KR102387763B1 - 완전 이식형 시각 보철 시스템 및 그 동작 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 완전 이식형 시각 보철 시스템 및 그 동작 방법은 생체 적합성 물질로 2중으로 밀봉되어 사용자의 안구에 이식되고, 카메라 렌즈를 통해 실시간으로 촬영된 고해상도 이미지에 기초하여 광학 패턴을 생성하고, 광학 패턴을 자극 패턴으로 변환하여 전달하는 이식형 카메라, 그리고, 자극 패턴에 따라 사용자의 시각 피질 영역에 위치하는 하나 이상의 전극을 선택하고, 선택된 전극마다 개별적인 전류의 세기를 인가하는 신경 자극기를 포함한다.
Description
완전 이식형 시각 보철 시스템 및 그 동작 방법이 제공된다.
시각 보철 시스템은 전기 자극을 제공하여 사용자의 시력을 회복시키기 위한 시스템으로, 체외에 위치하는 이미지 센서와 연결되는 컨트롤러를 통해 사용자 앞에 있는 이미지에 대응되는 자극 패턴을 체내에 이식된 신경 자극기로 전달한다. 그러면 신경 자극기를 통해 해당 자극 패턴으로 시각과 관련된 신경이 자극됨으로써 사용자에게 인공적인 이미지를 제공할 수 있다.
다만, 이미지 센서는 광학 패턴을 망막의 광수용기와 같은 전기 신호로 변환하기 위한 것으로 가장 일반적으로 사용되는 방법 중 하나는 안경에 부착된 카메라를 이용하는 것이다. 하지만 일상생활에서 안경을 반드시 착용해야 함으로써 다양한 불편함을 야기시킬 수 있다. 예를 들어 외부 충격으로 인한 기능적/물리적 고장 또는 훼손의 가능성이 크고, 샤워나 운동과 같은 습기가 많거나 활동적인 상황에서 사용의 불편함이 있다.
또한, 카메라가 안경에 부착되기 때문에 기본적으로 머리의 움직임에 따라 이미지를 획득함으로써, 초점이 맞지 않는 이미지를 얻는 한계가 있다.
한편, 체내에 삽입되는 신경 자극기는 전극의 크기가 소형화되고 있지만 여전히 제한된 영역에서 제한된 물리적 전극으로 구현되기 때문에 개별 뉴런에 대한 정확한 자극을 줄 수 있도록 전극의 소재 또는 전극의 개수, 전극의 배열 등의 설정이 중요하다.
그러므로 사용자의 눈 움직임에 기초하여 자연스러운 초점을 가지는 이미지를 획득하고 그에 따른 자극 패턴을 효과적으로 자극할 수 있도록 하는 완전 이식형 시각 보철 기술이 요구된다.
본 발명의 하나의 실시예는 체내에 이식된 이미지 센서로부터 눈의 움직임에 따른 고해상도의 이미지를 얻고 그에 따른 자극 패턴을 전달하는 시각 보철 기술을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 완전 이식형 시각 보철 시스템은 생체 적합성 물질로 2중으로 밀봉되어 사용자의 안구에 이식되고, 카메라 렌즈를 통해 실시간으로 촬영된 고해상도 이미지에 기초하여 광학 패턴을 생성하고, 광학 패턴을 자극 패턴으로 변환하여 전달하는 이식형 카메라, 그리고, 자극 패턴에 따라 사용자의 시각 피질 영역에 위치하는 하나 이상의 전극을 선택하고, 선택된 전극마다 개별적인 전류의 세기를 인가하는 신경 자극기를 포함한다.
신경 자극기는, 자극 패턴에 따라 다채널 전극을 가지는 복수 개의 마이크로 프로브의 전극을 선택하고, 선택된 전극에 설정된 전류의 세기를 인가하는 전류 자극 ASIC, 그리고 이식형 카메라와 무선 네트워크로 연결되어 변환된 자극 패턴을 수신하는 저전력 무선 통신 모듈, 그리고 마이크로 프로브와 무선 통신 모듈에 전원을 공급하는 충전식 전력 모듈을 포함할 수 있다.
다채널 전극은, 서로 상이한 채널을 가지는 복수개의 전극을 의미하고, 인접한 전극의 자극 세기와 전극간의 거리 사이의 진폭 비율에 기초하여 전기장의 변화가 추정되면, 추정된 전기장의 변화에 의해 산출된 가상 채널이 생성되는 최적 거리로 복수 개의 전극간 간격이 설정될 수 있다.
다채널 전극은, 일정한 방향으로 배열된 일자, 격자, n각형 중에서 하나의 형태로 사용자의 망막, 시신경 또는 시각 피질 중에서 하나 이상의 위치에 배열될 수 있다.
신경 자극기는, 3개 이상의 전극을 통해 각 전극마다 서로 상이한 출력 전류를 제공하여 전류 조향에 의한 가상 채널을 생성하고, 가상 채널에 의한 개별 뉴런을 자극할 수 있다.
이식형 카메라는, 카메라 렌즈, 렌즈를 통해 촬영된 고해상도 이미지를 자극 패턴으로 변환하는 이미지 센서 그리고 자극 제어기로 자극 패턴을 전달하는 무선 모듈이 구형의 내부에서 적층되는 형태로 형성되는 카메라 모듈, 카메라 모듈과 연결되어 전원을 공급하는 충전식 전력모듈을 포함할 수 있다.
이식형 카메라와 신경 자극기는, 생체 적합성 에폭시 또는 폴리머 물질로 코팅된 후, 의료용 실리콘으로 밀봉될 수 있다.
마이크로 프로브는 폴리머 재질의 기판 상측에 금속 박막을 적층하고, 적층된 금속 박막에 UV 레이저를 이용하여 다채널 전극을 포함하는 미세 패턴을 형성하도록 가공하며, 전극 부위와 연결 패드의 영역을 절단한 폴리머 재질의 기판을 가공된 금속 박막 상측에 적층하여 일체형 구조로 생성할 수 있다.
