KR101334912B1 - 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 달팽이관의 기저막(basilar membrane)으로부터 소리에 의한 진동을 감지해 전기 신호로 변환하여 상기 달팽이관의 외부로 전송하고, 상기 전송된 전기 신호를 이용해 가공처리한 신호를 상기 달팽이관의 외부로부터 수신하여 청신경을 자극하는 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치는 일면이 달팽이관의 기저막(basilar membrane)에 밀접하도록 고실계에 삽입되는 튜브; 상기 튜브에 내장되며, 상기 달팽이관으로부터 소리에 의한 진동을 감지해 전기 신호로 변환하고, 상기 증폭기 또는 상기 어음처리기로 전송하는 센서부 및; 상기 튜브에 내장되며, 상기 증폭기 또는 상기 어음처리기로부터 가공처리된 신호를 수신받아 청신경을 자극하는 복수 개의 전극부;를 포함한다.

Description

센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치{Device for cochlear implant with sensor and electrode}
본 발명은 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 달팽이관의 고실계에 튜브형으로 삽입된 센서를 통해 달팽이관의 기저막으로부터 소리에 의한 진동을 수신할 수 있는 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치에 관한 것이다.
소리는 고막과 이소골을 거쳐 달팽이관(와우)에 전달된다. 그리고, 달팽이관으로 전달된 소리에 의한 진동은 기저막의 진동을 통해 유모세포에 전달되며, 유모세포는 물리적 신호를 전기적 신호로 변환한다. 그리고, 이때의 전기신호가 청신경을 자극하여 뇌에서 소리를 이해한다. 따라서 달팽이관이 심각히 손상되는 경우 즉, 고도난청 환자들은 일반적인 보청기로도 일상적인 대화를 할 수 없을 정도로 청력을 상실하게 된다. 그러므로, 최근의 기술은 인공 와우 장치를 개발해 외부에서 오는 소리 신호를 해석해 청신경에 직접 전기신호를 전달하여 청각손실 문제를 해결하고 있다.
여기서, 종래의 인공 와우 장치는 설치 위치에 따라 크게 체외부분과 체내부분으로 나누어 볼 수 있는데, 이는 인체 외부에서 소리를 받아들이는 외부기기와 인체 내에 삽입되어 청신경을 자극하는 내부기기를 포함하여 구성된다. 몸 밖에 설치된 체외부분은 마이크로폰(송화기), 어음처리기(언어합성기), 송신용 안테나(발신기)로 되어 있고, 이 때 마이크로폰과 송신용 안테나를 합쳐서 헤드셋이라고 한다. 몸 안에 이식되는 체내부분에는 수용/자극기(수화기), 전극으로 구성되어 있다.
따라서, 종래의 인공 와우 장치는 인체 외부에 부착된 마이크로폰에서 전달된 소리 신호를 고막이나 이소골을 거치지 않고, 외부의 어음처리기에서 증폭과 필터 등의 과정을 통해 물리적 진동을 전기적 신호로 변환하여 와우내 이식된 전극을 통해 청신경절로 전달한다. 이를 위해, 종래의 인공 와우 장치는 소리를 생체 외부에서 받아들이는 송화기가 필요하고, 소리 신호를 분석/가공하여 전기 신호로 전환하기 위해 많은 전력을 소모하는 외부장치가 필요하였다.
이 과정에서 종래의 인공 와우 장치는 고막이나 이소골의 소리증폭 과정, 또는 기저막의 주파수 변별 기전을 건너뛰게 된다. 따라서 기계적 진동을 전기적 신호로 전환하는 인체의 유모세포의 기능을 대신할 수 있는 변환장치를 개발함으로써, 좀 더 외이 및 중이의 소리 전달 기전을 많이 이용하는 저전력의 장치를 만들려는 노력이 필요하다.
