KR102525473B1 - Brain implantable flexible probe - Google Patents

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KR102525473B1
KR102525473B1 KR1020220174123A KR20220174123A KR102525473B1 KR 102525473 B1 KR102525473 B1 KR 102525473B1 KR 1020220174123 A KR1020220174123 A KR 1020220174123A KR 20220174123 A KR20220174123 A KR 20220174123A KR 102525473 B1 KR102525473 B1 KR 102525473B1
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Abstract

The present invention relates to a brain implantable flexible probe. Specifically, the invention relates to a brain implantable flexible probe coated with a biodegradable material, which has excellent bending rigidity and low electrode impedance. According to the present invention, a brain implantable flexible probe includes: a three-dimensional porous electrode; a 32 channel electrode; a layer; a needle; and a biodegradable material.

Description

뇌 삽입형 유연 프로브{BRAIN IMPLANTABLE FLEXIBLE PROBE}Brain implantable flexible probe {BRAIN IMPLANTABLE FLEXIBLE PROBE}

본 발명은 뇌 삽입형 유연 프로브에 관한 발명이다. 구체적으로, 생분해 물질을 코팅한 유연 프로브를 통해 굽힘 강성은 우수하면서도 전극의 임피던스는 낮은 뇌 삽입형 유연 프로브에 관한 발명이다.The present invention relates to a brain implantable flexible probe. Specifically, the present invention relates to a brain-implantable flexible probe coated with a biodegradable material, which has excellent bending stiffness and low electrode impedance.

학습, 판단 등의 복잡한 기능을 담당하는 뇌의 기능은 뇌신경 세포들 간의 상호 작용에 의해 구현된다. 이때 뇌 신경 세포에서 전기적 신호가 발생한다. 미세 전극(micro electrode)을 쥐의 뇌에 삽입하여 뇌신경 세포의 전기 적 신호를 탐지하고 기록하여 분석하기 위한 다양한 시도들이 이루어져 왔다. 삽입 가능한 최초의 미세 전극은 1950년대에 사용되었으며, 텅스텐 와이어(tungsten wires) 및 스테인리스강 와이어(stainless steel wires)에 절연 물질을 코팅하고 와이어의 끝 부분만 노출하여 만든 단순한 구조의 단일 미세 전극을 사용하였다. Brain functions that are responsible for complex functions such as learning and judgment are implemented by interactions between brain nerve cells. At this time, electrical signals are generated in brain nerve cells. Various attempts have been made to detect, record, and analyze electrical signals of brain neurons by inserting microelectrodes into the brains of rats. The first implantable microelectrodes were used in the 1950s, using single microelectrodes with a simple structure made by coating insulating materials on tungsten wires and stainless steel wires and exposing only the ends of the wires. did

하지만, 단일 미세 전극으로는 여러 종류의 뇌신경 세포의 신호가 탐지되게 된다. 이러한 뇌신경 세포의 신호들을 분류하기 위해 마이크로 와이어(micro wire)를 이용한 연구가 진행되었다. However, with a single microelectrode, signals from several types of cranial nerve cells can be detected. In order to classify the signals of these brain nerve cells, research using micro wires has been conducted.

세포 외 기록은 생체 내에서 '전기 신호 코드'와 같은 대규모 연결 활동을 감지하는데 중점을 둔다. 4개의 twisted microwire로 구성된 테트로드(Tetrodes)는 많은 단일 뉴런을 동시에 분리할 수 있기 때문에 여러 개의 뉴런을 동시에 기록할 수있는 유용한 도구로 입증되었다. Extracellular recordings focus on detecting large-scale neuronal activity such as 'electrical signal codes' in vivo. Tetrodes, composed of four twisted microwires, have proven to be useful tools for simultaneous recording of multiple neurons because many single neurons can be isolated simultaneously.

테트로드(Tetrode)의 특성은 테트로드의 재료, 직경 및 표면적에 따라 다르다. 생체 적합성 물질로 알려진 텅스텐, 티타늄 및 금과 같은 다양한 미세 전극 재료가 보고되었다. 조직 손상을 최소화하고 높은 신경 네트워크 공간 해상도를 얻기 위해 전극 크기를 줄이기 위한 많은 시도가 보고되었다. 신경 전극이 소형화될수록 임피던스 및 열 잡음이 커져서 신경 녹음 품질이 떨어진다.The properties of a tetrode depend on the material, diameter and surface area of the tetrode. Various microelectrode materials such as tungsten, titanium, and gold, known as biocompatible materials, have been reported. Many attempts have been reported to reduce the electrode size to minimize tissue damage and obtain high neural network spatial resolution. As the size of the neural electrode becomes smaller, the impedance and thermal noise increase and the quality of the neural recording deteriorates.

신경전극은 뇌 속 신경세포가 서로 주고 받는 전기 신호를 감지해 외부에 전달하거나, 반대로 외부에서 인위적인 신호를 뇌에 전달하는 부품이다. 뇌와 컴퓨터 또는 기계를 접속하는 뇌-기계접속(BMI)을 실현할 때나 사지 절단 환자의 재활을 위한 의수, 의족을 만들 때 꼭 필요한 기술로 꼽힌다. 기존에도 신경전극은 개발돼 있었지만, 주로 딱딱한 실리콘 기판을 썼기 때문에 주름진 뇌 안에 붙이기 어려웠고 몸의 거부 반응도 심했다. A nerve electrode is a component that detects electrical signals exchanged between nerve cells in the brain and transmits them to the outside, or conversely, transmits artificial signals from the outside to the brain. It is considered an essential technology when realizing brain-machine interface (BMI) that connects the brain and computers or machines, or when making prosthetic arms and legs for the rehabilitation of amputated patients. Nerve electrodes had been developed before, but since they mainly used hard silicon substrates, they were difficult to attach to the wrinkled brain and the body rejected them severely.