폴리머 재질은, 미세 가공이 가능한 순환 올레핀 공중합체 (Cyclic Olefin Copolymer, COC), 폴리이미드, 파릴렌, 폴리 디메틸 실록산(polydimethylsiloxane PDMS) 중 에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
자극 제어기와 무선통신으로 연결되어 전극에 전류를 제공하는 자극 매개 변수를 조절하거나 설정하는 외부 제어기를 더 포함할 수 있다.
외부 제어기는, 내부 무선 프로토콜을 이용하여 이식형 카메라 내부의 전력모듈 또는 신경 자극기 내부의 전력 공급 모듈에 연결되어 무선 충전 기능을 제공할 수 있다.
외부 제어기는, 이식형 카메라으로부터 촬영된 고해상도 이미지를 수신하면, 고해상도 이미지에 대응하는 자극 패턴을 생성하고 생성한 자극 패턴을 신경 자극기로 전달할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 사용자의 안구에 이식되는 이식형 카메라와 네트워크로 연결된 신경 자극기의 개별 뉴런 자극 방법에 있어서,
이식형 카메라로부터 촬영된 고해상도 이미지에 기초하여 변환된 자극 패턴을 수신하는 단계, 자극 패턴에 기초하여 단극 자극, 다극 자극 그리고 전류 조향을 사용하는 다극 자극 중에서 동작 방식을 선택하는 단계, 선택된 동작 방식에 기초하여 사용자의 시각 피질 영역에 위치하는 하나 이상의 전극을 선택하는 단계, 동작 방식에 기초하여 선택된 전극마다 개별적으로 출력 전류를 설정하는 단계, 그리고 선택된 전극에 설정된 출력 전류를 인가하여 출력 전류의 영향에 의해 생성되는 전기장의 범위를 제어하여 개별 뉴런을 자극하는 단계를 포함한다.
전극마다 개별적으로 출력 전류를 설정하는 단계는, 단극 자극이면 선택된 주 전극에 일정한 출력 전류를 설정하고, 다극 자극이면, 주 전극에 정방향으로 제1 출력 전류를 설정하고 하나 이상의 부 전극에 역방향으로 제1 출력 전류보다는 낮은 제2 출력 전류를 설정하며, 전류 조향을 사용하는 다극 자극이면, 주 전극에 정방향의 제1 출력 전류를 설정하고, 제1 부 전극에 역방향으로 제1 출력 전류보다는 낮은 제2 출력 전류를 설정하며, 제2 부 전극에 역방향으로 제2 출력 전류보다 낮은 제3 출력 전류를 설정할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예는 이미지 센서를 체내에 이식함으로써, 다양한 생활 환경에서의 사용자의 편리함을 제공하고, 체내에 이식된 이미지 센서로부터 눈의 움직임에 따른 동일한 초점을 가지는 고해상도 이미지를 획득할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예는 생체 적합 물질을 기반으로 생체 이식 가능한 전극 및 신경 자극 패키지를 복잡한 반도체 기술 없이 보다 간단한 공정을 통해 제작할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예는 이식된 신경 자극기의 전극의 동시 자극을 통해 섬세한 자극 패턴을 생성하고 생성한 자극 패턴에 따라 개별 뉴런에 정확한 자극을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 완전 이식형 시각 보철 시스템을 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이식형 카메라를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 구면 형태로 구현한 이식형 카메라를 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 신경 자극기를 나타낸 구성도이다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 신경 자극기의 마이크로 프로브 제조 공정을 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 4개의 채널을 가지는 마이크로 프로브를 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 3개의 채널의 동시 자극을 나타낸 예시도이다.
도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 5개의 채널을 가지는 마이크로 프로브를 나타낸 예시도이다.
도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 5개의 채널의 동시 자극을 나타낸 예시도이다.
도 10은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 외부 제어기를 나타낸 구성도이다.
도 11은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 완전 이식형 시각 보철 시스템의 신경 자극기가 개별 뉴런을 자극하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이식형 카메라를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 구면 형태로 구현한 이식형 카메라를 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 신경 자극기를 나타낸 구성도이다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 신경 자극기의 마이크로 프로브 제조 공정을 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 4개의 채널을 가지는 마이크로 프로브를 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 3개의 채널의 동시 자극을 나타낸 예시도이다.
도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 5개의 채널을 가지는 마이크로 프로브를 나타낸 예시도이다.
도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 5개의 채널의 동시 자극을 나타낸 예시도이다.
도 10은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 외부 제어기를 나타낸 구성도이다.
도 11은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 완전 이식형 시각 보철 시스템의 신경 자극기가 개별 뉴런을 자극하는 방법을 나타낸 순서도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 완전 이식형 시각 보철 시스템을 나타낸 예시도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 완전 이식형 시각 보철 시스템(1000)은 이식형 카메라(100), 신경 자극기(200) 그리고 외부 제어기(300)를 포함한다.
다시 말해 이식형 카메라(100)를 통해 촬영된 이미지에 대응하여 전기 자극 패턴을 생성하고, 신경 자극기(200)를 통해 생성된 전지 자극 패턴으로 전기를 자극함으로써 사용자에게 인공적인 이미지를 제공한다.
이러한 이식형 카메라(100)와 신경 자극기(200) 그리고 외부 제어기(300)는 서로 통신망을 통하여 연결되어 있으며, 서로 데이터를 송수신한다.
예를 들어 통신망은 Bluetooth, ZigBee, Wi-Fi, LoRa 등과 같은 저전력 방식을 포함하는 근거리 또는 원거리 무선 통신 네트워크, 이들이 혼합된 네트워크 등 데이터를 전달하는 모든 형태의 통신 네트워크를 포함할 수 있다.
그리고 이식형 카메라(100)와 신경 자극기(200), 이식형 카메라(100)와 외부 제어기(300) 그리고 신경 자극기(200)와 외부 제어기(300)간에 각 독립적인 통신망을 설정할 수 있다.