또한, 종래의 인공 와우 장치는 별도의 장비가 인체 외부에 항상 부착되어 있어야 하므로 인체의 일부로서 익숙해지기까지 장시간이 소요되고, 제3자가 이를 인식할 수 있다는 불편함이 있었다.
[등록특허 10-0932204] 선행 기술은 하부 구조물 위에 상부 구조물이 적층되되, 상기 상부 구조물은, 제 1 기판; 및 상기 제 1 기판의 하측에 형성되고 그 하측이 톱니 형태로 이루어지고 백금으로 코팅된 나노 와이어 접촉부를 포함하여 이루어지고, 상기 하부 구조물은, 내측에 유체를 담을 수 있는 소정의 공간(공간부)이 형성되고 상측 일부가 개방된 구조로 이루어진 제 2 기판과, 상기 제 2 기판의 공간부에 있는 유체 위에 형성되는 기저막과, 상기 기저막 위에 형성되는 것으로, 다수개가 연속적으로 형성되되, 입력된 음파가 잘 전달될 수 있도록 제 1 전극간의 간격, 제 1 전극의 폭(w), 및 제 1 전극의 길이(L)를 각각 달리 적용된 제 1 전극과, 상기 제 1 전극의 상측에, 임의의 방향으로 성장되는 압전 및 반도체 특성을 가지는 나노 와이어를 포함하여 이루어지며, 음파가 발생하면 이 음파가 하부 구조물의 공간부에 있는 유체를 유동시키기 위한 통로인 음파 입구를 더 포함하고, 상기 하부 구조물 위에 상부 구조물을 적층시킬 때, 하부 구조물의 나노 와이어가 상부 구조물의 나노 와이어 접촉부와 접촉되도록 하며, 음파가 발생하면 이 음파가 하부 구조물의 유체를 운동시키고, 이로 인해 음파의 특정 주파수 성분에 기저막의 특정 위치가 운동하며, 상기 기저막 상부에 있는 제 1전극과 접촉된 나노 와이어가 변형되고, 상기 변형된 나노 와이어가 상부구조물의 해당 나노 와이어 접촉부와 접촉되어 짧은 제 1전극에 고정된 나노 와이어와 긴 제 1전극에 고정된 나노 와이어가 각각 고주파 성분과 저주파 성분에 해당하는 특정 주파수의 전기신호(전류)를 발생하는 것을 특징으로 하는 자가전원 기능을 갖는 MEMS 구조 인공와우의 주파수 분석기이다.
따라서, 최근의 인공 와우 장치는 인체의 외부에 노출되었던 외부기기를 인체의 내부로 삽입할 수 있는 기술을 필요로 한다.
종래와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명의 목적은 달팽이관의 기저막(basilar membrane)으로부터 소리의 진동을 수신함으로써, 별도로 신체 외부에 마이크의 설치가 필요없는 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 생체 내 기전을 이용하는 저전력 장치를 만들고자, 자가전원 기능을 갖는 멤스(MEMS) 구조인 인공와우의 주파수 분석기를 센서로 이용하고자 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 전극과 함께 소리의 진동을 수신하는 센서를 달팽이관에 튜브 형태로 삽입함으로써, 수술을 용이하게 할 수 있는 환경을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 달팽이관에 삽입되는 튜브를 유연성 있는 재질로 하여 고리 모양의 달팽이관에 효과적으로 삽입하고자 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 다양한 종류의 센서를 사용함으로써 소리에 따른 진동을 보다 용이하게 감지할 수 있는 환경을 제공하고자 한다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치는 소리의 진동을 감지하고, 청신경을 자극하는 인공 와우용 장치로서, 달팽이관의 고실계에 삽입되며, 상기 달팽이관으로부터 소리에 의한 진동을 감지해 전기 신호로 변환하여 상기 달팽이관의 외부로 전송하는 센서부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 일실시예에 의해 본 발명은 소리의 진동을 감지하여 증폭기 또는 어음처리기와 송수신하고, 청신경을 자극하는 인공 와우용 장치로서,일면이 달팽이관의 기저막(basilar membrane)에 밀접하도록 고실계에 삽입되는 튜브와, 상기 튜브에 내장되며, 상기 달팽이관으로부터 소리에 의한 진동을 감지해 전기 신호로 변환하고, 상기 증폭기 또는 상기 어음처리기로 전송하는 센서부 및, 상기 튜브에 내장되며, 상기 증폭기 또는 상기 어음처리기로부터 가공처리된 신호를 수신받아 청신경을 자극하는 복수 개의 전극부를 포함한다.
