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KR-20260061525-A - 근육을 경피 자극하기 위한 방법들 및 시스템들

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Abstract

본 발명은 근육을 경피 자극하기 위한 방법들 및 시스템들을 개시한다. 방법은 a) 타깃 근육에 근접한 피부의 표면을 적어도 2개의 전극과 접촉시키는 단계 ; b) 제1 시간 기간 동안 타깃 근육을 제1 극성을 갖는 제1 전압에 노출하기 위해 적어도 2개의 전극을 활성화하는 단계; 및 c) 제2 시간 기간 동안, 타깃 근육을 제1 극성과 반대인 제2 극성을 갖는 제2 전압에 노출하기 위해 적어도 2개의 전극을 활성화하는 단계를 구성하거나 포함한다. 시스템 및 방법은 타깃 근육이 노출되는 전압의 극성을 변화시켜 타깃 근육을 자극하기에 충분할 수 있다.

Inventors

  • 화이트, 팀
  • 잭슨, 모리스
  • 바라노바, 안차
  • 다스, 바비

Assignees

  • 잔소르스 엘엘씨

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20230926

Claims (20)

  1. 근육을 자극하기 위한 방법으로서, 상기 방법은, a) 타깃 근육에 근접한 피부의 표면을 적어도 2개의 전극과 접촉시키는 단계; b) 제1 시간 기간 동안 상기 타깃 근육을 제1 극성을 갖는 제1 전압에 노출하기 위해 상기 적어도 2개의 전극을 활성화하는 단계; 및 c) 제2 시간 기간 동안 상기 타깃 근육을 상기 제1 극성과 반대인 제2 극성을 갖는 제2 전압에 노출하기 위해 상기 적어도 2개의 전극을 활성화하는 단계를 포함하며; 상기 타깃 근육이 노출되는 전압의 극성을 변화시키는 것은 상기 타깃 근육을 자극하기에 충분한, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 전압은 10 VDC 내지 300 VDC 범위인, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 전압은 1 kHz 내지 10 kHz의 주파수를 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 방법은 b)와 c) 사이에서, 상기 타깃 근육을 약간의 전압 또는 무전압에 노출하기 위해 상기 적어도 2개의 전극을 비활성화하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 방법은 c) 후에, 상기 타깃 근육을 약간의 전기 에너지 또는 무 전기 에너지에 노출하기 위해 상기 적어도 2개의 전극을 비활성화하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, b)는 c) 전에 복수 회 반복되는, 방법.
  7. 제1항에 있어서, c)는 복수 회 반복되는, 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 타깃 근육에 근접한 피부의 표면을 접촉시키는 단계는 상기 적어도 2개의 전극을 하나 이상의 패키지 내에 장착하는 단계, 및 상기 하나 이상의 패키지를 상기 피부의 표면에 장착하는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 방법은 상기 적어도 2개의 전극으로 지향된 전류를 모니터링하는 단계 및 상기 전류에 응답하여 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압 중 적어도 하나를 변화시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 전류에 응답하여 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압 중 적어도 하나를 변화시키는 단계는 타깃 전류를 유지하기 위해 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압 중 적어도 하나를 변화시키는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 근육을 자극하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은, 타깃 근육에 근접하는 피부의 