이식형 카메라(100)는 생체 적합성 물질로 코팅된 소형 무선 카메라를 안구 모양과 유사한 구형으로 밀봉하여 사용자의 눈 영역에 이식된다.
그리고 이식형 카메라(100)는 일반 카메라의 완전한 구조를 가지며, 저전력으로 구동 가능한 이미지 센서와 블루투스(Bluetooth Low Energy) 통신 모듈 그리고 충전 가능한 전력 모듈을 포함한다.
이처럼 이식형 카메라(100)는 완전 이식을 통해 사용자의 자연스러운 눈 움직임에 따라 초점이 이동하면서 동시에 고해상도 이미지를 획득한다.
그리고 신경 자극기(200)는 이식 가능한 전자 장치로 사용자의 손상된 뉴런 대신 나머지 뉴런이 손상된 기능을 대체할 수 있도록 전기 자극을 제공한다. 이때, 신경 자극기(200)는 망막, 시신경 또는 시각 피질에 자극을 제공할 수 있는 영역에 이식될 수 있다.
신경 자극기(200)는 이식되는 공간이 제한되기 때문에, 다수의 전극 부위에서 동시에 제공하는 전기 자극을 결합하여 자극 패턴을 생성할 수 있다. 여기서 다수의 전극은 3차원 입체적 구조 또는 엠보싱 구조로 배열될 수 있다.
한편, 제한된 공간에서 고밀도 전극 사이에 형성되는 전기장의 공간적 중첩으로 인한 전기적 누화가 발생한다. 이러한 전기적 누화는 동시에 발생하는 자극의 상호 작용을 유도하고 개별적인 자극의 영향을 저하시킨다. 이에 따라 전극들 사이의 적절한 간격이 요구되며, 이를 통해 공간적 한계에 따른 물리적 한계를 가진다.
그러므로 신경 자극기(200)는 제한된 공간에서 제한된 수의 물리적 전극을 극복하기 위해 가상 채널을 사용하는 자극 패턴을 생성할 수 있다. 여기서, 가상 채널은 물리적 전극 사이에 전기장 크기가 큰 중간 영역을 나타내며, 둘 이상의 자극의 결합으로 실제 물리적 전극이 위치하지 않은 영역에 자극을 제공하는 것을 의미한다.
한편, 이식형 카메라(100)와 신경 자극기(200)는 사용자의 체내에 삽입되기 때문에 각각은 신체 조직의 손상이나 자극을 최소화하는 밀봉 패키지에 감싸질 수 있다.
상세하게는 생체적합하고 투명한 에폭시나 실리콘 엘라스토머, 고리형 올레핀 폴리머 및 코폴리머, 패릴린 등이 사용될 수 있다.
이때, 이식형 카메라(100)는 선명한 이미지를 획득할 수 있도록 투명한 폴리머 물질을 사용하며, 눈과 같은 구형으로 형성되어야 하기 때문에 일정한 몰딩 공정을 적용하여 구현될 수 있다.
예를 들어, 이식형 카메라(100)는 수분 침투를 방지하기 위해 생체 적합성 에폭시로 코팅되고 생체 적합성과 유연성을 얻기 위해 의료용 실리콘 엘라스토머를 사용하여 밀봉된 후 사용자의 눈에 삽입될 수 있다.
신경 자극기(200)도 이와 동일한 방법으로 밀봉된 후, 자극하고자 하는 시각 피질 영역에 삽입될 수 있다.
한편, 외부 제어기(300)는 휴대용으로 이동 가능한 단말 또는 장치로, 이식형 카메라(100) 또는 신경 자극기(200)와 무선 통신과 연결되어 신호를 송수신하거나 충전식 배터리로 구동할 수 있다.
여기서, 무선 통신은 지그비(ZigBee)를 나타내지만 이에 한정하는 것은 아니고 저전력으로 장거리 통신이 가능한 무선 통신을 모두 포함한다.
외부 제어기(300)는 무선 프로토콜을 사용한 이식형 카메라(100) 또는 신경 자극기(200)을 제어하거나 2차 배터리 무선 충전 기능을 제공할 수 있다.
상세하게는 외부 제어기(300)는 이식형 카메라(100)로부터 획득된 이미지를 수신하면, 수신된 이미지에 대응하는 전극 패턴을 생성하여 신경 자극기(200)로 무선 전송할 수 있다.
또는 외부 제어기(300)는 게임 패드와 같은 스위치를 포함하는 사용자 친화적 인터페이스를 더 포함할 수 있으며, 이를 통해 자극 매개 변수를 조정할 수 있습니다.
예를 들어 외부 제어기(300)는 이식형 카메라(100)의 이미지 획득 속도, 해상도, 초점 설정 등을 제어하거나 신경 자극(200)의 자극 강도, 반응 속도, 자극 모드 및 설정 등을 제어할 수 있다.
이와 같이 외부 제어기(300)는 적어도 하나의 프로세서에 의해 동작하는 컴퓨팅 장치이다.
컴퓨팅 장치의 하드웨어는 적어도 하나의 프로세서, 메모리, 스토리지, 통신 인터페이스를 포함할 수 있고, 버스를 통해 연결될 수 있다. 이외에도 입력 장치 및 출력 장치 등의 하드웨어가 포함될 수 있다. 컴퓨팅 장치는 프로그램을 구동할 수 있는 운영 체제를 비롯한 각종 소프트웨어가 탑재될 수 있다.
