[go: up one dir, main page]

KR101856015B1 - 인공 망막 시스템 - Google Patents

인공 망막 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101856015B1
KR101856015B1 KR1020160164235A KR20160164235A KR101856015B1 KR 101856015 B1 KR101856015 B1 KR 101856015B1 KR 1020160164235 A KR1020160164235 A KR 1020160164235A KR 20160164235 A KR20160164235 A KR 20160164235A KR 101856015 B1 KR101856015 B1 KR 101856015B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
photodiode
artificial retina
cell
brain activity
microcomputer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020160164235A
Other languages
English (en)
Inventor
이상훈
김성우
김정석
Original Assignee
고려대학교 산학협력단
가천대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 고려대학교 산학협력단, 가천대학교 산학협력단 filed Critical 고려대학교 산학협력단
Priority to KR1020160164235A priority Critical patent/KR101856015B1/ko
Priority to PCT/KR2017/013756 priority patent/WO2018105940A1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101856015B1 publication Critical patent/KR101856015B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/36046—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation of the eye
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0075—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence by spectroscopy, i.e. measuring spectra, e.g. Raman spectroscopy, infrared absorption spectroscopy
    • A61B5/0476—
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves
    • A61B5/055—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves involving electronic [EMR] or nuclear [NMR] magnetic resonance, e.g. magnetic resonance imaging
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/369—Electroencephalography [EEG]
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7225—Details of analogue processing, e.g. isolation amplifier, gain or sensitivity adjustment, filtering, baseline or drift compensation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/14—Eye parts, e.g. lenses or corneal implants; Artificial eyes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/02—Details
    • A61N1/04—Electrodes
    • A61N1/05—Electrodes for implantation or insertion into the body, e.g. heart electrode
    • A61N1/0526—Head electrodes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/02—Details
    • A61N1/08—Arrangements or circuits for monitoring, protecting, controlling or indicating
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/3605—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system
    • A61N1/3606—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system adapted for a particular treatment
    • A61N1/36103—Neuro-rehabilitation; Repair or reorganisation of neural tissue, e.g. after stroke
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/3605—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system
    • A61N1/36128—Control systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/372—Arrangements in connection with the implantation of stimulators
    • A61N1/37211—Means for communicating with stimulators
    • A61N1/37252—Details of algorithms or data aspects of communication system, e.g. handshaking, transmitting specific data or segmenting data

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Neurology (AREA)
  • Ophthalmology & Optometry (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Neurosurgery (AREA)
  • Psychiatry (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Rehabilitation Therapy (AREA)
  • Psychology (AREA)
  • Prostheses (AREA)

Abstract

인공 망막 시스템을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 망막 시스템은 망막 하부에 장착되며 복수의 포토다이오드 셀(110)들을 포함하는 인공망막(100) 각 포토다이오드 셀(110)의 단독 작동에 따른 뇌 활동 정보를 측정하는 뇌 활동 측정장치(600) 및 상기 측정된 뇌 활동 정보에 기초하여 각 포토다이오드 셀(110)에서 출력되는 전기 신호를 증폭 제어하거나 감쇠 제어하는 마이크로컴퓨터(200)를 포함하며, 상기 각 포토다이오드 셀(110)에 대응되는 시세포 그룹의 시세포를 상기 마이크로컴퓨터(200)에 의해 제어된 전기 신호로 자극하는 것일 수 있다.