표면과 접촉하도록 적응된 적어도 2개의 전극; 및 상기 적어도 2개의 전극에 동작가능하게 연결된 적어도 2개의 출력을 갖는 출력 장치를 포함하며, 상기 출력 장치는 제1 시간 기간 동안 제1 극성을 갖는 제1 전압을 적어도 2개의 유출구 중 하나에 제공하고, 제2 시간 기간 동안, 상기 제1 극성과 반대인 제2 극성을 갖는 제2 전압을 상기 적어도 2개의 유출구 중 다른 하나에 제공하도록 구성되고; 상기 타깃 근육이 노출되는 전압의 극성을 변화시키는 것은 상기 타깃 근육을 자극하기에 충분한, 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 시스템은 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압을 제공하기 위해 상기 출력 장치에 동작가능하게 연결된 고전압 발생기를 더 포함하는, 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압은 10 VDC 내지 300 VDC 범위인, 시스템.
  14. 제11항에 있어서, 상기 출력 장치는 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압 중 적어도 하나에 대한 주파수를 변화시키도록 더 적응되는, 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 주파수는 1 kHz 내지 10 kHz 범위인, 시스템.
  16. 제11항에 열거된 시스템을 갖는, 웨어러블 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 웨어러블 장치는 패치를 인간 피부에 적어도 일시적으로 접착하도록 적응된 접착제를 갖는 패치를 포함하고, 상기 웨어러블 장치는 의복, 복장, 및 직물 중 적어도 하나 내에 장착되는, 웨어러블 장치.
  18. 제11항에 있어서, 상기 시스템은 상기 적어도 2개의 전극으로 지향된 전류를 모니터링하도록 적응되고 상기 전류에 응답하여 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압 중 적어도 하나를 변화시키도록 적응된 제어기를 더 포함하는, 시스템.
  19. 제11항에 있어서, 상기 제어기는 타깃 전류를 유지하기 위해 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압 중 적어도 하나를 변화시키도록 적응되는, 시스템.
  20. 근육을 자극하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은, 직물 부분 및 적어도 2개의 전극을 포함하는 웨어러블 장치로서, 상기 직물 부분은 착용자의 피부 표면과 접촉하도록 적응된 내부 측면 및 외부 측면을 포함하며, 상기 전극들은 상기 직물 부분의 내부 측면에 배치되고 타깃 근육에 근접한 피부 표면과 접촉하도록 적응된 웨어러블 장치; 상기 적어도 2개의 전극에 동작가능하게 연결된 적어도 2개의 출력을 갖는 출력 장치로서, 상기 출력 장치는 제1 시간 기간 동안 제1 극성을 갖는 제1 전압을 적어도 2개의 유출구 중 하나에 제공하고, 제2 시간 기간 동안, 상기 제1 극성과 반대인 제2 극성을 갖는 제2 전압을 상기 적어도 2개의 유출구 중 다른 하나에 제공하도록 구성된 출력 장치; 상기 직물 부분의 외부 측면에 배치된 제어기로서, 상기 제어기는 상기 출력 장치 및 상기 전극들에 연결되며, 상기 제어기는 상기 적어도 2개의 전극으로 지향된 전류를 모니터링하도록 적응되고 상기 전류에 응답하여 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압 중 적어도 하나를 변화시키도록 적응된 제어기; 상기 제어기를 상기 웨어러블 장치에 전기적으로 연결하기 위해 상기 직물 부분의 외부 표면에서 상기 제어기로부터 상기 웨어러블 장치로 연장되는 적어도 하나의 제1 전도성 스레드, - 상기 타깃 근육이 노출되는 전압의 극성을 변화시키는 것은 상기 타깃 근육을 자극하기에 충분함 -, 및 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압을 제공하기 위해 상기 출력 장치에 동작가능하게 연결된 고전압 발생기, 및 상기 제1 전도성 스레드 위에 직조된 전기 절연 재료를 포함하는 절연 조립체를 포함하는, 시스템.