프로세서는 컴퓨팅 장치의 동작을 제어하는 장치로서, 프로그램에 포함된 명령들을 처리하는 다양한 형태의 프로세서(210)일 수 있고, 예를 들면, CPU(Central Processing Unit), MPU(Micro Processor Unit), MCU(Micro Controller Unit), GPU(Graphic Processing Unit) 등 일 수 있다. 메모리는 본 발명의 동작을 실행하도록 기술된 명령들이 프로세서에 의해 처리되도록 해당 프로그램을 로드한다. 메모리(220)는 예를 들면, ROM(read only memory), RAM(random access memory) 등 일 수 있다. 스토리지는 본 발명의 동작을 실행하는데 요구되는 각종 데이터, 프로그램 등을 저장한다. 통신 인터페이스는 유/무선 통신 모듈일 수 있다.
이하에서는 도 2 및 도 3를 이용하여 안구 영역에 삽입되는 이식형 카메라에 대해서 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이식형 카메라를 나타낸 예시도이다.
도 2의 (a)는 이식형 카메라를 나타낸 블록도이고, (b)는 실제 제작된 이식형 카메라를 나타낸다.
도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 이식형 카메라(100)는 무선 통신 모듈과 이미지 센서를 포함하는 카메라 모듈(110)과 충전식 전력모듈(120)을 포함한다.
먼저, 카메라 모듈(110)의 이미지 센서(image sensor, 111)는 카메라 렌즈를 통해 촬영된 광학 패턴을 망막의 광 수용체와 같은 전기 신호로 변환한다.
여기서, 이미지 센서는 액티브 픽셀 센서 등을 포함하며 렌즈를 통해 촬영된 이미지를 실시간으로 자극 패턴으로 변조하고, 변조된 데이터를 무선 통신 모듈(112)로 전송한다.
그러면, 무선 통신 모듈(112)은 신경 자극기(200)로 변조된 데이터를 전송할 수 있다. 또한, 무선 통신 모듈(112)은 외부 제어기(300)로 변조된 데이터를 전달 할 수 있다.
여기서, 무선 통신 모듈(112)은 저전력 마이크로 컨트롤러 코어, 프로그램 가능 메모리 및 2.4GHz BLE 송수신기로 구성된 블루트스 칩(BLE)을 나타내지만 반드시 이를 한정하는 것은 아니다.
일반적으로 무선 통신 모듈(112)은 일대일 연결로 인해 지그비(ZigBee) 또는 와이파이(Wi-Fi)와 같은 다른 통신 프로토콜보다 낮은 전력으로 보다 안정적인 무선 연결로 작동하는 BLE 통신을 이용하지만, 낮은 전력으로 안정적인 무선 연결을 수행하는 하나 이상의 무선 통신을 이용할 수 있다.
도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, 구형 형태로 제작된 카메라 모듈(110)과 충전식 전력모듈(120)이 각 밀봉된 상태로 사용자 신체에 삽입된다.
이때, 밀봉되는 단계는 예를 들어, 생체 적합성 에폭시로 코팅하고, 의료용 실리콘 엘라스토머를 사용하여 밀봉될 수 있다.
충전식 전력모듈(120)은 생체 적합한 고분자 유기 화합물로 형성된 케이블을 통해 카메라 모듈(110)로 전원을 공급할 수 있다.
이때 케이블은 폴리이미드로 형성될 수 있으며, 케이블을 이용하여 카메라 모듈(110)의 카메라 렌즈가 사용자의 수정체를 향하도록 고정시킬 수 있다.
그리고 구형의 카메라 모듈(110)은 이미지 촬영을 위해 투명 재질로 소형으로 제작될 수 있다.
도 3을 이용하여 이식형 카메라(100)의 카메라 모듈(110)에 대해서 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 구면 형태로 구현한 이식형 카메라를 나타낸 예시도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 이식형 카메라는 약 3층 구조가 적층되도록 설계될 수 있다. 눈의 형태가 원형이기 때문에, 원형의 구조에 쉽게 삽입 가능하도록 하기 위해 카메라 렌즈, 이미지 센서(image senser), 무선통신 모듈(BLE chip)로 형성된 3 개의 층으로 PCB 구조가 구성된다.
각각의 층은 유연한 원형 폴리이미드(Poyimide)로 형성되며, 1mm 피치의 금 핀(Gold pins)으로 서로 연결될 수 있다.
이처럼 이식형 카메라(110)의 카메라 모듈(110)은 구면 형태로 포장될 수 있도록 최대 반경이 약 9.5mm가 되도록 최소화한다.
이하에서는 도 4 내지 도 9을 이용하여 마이크로 프로브를 포함하는 신경 자극기에 대해서 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 신경 자극기를 나타낸 구성도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 신경 자극기(200)는 통신 모듈(210), 전류 자극 ASIC(220), 충전식 전력 모듈(배터리, 230), 충전기(240), 그리고 정류기 및 조절기(250)를 포함할 수 있다.
통신 모듈(210, ZigBee transceiver)은 이식형 카메라(200)와 외부 제어기(300)와의 무선 통신을 수행한다. 통신 모듈(210)은 이식형 카메라(200)로부터 변조된 데이터를 수신하거나 외부 제어기(300)로부터 매개 변수를 포함하는 제어 데이터를 수신할 수 있다.
통신 모듈(210)은 지그비(ZigBee) 이외에도 블루투스(Bluetooth), 와이파이(Wi-Fi), 로라 통신(LoRa), 사물인터넷 통신 모듈 등을 더 포함할 수 있으며 특정 통신 모듈로 한정하는 것은 아니다.
전류 자극 ASIC(220, Current stimulation ASIC)는 전류 자극을 제공하기 위한 응용 분야별 집적 회로로, 설정된 작동 방식에 기초하여 연결되는 하나 이상의 마이크로 프로브의 전극을 선택하여 선택된 전극에 전류를 제공한다.
이러한 작동 방식에 기초하여 전류 자극 ASIC(220, Current stimulation ASIC)는 단극 자극, 다극 자극, 전류 조향을 사용하는 다극 자극 등으로 다양한 자극 패턴을 생성할 수 있다.