Description

인공 망막 시스템{ARTIFICIAL RETINA SYSTEM}
본 발명은 인공 망막 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인공 망막의 각 포토다이오드 셀의 증폭기의 게인을 조절함으로써 시세포의 손상 정도를 반영하여 시세포를 자극할 수 있는 인공 망막 시스템에 관한 것이다.
망막색소변성증(Retinitis pigmentosa, RP)은 망막에 분포하는 광수용체의 기능장애로 인해 발생하는 진행성 망막변성질환으로, 망막의 광수용체와 망막색소상피가 주된 병소이며 양안에 모두 나타난다. RP의 유병률은 5000명에 1명으로 보고되고 있으며, 현재 국내의 RP 환자는 약 1만명에서 1만 5천명 사이에 이를 것으로 추산되고 있다.
또한 RP와 다른 질환으로 노인황반변성(Age-related macular degeneration, AMD)은 3대 실명질환 중 하나로 서구권 노인의 실명을 유발하는 대표적인 원인으로 알려졌으며, 최근 국내에서도 인구의 급속한 노령화로 인하여 유병률이 증가하는 추세이다. AMD 환자들은 RP 질환으로 인한 저 시력 환자들과는 다르게 비교적 단기간에 시력이 저하되는 경우가 많아, AMD 환자들에서 실제 생활에서의 장애 정도와 심리적 위축은 다른 질환에 비해 크다고 보고되고 있다.
실명 환자를 치료하기 위하여 여러 가지 치료법들(유전자 치료, 줄기세포 치료 및 약물 치료)이 시도되고 있으나 대부분의 환자들은 이미 망막 시세포 층이 손상되어 유전자치료나 약물치료 가능시기가 지난 경우가 대부분이다. 하지만, RP와 AMD 같은 노인성 질환의 경우 시세포 층만 손상이 되었기 때문에, 시세포 층의 기능을 대체해 준다면 시력회복 가능성이 존재한다. 따라서, 실명된 환자에게 망막의 시세포 층에 전기적 자극을 유도하여 시력을 회복시키는 인공 망막은 새로운 치료법으로 가능성이 매우 높다고 할 수 있다.
이러한 인공 망막은 망막위쪽에 위치하여 망막세포 중 신경절 세포(Ganglion cell)을 자극하는 에피(Epi) 형태와 망막 하부 시세포 층에 위치하여 시세포(Visual cell)을 자극하는 서브(Sub) 형태로 나뉘어 진다.
인공 망막의 포토다이오드 셀은 빛의 세기에 따라 발생시키는 전류의 크기가 변화하게 된다. 이러한 전류의 크기와 지속시간에 비례하여 컨버터가 바이페이직(Biphasic) 전류 펄스를 생성하게 되며, 이러한 전류 펄스는 자극전극을 통해 시세포를 자극하게 된다.
에피 형태의 인공망막의 경우 각 포토다이오드 셀의 자극전극을 독립적으로 제어할 수 있으나, 도 1과 같은 서브 형태 인공망막의 포토다이오드 셀은 단순히 외부로부터 유입된 빛에 비례하여 시세포를 자극하게 되는 시스템으로서, 포토다이오드 셀 전체를 일괄적으로 제어할 수 있을 뿐 독립적으로 각 포토다이오드 셀의 제어가 불가능하다. 독일 Retina Implant사에서 개발한 서브 형태의 인공 망막 중 Alpha IMS 모델은 환자가 외부 빛의 밝기에 따라 자극의 세기를 조절할 수 있는 기능이 탑재되었으나, 포토다이오드 셀 각각의 전기자극의 크기를 제어하는 것이 불가능하다. 이로 인하여 1500 픽셀을 가진 인공 망막의 해상도가 64 채널을 갖는 에피 형태의 인공 망막의 해상도와 비슷한 단점이 존재한다. 더욱이, 서브 형태의 인공 망막의 경우 포토다이오드 셀 각각을 독립적으로 제어할 수 없어 포토다이오드 셀에 대응하는 시세포의 손상 정도에 따라 환자는 제각각의 빛을 느끼게 되어 해상도가 오히려 하락하는 문제가 발생한다. 따라서, 서브 형태의 인공 망막의 포토다이오드 셀을 독립적으로 제어함으로써 각 포토다이오드 셀이 자극하는 시세포의 손상 정도를 반영한 시스템이 필요한 실정이다.
관련된 특허문헌을 살펴보면 다음과 같다.
한국공개특허문헌 제10-2016-0045530호는 인공 망막의 전기 자극 펄스의 진폭이 일정하고, 펄스 사이의 시간간격이 일정한 자극 펄스를 발생시킴으로써 공간적 해상도가 높고 자극대상의 자극에 대한 민감도가 균일한 전기 자극 방법을 개시하나, 단순히 진폭과 시간간격이 일정한 자극 펄스만으로는 각기 다른 시세포의 손상 정도를 반영하여 시세포를 자극하는 것이 불가능하다는 단점을 갖는다.
