기존의 경두개 자극장치는 일정한 자극치료 펄스의 정현파 모양으로 다양한 치료 및 진단을 하는데 한계가 있다. 본 연구에서, 치료 및 진단마다 요구되는 세기, 폭, 펄스모양이 다른 코로로프트-월톤회로와 반파브리지 공진 인버터를 도입하여 주파수와 전압이 가변되는 새로운 장치를 제안하고자 한다. 기존장치 보다 많은 장점을 가진다. 첫째로 고압 변압기를 가지지 않는다. 둘째로 스위칭손실이 적고, 출력에너지를 정밀하게 제어할 수가 있다. 세째로 자극의 세기, 폭, 펄스모양이 다양하다. 결과적으로 변압기를 사용하지 않는 반파브리지 인버터와 코크로프트-월톤회로를 적용하여 개선된 특성과 실험을 구하였다.
본 연구에서는, 펄스포밍 제어기술과 펄스 성형을 가지는 자기 자극장치에 대해 언급 하고자 한다. 자기자극장치는 5-100초 사이에 펄스성형 기술적용과 순간적 방전코일 전류 6kA까지 상승되므로 스너버 회로를 가지는 IGBT 전력소자를 사용하였다. 57-67%의 열손실을 줄였고, 2-34%의 적은 에너지를 사용한 유도전계펄스로 전형적인 코사인 펄스와 매칭 되는것을 알수가 있었다. 자기자극장치는 펄스성형하는 기술 증가와 함께 한계 펄스진폭의 예측 되는 감소인 20-100초 사이에서 펄스성형 기술을 운동신경에 활발한 자극하기 위하여 사용된다. 자기 자극장치 프로트 타입에서 이용된 기초과학 기술에 의하여 기능을 확장할 수 있고, 전력소비를 줄일 수 있었고, 자기자극장치의 열손실에 대해서도 축소할 수가 있어, 더 나은 연구와 치료에 통해 응용할 수가 있다.
본 논문에서, 생물계로 자기자극장치를 사용할 경우 잠재적인 사용에 대한 전력소자 응용제어 기술에 대해 언급 하고자 한다. 자기자극장치의 효과는 자기 자극코일에 의해 전달된 전류 펄스파형에 유도한 전계와 기하학 구성에 의존한다. TMS는 두뇌에 있는 전계를 유도하는 전자장의 펄스를 머리의 외부에서 자극하게 된다. TMS는 두뇌의 자극을 통해, 진단 및 치료에 있는 수많은 응용이 가능하다. 이러한 요소들은 코일의 구성과 전원 장치와 크기의 등가적 요구와 특성으로 매우 중요한 기능을 가지게 된다. 제안하고자 하는 해결방법은 입력에 대하여 가변크기와 주기를 가지는 전류펄스 발생을 가진다. 또한, 해결방법은 전원에서 부하로 에너지 전송과 축적의 요소를 기본으로 할 수가 있다. 제안한 방식으로, 전력 회로 매개 변수의 충분한 통제를 통한 기획과 전략으로 단극파형 또는 양극 파형을 얻을 수가 있었다.
자기 자극장치 펄스트레인 기술이 비연속 전도모드에서 플라이백 컨버터로 응용되는 방식을 제안 하고자 한다. 전통적인 펄스폭 제어 방식과는 달리, 자기 자극 펄스 트레인의 주요한 방식은 저전력과 고전력에서 출력전압조절로 구할 수가 있다. 제안한 기술은 불연속 유도에 있는 어떤 변환기에도 적용 가능하다. 그러나, 본 연구에서는 Flyback 연구에 주로 초점을 맞추었다. 본 논문에서, 새로운 제어 연산 논리의 주요 수학 개념은 실험적인 결과가 산출되어 소개 하고자 한다.