충전식 전력 모듈(230, Battery)는 통신 모듈(210) 또는 전류 자극 ASIC(220)으로 전원을 공급한다. 충전식 전력 모듈(230)의 용량이 제한되어 있어 코일 및 충전기 (240, Charger) 그리고 정류기 및 조절기(250)를 통해 유도 충전 링크가 구축될 수 있다.
이하에서는 도 5을 이용하여 마스크 진공 및 대규모 제조 시설 없이 비교적 간단하게 마이크로 프로브의 제조 공정에 대해서 상세하게 설명한다.
도 5은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 신경 자극기의 마이크로 프로브 제조 공정을 나타낸 예시도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 신경 자극기(200)에는 폴리머 물질을 기반으로 마이크로 프로브가 제조된다.
여기서, 폴리머 물질은 순환 올레핀 중합체(Cyclic Olefin Polymer. COP)을 의미하지만 이에 한정하는 것은 아니고 미세 가공될 수 있는 순환 올레핀 공중합체(Cyclic Olefin Copolymer, COC), 폴리이미드, 파릴렌, 폴리 디메틸 실록산(polydimethylsiloxane PDMS) 등을 포함한다.
여기서, 순환 올레핀 중합체는 일종의 광학적으로 투명한 중합체로, 생체 적합성, 낮은 수분 흡수 (<0.01 %) 및 높은 광선 투과율 (300 ~ 1,100 nm의 파장 범위에서 92 %)을 특징으로하는 비정질 재료이다.
먼저, 도 5의 (a)와 같이, 기판(A)으로 준비된 순환 올레핀 중합체(COP) 필름 위에 얇은 금박막(Gold film)을 적층된다.
여기서, 순환 올레핀 중합체로 형성된 기판(A)은 가열 프레스 공정을 통해 금박막으로 열을 통해 적층된다.
그리고 금은 접착층이 없는 순환 올레핀 중합체에 쉽게 부착 될 수 있기 때문에 전도성 물질로 사용되지만 반드시 한정하는 것은 아니고, 추후 상황에 따라 적용가능한 금속들을 포함한다.
그리고 도 5의 (b)와 같이, UV 레이저를 이용하여 적층된 금 박막에 패턴이 형성된다.
이때, 금과 순환 올레핀 중합체간에 광학 특성이 다르기 때문에 UV 레이저로 금을 제거 할 수 있지만 UV 투명도를 가진 순환 올레핀 중합체는 그대로 유지할 수 있다.
다시 말해, 순환 올레핀 중합체 기판(A) 상에 열적층된 금 박막을 반도체 기술없이도 UV 레이저에 의해 선택적으로 미세 가공 할 수 있다.
한편, 금 박막의 전극(채널) 패턴은 인접한 전극의 자극과 전극간의 거리 사이의 진폭 비율에 따라 선정된 최적의 거리로 설정될 수 있다.
다시 말해, 인접한 전극의 자극과 전극간의 거리 사이의 진폭 비율에 따라 전기장의 변화를 추정하고, 이를 기초하여 가상 채널이 효과적으로 생성되는 최적의 거리를 산출하여 금 박막의 패턴을 확정할 수 있다.
한편 도 5의 (c)와 같이, 덮개(B)로 준비된 순환 올레핀 중합체(COP) 필름 위에 CO2 레이저를 이용하여 전극 부위와 연결 패드를 위한 영역이 절단된다. 덮개(B)는 CO2 레이저를 통해 부분적으로 절단되어 전극 부위(채널 영역)와 연결 패드가 개방되는 구조를 가진다.
그리고 도 5의 (d)와 같이, 기판(A)과 덮개(B)를 부착하며, (e)와 같이, 깊이형 마이크로 프로브의 윤곽을 형성하기 위한 CO2 레이저를 이용하여 절단한다.
이때, 기판(A)과 덮개(B) 사이에 강한 접착을 위한 접착층을 사용할 수 있다. 예를 들어, 두께 13-μm의 저 -Tg COP 필름으로 덮개(B)와 같이 부분적으로 절단된 순환 올레핀 중합체 필름을 접착 층으로 사용할 수 있다.
이와 같이 폴리머 기반 마이크로 프로브의 제조 공정에 의해 마이크로 프로브를 포함한 신경자극기(200)의 소형화를 가능하게 하고, 작은 간격이 형성되어 수분과 이온이 침투 가능한 피드 스루(feed-through)를 제거할 수 있다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 4개의 채널을 가지는 마이크로 프로브를 나타낸 예시도이고, 도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 3개의 채널의 동시 자극을 나타낸 예시도이다.
도 6은 동시 다중 채널 신경 신호 기록을 위해 4 개의 서로 다른 채널로 깊이 유형이 되도록 설계된 COP 기반 마이크로 프로브를 나타낸다.
예를 들어, 각 채널은 100 Х 100μm의 기하학적 표면적을 가지며, 인접한 두 채널 사이의 각 간격은 300 μm이므로 설정할 수 있다. 이와 같이 채널 사이의 간격에 의해 생체 내에서 기록 된 신경 신호를 명확하게 구분할 수 있습니다. 또한, 설계된 깊이 형 마이크로 프로브는 전극을 포함하는 기둥의 길이가 10 mm이고 기둥의 길이는 뇌에 삽입되어야 하는 최소 프로브 길이로 제작될 수 있다.
이와 같이 인접한 전극을 이용한 다극 자극에 의한 전기장 분포 조절 방법은 다음 도 7과 같다.
도 7은 제한된 수의 물리적 전극을 극복하기 위해 가상 채널을 사용하기 위한 것으로 도 8의 (a)는 단극 자극(Mono-polar stimulation), (b)는 다극 자극(Multi-polar stimulation) 그리고 (c)는 전류 조향을 사용한 다극 자극(Steered fields by multi-polar stimulation)을 나타낸다.