한국등록특허문헌 제10-1275215호는 에피 형태의 인공 망막 장치로서, 채널 공유방식을 이용하여 하나의 자극회로가 여러 개의 망막 전극을 관할하게 함으로써 자극기의 크기와 전력 소비량을 줄일 수 있는 장치를 개시하나, 에피 형태의 인공 망막 장치는 해상도가 낮고, 단순히 전력 소비량을 줄이는 것에 목적이 있다는 점에서 이 역시 각기 다른 시세포의 손상 정도를 반영하여 시세포를 자극하는 것이 불가능하다.
한국공개특허문헌 제10-2016-0045530호 (2016.04.27) 한국등록특허문헌 제10-1275215호 (2013.06.17)
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것이다.
특히, 서브 형태의 인공망막에서 각 포토다이오드 셀을 독립적으로 제어 가능하면서도, 각 포토다이오드 셀에 대응하는 시세포 그룹의 손상 정도를 반영하여 전류의 크기를 제어함으로써 해상도가 높은 인공 망막 시스템을 제안하고자 한다.
이에 본 발명은, 망막 하부에 장착되며 복수의 포토다이오드 셀(110)들을 포함하는 인공망막(100), 각 포토다이오드 셀(110)의 단독 작동에 따른 뇌 활동 정보를 측정하는 뇌 활동 측정장치(600) 및 상기 측정된 뇌 활동 정보에 기초하여 각 포토다이오드 셀(110)에서 출력되는 전기 신호를 증폭 제어하거나 감쇠 제어하는 마이크로컴퓨터(200)를 포함하며, 상기 각 포토다이오드 셀(110)에 대응되는 시세포 그룹의 시세포를 상기 마이크로컴퓨터(200)에 의해 제어된 전기 신호로 자극하는 인공 망막 시스템을 제공한다.
또한, 상기 각 포토다이오드 셀(110)은 외부로부터 유입된 빛을 전기 신호로 변환하여 출력하는 포토다이오드(111) 및 상기 포토다이오드(111)로부터 출력되는 전기 신호를 증폭 또는 감쇠하는 증폭기(112)를 포함하며, 상기 마이크로컴퓨터(200)는 상기 증폭기(112)의 게인을 조절하여 상기 포토다이오드(111)로부터 출력되는 전기 신호를 증폭 제어하거나 감쇠 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 각 포토다이오드 셀(110)은 상기 포토다이오드 셀(110)로부터 출력되는 전기 신호가 바이페이직 전기 신호의 형태를 갖도록 하는 컨버터(113)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 각 포토다이오드 셀(110)은 상기 포토다이오드 셀(110)로부터 출력되는 전기 신호로 상기 시세포를 자극하는 자극 전극(114)을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 마이크로컴퓨터(200)는 상기 측정된 뇌 활동 정보가 기준 뇌 활동 정보에 상응하도록 상기 증폭기(112)를 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 마이크로컴퓨터(200)는 상기 증폭기(112)를 제어하는 컨트롤러(220) 및 상기 컨트롤러(220)에 의해 결정되는 상기 증폭기(112)의 게인 값이 저장되는 메모리(230)를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은, 사용자 명령을 입력받는 사용자 입력부(700) 및 상기 사용자 명령에 따라 상기 마이크로컴퓨터(200)를 실행하는 외부 컴퓨터(500)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 마이크로컴퓨터(200)는 상기 외부 컴퓨터(500)와 무선으로 통신하기 위한 통신부(210)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 뇌 활동 정보는 MRI 영상 정보 또는 뇌파 정보인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면 각 포토다이오드 셀의 위치마다 다른 시세포의 손상 정도에 기초하여 전기 자극함으로써 해상도가 높은 인공 망막을 제공하는 것이 가능하다.
특히, 시세포 손상의 정도에 따라 환자들이 빛을 느끼는 역치가 서로 다르므로, 본 발명의 인공망막 시스템을 통해 체감되는 빛의 밝기를 정확하게 표현 가능하여 시각 장애 환자들이 일상생활을 할 수 있도록 고해상도의 인공 망막을 제공하는 것이 가능하다.
또한, 노인황반변성은 실명원인 1위에 해당하는 질병으로, 본 발명의 인공망막 시스템을 통해 이러한 질병에 걸린 환자들의 시력을 회복케 함으로써 전세계적으로 국내 의료서비스의 경쟁력을 제고하는 것이 가능하다.