그리고, 제2실시예에 의해 본 발명은 소리의 진동을 감지하여 어음처리기와 송수신하고, 청신경을 자극하는 인공 와우용 장치로서, 일면이 달팽이관의 기저막(basilar membrane)에 밀접하도록 고실계에 삽입되는 튜브와, 상기 튜브에 내장되며, 상기 달팽이관으로부터 소리에 의한 진동을 감지해 전기 신호로 변환하는 센서부, 상기 튜브에 내장되며, 상기 센서부로부터 상기 전기 신호를 전송받아 증폭하고, 증폭된 신호를 상기 어음처리기로 전송하는 증폭부 및, 상기 튜브에 내장되며, 상기 어음처리기로부터 가공처리된 신호를 수신받아 청신경을 자극하는 복수 개의 전극부를 포함한다.
그리고, 본 발명의 상기 센서부는 상기 달팽이관의 기저막(basilar membrane)으로부터 소리에 의한 진동을 감지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 튜브는 단면적이 일단에서 타단으로 점점 작아지고, 상기 일단이 상기 달팽이관의 유입부에 배치되고, 상기 타단이 상기 달팽이관의 상기 유입부에 대응되는 말단부에 배치되며, 상기 튜브는 상기 일면이 평행한 단면으로 상기 기저막과 평행하고, 타면이 원형으로 이루어지는 것을 특징으로 하며, 상기 센서부는 상기 튜브의 상기 일면에 위치하고, 상기 전극부는 상기 튜브의 타면에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 센서부 및 상기 전극부는 상기 튜브 내에서 상기 센서부 및 상기 전극부가 상호 간에 접촉되고, 서로 짝을 이루는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 튜브는 유연성 있는 물질로 이루어지고, 상기 물질은 고분자 폴리머인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 센서부는 나노필라(nanopillar), 압전 소자(piezoelectric element) 또는, 포토 센서로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이,본 발명의 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치는 달팽이관의 기저막(basilar membrane)으로부터 소리의 진동을 수신함으로써, 별도로 신체 외부에 마이크의 설치가 필요없는 인공 와우를 제공한다.
또한, 본 발명의 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치는 생체 내 기전을 이용하는 저전력 장치를 만들고자, 자가전원 기능을 갖는 멤스(MEMS) 구조인 인공와우의 주파수 분석기를 센서로 이용한다.
또한, 본 발명의 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치는 전극과 함께 소리의 진동을 수신하는 센서를 달팽이관의 고실계에 삽입함으로써, 수술을 용이하게 할 수 있는 환경을 제공한다.
또한, 본 발명의 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치는 달팽이관에 삽입되는 튜브를 유연성 있는 재질로 하여 고리 모양의 달팽이관에 효과적으로 삽입한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 다양한 종류의 센서를 사용함으로써 소리에 따른 진동을 보다 용이하게 감지할 수 있는 환경을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치의 일단면이 도시된 부분 사시도 및 그 단면도이다.
도 2는 도 1에 따른 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치의 측면도이다.
도 4는 도 1에 따른 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치가 달팽이관의 고실계 내에 삽입된 단면을 도시한 구성도이다.
도 5는 도 4에 따른 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치의 센서부를 나노필라로 구현한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2일실시예에 따른 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치에 따른 신호 처리 과정을 도시한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치의 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따라 설치된 인공 와우의 전체 시스템을 도시한 구성도이다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
이하 첨부된 도 1 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치의 일단면이 도시된 부분 사시도 및 그 단면도이다.
