KR102071060B1

KR102071060B1 - 구개 임플란트 및 이를 이용한 전기 자극 시스템

Info

Publication number: KR102071060B1
Application number: KR1020170119576A
Authority: KR
Inventors: 김정훈; 김성준; 서정민; 윤승현
Original assignee: 서울대학교산학협력단; 서울대학교병원
Priority date: 2017-09-18
Filing date: 2017-09-18
Publication date: 2020-01-29
Also published as: KR20190031757A

Abstract

본 발명은 구개 임플란트 및 이를 이용한 전기 자극 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 구개 임플란트는 자기 유도 결합 방식을 통해 외부 장치로부터 자극 제어신호를 수신하는 통신부, 수신된 자극 제어신호에 기초하여 전류 펄스를 생성하는 제어부, 그리고 전류 펄스에 기초하여 자극을 제공하는 전극 어레이를 포함하며, 사용자의 경구개 및 연구개에 걸쳐 위치하고, 경구개 및 연구개를 물리적으로 지지한다.

Description

구개 임플란트 및 이를 이용한 전기 자극 시스템{PALATAL IMPLANT AND ELECTRONICAL STIMULATION SYSTEM USING THEREOF}

본 발명은 구개 임플란트 및 이를 이용한 전기 자극 시스템에 관한 것으로, 인체의 경구개 및 연구개에 이식되어 구개 근육을 물리적으로 지지하면서 전기 자극을 제공하는 구개 임플란트와 이를 이용하는 전기 자극 시스템에 관한 것이다.

수면 중 기도 부위의 근육들이 이완되어 아래로 쳐지면서 기도가 좁아짐에 따라 발생하는 코골이는 정상적인 수면을 방해하며, 만성피로, 졸음, 기억력 감퇴 및 우울증 등의 증상을 동반하고, 장기간 지속되는 경우 수면무호흡증, 저산소증, 심폐혈관계 질환 및 돌연사로 이어질 수 있다는 점에서 빠르고 정확한 원인 규명 및 치료가 중요하다.

종래 코골이 치료 방법은 크게 수술적 방법과 비수술적 방법으로 구분된다. 수술적 방법으로는 코골이 원인에 따른 비강수술, 인두부 수술, 설부 축소수술, 두경부 골격수술 등이 있으나, 수술 치료는 관련 근육의 절제 및 교정 등의 육체적 손실이 동반되며 환자가 육체적 고통, 공포 및 비용 부담을 느낄 수 있다. 비수술적 방법으로는 구강 내 장치, 양압기 등이 있으나, 구강 내 장치는 환자의 구강 구조 및 코골이 원인에 따라 맞춤 제작해야 하므로 비용 부담이 크다. 또한, 양압기는 수면 중 안면 마스크를 착용해야 하고 소음이 발생하는 점에서 불편함을 느낄 수 있으며, 양압적정검사를 통해 환자의 기도 압력 및 신체 구조에 따라 적절한 압력을 제공하는 양압기를 구매 또는 대여하여 사용해야 하는 점에서 번거로울 수 있다. 또한, 구강 내 장치와 양압기는 환자에 따라 치료 효과의 차이가 크다는 점에서 치료 효율이 낮다.

본 발명의 하나의 실시예가 해결하려는 과제는 구개 근육에 이식되어 연구개를 물리적으로 지지하면서 전기 자극을 제공하는 구개 임플란트를 제공하는 것이다.

본 발명의 하나의 실시예가 해결하려는 과제는 구개 근육에 이식되어 전기 자극을 제공하는 구개 임플란트, 비접촉식 자기 유도 결합 방식을 이용하여 구개 임플란트에 전력 및 제어신호를 전송하는 착용장치 및 근거리 무선통신을 이용하여 착용장치를 제어하는 사용자 단말을 포함하는 전기 자극 시스템을 제공하는 것이다.

상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예는, 자기 유도 결합 방식을 통해 외부 장치로부터 자극 제어신호를 수신하는 통신부, 수신된 자극 제어신호에 기초하여 전류 펄스를 생성하는 제어부, 그리고 전류 펄스에 기초하여 자극을 제공하는 전극 어레이를 포함하며, 사용자의 경구개 및 연구개에 걸쳐 위치하며, 경구개 및 연구개를 물리적으로 지지하는 구개 임플란트를 제안한다.