도 1은 종래 기술에 따른 인공 망막을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인공 망막 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인공 망막의 위치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인공 망막의 구조를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로컴퓨터를 설명하기 위한 개념도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 인공 망막 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 증폭기의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
1. 인공 망막 시스템
먼저, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 인공 망막 시스템을 설명한다. 도 2는 인공 망막 시스템의 전체적인 구성을 나타낸 도면으로서, 본 발명의 인공 망막 시스템은 인공 망막(100), 마이크로컴퓨터(200), 배터리(300), 외부전원(400), 외부 컴퓨터(500), 뇌 활동 측정 장치(600), 사용자 입력부(700) 및 디스플레이부(800)를 포함한다.
인공 망막(100)은 망막의 시세포 층에 장착되어 빛을 전기 신호로 변환하여 변환된 전기 신호로 시세포(V)를 자극하는 부분으로, 인공 망막(100)의 구체적인 설명은 후술한다.
마이크로컴퓨터(200)는 인공 망막(100)의 각 포토다이오드 셀(110)을 제어하는 부분으로, 구체적으로는 뇌 활동 측정 장치(600)에 의해 측정된 뇌 활동 정보가 미리 결정된 기준 뇌 활동 정보에 상응하도록 포토다이오드 셀(110)의 증폭기(112) 게인을 조절하는 부분이다. 마이크로컴퓨터(200)에 의한 증폭기(112) 게인 조절 과정은 후술한다.
배터리(300)는 인공 망막(100) 및 마이크로컴퓨터(200)에 전원을 공급하는 부분이다. 배터리(300)는 인체 내부에 삽입되어 인공 망막(100) 및 마이크로컴퓨터(200)와 케이블을 통해 연결되며, 인체 외부에 위치하는 외부전원(400)과 공진으로 인해 충전된다. 외부전원(400)에 의한 배터리(300)의 충전 과정은 본 발명의 특징이 아니므로 자세한 설명은 생략한다.
외부 컴퓨터(500)는 외부에서 마이크로컴퓨터(200)과의 통신을 통해 인공 망막(100) 및 마이크로컴퓨터(200)를 제어하는 부분이다. 외부 컴퓨터(500)의 조작을 통해 인공 망막(100)의 각 포토다이오드 셀을 ON/OFF하는 것이 가능하다. 외부 컴퓨터(500)는 뇌 활동 측정 장치(600)에 의해 측정된 뇌 활동 정보가 출력되고, 마이크로컴퓨터(200)를 실행하는 프로그램 등이 출력되는 디스플레이부(800)와 사용자 명령을 입력받는 사용자 입력부(700)를 포함한다.
뇌 활동 측정 장치(600)는 인공 망막(100)을 장착한 환자의 뇌 활동 정보를 측정하는 장치로서, 여기서 뇌 활동 측정 장치(600)는 MRI 영상 측정 장치 또는 뇌파 측정 장치일 수 있다. 뇌 활동 측정 장치(600)에 의해 측정된 정보는 디스플레이부(800)를 통해 출력되고, 사용자는 사용자 입력부(700)에 의해 측정된 뇌 활동 정보(MRI 영상, 뇌파 등)가 미리 결정된 뇌 활동 정보에 상응하도록 증폭기(112)의 게인을 조절하게 된다. 여기서 미리 결정된 뇌 활동 정보는 포토다이오드 셀(110)을 제어하는 것을 통해 환자가 시력을 잘 느끼게 되는 시점의 MRI 영상 정보나 뇌파 정보일 수 있다.
2. 인공 망막
먼저, 도 3 및 도 4를 참조하여 인공 망막(100)에 대해 구체적으로 설명한다. 도 3은 망막 내 인공 망막(100)이 장착되는 위치를 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 인공 망막(100)의 포토다이오드 셀(110)의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 인공 망막의 원리에 대해 설명한다. 외부에서 안구로 유입되는 빛은 신경절 세포(Ganglion cell)와 양극세포(Bipolar cell)를 거쳐 시세포(Visual cell)에 도달하고, 시세포(V)는 빛을 전기 신호로 변환하여 양극 세포(B)를 자극하게 된다. 이러한 전기 신호는 다시 양극세포(B), 신경절 세포(G)를 거쳐 신경절 세포(G)에 연결되어 있는 시신경섬유를 통해 뇌로 전달되어 시각을 느낄 수 있게 된다. 하지만, RP, AMD 질환을 가진 환자는 이러한 시세포층이 손상되어 제기능을 다하지 못하므로, 시각을 인지하지 못한다. 인공 망막은 이러한 손상 시세포를 대체하여 양극세포에 의해 유입된 빛을 전기 신호로 변환하여, 시세포를 자극함으로써 시력을 회복할 수 있도록 하는 장치이다.