도 1의 일실시예에 따른 본 발명의 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치는 튜브(10)로 형성되며, 상기 튜브(10)에 내장된 센서부(20) 및, 전극부(30)를 포함한다.
튜브(10)는 달팽이관(와우)의 고실계를 따라 고리 모양으로 삽입되는 것으로, 달팽이관 내에서 직접 소리에 의한 진동을 감지하기 위한 센서부(20) 및 달팽이관 내에서 청신경에 전기적 자극을 전달하기 위한 전극부(30)를 내장하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명의 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치는 고리 모양으로 형성된 튜브(10)로서 달팽이관에 삽입되고, 튜브(10) 내에서 직접 소리에 의한 진동을 감지할 수 있으며, 튜브(10) 내에 내장된 전극을 통해 청신경을 자극할 수 있게 된다.
튜브(10)는 고리 모양인 달팽이관에 삽입되기가 쉽고 달팽이관의 기저막(basilar membrane)으로부터 진동을 감지하기가 용이하도록 형성된다. 따라서, 본 발명의 일실시예에 따라 튜브(10)는 달팽이관의 고실계를 통해 고리 모양으로 삽입되며, 고실계를 따라 삽입된 튜브(10)의 일면(12)이 달팽이관의 기저막에 밀접하도록 삽입된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따라 튜브(10)는 튜브(10)의 단면적이 일단(16)에서 타단(18)으로 점점 작아지도록 구성된다. 그리고, 튜브(10)는 튜브(10)의 일단(16)이 상기 달팽이관에 유입되는 부분(즉, 고실계의 유입부)에 배치되고, 튜브(10)의 타단(18)이 상기 달팽이관 내부의 종단 부분(즉, 고실계의 유입부에 대응되는 말단부)에 배치된다.
즉, 튜브(10)는 고리 모양인 달팽이관의 고실계를 따라 상기 튜브(10)의 타단(18)으로부터 유입되어, 상기 타단(18)이 고리 모양인 달팽이관의 중심부에 배치된다. 따라서, 본 발명의 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치는 고리 모양으로 단면적이 점점 작아지는 달팽이관의 고실계를 따라 달팽이관의 내벽에 밀착될 수 있다.
그리고, 상기 튜브(10)는 상기 일면(12)이 평행한 단면으로 상기 기저막과 평행하고, 타면(14)이 원형으로 이루어져 달팽이관 내의 고실계를 따라 달팽이관의 내벽에 밀착되도록 형성된다. 따라서, 상기 튜브(10)는 일면(12)이 달팽이관의 기저막과 평행하게 배치됨으로써 기저막으로부터의 진동을 용이하게 전달받을 수 있게 된다. 그리고, 튜브(10)는 타면(14)이 달팽이관의 내벽 쪽에 위치함으로써 후술할 전극부(30)를 통해 청신경을 자극하기가 용이하도록 형성된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따라 튜브(10)는 유연성 있는 물질로 이루어지며, 상기 물질을 고분자 폴리머로 형성할 수 있다. 따라서, 튜브(10)는 유연성 있는 물질을 통해 고리 모양인 달팽이관에 삽입하기가 용이한 장점이 있다.
센서부(20)는 튜브(10)에 내장되며, 상기 기저막과 밀접하게 배치되고, 상기 기저막으로부터 소리에 의한 진동을 감지한다. 그리고, 센서부(20)는 상기 감지된 진동을 전기 신호로 변환한다. 즉, 센서부(20)는 진동에 의한 물리적 신호를 전기 신호로 변환하는 역활을 한다. 또한, 센서부(20)는 상기 전기 신호를 상기 튜브(10)의 외부에 설치된 증폭기 또는 상기 어음처리기로 전송한다.