여기서, 전극 어레이는 연구개에 접촉되어 위치할 수 있다.

또한, 통신부와 제어부는 생체 호환 폴리머로 밀봉될 수 있다.

또한, 자극 제어신호를 이용하여 통신부, 제어부 및 전극 어레이에 전원을 공급하는 정류 회로를 더 포함할 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예는, 사용자의 구강 내에 위치하며, 제1 통신망을 통해 사용자 단말로부터 전송되는 제1 제어신호를 수신하고, 제1 제어신호에 대응하는 제2 제어신호를 생성하여 제2 통신망을 통해 전송하는 착용장치, 그리고 사용자의 구개 근육에 위치하며, 제2 통신망을 통해 제2 제어신호를 수신하고, 제2 제어신호에 대응하는 전류 펄스를 생성하여 출력하는 구개 임플란트를 포함하는 전기 자극 시스템을 제안한다.

여기서, 제1 통신망은 근거리 무선통신을 이용할 수 있다.

또한, 제2 통신망은 자기 유도 결합 방식을 이용할 수 있다.

또한, 착용장치는 사용자의 생체상태를 감지하는 센서부를 포함하며, 감지된 생체상태에 따라 제1 제어신호에 대응하는 제2 제어신호를 생성하여 전송할 수 있다.

또한, 제1 제어신호 및 제2 제어신호는 전류 펄스의 세기, 주파수 및 지속시간을 포함할 수 있다.

또한, 구개 임플란트는 사용자의 연구개에 위치하는 전극 어레이를 포함하며, 전극 어레이를 통해 전류 펄스를 출력하여 자극을 제공할 수 있다.

또한, 구개 임플란트는 사용자의 경구개 및 연구개에 걸쳐 위치하며, 경구개 및 연구개를 물리적으로 지지할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 사용자의 상기도 폐쇄를 방지하여 코골이 및 수면 무호흡 증상을 완화시킬 수 있다. 또한, 종래 수술 치료법 대비 환자의 비용 부담을 감소시키면서 사용 및 적응이 용이하며 치료 효과가 높은 코골이 치료 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 구개 임플란트를 이용한 전기 자극 시스템의 구성을 나타낸다.
도 2는 도 1의 사용자 단말 및 착용장치의 상세 구성을 나타낸다.
도 3은 도 1의 구개 임플란트의 상세 구성을 나타낸다.
도 4는 도 1의 전기 자극 시스템을 이용한 전기 자극 제공 방법을 나타낸다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며 명세서 전체에서 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한, 널리 알려진 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.

본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

본 명세서에서, '구개'는 구강의 윗 벽으로 비강과 구강의 경계를 의미하며 입천장에서 비교적 단단한 앞쪽 부분의 경구개와 비교적 연한 뒤쪽 부분의 연구개를 포함하고, '구개 근육'은 구개의 운동에 관여하여 근육을 의미한다.

본 명세서에서, '사용자' 및 '환자'는 구개 임플란트 및 착용장치를 착용하는 전기 자극 치료 대상자를 의미한다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 구개 임플란트를 이용한 전기 자극 시스템의 구성을 나타낸다.

도 1의 전기 자극 시스템(10)은 생체 외부에서 사용자 명령에 따라 착용장치(200)로 제1 제어신호를 전송하는 사용자 단말(100), 생체에 위치하며 구개 임플란트(300)로 제2 제어신호를 전송하는 착용장치(200), 그리고 구개 근육에서 미세 전류 펄스를 출력하는 구개 임플란트(300)를 포함한다.

아래에서는 도 2와 도 3을 통해 사용자 단말(100), 착용장치(200), 그리고 구개 임플란트(300)에 대해 상세히 설명한다.

도 2는 도 1의 사용자 단말 및 착용장치의 상세 구성을 나타낸다.

도 2에서 보면, 사용자 단말(100)은 생체 외부에 위치하며, 사용자 인터페이스부(110), 제1 통신부(120), 그리고 저장부(130)를 포함한다. 예를 들어, 사용자 단말(100)은 스마트폰, 태블릿 PC, 웨어러블 단말 등으로 구현되며, 착용장치(200) 제어용 어플리케이션이 설치될 수 있다.

