뇌내 감지 자극용 오픈 루프 전기 자극 장치
Apparatus for Stimulating Open-Loop Electrical for Intracerebral Sensing Stimulation
특허 요약
뇌내 감지 자극용 오픈 루프 전기 자극 장치는 뇌내 질병의 증상 발현을 의미하는 뇌 내 특이적 신호를 감지한 후, 이를 트리거 신호로 하여 적절한 전기 자극을 전달함으로써 발현된 증상에 즉각적인 대응이 가능하다. 본 발명은 뇌심부 자극술의 효율적인 치료를 위하여 뇌 내부에서 발생하는 특이적 신호에 따라 전기 자극을 수행하는 open-loop 시스템 기반 소프트웨어를 개발하고, 발현된 증상에 대해 실시간으로 치료가 가능한 기술을 제공할 수 있다.
청구항
번호청구항
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뇌 심부에 삽입한 미세 전극으로부터 뇌 특정 부위에서 발생하는 전기생리학적 신호를 수신하는 뇌파 신호 검출부;상기 뇌파 신호 검출부로부터 수신한 전기생리학적 신호를 일정 크기로 증폭하는 증폭부;상기 증폭된 전기생리학적 신호를 Fast Fourier Transform을 이용하여 0.1Hz 내지 300Hz 대역의 LFP(Local Field Potential)와 300Hz 내지 3000Hz 대역의 SUP(Single Unit Potential)로 필터링하여 각 대역에 포함된 전기생리학적 정보를 획득하는 필터링부; 및상기 획득한 전기생리학적 정보를 분석하여 특정 질병과 대응하는 뇌 특이적 신호를 판단하고, 상기 뇌 특이적 신호를 트리거 신호로 결정하여 전기 자극 신호를 생성하여 상기 뇌 특정 부위에 전달하는 신호 분석부를 포함하는 뇌내 감지 자극용 오픈 루프 전기 자극 장치.

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청구항 1에 있어서,상기 뇌 특정 부위는 특정 질병에 따라 활성화되거나 비정상적인 경향을 보이는 뇌내 영역인 뇌내 감지 자극용 오픈 루프 전기 자극 장치.

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청구항 1에 있어서,상기 필터링부는 상기 LFP를 더 세부적으로 델타 대역(Delta Band, 0.1Hz 내지 4Hz), 세타 대역(Theta Band, 4Hz 내지 8Hz), 알파 대역(Alpha Band, 8Hz 내지 12Hz), 베타 대역(Beta Band, 12Hz 내지 28Hz), 감마 대역(Gamma Band, 30Hz 내지 100Hz)의 뇌파의 주파수 범위별로 필터링하여 분류하고, 특정 질병에 따라 각 대역별 신호 변화 양상이 다르게 나타나는 뇌내 감지 자극용 오픈 루프 전기 자극 장치.

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청구항 3에 있어서,상기 신호 분석부는 기저핵(Basel Ganglia) 내 시상하핵(Subthalamic Nucleus, STN)에서 측정한 베타 대역(Beta Band)에서의 전기생리학적 신호가 활성화되는 경우, 상기 베타 대역을 중심으로 상기 LFP를 분석하여 상기 뇌 특이적 신호를 파킨슨병의 트리거 신호로 판단하는 뇌내 감지 자극용 오픈 루프 전기 자극 장치.

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청구항 3에 있어서,상기 신호 분석부는 상기 LFP의 대역별 전압, 위상, 전력을 분석하여 특정 질병의 질병 특이성 양상을 판단하는 뇌내 감지 자극용 오픈 루프 전기 자극 장치.

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청구항 3에 있어서,상기 신호 분석부는 기저핵(Basel Ganglia) 내 시상하핵(Subthalamic Nucleus, STN)에서 측정한 전기 신호의 주파수 대역이 베타 대역(Beta Band)에서 전력이 기설정된 기준 전력 이상이고, 나머지 주파수 대역이 증가하지 않는 경우, 상기 뇌 특이적 신호를 파킨슨병의 트리거 신호로 판단하는 뇌내 감지 자극용 오픈 루프 전기 자극 장치.

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청구항 3에 있어서,상기 신호 분석부는 기저핵(Basel Ganglia) 내 시상하핵(Subthalamic Nucleus, STN)에서 측정한 전기 신호의 주파수 대역이 SUP(Single Unit Potential)이고, 상기 SUP에서 신경 세포의 활동성을 나타내는 지표인 Spike를 얻고, 상기 Spike의 빈도와 관련 있는 활성률(Firing Rate)이 증가하고, 상기 Spike 간의 간격을 나타내는 ISI(Inter Spike Interval)가 감소하는 경우, 상기 뇌 특이적 신호를 파킨슨병의 트리거 신호로 판단하는 뇌내 감지 자극용 오픈 루프 전기 자극 장치.