따라서, 센서부(20)는 상기 튜브(10)의 평행한 일면(12)에 배치되고, 상기 기저막과 평행하게 위치함으로써 기저막으로부터의 진동을 용이하게 감지할 수 있다.
또한, 본 발명의 센서부(20)는 일실시예에 따라 나노필라(nanopillar), 압전 소자(piezoelectric element) 또는, 포토 센서로 구성되는 것을 특징으로 한다. 그리고, 센서부(20)는 수마이크로미터 이내로 형성된다. 즉, 센서부(20)는 상황에 따라 다양한 종류의 센서를 부착함으로써 보다 효율적으로 진동을 감지하도록 할 수 있다.
전극부(30)는 튜브(10)에 내장되며, 튜브(10)의 외부로부터 가공처리된 신호를 전송받아, 달팽이관 내의 청신경으로 자극을 전달한다.
따라서, 전극부(30)는 증폭기 또는 상기 어음처리기로부터 가공처리된 신호를 수신받아 청신경을 자극하는 것으로, 튜브(10) 내에 복수 개의 전극을 포함한다.
여기서, 전극부(30)는 상기 튜브(10)의 타면(14)에 배치되고, 원형 모양의 타면(14)을 통해 청신경에 밀착하도록 위치함으로서 청신경으로 자극을 보다 용이하게 전달할 수 있다.
도 2는 도 1에 따른 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치의 측면도이다.
도 2에 도시된 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치는 튜브(10) 내에 복수 개의 전극부(30)와 복수 개의 센서부(20)를 포함하고 있다. 그리고, 각각의 전극부(30)와 센서부(20)는 튜브(10) 내에서 상호 간에 접촉없이 독립적일 수도 있고, 서로 짝을 이루는 연결이 있을 수 있음을 도시한다. 따라서, 각각의 전극부(30)와 센서부(20)는 상호간에 서로 독립된 관계이다.
튜브(10)는 고리형으로 형성되어 달팽이관의 고실계를 따라 삽입될 수 있다. 또한, 튜브(10)는 일단(16)에서 타단(18)으로 점점 단면적의 크기가 작아지도록 형성되어 단면적의 크기가 점점 작아지는 고실계에 용이하게 삽입되고 달팽이관의 기저막 및 달팽이관의 내벽과 밀착될 수 있게 된다.
그리고, 튜브(10)에 내장된 센서부(20) 및 전극부(30)는 튜브(10)의 일단(16)으로부터 타단(18)으로 고주파 신호에서 저주파 신호를 처리하는 것을 특징으로 한다. 즉, 튜브(10)의 일단(16)은 고주파 신호를, 튜브(10)의 타단(18)은 저주파 신호를 처리한다.
그리고, 도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치의 측면도이다.
도 3에 따른 전극부(30)는 연속적으로 튜브(10)의 일면(12)에 구성됨을 도시한다. 따라서, 센서부(20')는 와우 내의 기저막과 연속적으로 연결되게 되어, 이러한 구조를 통해 기저막으로부터의 진동을 연속적이고 보다 효과적으로 감지할 수 있는 장점이 있다.
도 4는 도 1에 따른 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치의 와우 내에 삽입된 단면을 도시한 구성도이다.
도 4에 따라 튜브(10)는 달팽이관의 단면(2)에 도시된 고실계(6)를 따라 삽입된다. 튜브(10)는 센서부(20)와 전극부(30)를 내장하며, 이들 각각은 달팽이관의 기저막(4) 및 달팽이관의 내벽에 밀착된다. 따라서, 센서부(20)는 기저막(4)과 평행하게 위치하여 기저막(4)으로부터 소리에 의한 진동을 감지할 수 있으며, 전극부(30)는 달팽이관의 내벽에 인접하여 와우의 청신경을 자극한다.
도 5는 도 4에 따른 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치의 센서부(20)를 나노필라로 구현한 단면도이다.