도 3을 참조하면 인공 망막(100)은 시세포 층에 장착되어, 인공 망막(100)에 대응되는 양극세포(Bipolar cell)를 전기 자극한다. 인공 망막(100)은 칩(Chip) 형태로 구비되며, 이러한 칩 상에는 복수의 포토다이오드 셀(110)이 구비된다. 인공 망막(100) 장착에 따른 해상도는 포토다이오드 셀의 수(pixel)에 비례한다. 즉, 포토다이오드 셀의 수가 많을수록 고해상도 성능을 가진다. 본 발명의 인공 망막(100)은 1500 픽셀의 포토다이오드 셀(110)을 가지는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 4를 참조하여 포토다이오드 셀(110)을 구체적으로 설명한다. 도 4를 참조하면, 포토다이오드 셀(110)은 포토다이오드(111), 증폭기(112), 변환기(113), 스위치(S) 및 자극 전극(114)을 포함한다.
포토다이오드(111)는 외부로부터 유입된 빛을 감지하여 그에 대응하는 전기 신호로 변환하여 출력하는 부분이다.
포토다이오드(111)에 의해 변환된 전기 신호는 증폭기(112)에 의해 증폭 또는 감쇠된다. 후술하는 마이크로컴퓨터(200)에 의해 증폭기(112)의 게인이 조절되는데, 이러한 증폭기(112)의 게인 조절에 의해 시세포의 손상 정도를 반영한 전기 신호의 자극이 가능하다.
컨버터(113)는 증폭기(112)에 의해 증폭된 전기 신호를 그에 대응하는 바이페이직(Biphasic) 전류 펄스로 생성하는 부분이다. 즉, 포토다이오드 셀(110)로부터 출력되는 전기 신호가 바이페이직 전기 신호의 형태를 갖도록 한다. 증폭기(112)를 통과한 전기 신호만으로는 시세포(V)를 자극할 수 없고 컨버터(113)에 의한 바이페이직 전류 펄스로의 변환이 필요하다. 컨버터(113)는 증폭기(112)를 통과한 전기 신호의 크기와 지속 시간에 대응하는 바이페이직 전류 펄스를 생성하게 된다.
자극 전극(114)는 컨버터(113)에 의해 생성된 바이페이직 전류 펄스로 시세포(V)를 자극하는 부분이다. 즉, 포토다이오드 셀(110)로부터 출력되는 전기 신호로 시세포(V)를 자극한다. 자극 전극(114)의 시세포(V) 자극에 의해 인공 망막(100)을 장착한 환자는 시력을 회복할 수 있게 된다.
스위치(S)는 포토다이오드 셀(110)에 의해 시세포(V)를 자극하는 모드 및 마이크로컴퓨터(200)에 의해 증폭기(112)의 게인을 조절하는 모드 중 어느 하나의 모드로 조절하는 부분이다. 도 4-(b)에 나타난 것처럼, 스위치(S) 이동에 따라 어느 하나의 모드로 작동하게 된다.
3. 마이크로컴퓨터
다음으로, 도 5 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 마이크로컴퓨터(200)를 구체적으로 설명한다.
마이크로컴퓨터(200)는 통신부(210), 컨트롤러(220) 및 메모리(230)를 포함하여, 뇌 활동 측정 장치(600)에 의해 측정된 정보가 미리 결정된 뇌 활동 정보에 상응하도록 각 포토다이오드 셀(110)에서 출력되는 전기 신호를 증폭기(112)의 게인 조절을 통해 증폭 제어하거나 감쇠 제어하는 부분이다.
뇌 활동 측정 장치(600)에 의해 측정된 정보가 미리 결정된 뇌 활동 정보에 상응하도록 증폭기(112)의 게인을 조절하는 과정에 대해 설명한다.
인공 망막(100)을 시세포 층에 장착하고, 뇌 활동 측정 장치(600)에 의해 인공 망막(100)을 장착한 환자의 뇌 활동 정보를 측정하게 된다.