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청구항 3에 있어서,상기 신호 분석부는 기저핵(Basel Ganglia) 내 시상하핵(Subthalamic Nucleus, STN)과 운동피질(Motor Cortex)에서 측정된 전기 신호를 수신하고, 상기 STN에서 측정한 전기 신호의 주파수 대역이 SUP(Single Unit Potential)이고, 상기 SUP에서 신경 세포의 활동성을 나타내는 지표인 Spike 정보를 얻고, 상기 Spike 정보가 발생한 시점에서 상기 운동피질의 베타 대역의 위상 분포를 분석하여 위상 고정값(Phase Locking Value)이 0.05 이하일 때, 상기 뇌 특이적 신호를 파킨슨병의 트리거 신호로 판단하는 뇌내 감지 자극용 오픈 루프 전기 자극 장치.

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청구항 3에 있어서,상기 신호 분석부는,기저핵(Basel Ganglia) 내 시상하핵(Subthalamic Nucleus, STN)에서 측정한 전기 신호의 주파수 대역이 베타 대역(Beta Band)에서 전력이 기설정된 기준 전력이상이고, 나머지 주파수 대역이 증가하지 않는 제1 조건과,상기 STN에서 측정한 전기 신호의 주파수 대역이 SUP(Single Unit Potential)이고, 상기 SUP에서 신경 세포의 활동성을 나타내는 지표인 Spike를 얻고, 상기 Spike의 빈도와 관련 있는 활성률(Firing Rate)이 증가하고, 상기 Spike 간의 간격을 나타내는 ISI(Inter Spike Interval)가 감소하는 제2 조건과,상기 STN과 운동피질(Motor Cortex)에서 측정된 전기 신호를 수신하고, 상기 STN에서 측정한 전기 신호의 주파수 대역이 SUP(Single Unit Potential)이고, 상기 SUP에서 상기 Spike를 얻으며, 상기 Spike가 발생한 시점에서 상기 운동피질의 베타 대역의 위상 분포를 분석하여 위상 고정값(Phase Locking Value)이 0.05 이하인 제3 조건을 모두 만족하는 경우, 상기 뇌 특이적 신호를 파킨슨병의 트리거 신호로 판단하는 뇌내 감지 자극용 오픈 루프 전기 자극 장치.

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청구항 1에 있어서,상기 신호 분석부는 기저핵(Basel Ganglia) 내 시상하핵(Subthalamic Nucleus, STN)과 운동피질(Motor Cortex)에서 측정된 전기 신호를 수신하고, 상기 SUP에서 신경 세포의 활동성을 나타내는 지표인 Spike를 얻으며, 상기 STN과 상기 운동피질에서 불규칙한 Spike 발화(Bursting)가 나타나고, 상기 Spike 간의 간격을 나타내는 ISI(Inter Spike Interval)의 변화를 상기 뇌 특이적 신호의 파라미터로 설정하여 파킨슨병의 트리거 신호로 사용하는 뇌내 감지 자극용 오픈 루프 전기 자극 장치.

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청구항 3에 있어서,상기 신호 분석부는 기저핵(Basel Ganglia) 내 시상하핵(Subthalamic Nucleus, STN)과 운동피질(Motor Cortex)에서 측정된 전기 신호를 수신하고, 상기 수신한 전기 신호의 주파수 대역에서의 베타 대역(Beta Band) 내 위상 고정(Phase Locking) 양상을 상기 뇌 특이적 신호의 파라미터로 설정하여 파킨슨병의 트리거 신호로 사용하는 뇌내 감지 자극용 오픈 루프 전기 자극 장치.

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청구항 1에 있어서,상기 신호 분석부는 기저핵(Basel Ganglia) 내 시상하핵(Subthalamic Nucleus, STN)에서 측정된 전기 신호를 수신하고, 상기 수신한 전기 신호의 주파수 대역에서의 베타 대역(Beta Band)이고, 상기 베타 대역의 오실레이션 전력(Oscillation Power)이 기설정된 특정 임계치 이상인 경우, 상기 뇌 특이적 신호를 트리거 신호로 결정하여 전기 자극 신호를 생성하여 상기 STN에 전달하는 뇌내 감지 자극용 오픈 루프 전기 자극 장치.