도 5에 따른 센서부(20)는 나노필라 형태의 멤스(MEMS) 구조물로 구성된다. 제1기판(21)은 기저막(4)과 평행하게 배치되도록 평판 형태로 형성되며, 기저막(4)으로부터 진동을 감지하는 복수 개의 나노와이어(23)를 포함한다. 또한, 센서부(20)는 제1기판(21)의 지지대(22)에 의해 제1기판(21)과 제2기판(25)이 연결되고 평행하게 상호 배치된다. 제2기판(25)은 복수 개의 돌출부(24)를 통해 진동에 의한 나노와이어(23)의 떨림을 감지하고, 감지된 신호를 전선을 통해 튜브(10)의 외부로 전송한다. 이러한, 나노필라 형태의 멤스 구조물은 자가전원 기능을 갖는 인공와우의 주파수 분석기로서, 생체 기전을 이용하는 저전력 장치로 구현된다.
도 6은 본 발명의 제2일실시예에 따른 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치의 단면도이다.
도 6에 따른 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치는 센서부(20) 및 전극부(30) 외에도, 튜브(10) 내에 센서부(20)와 연결된 증폭부(40)를 포함한다.
따라서, 증폭부(40)는 센서부(20)로부터 감지된 진동을 증폭하고, 증폭된 신호를 튜브(10) 외부로 전송한다. 센서부(20)에서 감지된 진동 신호는 신호의 세기가 미약하여 튜브(10) 외부로의 전송 과정에서 노이즈가 발생될 수 있으므로, 노이즈에 취약할 수 있다. 그러나, 도 6에 따른 증폭부(40)는 센서부(20)로부터의 신호를 증폭한 뒤 전송함으로써 노이즈에 강한 효과가 있게 된다.
이하에서는 본 발명에 따른 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치를 통해 소리에 따른 진동을 송수신하는 과정을 설명하겠다.
도 7은 본 발명의 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치에 따른 신호 처리 과정을 도시한 순서도이다.
센서부(20)는 달팽이관의 기저막으로부터 소리에 의한 진동을 감지하고, 감지된 진동을 전기 신호로 변환한다(S10,S12). 그리고, 센서부(20)는 복수 개의 센서를 통해 주파수 대역별로 구별된 전기 신호를 와우의 외부로 전송한다(S14). 따라서, 소리는 고막과 이소골을 통해 달팽이관의 기저막으로 전달되고, 달팽이관 내에서 센서부(20)가 기저막의 진동을 직접 감지하게 된다.
그리고, 달팽이관의 외부에 설치된 증폭부(40)는 센서부(20)로부터 전송된 신호를 증폭하고, 어음처리기가 증폭부(40)로부터 증폭된 신호를 분석해 청신경을 자극하기 위해 가공처리한다(S16,S18). 물론, 본 발명의 일실시예에 따라 상기 증폭부(40)는 튜브(10) 내에 설치되어 증폭된 신호를 달팽이관의 외부로 전송할 수도 있다.
또한, 복수 개의 전극부(30)는 달팽이관의 외부로부터 상기 변환된 신호를 각각 전송받아, 이를 통해 청신경을 자극한다(S12,S22).
따라서, 본 발명에 따른 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우를 통한 신호 처리 방법은 소리 감지 단계, 변환 단계, 소리 증폭 단계, 가공처리 단계 및, 청신경 자극 단계를 포함한다.
소리 감지 단계는 센서부(20)가 달팽이관의 기저막(4)으로부터 소리에 의한 진동을 감지하는 단계이다. 그리고, 본 발명의 일실시예에 따라 상기 소리 감지 단계는 상기 달팽이관의 유입부에서는 상기 기저막(4)에 밀착되어 감지하고, 상기 유입부에 대응되는 말단부에서는 상기 기저막(4)과 이격되어 감지하는 것을 특징으로 한다.
변환 단계는 상기 센서부(20)가 상기 감지된 진동을 전기 신호로 변환하는 단계이다.