뇌성마비로 인해 오른 손에서 단부전마비를 호소하는 환자를 대상으로 기능적 자기공명영상 장치와 경두개 자기 자극기를 사용하여 운동신경의 회복기전을 연구하였다. 대상자는 21세 된 남자 환자로 오른손에 경미한 운동 기능의 손상을 보였고, 자기공명영상의 소견에서 좌반구의 precentral knob에서 병변을 보였다. 기능적 자기공명영상 촬영은 한 명의 대상자와 여덟 명의 정상인을 대상으로 표준화된 헤드코일을 사용하여 1.5 T의 장치에서 BOLD 기술을 적용하여 실시하였다. 대상자들의 운동 수행은 1 Hz 주기로 손가락의 굴곡과 신전을 반복하는 과제가 제시되었다. 경두개 자기 자극은 원형 코일을 사용하여 코일의 앞쪽 부분이 대상자의 두피에서 1 cm 정도 떨어진 정접 부위에 적용되었고 양측의 짧은엄지벌림근에서 발생된 운동 유발 전위가 동시에 측정되었다. 자기공명영상의 결과에서 환자의 비손상측(좌측) 손과 정상군의 좌측 손의 운동 수행 시 오른쪽의 일차운동감각영역(SM1)의 precentral knob에서 활성도가 나타났다, 그러나, 환자의 손상측(우측) 손의 운동 수행 시, 좌측 일차운동감각영역의 손상된 precentral knob 내측 부위에서 활성도를 보였다. 또한, 경두개 자기 자극의 결과에서 손상측 짧은엄지벌림근에서 발생된 운동 유발 전위에 해당하는 뇌 부위가 환자의 정상측과 비교하여 1 cm 내측에서 발견되었다. 그러므로 손상측 손의 운동 기능이 손상된 precentral knob의 내측 부분으로 전위되어 신경재구성이 이루어진 것으로 추정되는 결론을 얻었다.
TMS와 tDCS는 자기와 전류를 통하여 뇌에 자극을 가함으로서 환자나 개별 이용자의 질병을 치료하고, 이외에도 건강을 관리하거나 증진시킬 수 있는 비침습적 기기를 말한다. 이들 기기의 효과와 안전성은 몇몇 질병에서 입증되고 있으나, 아직도 이에 대한 연구는 진행 중이다. 점차 증가하고 있는 이들 기기의 활용도에 비해 TMS와 tDCS를 직접 규율하는 입법례를 찾기는 어렵다. 미국, 독일, 일본의 TMS와 tDCS에 대한 법적 규율을 살펴보면, TMS는 중등도의 위해도를 가진 의료기기로 승인되어 있는 반면, tDCS는 아직 의료기기로 승인된 상태는 아니다. 하지만, 최근 FDA 가이드집이나 유럽 MDR 규정의 변화, 미국의 리콜사례, 독일과 일본의 관련 법 규정, 전문가 그룹의 제언 등을 검토하면, tDCS도 조만간 의료기기로 승인되어 규율될 것으로 보인다. 물론, tDCS를 의료기기가 아닌 일반제품으로 보더라도 다른 법률과 제도를 통하여 제품의 안전성과 효과를 규제할 수는 있다. 그러나 이 기기가 인간의 뇌에 미칠 수 있는 여러 영향을 고려할 때, 이를 독자적으로 규율할 필요성이 크다. 우리도 TMS와 tDCS를 규율하는 명시적 법률은 없으나, 이 두 기기는 식약처 고시에 따라 3등급 의료기기로 판정된다. 그리고 TMS는 가이드 라인에 따라 미국 FDA 지침에 의해 안전성과 성능을 평가하도록 하고 있다. 하지만, tDCS는 아직 이에 대한 구체적 지침은 존재하지 않는다. tDCS 기기가 일부 병원에서, 그리고 개별 구매자를 통하여 가정에서 사용되고 있는 현실을 고려하면, 이러한 규제의 공백은 신속히 보완되어야 한다. 장기적으로는 비침습적 뇌자극기기를 독자적으로 규율할 수 있는 법적 시스템의 정비가 필요하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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