먼저, 뇌 활동 정보가 MRI 영상인 경우를 예로 들어 설명한다. 인공 망막(100)을 장착한 환자가 시력을 잘 느끼게 되는 시점의 뇌 후두엽의 MRI 영상 정보가 미리 결정되고 이는 MRI 영상의 색의 변화를 통해 다른 시점의 MRI 영상 정보와 구별될 수 있다. 시세포(V) 자극에 따라 뇌의 후두엽에서 발생하는 이미지가 변화하게 되는데, 각 포토다이오드 셀(110)의 단독 작동에 따라 발생하는 자극을 통해 측정되는 영상 이미지가 미리 결정된 영상 이미지에 매칭되도록(즉, 영상의 색상 이미지가 일치되도록) 증폭기(112)의 게인을 조절함으로써 뇌 활동 측정 장치(600)에 의해 측정된 뇌 활동 정보가 미리 결정된 기준 뇌 활동 정보에 상응하도록 증폭기(112)의 게인 조절을 하는 것이 가능하다.
다음으로, 뇌 활동 정보가 뇌파인 경우를 예로 들어 설명한다. 인공 망막(100)을 장착한 환자가 시력을 잘 느끼게 되는 시점의 뇌파 정보가 미리 결정되고, 이는 뇌파의 파형 변화를 통해 다른 시점의 뇌파 정보와 구별될 수 있다. 시세포(V) 자극에 따라 뇌파 형태가 변화하게 되는데, 각 포토다이오드 셀(110)의 단독 작동에 따라 발생하는 자극을 통해 측정되는 뇌파 정보가 미리 결정된 뇌파 정보에 매칭되도록(즉, 뇌파의 형태가 일치되도록) 증폭기(112)의 게인을 조절함으로써 뇌 활동 측정 장치(600)에 의해 측정된 뇌 활동 정보가 미리 결정된 기준 뇌 활동 정보에 상응하도록 증폭기(112)의 게인 조절을 하는 것이 가능하다.
증폭기(112)의 게인 조절을 통해 전기 신호를 증폭 제어하거나 감쇠 제어하는 것이 가능하며, 이로 인해 포토다이오드 셀(110)의 위치에 따라 상이한 시세포의 손상 정도를 반영하여 전기 자극을 가할 수 있게 된다.
상기와 같은 복수의 포토다이오드 셀(110) 중 하나의 포토다이오드 셀(110)만을 제어하여 증폭기(112)의 게인을 조절하는 것도 가능하나, 시간 소모의 최소화를 위해 복수의 포토다이오드 셀(110)을 함께 제어하여(즉, 포토다이오드 셀을 그룹핑하여 제어) 증폭기(112)의 게인을 조절하는 방식도 가능하다.
컨트롤러(220)에 의한 증폭기(112)의 게인 조절은 다양한 예가 있을 수 있으며, 이하에서는 도 8을 참조하여 증폭기(112)의 일 실시예를 설명한다.
도 8의 증폭기(112)는 PMOS 트랜지스터를 이용한 것이다. 포토다이오드(111)에서 변환된 전기 신호는 도 6의 증폭기(112)를 거쳐 컨버터(113)에 의해 바이페이직 전류 펄스가 생성된다. 도 6의 증폭기(112)의 게이트에서 출력되는 전류의 크기는 게이트의 넓이(W)에 좌우된다. 예를 들어, 1xW의 넓이를 갖는 게이트를 통과하는 전류는 입력되는 전류의 크기와 같은 크기의 전류가 출력되지만, NxW의 넓이를 갖는 게이트를 통과하는 전류는 입력되는 전류의 크기의 N배에 해당하는 전류가 출력된다. 이는, 통로가 넓을수록 보다 많은 전자가 이동할 수 있다는 원리에 기초한 것이며, 본 발명의 증폭기(112)는 상이한 넓이를 갖는 다수의 게이트가 존재한다. 컨트롤러(230)는 게이트를 연결하는 스위치(S)를 제어하며, 측정된 시세포 그룹(G)의 임피던스에 기초하여 스위치를 어떤 게이트에 연결할 것인지를 결정하게 된다. 즉, 스위치(S) 제어를 통해 출력되는 전류의 크기를 다르게 함으로써 각 포토다이오드 셀(110)에서 출력되는 전기 신호가 시세포의 각기 다른 손상 정도를 반영하여 시세포(V)를 자극할 수 있게 되는 것이다.
각 포토다이오드 셀(110)에 대한 게인 조절 값은 메모리(230)에 저장되고, 게인 조절 과정이 종료되면, 외부 컴퓨터(500)는 인공 망막(100)을 통한 자극 모드로 스위치(S)를 제어한다. 이로 인해, 각 포토다이오드 셀(110)은 그에 대응하는 전기 신호를 출력하게 되어 시세포 손상 정도를 반영한 인공 망막 시스템 작동이 이루어진다.
이상, 본 명세서에는 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 본 발명의 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
S: 스위치
G: 신경절 세포(Ganglion cell)
B: 양극 세포(Bipolar cell)
V: 시세포(Visual cell)
100: 인공 망막
110: 포토다이오드 셀
111: 포토다이오드
112: 증폭기
113: 컨버터
114: 자극전극
120: 리턴전극
200: 마이크로컴퓨터
210: 통신부
220: 컨트롤러
230: 메모리
300: 배터리
400: 외부전원
500: 외부 컴퓨터
600: 뇌 활동 측정 장치
700: 사용자 입력부
800: 디스플레이부