소리 증폭 단계는 증폭부가 상기 전기 신호를 전송받고, 상기 전기 신호를 증폭하는 단계이다.
가공처리 단계는 어음처리기가 상기 증폭된 신호를 전송받고, 상기 증폭된 신호를 가공처리하는 단계이다.
청신경 자극 단게는 전극부(30)가 상기 가공처리된 신호를 수신받고, 상기 가공처리된 신호를 통해 청신경을 자극하는 단계이다.
도 8은 본 발명의 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치의 사시도이고, 도 9는 본 발명에 따라 설치된 인공 와우의 전체 시스템을 도시한 구성도이다.
도 8에 따른 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치는 달팽이관 형상의 튜브(10)로서 일단(16)에서 타단(18)으로 단면적의 크기가 점점 작아지며, 원형의 타면(14)에 복수 개의 전극부(30)가 배치됨을 도시한다. 그리고, 도면에 도시되진 않았지만 평행한 일면(12)에 복수 개의 센서부(20)가 장착된다.
그리고, 도 9에 따라 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치가 달팽이관 내부에 고리형으로 삽입되어 장착되고, 달팽이관의 외부에 설치된 어음처리기 등과 연결된다. 따라서, 본 발명은 인공 와우의 모든 장치를 인체의 내부에 배치하는 완전 이식형 인공 와우의 시스템을 구현하게 됨을 보여준다. 또한, 도면에 도시되진 않았지만 어음처리기에 연결된 코일을 통해 신호를 매핑하고 전력을 충전한다.
따라서, 본 발명의 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치는 종래에 체외에 설치되어 소리를 전달받던 마이크로폰(마이크) 대신에, 달팽이관의 고실계에 센서부(20)를 포함하는 튜브(10)를 설치하여 달팽이관의 기저막으로부터 직접 소리를 전달받는다. 그리고, 센서부(20)는 감지된 진동을 나노필라나 압전 소자에 의해 전기 신호로 변환하고, 신체가 인식할 수 있는 신호로 가공처리하기 위해 달팽이관의 외부로 전송한다.
여기서, 어음처리기는 달팽이관에서 전송된 전기 신호를 체내에서 인식할 수 있도록 가공처리하고, 달팽이관 내에 삽입된 전극에 전달한다. 그리고, 전극은 어음처리기로부터 전송받은 전기적 신호를 통해 청신경을 자극하게 된다.
따라서,본 발명의 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치는 달팽이관의 기저막으로부터 소리의 진동을 수신함으로써, 별도로 신체 외부에 마이크의 설치가 필요없는 인공 와우를 제공한다.
또한, 본 발명의 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치는 생체 내 기전을 이용하는 저전력 장치를 만들고자, 자가전원 기능을 갖는 멤스(MEMS) 구조인 인공와우의 주파수 분석기를 센서로 이용한다.
또한, 본 발명의 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치는 전극과 함께 소리의 진동을 수신하는 센서를 달팽이관의 고실계에 삽입함으로써, 수술을 용이하게 할 수 있는 환경을 제공한다.
또한, 본 발명의 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치는 달팽이관에 삽입되는 튜브(10)를 유연성 있는 재질로 하여 고리 모양의 달팽이관에 효과적으로 삽입한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 다양한 종류의 센서를 사용함으로써 소리에 따른 진동을 보다 용이하게 감지할 수 있는 환경을 제공한다.
이상에서, 본 발명에 따른 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치의 구성 및 작용을 상세한 설명과 도면에 따라 도시하였지만, 이는 실시예를 들어 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다.