사용자 인터페이스부(110)는 사용자의 명령을 입력받고 제어결과 및 호흡상태를 출력한다. 구체적으로, 사용자의 음성 또는 스위치 조작을 통해 입력되는 값에 대응하는 제1 제어신호를 생성한다. 여기서 제1 제어신호는 전류 펄스의 세기, 주파수, 지속시간, 단채널/다채널, 양극 출력 여부 등을 포함하는 자극 파라미터 및 환자의 코골이 증상에 대응하는 치료 단계를 포함한다.

제1 통신부(120)는 사용자 명령에 대응하는 제1 제어신호를 근거리 무선통신을 통해 착용장치(200)로 전송한다. 예를 들어, 근거리 무선통신은 블루투스(bluetooth), 지그비(zigbee), 와이파이(wifi) 등을 포함한다.

저장부(130)는 치료 단계별 자극 파라미터를 저장한다. 구체적으로, 사용자 인터페이스부(110)로부터 수신된 치료 단계에 대응하는 자극 파라미터를 제1 통신부(120)를 통해 착용장치(200)로 전송한다. 예를 들어, 환자의 증상을 단순 코골이, 상기도 저항 증후군, 저호흡 코골이 및 수면 무호흡증의 4 단계로 구분하고, 각 단계에 대응하는 자극 파라미터를 저장할 수 있다.

도 2에서 보면, 착용장치(200)는 구강 내에 위치하며, 센서부(210), 제2 통신부(220), 제1 제어부(230), 제3 통신부(240), 그리고 배터리부(250)를 포함한다. 이때, 착용장치(200)는 구강 내에 삽입하거나 치아에 결합이 가능하며 사용자가 구강 또는 치아에서 분리할 수 있는 형태로 구현된다. 예를 들어, 착용장치(200)는 사용자의 구강 구조에 대응되는 마우스피스(mouthpiece)로 구현하여 사용자가 상악 치아에 착용하거나, 하악 치아에 착용하거나, 또는 상악 및 하악 치아에 모두 착용할 수 있다. 이때, 상악 치아 및 하악 치아에 마우스피스를 착용하는 경우 수면시 상악 및 하악을 물리적으로 지지하여 혀, 목젖, 편도 등이 안쪽으로 밀려 들어가는 것을 방지하여 기도를 확보할 수 있다.

센서부(210)는 하나 이상의 센서를 포함하며, 사용자의 생체상태를 감지한다. 구체적으로, 착용장치(200), 구개 임플란트(300), 또는 별도의 장치로 구현되어 구강 내외부에 위치하며, 사용자의 소리, 진동, 심장 박동수, 움직임 및 체온 등을 감지할 수 있다.

제2 통신부(220)는 사용자 단말(100)과 근거리 무선통신을 수행하며, 사용자 단말(100)로부터 전송되는 제1 제어신호를 수신한다.

제1 제어부(230)는 제2 통신부(220)를 통해 수신된 제1 제어신호를 변조 및 증폭한다. 또한, 센서부(210)의 감지결과에 기초하여 제1 제어신호에 대응하는 제2 제어신호를 생성한다. 예를 들어, 센서부(210)의 감지 결과 환자가 깊은 수면 상태인 것으로 판단되는 경우 제1 제어신호의 자극 파라미터를 증가시킨 제2 제어신호를 생성할 수 있다.

제3 통신부(240)는 자기 유도 결합 방식을 통해 제2 제어신호를 구개 임플란트(300)로 전송한다. 여기서, 제3 통신부(240)는 코일로 구현되며, 예를 들어, PCB(Printed Circuit Board)에 인쇄 가능한 형태의 도선 또는 MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems) 공정으로 제작될 수 있다. 또한, 제3 통신부(240)는 구개 임플란트(300)로부터 전송되는 확인신호를 수신하고, 제2 통신부(220)를 통해 사용자 단말로 전송한다.

배터리부(250)는 센서부(210), 제2 통신부(220), 제1 제어부(230) 및 제3 통신부(240) 각 구성에 전원을 공급하며, 제3 통신부(240)를 통해 외부 충전장치를 이용하여 자기 유도 결합 방식으로 충전할 수 있다.