Claims (9)

  1. 망막 하부에 장착되며, 외부로부터 유입되는 빛을 전기 신호로 변환하는 포토다이오드(111)와, 상기 포토다이오드(111)에서 변환된 전기 신호를 증폭 또는 감쇠하는 증폭기(112) 및 상기 증폭기(112)에 의해 증폭 또는 감쇠된 전기 신호로 대응하는 시세포를 자극하는 자극 전극(114)을 포함하는, 복수의 포토다이오드 셀(110)들을 포함하는 인공망막(100);
    각 포토다이오드 셀(110)의 자극 전극(114)에 의한 전기 자극에 따른 뇌 활동 정보를 측정하는 뇌 활동 측정장치(600); 및
    상기 측정된 뇌 활동 정보가 미리 결정된 기준 뇌 활동 정보에 일치하도록 상기 증폭기(112)의 게인 값을 증폭 또는 감쇠하는 컨트롤러(220)와, 상기 컨트롤러(220)에 의해 증폭 또는 감쇠된 게인 값들이 저장되는 메모리(230)를 포함하는 마이크로컴퓨터(200);를 포함하며,
    상기 각 포토다이오드 셀(110)에 대응되는 시세포 그룹의 시세포를 상기 마이크로컴퓨터(200)에 의해 제어된 전기 신호로 자극하는,
    인공 망막 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 각 포토다이오드 셀(110)은,
    상기 포토다이오드 셀(110)로부터 출력되는 전기 신호가 바이페이직 전기 신호의 형태를 갖도록 하는 컨버터(113)를 더 포함하는,
    인공 망막 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    사용자 명령을 입력받는 사용자 입력부(700); 및
    상기 사용자 명령에 따라 상기 마이크로컴퓨터(200)를 실행하는 외부 컴퓨터(500);를 더 포함하는,
    인공 망막 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 마이크로컴퓨터(200)는,
    상기 외부 컴퓨터(500)와 무선으로 통신하기 위한 통신부(210)를 더 포함하는,
    인공 망막 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 뇌 활동 정보는 MRI 영상 정보 또는 뇌파 정보인,
    인공 망막 시스템.
KR1020160164235A 2016-12-05 2016-12-05 인공 망막 시스템 Active KR101856015B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160164235A KR101856015B1 (ko) 2016-12-05 2016-12-05 인공 망막 시스템
PCT/KR2017/013756 WO2018105940A1 (ko) 2016-12-05 2017-11-29 인공 망막 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160164235A KR101856015B1 (ko) 2016-12-05 2016-12-05 인공 망막 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101856015B1 true KR101856015B1 (ko) 2018-05-11