2 : 달팽이관의 단면 4 : 기저막
6 : 고실계 10 : 튜브
12 : 튜브의 일면 14 : 튜브의 타면
16 : 튜브의 일단 18 : 튜브의 타단
20 : 센서부 21 : 제1기판
22 : 지지대 23 : 나노와이어
24 : 돌출부 25 : 제2기판
30 : 전극부 40 : 증폭부

Claims (16)

  1. 소리의 진동을 감지하여 증폭기 또는 어음처리기와 송수신하고, 청신경을 자극하는 인공 와우용 장치로서,
    일면이 달팽이관의 기저막(basilar membrane)에 밀접하도록 고실계에 삽입되는 튜브;
    상기 튜브에 내장되며, 상기 달팽이관으로부터 소리에 의한 진동을 감지해 전기 신호로 변환하고, 상기 증폭기 또는 상기 어음처리기로 전송하는 센서부 및;
    상기 튜브에 내장되며, 상기 증폭기 또는 상기 어음처리기로부터 가공처리된 신호를 수신받아 청신경을 자극하는 복수 개의 전극부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치.
  2. 소리의 진동을 감지하여 어음처리기와 송수신하고, 청신경을 자극하는 인공 와우용 장치로서,
    일면이 달팽이관의 기저막(basilar membrane)에 밀접하도록 고실계에 삽입되는 튜브;
    상기 튜브에 내장되며, 상기 달팽이관으로부터 소리에 의한 진동을 감지해 전기 신호로 변환하는 센서부;
    상기 튜브에 내장되며, 상기 센서부로부터 상기 전기 신호를 전송받아 증폭하고, 증폭된 신호를 상기 어음처리기로 전송하는 증폭부 및;
    상기 튜브에 내장되며, 상기 어음처리기로부터 가공처리된 신호를 수신받아 청신경을 자극하는 복수 개의 전극부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 센서부는
    상기 달팽이관의 기저막(basilar membrane)으로부터 소리에 의한 진동을 감지하는 것을 특징으로 하는 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치.
  4. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 튜브는
    단면적이 일단에서 타단으로 점점 작아지고, 상기 일단이 상기 달팽이관의 유입부에 배치되고, 상기 타단이 상기 달팽이관의 상기 유입부에 대응되는 말단부에 배치되는 것을 특징으로 하는 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치.
  5. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 튜브는
    상기 일면이 평행한 단면으로 상기 기저막과 평행하고, 타면이 원형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 센서부는
    상기 튜브의 상기 일면에 위치하는 것을 특징으로 하는 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 전극부는
    상기 튜브의 상기 타면에 위치하는 것을 특징으로 하는 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 센서부 및 상기 전극부는
    상기 튜브 내에서 상기 센서부 및 상기 전극부가 상호 간에 접촉되고, 서로 짝을 이루는 것을 특징으로 하는 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치.
  9. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 튜브는
    유연한(flexible) 고분자 폴리머로 이루어진 것을 특징으로 하는 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 센서부는
    나노필라(nanopillar) 구성되는 것을 특징으로 하는 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치.
  11. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 센서부는
    압전 소자(piezoelectric element)로 구성되는 것을 특징으로 하는 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치.
  12. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 센서부는
    포토 센서로 구성되는 것을 특징으로 하는 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우용 장치.
  13. 센서부가 달팽이관의 기저막(basilar membrane)으로부터 소리에 의한 진동을 감지하는 소리 감지 단계와;
    상기 센서부가 상기 감지된 진동을 전기 신호로 변환하는 변환 단계와;
    증폭부가 상기 전기 신호를 전송받고, 상기 전기 신호를 증폭하는 소리 증폭 단계와;
    어음처리기가 상기 증폭된 신호를 전송받고, 상기 증폭된 신호를 가공처리하는 가공처리 단계 및;
    전극부가 상기 가공처리된 신호를 수신받고, 상기 가공처리된 신호를 통해 청신경을 자극하는 청신경 자극 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우를 통한 신호 처리 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 소리 감지 단계는
    상기 달팽이관의 유입부에서는 상기 기저막에 밀착되어 감지하고, 상기 유입부에 대응되는 말단부에서는 상기 기저막에 이격되어 감지하는 것을 특징으로 하는 센서 및 전극을 갖춘 인공 와우를 통한 신호 처리 방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
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