상세하게는 전극에서 뇌의 뉴런 방향으로 자극을 제공하는 방향을 정방향이라고 하면, 도 7의 (a)는 #2 전극의 정방향 자극만을 제공하는 상황에서 나타나는 전기장 분포를 나타내고, (b)는 #2 전극의 정방향 자극과 동시에 #1 전극과 #3 전극의 역방향 자극을 제공하는 다극 자극의 상황에서 나타나는 전기장 분포를 나타낸다.
도 7의 (a)와 (b)를 비교하면, 동일하게 # 2전극을 통한 정방향 자극을 제공하지만, 인접한 #1 전극과 #3 전극의 역방향 자극을 통해 전기장을 집중시켜 최종 제공되는 자극 분포를 보다 세밀하게 조정할 수 있다.
한편, 도 7의 (c)와 같이 #2 전극의 정방향 자극과 #1 전극과 #3 전극의 역방향 자극을 제공함에 있어서, #1 전극과 #3 전극의 자극 세기를 상이하게 제공함으로써 가상 전극(Virtual electrode /channel)을 생성할 수 있다.
다시 말해, 전류 조향을 통해 전극이 위치하지 않은 영역에 자극을 제공할 수 있다.
이와 같이, 신경 자극기(200)의 세밀한 자극 패턴을 생성할 수 있으며, 이를 통해 개별적인 뉴런의 자극을 제공할 수 있다.
다음 도 8 및 9을 이용하여 신경 자극기(200)의 펜타-전극(penta-polar) 자극에 의한 가상 채널 생성에 대해서 상세하게 설명한다.
도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 5개의 채널을 가지는 마이크로 프로브를 나타낸 예시도이고, 도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 5개의 채널의 동시 자극을 나타낸 예시도이다.
도 8의 (a)는 5개의 전극부위를 가지는 미세 패턴 라인을 나타내고, (b)는 5개의 전극 분위(채널)만을 모델링한 예시도이며, (C)는 5 극 자극 ASIC를 나타낸 회로 블록도이다.
도 8의 (a)와 같이, 기판의 미세 패턴 골드라인에서 표면형 자극 전극은 십자형으로 배열되어 제작될 수 있다.
이와 같은 자극 전극의 앞서 설명한 도 6과 같은 제조 방식으로 제조될 수 있으며, 예를 들어 개별 전극 부위가 직경 450 μm을 가지며, 중심간의 간격이 800 μm을 가지도록 제조될 수 있다.
그리고 도 8의 (b)는 (a)와 같이 배열된 전극의 위치를 인식하기 용이하도록 모델링한 도면이다.
도 8의 (b)와 같이, 개별 전극은 (CH1, CH2, CH3, CH4, CH5)와 같이 그리드 형태로 배열된다.
그리드 형태는 하나의 중심 전극(CH2)과 상하좌우 방향으로 4개의주변 전극(CH1, CH3, CH4, CH5)으로 구성된다.
이처럼 가상 채널을 생성하기 위해서 자극 전극의 구성은 전기장의 공간 분포에 중요한 역할을 한다. 일반적으로 2차원의 전극 구성은 규칙적으로 배열된 격자 모양, 그리드 모양, 또는 벌집 모양 등과 같이 배열될 수 있다.
한편, 개별 전극(CH1, CH2, CH3, CH4, CH5)은 동시에 자극을 제공할 수 있고, 각각 서로 다른 출력 전류에 의해 생성된 2차원의 전기장을 제공할 수 있다.
도 8의 (C)는 5 개의 2 상 전류 소스(Biphasic current source)와 16 개의 출력 채널(Output channel 1-16)로 구성된 맞춤형으로 설계된 5극 자극 ASIC의 블록도이다.
각 2 상 전류 소스는 전류 기준, 디지털-아날로그 변환기 (DAC) 및 2 상 전류 생성기 (BCG)로 구성되어 있으며, 각각 간섭하지 않도록 독립되어 있다는 특징이 있다. 예를 들어, 전류 기준은 신경 자극에 허용되는 전류 레벨 인 10μA의 온도 불변 전류를 공급할 수 있다. 이때, 디지털-아날로그 변환기(DAC)에 디지털 입력을 입력하면 기준 전류와 디지털 입력을 곱하여 전류의 레벨을 변경할 수 있다. 그리고 곱해진 전류는 BCG를 통해 2 상이 되며, 자극을 제공하는 동안 뉴런을 손상시키지 않기 위해 전하 균형을 유지한다.
이와 같은 그리드 모양으로 배열된 5개의 전극(채널)을 가지는 마이크로 프로브의 동시 자극을 제공하면 다음 도 9와 같다.
도 9의 (a)는 상단 자극, (b)는 펜타 자극, 그리고 (c)는 가상 채널 생성을 위한 전류 조향 기능을 갖춘 펜타 폴라(penta-polar) 자극을 나타낸다.
도 9의 (a) 및 (b)와 같이 가상 채널 생성 이전에 단극 자극과 비교하여 전기장 집중에 대한 펜타-폴라 자극의 효과를 살펴보면, 단극 자극(a)에서는 120μA의 진폭을 갖는 전류 펄스가 중심 전극으로부터 공급되어 먼 기준(Distant reference)으로 흐르게 되는 걸 알 수 있다.
이와 대조적으로 (b)으로 펜타-폴라 자극에서, 동일한 진폭을 갖는 전류 펄스가 중심 전극으로부터 공급되고 각각 4 개로 나누어 주변 전극으로 흐른다.
반면 도 9의 (c)와 같이, 전류 펄스가 중심 전극으로부터 공급되고 인접한 자극 전극간의 자극 진폭 비율을 변화시키면 가상 채널을 생성할 수 있다.
이하에서는 도 10을 이용하여 외부 제어기에 대해 상세하게 설명한다.
도 10은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 외부 제어기를 나타낸 구성도이다.
도 10에 도시한 바와 같이, 외부 제어기(300)는 내부 전류 자극 ASIC, 클래스 E 전력 증폭기(PA), 지그비 (ZigBee) 모듈 및 FPGA(Field-Programmable Gate Array)등을 포함할 수 있다.
