후근 신경절로 진입시킨다.
그리고 카테타가 후근 신경절에 인접하면 카테타의 내부 채널을 통하여 끝단에 신경근 자극기(100)가 장착된 수술기구를 삽입한다. 이후 수술기구를 이용하여 신경근 자극기(100)가 후근 신경절을 둘러싸도록 한 후 신경근 자극기(100)의 양끝단 결합부(120)를 서로 결합시킴으로써 신경근 자극기(100)의 설치가 이루어진다.
이때 카테타를 통하여 카테타의 동일한 채널 또는 다른 채널을 통하여 내시경을 함께 삽입하여 정확한 임플란팅 위치를 확인하면서 시술을 진행할 수 있다. 따라서 도 6에 도시된 바와 같이 신경근 자극기(100)는 후근 신경절의 외주에 각각의 전극(140)이 밀착한 상태로 임플란팅 된다. 후근 신경절에 신경근 자극기(100)가 임플란팅 되면 수술 부위를 봉합하고, 신경근 자극기(100)의 설치 수술을 종료한다.
그리고 신경근 자극기(100)의 임플란팅 방법은 환자의 엉덩이 부분의 엉치뼈 틈새(Sacral hiatus)를 통하여 척추 통로로 카테타를 삽입하고, 카테타가 신경근 자극기(100)가 설치되는 위치에 도달하면 카테타의 채널을 통하여 신경근 자극기(100)를 삽입하여 설치 위치에 임플란팅 할 수 있다. 이 수술 방법은 엉덩이 부분 중 아주 미세한 부분만을 절개하므로 수술 자국 및 인체 조직 손상을 더욱 최소화할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 신경근 자극기의 동작방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 신경근 자극기의 동작 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 4와 도 5에 도시된 바와 같이 신경근 자극기(100)을 이용하여 치료를 수행하는 방법은 무선 주파수 발진기(160)의 주파수 발진 팁(161)을 인체(10)의 등 부분에 밀착시킨다. 그리고 무선 주파수를 인체(10) 내부로 발진시킨다. 이때 발진하는 무선 주파수는 인체(10)에 무해한 주파수 대역을 사용한다. 그리고 송신 전력은 신경근 자극기(100)에서 필요로 하는 전력에 따라 선택적으로 제어할 수 있다.
이에 따른 신경근 자극기(100)의 발생 전력은 수학식 1과 같이 산출될 수 있다.
[규칙 제26조에 의한 보정 10.04.2012]　
수학식 1
Figure WO-DOC-MATHS-1
여기서, Ps는 신경근 자극기(100)의 수신 전력, Pg는 라디오 주파수 발진기의 송신 전력, 는 전파의 파장, r은 주파수 발진기로부터 신경근 자극기(100)까지의 거리, Gs는 신경근 자극기(100)의 게인, Gr은 주파수 발진기(160)의 게인이다.
즉 무선 주파수 발진기(160)와 신경근 자극기(100) 사이의 거리 및 신경근 자극기(100)에서 필요로 하는 소모 전력을 확인함으로써 신경근 자극기(100)에서 필요로 하는 전력을 얻을 수 있는 무선 주파수를 신경근 자극기(100)로 전송할 수 있다.
그리고 신경근 자극기(100)에서 필요로 하는 전류는 0.5V ~ 40V 일 수 있다. 따라서 신경근 자극기(100)는 10 ~ 40dBm의 전력의 최종적으로 수신함으로써 신경근 자극기(100)의 동작을 위한 전력을 얻을 수 있다. 그리고 이때 사용될 수 있는 무선 주파수는 0.5 ~ 20MHz일 수 있고, 또한 주파수 범위, 전류의 크기 등은 필요한 경우 가변적으로 조절하여 사용할 수 있다.
이러한 신경근 자극기(100)는 무선으로 전송되는 라디오 주파수를 안테나(150)가 수신하고(S100), 수신한 무선의 라디오 주파수를 이용하여 전력을 발생시킨다(S110), 그리고 이 전력을 이용하여 신경근 자극기(100)의 전극(140)에 전력을 인가(S120) 함으로서 신경근(11) 및 후근 신경절(12)과 같은 인체(10) 신경 자극부위를 자극한다. 그리고 이때 전극(140)은 바이폴라(bipolar) 방식으로 신경근(11) 및 후근 신경절(12)과 같은 인체(10) 신경 자극부위를 자극할 수 있지만, 다른 실시예로 복수개의 전극(140)을 사용하여 모노폴라(monopolar) 방식 또는 모노폴라 및 바이폴라를 혼합한 방식으로도 자극할 수 있다.
한편, 신경근 자극기(100)는 복수개의 서로 다른 후근 신경절(dorsal root ganglion)에 복수개가 각각 고정 설치될 수 있다. 이 각각의 신경근 자극기(100)들은 무선으로 주파수를 수신하여 선택적으로 각각의 후근 신경절을 선택적으로 자극하도록 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 신경근 자극기의 사용 상태에 대한 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이 각각의 후근 신경절(11)(12)(13)은 인체의 서로 다른 조직과 연결되어 각 인체 조직의 통증 및 운동 신호를 관장한다. 따라서 각각의 후근 신경절(11)(12)(13)에 신경근 자극기(100)을 설치하여 원하는 위치의 신경근 자극기(100) 만이 동작하도록 제어할 수 있다.