Description

근육을 경피 자극하기 위한 방법들 및 시스템들 관련 출원들에 대한 상호 참조 본 출원은 2022년 7월 28일에 출원된, 일련 번호 63/392,916을 갖는 U.S. 임시 특허 출원의 혜택, 및 이에 대한 우선권을 주장하는, 2023년 9월 26일에 출원된 PCT 국제 출원 번호 PCT/US2023/033700에 대한 우선권을 주장하며, 그 개시는 본원에 전체적으로 참조로 포함된다. 본 발명은 예를 들어, 마비의 영향들을 치료하거나 대응하기 위한 근육들의 전기 자극에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명의 양태들은 기존 기술의 결점들 및 단점들을 극복하기 위해 인가된 전기 자극의 극성을 변화시킨다. 다양한 의도들을 위한 신체의 전기 자극은 적어도 1700년대 이후부터 시도되었다. 1780년대에, 갈바니는 먼저 전기 스파크에 노출될 때 죽은 개구리들의 근육들이 씰룩씰룩 움직였던 것을 발견하였다. 벤자민 프랭클린은 통증 및 다른 질병들을 치료하는 시도로 전기 쇼크를 사용했던 것으로 전해지고 있다. 1890년대에, 니콜라 테슬라는 다양한 질병들을 처리하기 위해 전기로 인체를 치료하는 것으로 실험하였다. 1970년대에, 경피 전기 신경 자극(TENS)은 전기 전류로 인간 신경들을 자극하기 위한 수단으로 개발되었다. 1960년대에, 기능적 전기 자극(FES)은 예를 들어, 환자들이 마비로 통증받을 시에, 신체 움직임들을 발생시키기 위해 전기로 인간 근육들을 자극하기 위한 수단으로 도입되었다. 그 이후로, FES는 다른 질병들 중에서, 척수 손상, 뇌졸증, 및 근육 경화증의 영향들의 치료를 포함하는 광범위한 의료 적용들에서 개발되고 사용되었다. 그러나, 종래의 FES 치료는 FES가 환자에게 적용될 때 환자에서 유도될 수 있는 통증에 의해 제한된다는 점이 본 기술분야에서 인식된다. 예를 들어, 상대적으로 높은 전압들, 예를 들어, 50 볼트보다 더 큰 전압들의 인가는 환자에게 고통스럽다. 본 발명의 양태들은 종래 기술 방법들의 이러한 원하지 않는 단점을 처리한다. 전기 전압에 노출될 때, 피부는 커패시터 및 저항기를 직렬로 갖는 전기 회로로 전기적으로 간주될 수 있다는 점이 본 기술분야에서 일반적으로 이해된다. 예를 들어, Kim, et al. (2010)["A New Method for Non-Invasive Measurement of Skin in the Low Frequency Range", Kim, et al., PubMed, September 2010, 그 개시는 본원에 포함됨]은 피부의 전기 특성들의 조사를 설명한다. 이러한 현재 이해에 기초하여, 피부의 커패시터 유사 전기 특징은 임의의 커패시터와 같이 작용하며, 즉, DC 전압에 노출될 때, 전류가 흐르고 커패시터가 충전되고, 그 다음 전류는 커패시터의 일 측면이 양 전하에 도달하므로 제로로 소산되는 것으로 생각된다. 이러한 이해에 따르면, 피부의 "커패시터"의 "충전"은 피부와 전극의 접촉의 구역 주위에 피부의 국부 편관을 야기할 수 있다. 더욱이, 피부의 이러한 국부 편광은 전극으로부터 피부 내로 그리고/또는 피부로부터 전극으로 이온들(예를 들어, 양 이온들)의 흐름을 바람직하지 않게 야기할 수 있는 것으로 생각된다. 그러한 이온 흐름들의 장기적인 영향들이 어떤 것일 수 있는지가 현재 불분명하지만, 그것은 일반적으로 치료받는 환자에게, 가능하게는 유해하고, 가능하게는 해로운 것으로 생각된다. 