Family

ID=62185453

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160164235A Active KR101856015B1 (ko) 2016-12-05 2016-12-05 인공 망막 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101856015B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020111826A1 (ko) * 2018-11-28 2020-06-04 주식회사 화이바이오메드 스마트 포토닉 렌즈를 이용한 전자약 시스템 제조 및 응용
KR102168044B1 (ko) * 2020-07-22 2020-10-20 주식회사 셀리코 고해상도 인공망막 장치를 위한 고속 무선 데이터 수신 장치
KR20210099262A (ko) 2020-02-04 2021-08-12 한국과학기술연구원 인공망막에 적용가능한 탄소나노튜브 미세 전극

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005279001A (ja) * 2004-03-30 2005-10-13 Nidek Co Ltd 視覚再生補助装置
JP2010504179A (ja) * 2006-09-26 2010-02-12 レティーナ インプラント アーゲー インプラント装置
JP2010512866A (ja) * 2006-12-22 2010-04-30 エーベーエス テヒノロギーズ ゲーエムベーハー ヒトの脳を刺激する装置および方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005279001A (ja) * 2004-03-30 2005-10-13 Nidek Co Ltd 視覚再生補助装置
JP2010504179A (ja) * 2006-09-26 2010-02-12 レティーナ インプラント アーゲー インプラント装置
JP2010512866A (ja) * 2006-12-22 2010-04-30 エーベーエス テヒノロギーズ ゲーエムベーハー ヒトの脳を刺激する装置および方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020111826A1 (ko) * 2018-11-28 2020-06-04 주식회사 화이바이오메드 스마트 포토닉 렌즈를 이용한 전자약 시스템 제조 및 응용
KR20200064018A (ko) * 2018-11-28 2020-06-05 (주)화이바이오메드 스마트 포토닉 렌즈를 이용한 전자약 시스템 제조 및 응용
JP2021511085A (ja) * 2018-11-28 2021-05-06 ファイ・バイオメド・インコーポレイテッドＰｈｉ Ｂｉｏｍｅｄ Ｉｎｃ． スマートフォトニックレンズを利用した電子薬システムの製造および応用
KR102393104B1 (ko) * 2018-11-28 2022-05-03 (주)화이바이오메드 스마트 포토닉 렌즈를 이용한 광전 임플란트 시스템 제조 및 응용
JP7101763B2 (ja) 2018-11-28 2022-07-15 ファイ・バイオメド・インコーポレイテッド スマートフォトニックレンズを利用した電子薬システムの製造および応用
KR20210099262A (ko) 2020-02-04 2021-08-12 한국과학기술연구원 인공망막에 적용가능한 탄소나노튜브 미세 전극
KR102168044B1 (ko) * 2020-07-22 2020-10-20 주식회사 셀리코 고해상도 인공망막 장치를 위한 고속 무선 데이터 수신 장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9770589B2 (en) Electrical cochlear stimulation system and method
KR101856014B1 (ko) 인공 망막 시스템
KR101838150B1 (ko) 광센서 어레이 기반의 서브형 인공망막 장치 및 인공망막 장치의 구동 방법
CN103402464B (zh) 用于对听力假体适配使用简化用户界面的系统和方法
EP2964325B1 (en) System for cochlea stimulation
CN106267560B (zh) 用于神经刺激的脉冲电流产生电路及人工视网膜系统
CN106669030A (zh) 电流施用的最佳化
US9289608B2 (en) Device and circuitry for controlling delivery of stimulation signals
KR101979994B1 (ko) 망막 세포의 생리적 기전을 모사한 에피형 인공망막 장치 및 시스템
EP2762196B1 (en) Device for electrical stimulation of neural or muscular tissue
KR101856015B1 (ko) 인공 망막 시스템
KR101912068B1 (ko) 잉여 광 억제 서브형 인공 망막 장치 및 신호 생성 방법
US11623092B2 (en) Implantable neurostimulator
US11517745B2 (en) Artificial retina system for improving contrast sensitivity
KR102275218B1 (ko) 이중 자극 모드 기반의 인공 망막 장치 및 인공 망막 시스템
EP3160576A1 (en) Utilization of an extended inter-pulse interval in a modified continuous interleaved stimulation strategy
CN111902185B (zh) 具有图像抖动功能的人工视网膜刺激器和装置
US11998741B2 (en) Charge compensation circuit for neural stimulation
US20250312603A1 (en) Personalized neural-health based stimulation
US20250205490A1 (en) Facilitating signals for electrical stimulation
WO2024121681A1 (en) Alternating-polarity stimulation
WO2024231778A1 (en) Balanced stimulation
JP2016193068A (ja) 視覚再生補助装置

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20161205

PA0201 Request for examination
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20171017

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20180419

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20180502

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20180503

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20210419

Start annual number: 4

End annual number: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20220329

Start annual number: 5

End annual number: 5

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20230327

Start annual number: 6

End annual number: 6

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20240401

Start annual number: 7

End annual number: 7