도 2의 착용장치(200)는 생체호환 폴리머로 밀봉하여 구강 조직(예를 들어, 치아, 잇몸 및 혀 등)에 대한 자극을 방지하고, 환자가 착용하는 경우 이물감을 최소화할 수 있다. 예를 들어, 생체호환 폴리머는 파릴렌(parylene), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리이미드(polyimid), 액정 폴리머(liquid crystal polymer, LCP) 등을 포함한다.

도 3은 도 1의 구개 임플란트의 상세 구성을 나타낸다.

도 3에서 보면, 구개 임플란트(300)는 구개 근육 내에 이식되어 구개 근육을 물리적으로 지지하면서 연구개에 전기 자극을 제공하며, 제4 통신부(310), 제2 제어부(320), 그리고 전극 어레이(330)를 포함한다. 이때, 제4 통신부(310), 제2 제어부(320) 및 전극 어레이(330)는 전기적으로 연결되어 있다. 예를 들어, 구개 임플란트(300)는 경구개의 일부 영역 및 연구개의 전영역에 위치하는 원형 또는 다각형 기둥형상으로 구현할 수 있다.

제4 통신부(310)는 자기 유도 결합 방식을 통해 착용장치(200)로부터 전송되는 제2 제어신호를 수신한다. 또한, 구개 임플란트(300)의 정상 동작 여부를 나타내는 확인신호를 착용장치(200)로 전송한다. 구체적으로, 제4 통신부(310)는 자기 유도 결합 방식을 통해 착용장치(200)로부터 사인(sine) 또는 코사인(cosine) 형태의 반송파에 얹어진 디지털 신호(제2 제어신호)를 수신하며, 수신된 디지털 신호(제2 제어신호)에 기초하여 정류회로를 통해 전력을 생성하여 제2 제어부(320) 및 전극 어레이(330)의 전원을 공급한다. 또한, 제4 통신부(310)는 코일로 구현되며, 예를 들어, PCB(Printed Circuit Board)에 인쇄 가능한 형태의 도선 또는 MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems) 공정으로 제작될 수 있다.

제2 제어부(320)는 제4 통신부(310)에서 수신된 제2 제어신호에 기초하여 이상 전류 펄스(Biphasic Current Pulse)를 생성하여 전극 어레이(330)를 통해 출력한다. 예를 들어, 제2 제어부(320)는 다수의 트랜지스터가 집적되어 있는 칩(chip) 형태로 구현될 수 있다.

전극 어레이(330)는 전류 펄스의 출력을 통해 구개 근육에 전기 자극을 제공한다. 구체적으로, 전극 어레이(330)는 금(Au), 이리듐(Ir), 백금(Pt) 등의 금속물질을 포함하는 복수개의 전극으로 구현된다.

도 3의 구개 임플란트(300)는 소형으로 구현되어 구개 근육에 이식되며, 제4 통신부(310)와 제2 제어부(320)는 경구개에 위치하고 전극 어레이(330)는 연구개에 위치한다. 예를 들어, 생체호환 폴리머는 파릴렌(parylene), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리이미드(polyimid), 또는 액정 폴리머(liquid crystal polymer, LCP) 중 적어도 하나를 포함한다. 이로 인해, 경구개 및 연구개 근육을 물리적으로 지지하여 연구개 및 목젖이 이완되어 상기도가 좁아지는 것을 방지할 수 있다.

도 3의 구개 임플란트(300)에서 제4 통신부(310)와 제2 제어부(320)는 생체호환 폴리머로 밀봉되어 경구개 근육에 집적 접촉되지 않으며, 전극 어레이(330)는 연구개 근육에 직접 접촉된다. 이로 인해, 구개 임플란트(300)를 장기간 이식할 수 있으며 면역거부반응과 같은 이식 부작용을 방지할 수 있다.

도 4는 도 1의 전기 자극 시스템을 이용한 전기 자극 제공 방법을 나타낸다.

먼저, 사용자 단말(100)에서 사용자 인터페이스부(110)를 통해 입력되는 제어값을 수신하고(S11), 제1 통신부(120)를 통해 S11에서 수신된 제어값에 대응하는 제1 제어신호를 착용장치(200)로 전송한다(S12).