본 발명의 일 양태에 따르면, 이러한 편광은 전극과 피부 사이의 이온 흐름이 최소화되거나 방지되는 곳에서 최소화되거나 방지된다. 피부의 커패시터 유사 특징의 추가 유추에서, 전극에 의해 피부에 인가된 전압이 변화될 때, 전압이 변화되는 주파수는 피부의 임피던스에 영향을 미칠 수 있다는 점이 추측된다. 전압에 대한 피부의 임피던스는 치료받는 환자에게 통증으로 나타날 수 있는 것으로 생각된다. 따라서, 피부의 임피던스를 감소시키는 것은 환자에 의해 느껴질 가능성이 있는 임의의 통증을 감소시킬 수 있다는 점이 추측된다. 예를 들어, 주어진 전류가 원하는 레벨의 근육 자극을 발생시키는 데 필요하면, 이때 전압을 변화시킴으로써 피부를 통해 전류 경로의 임피던스를 낮추는 것은 필요한 전류를 제공하는 데 필요한 전압을 감소시킬 수 있다. 따라서, 전압을 변화시키고 전압을 낮추는 것은 원하는 근육 자극을 제공하면서, 전압이 더 낮기 때문에 가능하게는 잠재적인 통증을 감소시킬 수 있는 것으로 생각된다. 예를 들어, 피부와 같은 커패시터의 용량성 임피던스(XC)는 전압 주파수(f)의 함수이고, 방정식 1에 나타낸 바와 같이 표현될 수 있다는 점이 본 기술분야에 공지되어 있다. XC = 1/(2 π f C) 방정식 1 C는 커패시터, 즉, 피부의 커패시턴스이며, 패럿 단위이다. 방정식 1의 검사는 피부의 임피던스(XC)가 증가하는 것을 표시하고, 따라서 통증은 인가된 전압의 주파수(f)가 감소함에 따라, 증가할 수 있다. 즉, 주파수(f)가 더 낮을수록, 환자에 대한 통증이 더 높아진다. 본 발명의 다른 장점들에 더하여, 본 발명의 양태들은 상대적으로 더 높은 주파수들, 예를 들어, 1 kHz 이상에서 전압의 변화의 인가를 제공하며, 그것은 치료받는 환자를 통증에 노출할 가능성을 최소화하거나 방지할 수 있다. 추가적으로, 본 발명의 양태들에 따르면, 그리고 또한 방정식 1과 관련하여, 본 발명의 양태들이 더 높은 주파수들에서 근육 자극 전압들을 제공할 수 있는 경우, 통증의 가능성을 감소시키는 것에 더하여, 본 발명의 양태들은 인가된 전압에 의해 생성된 전기 전류가 자극을 위해 목표된 근육에 더 효과적으로 접근하고 이를 관통할 수 있도록 피부의 임피던스를 감소시킬 수 있다. 본 발명의 이들 및 다른 장점들 및 혜택들은 그 많은 양태들에서, 아래에서 본 발명의 개요의 검토 시에 분명할 것이다. 본원에 설명된 바와 같이, 본 발명은 DC 전압들의 극성이 변화되는 자극되는 근육에 인접한 피부에 교류 DC 전압들을 제공하기 위한 방법들 및 시스템들을 포함한다. 인가된 전압의 극성의 변화는 편광 효과들을 최소화하거나 방지하고, 통증을 유도할 가능성을 감소시키고, 자극되는 근육의 유효 자극을 증가시키는 것으로 생각된다. 더욱이, 본 발명의 양태들은 종래 기술 성능을 달성하는 데 필요한 에너지를 감소시키면서 종래 기술 근육 자극 방법들에 비교가능한 성능을 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 근육을 자극하기 위한 방법이며, 방법은 a) 타깃 근육에 근접한 피부의 표면을 적어도 2개의 전극과 접촉시키는 단계; b) 제1 시간 기간 동안 타깃 근육을 제1 극성을 갖는 제1 전압에 노출하기 위해 적어도 2개의 전극을 활성화하는 단계; 및 c) 제2 시간 기간 동안 타깃 근육을 제1 극성과 반대인 제2 극성을 갖는 제2 전압에 노출하기 위해 적어도 2개의 전극을 활성화하는 단계를 구성하거나 포함하며; 타깃 근육이 노출되는 전압의 극성을 변화시키는 것은 타깃 근육을 자극하기에 충분하다. 