이를 위하여 도면에 도시하지 않았지만, 신경근 자극기(100)는 변조부를 구비할 수 있다. 이 변조부는 메인 칩(130)에 함께 실장되어 메인 칩(130)에서 외부로 필요한 신호를 전송하도록 할 수 있다. 따라서 외부에서 무선 주파수가 신경근 자극기(100)로 전송되면 복조부(134)는 수신한 무선 주파수에 실려 있는 명령어를 복조하여 제어부(133)로 전달한다.
이때 전달된 신호에 특정 부위의 신경근 자극기(100) 만이 자극 동작을 하도록 명령하는 명령어가 포함되어 있다면, 해당 신경근 자극기(100) 만이 자극 동작을 수행 하고, 나머지 신경근 자극기(100)들은 자극 동작을 하지 않도록 할 수 있다. 즉 복수개의 신경근 자극기(100)가 인체 내부의 후근 신경절(11)(12)(13)에 설치된 경우 특정 후근 신경절(11)(12)(13)에 설치된 신경근 자극기(100) 만이 자극 동작을 하도록 함으로써 환자의 특정 통증 부위에 대해서만 자극 동작을 수행하여 통증 및 운동 장애치료를 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 신경근 자극기(100)의 사용방법에서 무선 주파수를 신경근 자극기(100)로 조사하는 방법은 환자가 인체 외부의 허리 부분에 주파수 발진기를 밀착시켜 무선 주파수를 조사하도록 할 수 있지만 그 외의 다른 종류의 단말기를 환자가 휴대하도록 하여 치료가 이루어지도록 할 수 있다.
즉 환자가 휴대하고 있는 무선 휴대용 통신 단말기가 필요한 무선 주파수를 발진시키도록 구성하고, 환자가 요구하는 경우 필요한 무선 주파수를 신경근 자극기(100)에 조사하도록 할 수 있다. 즉, 환자가 무선 휴대용 통신 단말기를 휴대한 상태에서 통증이나 운동 장애가 있다고 스스로 판단되면 이 무선 휴대용 통신 단말기를 조작하여 치료를 위한 무선 주파수를 신경근 자극기(100)에 조사함으로써 항상, 어떤 장소에서도 손쉽게 자가 치료가 가능하도록 할 수 있다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims (13)

  1. 인체 내부의 척추 신경근(nerve root)에 설치되는 몸체;
    상기 몸체에 구비되며 상기 인체 외부에서 조사되는 무선 주파수를 수신하는 안테나;
    상기 안테나로 수신한 상기 무선 주파수를 이용하여 전력을 발생시키는 전력 발생부;
    상기 전력 발생부에서 발생한 전력을 사용하여 상기 척추 신경근을 전기적으로 자극하는 전극을 구비하는 신경근 자극기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 전력 발생부는 상기 안테나로 수신한 상기 무선 주파수를 직류로 정류하는 정류부와, 상기 전극에 제공되는 전력을 제어하는 스위칭부를 포함하는 신경근 자극기.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 전극은 복수개로 구비되고, 상기 전력 발생부는 상기 복수개의 전극에 서로 다른 크기의 전력을 제공하는 신경근 자극기.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 안테나로 수신한 상기 무선 주파수에서 전송신호를 복조하는 복조부과 상기 복조부에서 전달된 데이터를 이용하여 상기 전력 발생부의 동작을 제어하는 제어부를 구비하는 신경근 자극기.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 안테나는 상기 몸체의 길이 방향을 따라 연장된 복수개를 포함하는 신경근 자극기.
  6. 인체 내부의 척추 신경근에 설치되어 있는 신경근 자극기가 무선 주파수를 수신하는 단계;
    상기 수신한 무선 주파수를 이용하여 전력을 발생시키는 단계;
    상기 전력을 사용하여 전류를 상기 신경근에 밀착된 상기 신경근 자극기의 전극에 인가하는 단계를 포함하는 신경근 자극기의 동작방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 전극은 복수개로 구비되고, 상기 복수개의 전극에 서로 다른 세기의 전류를 인가하는 신경근 자극기의 동작방법.
  8. 제 6항에 있어서, 수신한 상기 무선 주파수에서 전송신호를 복조하여 상기 신경근 자극기의 동작을 제어하는 신경근 자극기의 동작방법.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 신경근 자극기는 후근 신경절(dorsal root ganglion)에 설치되는 신경근 자극기의 동작방법.
  10. 인체 내부의 척추 신경근 중 다수의 위치에 설치된 복수개의 신경근 자극기가 무선 주파수를 수신하는 단계;
    복수개의 상기 신경근 자극기들이 상기 무선 주파수로부터 식별 신호를 복조하는 단계;
    복수개의 상기 신경근 자극기들이 상기 식별 신호로부터 고유 식별자를 확인하는 단계;
    복수개의 상기 신경근 자극기들 중에서 상기 고유 식별자에 의하여 식별된 상기 신경근 자극기가 상기 수신한 무선 주파수를 이용하여 전력을 발생시키는 단계;
    식별된 상기 신경근 자극기들이 상기 전력을 사용하여 전극에 전류를 인가하는 단계를 포함하는 신경근 자극기의 동작방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 전극은 복수개로 구비되고, 상기 복수개의 전극에 서로 다른 세기의 전류를 인가하는 신경근 자극기의 동작방법.
  12. 제 10항에 있어서, 수신한 상기 무선 주파수에서 전송신호를 복조하여 상기 신경근 자극기의 동작을 제어하는 신경근 자극기의 동작방법.
  13. 제 10항에 있어서, 상기 신경근 자극기는 후근 신경절(dorsal root ganglion)에 설치되는 신경근 자극기의 동작방법.
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