착용장치(200)는 제2 통신부(220)를 통해 S12에서 전송되는 제1 제어신호를 수신한다(S13). 또한, 센서부(210)의 감지결과를 통해 사용자의 수면 상태를 감지하고(S14), 제1 제어부(230)를 통해 S14에서 감지된 수면 상태에 대응하는 제2 제어신호를 생성하여 제3 통신부(240)를 통해 구개 임플란트(300)로 전송한다(S15). 구체적으로, 환자의 수면 상태에 따라 S13에서 수신된 제1 제어신호에 포함되어 있는 자극 파라미터의 강도를 제어하여 제2 제어신호를 생성할 수 있다.

구개 임플란트(300)는 제4 통신부(310)를 통해 S15에서 전송되는 제2 제어신호를 수신한다(S16). 이후, 제2 제어부(320)를 통해 S16에서 수신된 제2 제어신호에 기초하여 전원을 공급하고, 자극 파라미터에 대응하는 전류 펄스를 생성한다(S17). 이후, 전극 어레이(330)를 통해 S17에서 생성된 전류 펄스를 출력한다(S18).

본 발명의 실시예에 따르면 구개 임플란트 및 착용장치를 이용하여 환자의 구개, 목젖, 혀 및 편도 등의 부위를 물리적으로 지지하면서 미세 전류 펄스에 의한 자극을 제공하여 연구개 근육을 수축시킬 수 있다. 이로 인해, 목젖, 혀 및 편도에 인한 기도 폐쇄를 방지하여 코골이 및 수면무호흡 증상을 개선할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 환자의 수면상태에 따라 전기 자극의 강도를 제어하여 치료 효과를 극대화시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 휴대가 용이한 사용자 단말 및 구강 내 착용장치를 이용하여 구개 근육에 이식되어 있는 구개 임플란트를 제어하므로 시간 및 장소의 제약 없이 전기 자극 시스템을 사용할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

10 : 전기 자극 시스템
100 : 사용자 단말
110 : 사용자 인터페이스부
120 : 제1 통신부
130 : 저장부
200 : 착용장치
210 : 센서부
220 : 제2 통신부
230 : 제1 제어부
240 : 제3 통신부
250 : 배터리부
300 : 구개 임플란트
310 : 제4 통신부
320 : 제2 제어부
330 : 전극 어레이

Claims

삭제
삭제
삭제
삭제
사용자의 구강 내에 위치하며, 제1 통신망을 통해 사용자 단말로부터 전송되는 제1 제어신호를 수신하고, 상기 제1 제어신호에 대응하는 제2 제어신호를 생성하여 제2 통신망을 통해 전송하는 착용장치, 그리고
상기 사용자의 구개 근육에 위치하며, 상기 제2 통신망을 통해 상기 제2 제어신호를 수신하고, 상기 제2 제어신호에 대응하는 전류 펄스를 생성하여 출력하는 구개 임플란트
를 포함하는 전기 자극 시스템.
제5항에서,
상기 제1 통신망은 근거리 무선통신을 이용하는 전기 자극 시스템.
제5항에서,
상기 제2 통신망은 자기 유도 결합 방식을 이용하는 전기 자극 시스템.
제5항에서,
상기 착용장치는 상기 사용자의 생체상태를 감지하는 센서부를 포함하며, 감지된 생체상태에 따라 상기 제1 제어신호에 대응하는 상기 제2 제어신호를 생성하여 전송하는 전기 자극 시스템.
제5항에서,
상기 제1 제어신호 및 제2 제어신호는 상기 전류 펄스의 세기, 주파수 및 지속시간을 포함하는 전기 자극 시스템.
제5항에서,
상기 구개 임플란트는 상기 사용자의 연구개에 위치하는 전극 어레이를 포함하며, 상기 전극 어레이를 통해 상기 전류 펄스를 출력하여 자극을 제공하는 전기 자극 시스템.
제5항에서,
상기 구개 임플란트는 상기 사용자의 경구개 및 연구개에 걸쳐 위치하며, 상기 경구개 및 연구개를 물리적으로 지지하는 전기 자극 시스템.