일 양태에서, 제1 및 제2 전압들은 10 볼트-DC[VDC] 내지 300 VDC 범위일 수 있다. 다른 양태에서, 제1 전압 및/또는 제2 전압은 1 kHz 내지 10 kHz의 주파수에서 인가될 수 있다. 다른 양태에서, 방법은 b)와 c) 사이에서, 타깃 근육을 약간의 전압 또는 무전압에 노출하기 위해 적어도 2개의 전극을 비활성화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 다른 양태에서, 방법은 b)와 c) 사이에서, 타깃 근육을 제1 전압 및 제2 전압과 상이한, 제3 전압에 노출하기 위해 적어도 2개의 전극을 활성화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 다른 양태에서, 방법은 c) 전에 b)를 복수 회 반복하는 단계, 및/또는 c)를 복수 회 반복하는 단계를 더 포함할 수 있다. 다른 양태에서, 타깃 근육에 근접한 피부의 표면을 접촉시키는 단계는 적어도 2개의 전극을 하나 이상의 패키지, 예를 들어, 패치들 내에 장착하고, 하나 이상의 패키지를 피부의 표면에 장착함으로써 실시될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예는 근육을 자극하기 위한 시스템이며, 시스템은 타깃 근육에 근접한 피부의 표면과 접촉하도록 적응된 적어도 2개의 전극; 및 적어도 2개의 전극에 동작가능하게 연결된 적어도 2개의 출력을 갖는 출력 장치를 구성하거나 포함하며, 출력 장치는 제1 시간 기간 동안 제1 극성을 갖는 제1 전압을 적어도 2개의 유출구 중 하나에 제공하고, 제2 시간 기간 동안, 제1 극성과 반대인 제2 극성을 갖는 제2 전압을 적어도 2개의 유출구 중 다른 하나에 제공하도록 구성되고; 타깃 근육이 노출되는 전압의 극성을 변화시키는 것은 타깃 근육을 자극하기에 충분하다. 일 양태에서, 시스템은 제1 전압 및 제2 전압을 제공하기 위해 출력 장치에 동작가능하게 연결된 고전압 발생기를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 고전압 발생기는 10 VDC 내지 300 VDC 범위인 전압을 제공할 수 있다. 다른 양태에서, 출력 장치는 제1 전압 및 제2 전압 중 적어도 하나에 대한 주파수, 예를 들어, 1 kHz 내지 10 kHz 범위인 주파수를 변화시키도록 적응될 수 있다. 본 발명의 추가 실시예는 본원에 개시된 시스템을 갖는 웨어러블 장치이다. 일 양태에서, 웨어러블 장치는 패치를 인간 피부에 적어도 일시적으로 접착하도록 적응된 접착제를 갖는 패치를 포함할 수 있다. 다른 양태에서, 웨어러블 장치는 의복, 복장, 또는 직물 내에 장착가능할 수 있다. 본 발명으로 간주되는 발명 대상은 명세서의 마지막에서 청구범위에 특히 지적되고 분명히 청구된다. 본 발명의 상술한 및 다른 목적들, 특징들, 및 장점들은 첨부 도면들과 함께 취해진 본 발명의 양태들의 이하의 상세한 설명으로부터 쉽게 이해될 것이다. 도 1은 본 발명의 양태들을 구현하는 데 사용될 수 있는 시스템의 개략 블록도이다. 도 2는 본 발명의 양태들에 따라 자극될 수 있는 근육을 갖는 신체의 일부의 단면의 개략도이다. 도 3은 도 2에서 상세(3)에 의해 식별된 바와 같이 도 2에 도시된 단면의 상세이다. 도 4 내지 도 7은 본 발명의 양태들에 따라 제공될 수 있는 전압 극성의 변화의 대표적인 예시들이다. 도 8은 본 발명의 양태들에 따른 전극들, 제어기 및 전원 버