상세하게는 외부 제어기(300)는 내부 전류 자극 ASIC(Current stimulation ASIC)은 뇌에 삽입 된 신경 자극기(200)에 연결되어 경피적으로 뉴런에 2상 전류 펄스를 제공할 수 있다.
이때, 내부 전류 자극 ASIC이 2상 전류 펄스를 생성하는 동안에는 클래스 E 전력 증폭기(PA), 지그비 (ZigBee) 모듈 등은 구동을 정지하거나 대기 상태를 유지할 수 있다.
이외에도 외부 제어기(300)는 신경 자극기(200)의 원격제어를 통해 신경 자극을 제공하도록 제어할 수 있다.
또한, 외부 제어기(300)는 클래스 E 전력 증폭기(PA)는 충전 전력을 이식형 카메라(100)의 충전식 전력모듈(120)에 제공하거나 지그비 모듈은 이식형 카메라(100) 또는 신경 자극기(200)에 매개 변수를 설정하는 데이터를 전송할 수 있다.
그리고 외부 제어기(300)는 다양한 기능을 빠르게 처리하기 위해 FPGA (field-programmable gate array)와 같은 프로세서를 포함할 수 있다. FPGA는 하드웨어적으로 동작하며 병렬적인 데이터 및 입출력 처리가 가능하기 때문에 빠른 연산이 가능하다는 장점이 있다.
도 11은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 완전 이식형 시각 보철 시스템의 신경 자극기가 개별 뉴런을 자극하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 11에서 도시한 바와 같이, 신경 자극기(200)는 이식형 카메라(100)로부터 촬영된 고해상도 이미지에 기초하여 변환된 자극 패턴을 수신한다(S110).
이식형 카메라(100)는 촬영된 고해상도 이미지에 기초하여 광학 패턴을 자극 패턴으로 변환하며, 이를 무선 통신을 통해 신경 자극기(200)로 전달할 수 있다.
신경 자극기(200)는 자극 패턴에 기초하여 동작 방식을 선택한다(S120).
여기서, 동작 방식은 단극 자극, 다극 자극 그리고 전류 조향을 사용하는 다극 자극을 포함하지만, 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.
신경 자극기(200)는 선택된 동작 방식에 기초하여 사용자의 시각 피질 영역에 위치하는 하나 이상의 전극을 선택한다(S130).
단극 자극인 경우, 주 전극 하나를 선택할 수 있지만, 다극 자극인 경우엔 주 전극과 복수개의 부 전극을 선택할 수 있다. 이때, 부 전극은 제1 부 전극, 제2 부 전극으로 구분될 수 있으며, 주 전극과 제1 부 전극 그리고 제2 부 전극에 대한 각각의 개수는 자극 패턴에 따라 상이하게 선택될 수 있다.
다음으로 신경 자극기(200)는 동작 방식에 기초하여 선택된 전극마다 개별적으로 출력 전류를 설정한다(S140).
신경 자극기(200)는 동작 방식에 기초하여 출력 전류에 의해 생성되는 전기장의 범위가 제어되도록 각각 출력 전류를 설정할 수 있다.
예를 들어, 신경 자극기(200)는 단극 자극이면 선택된 주 전극에 일정한 출력 전류를 설정하고, 다극 자극이면, 주 전극에 정방향으로 제1 출력 전류를 설정하고 하나 이상의 부 전극에 역방향으로 제1 출력 전류보다는 낮은 제2 출력 전류를 설정할 수 있다.
또한 신경 자극기(200)는 전류 조향을 사용하는 다극 자극이면, 주 전극에 정방향의 제1 출력 전류를 설정하고, 제1 부 전극에 역방향으로 제1 출력 전류보다는 낮은 제2 출력 전류를 설정하며, 제2 부 전극에 역방향으로 상기 제2 출력 전류보다 낮은 제3 출력 전류를 설정할 수 있다.
이때, 주 전극, 제1 부 전극, 제2 부 전극의 개수는 추후에 적용하는 상황에 따라 변경 및 설정 가능하다.
그리고 추후에 자극 패턴에 따라 주 전극과 부 전극은 실시간으로 바뀔 수 있다.
신경 자극기(200)는 선택된 전극에 설정된 출력 전류를 인가하여 개별 뉴런을 자극한다(S150).
이처럼 신경 자극기(200)는 개별 뉴런을 자극함으로써, 가상의 이미지를 사용자에게 제공할 수 있다. 이때, 가상의 이미지는 이식형 카메라(100)로부터 획득한 고해상도 이미지를 나타낸다.
이와 같이, 완전 이식형 시각 보철 시스템은 이미지 센서를 체내에 이식함으로써, 다양한 생활 환경에서의 사용자의 편리함을 제공하고, 체내에 이식된 이미지 센서로부터 눈의 움직임에 따른 동일한 초점을 가지는 고해상도 이미지를 획득할 수 있다.
또한 완전 이식형 시각 보철 시스템은 이식된 신경 자극기의 전극의 동시 자극을 통해 섬세한 자극 패턴을 생성하고 생성한 자극 패턴에 따라 개별 뉴런에 정확한 자극을 제공할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 방법을 실행시키기 위한 프로그램은 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다.
컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크와 같은 자기-광 매체, 및 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 여기서 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드가 포함된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 하나의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Claims (16)
- 케이블을 통해 사용자의 수정체를 향하도록 고정된 카메라 렌즈, 상기 카메라 렌즈를 통해 실시간으로 촬영된 고해상도 이미지에 기초하여 광학 패턴을 생성하고, 상기 광학 패턴을 자극 패턴으로 변환하는 이미지 센서 그리고 상기 자극 패턴을 전달하는 무선 모듈을 포함하는 카메라 모듈, 및 상기 카메라 모듈과 상기 케이블로 연결되어 전원을 공급하는 충전식 전력 모듈을 포함하고, 생체 적합성 물질로 2중으로 밀봉되어 사용자의 안구에 완전 이식되는 이식형 카메라, 그리고,
상기 자극 패턴에 따라 상기 사용자의 시각 피질 영역에 위치하는 하나 이상의 전극을 선택하고, 선택된 전극마다 개별적으로 설정된 출력 전류를 인가하는 신경 자극기를 포함하는 완전 이식형 시각 보철 시스템. - 제1항에서,
상기 신경 자극기는,
상기 자극 패턴에 따라 다채널 전극을 가지는 복수 개의 마이크로 프로브의 전극을 선택하고, 선택된 전극에 설정된 전류의 세기를 인가하는 전류 자극 ASIC, 그리고
상기 이식형 카메라와 무선 네트워크로 연결되어 변환된 상기 자극 패턴을 수신하는 저전력 무선 통신 모듈, 그리고
상기 마이크로 프로브와 상기 무선 통신 모듈에 전원을 공급하는 충전식 전력 모듈을 포함하는 완전 이식형 시각 보철 시스템. - 제2항에서,
상기 다채널 전극은,
서로 상이한 채널을 가지는 복수개의 전극을 의미하고,
인접한 전극의 자극 세기와 전극간의 거리 사이의 진폭 비율에 기초하여 전기장의 변화가 추정되면, 추정된 상기 전기장의 변화에 의해 산출된 가상 채널이 생성되는 최적 거리로 상기 복수 개의 전극간 간격이 설정되는 완전 이식형 시각 보철 시스템. - 제3항에서,
상기 다채널 전극은,
일정한 방향으로 배열된 일자, 격자, n각형 중에서 하나의 형태로 상기 사용자의 망막, 시신경 또는 시각 피질 중에서 하나 이상의 위치에 배열되는 완전 이식형 시각 보철 시스템. - 제3항에서,
상기 신경 자극기는,
3개 이상의 상기 전극을 통해 각 전극마다 서로 상이한 출력 전류를 제공하여 전류 조향에 의한 가상 채널을 생성하고, 상기 가상 채널에 의한 개별 뉴런을 자극하는 완전 이식형 시각 보철 시스템. - 제1항에서,
상기 카메라 렌즈, 상기 이미지 센서 그리고 상기 무선 모듈은 구형의 내부에서 적층되는 형태로 형성되는 완전 이식형 시각 보철 시스템. - 제1항에서,
상기 이식형 카메라와 상기 신경 자극기는,
생체 적합성 에폭시 또는 폴리머 물질로 코팅된 후, 의료용 실리콘으로 밀봉되는 완전 이식형 시각 보철 시스템. - 제2항에서,
상기 마이크로 프로브는
폴리머 재질의 기판 상측에 금속 박막을 적층하고, 적층된 금속 박막에 UV 레이저를 이용하여 상기 다채널 전극을 포함하는 미세 패턴을 형성하도록 가공하며, 전극 부위와 연결 패드의 영역을 절단한 폴리머 재질의 기판을 상기 가공된 금속 박막 상측에 적층하여 일체형 구조로 생성하는 완전 이식형 시각 보철 시스템. - 제8항에서,
상기 폴리머 재질은,
미세 가공이 가능한 순환 올레핀 공중합체 (Cyclic Olefin Copolymer, COC), 폴리이미드, 파릴렌, 그리고 폴리 디메틸 실록산(polydimethylsiloxane PDMS) 중 에서 적어도 하나를 포함하는 완전 이식형 시각 보철 시스템. - 제1항에서
상기 신경 자극기와 무선통신으로 연결되어 상기 전극에 전류를 제공하는 자극 매개 변수를 조절하거나 설정하는 외부 제어기를 더 포함하는 완전 이식형 시각 보철 시스템. - 제10항에서,
상기 외부 제어기는,
내부 무선 프로토콜을 이용하여 상기 이식형 카메라 내부의 전력모듈 또는 상기 신경 자극기 내부의 전력 공급 모듈에 연결되어 무선 충전 기능을 제공하는 완전 이식형 시각 보철 시스템. - 제11항에서
상기 외부 제어기는,
상기 이식형 카메라으로부터 촬영된 상기 고해상도 이미지를 수신하면, 상기 고해상도 이미지에 대응하는 자극 패턴을 생성하고 생성한 상기 자극 패턴을 상기 신경 자극기로 전달하는 완전 이식형 시각 보철 시스템. - 삭제
- 삭제
- 제1항에서,
상기 신경 자극기는,
상기 자극 패턴에 기초하여 단극 자극, 다극 자극 그리고 전류 조향을 사용하는 다극 자극 중에서 동작 방식을 선택하고, 선택된 동작 방식에 기초하여 상기 사용자의 상기 시각 피질 영역에 위치하는 상기 하나 이상의 전극을 선택하고, 상기 선택된 동작 방식에 기초하여 출력 전류에 의해 생성되는 전기장의 범위가 제어되도록 상기 선택된 전극마다 개별적으로 상기 출력 전류를 설정하고, 그리고 상기 선택된 전극에 설정된 출력 전류를 인가하여 개별 뉴런을 자극하는 완전 이식형 시각 보철 시스템. - 제15항에서,
상기 신경 자극기는,
상기 단극 자극이면 상기 선택된 주 전극에 일정한 출력 전류를 설정하고, 상기 다극 자극이면 주 전극에 정방향으로 제1 출력 전류를 설정하고 하나 이상의 부 전극에 역방향으로 상기 제1 출력 전류보다는 낮은 제2 출력 전류를 설정하고, 상기 전류 조향을 사용하는 다극 자극이면, 주 전극에 정방향의 제1 출력 전류를 설정하고, 제1 부 전극에 역방향으로 상기 제1 출력 전류보다는 낮은 제2 출력 전류를 설정하며, 제2 부 전극에 역방향으로 상기 제2 출력 전류보다 낮은 제3 출력 전류를 설정하는 완전 이식형 시각 보철 시스템.
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