휘어지는 전극을 개발하려는 시도도 있었지만 몸 안에서 금속과 기판이 금세 분리되는 문제가 있어 일시적인 동물실험에만 쓰였을 뿐, 장기간 장착이 불가능한 문제점이 존재한다.There has been an attempt to develop a bendable electrode, but there is a problem that the metal and substrate are quickly separated inside the body, so it was only used for temporary animal experiments, and there is a problem that long-term installation is impossible.

한국등록특허 제10-1304319호Korean Patent Registration No. 10-1304319 한국공개특허 제10-2020-0138036호Korean Patent Publication No. 10-2020-0138036

기존 신경 전극의 문제점인 전극이 소형화될수록 임피던스가 커지는 점 및 딱딱한 실리콘 기판을 사용함에 따른 주름진 뇌 안에 붙이기 어려운 문제점이 존재한다.There are problems with existing neural electrodes, such as the fact that the impedance increases as the electrode is miniaturized and that it is difficult to attach it to the wrinkled brain due to the use of a hard silicon substrate.

상기와 같은 문제점을 해결하고자 생분해성 물질을 U자형태로 코팅하여 단면적을 줄임과 동시에 굽힘 강성은 우수한 뇌 삽입형 유연 프로브를 제공하고자 한다.In order to solve the above problems, a biodegradable material is coated in a U-shape to reduce the cross-sectional area and at the same time to provide a brain implantable flexible probe having excellent bending stiffness.

뇌 삽입형 유연 프로브가 뇌 속에 삽입되면 생분해성 물질은 녹아 전극의 표면이 노출이 되어 임피던스는 낮아지며 딱딱했던 뇌 삽입형 유연 프로브가 흐늘흐늘한 상태가 되어 잘 휘어지게되어 상기 문제점을 해결할 수 있다.When the brain-implantable flexible probe is inserted into the brain, the biodegradable material melts and the surface of the electrode is exposed, the impedance is lowered, and the brain-implantable flexible probe, which was hard, becomes soft and bends well, thereby solving the above problem.

다양한 실시예들에 따라서, 뇌 삽입형 유연 프로브는 신경 전극의 전기화학적 임피던스를 낮추기 위한 3차원 다공성 전극, 뇌 영역의 다양한 부분에서의 신호를 측정하기 위한 32채널로 구성된 32채널 전극, 전극과 도선 및 생체조직과의 전기적 절연을 위한 레이어 및 생체 내에서 녹아 사라지는 물질로 구성된 녹는 바늘을 포함할 수 있다.According to various embodiments, a brain implantable flexible probe includes a 3-dimensional porous electrode for lowering the electrochemical impedance of a neural electrode, a 32-channel electrode composed of 32 channels for measuring signals in various parts of a brain region, electrodes and leads, and It may include a melting needle made of a material that melts and disappears in a living body and a layer for electrical insulation from living tissue.

다양한 실시예들에 따라서, 뇌 삽입형 유연 프로브는 뇌 삽입형 유연 프로브는 신경 전극의 전기화학적 임피던스를 낮추기 위한 3차원 다공성 전극, 뇌 영역의 다양한 부분에서의 신호를 측정하기 위한 32채널로 구성된 32채널 전극, 전극과 도선 및 생체조직과의 전기적 절연을 위한 레이어, 생체 내에서 녹아 사라지는 물질로 구성된 녹는 바늘 및 상기 뇌 삽입형 유연 프로브에 코팅되는 생분해성 물질을 포함할 수 있다.According to various embodiments, the brain implantable flexible probe includes a 3-dimensional porous electrode for lowering the electrochemical impedance of a neural electrode and a 32-channel electrode for measuring signals in various parts of a brain region. , a layer for electrical insulation between electrodes, wires, and living tissue, a melting needle composed of a material that melts and disappears in vivo, and a biodegradable material coated on the brain implantable flexible probe.

다양한 실시예들에 따라서, 상기 생분해성 물질은 설탕을 포함할 수 있다.According to various embodiments, the biodegradable material may include sugar.

다양한 실시예들에 따라서, 상기 생분해성 물질은 U자형태로 코팅되는 것일 수 있다.According to various embodiments, the biodegradable material may be coated in a U-shape.

다양한 실시예들에 따라서, 상기 32채널 전극은 폴리스타이렌, 백금 및 산화이리듐으로 이루어진 것일 수 있다.According to various embodiments, the 32-channel electrode may be made of polystyrene, platinum, and iridium oxide.

본 발명의 다양한 실시예에 따라, 뇌 삽입형 유연 프로브에 생분해성 물질을 코팅하여 강성이 우수한 뇌 삽입형 유연 프로브를 제공할 수 있다.According to various embodiments of the present invention, a brain implantable flexible probe having excellent rigidity may be provided by coating a biodegradable material on the brain implantable flexible probe.

본 발명의 다양한 실시예에 따라, 뇌 삽입형 유연 프로브는 생분해성 물질이 U자형태로 코팅되어 강성이 우수하면서도, 뇌에 삽입되는 경우에는 생분해성 물질이 분해되어 흐늘흐늘(soft)한 뇌 삽입형 유연 프로브를 제공할 수 있는 효과가 있다.According to various embodiments of the present invention, the brain implantable flexible probe is coated with a biodegradable material in a U-shape and has excellent rigidity, but when inserted into the brain, the biodegradable material is decomposed and soft. There is an effect that can provide a probe.

도 1은 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송수신을 이용한 신경 신호 처리 시스템을 도시한다.
도 2a는 다양한 실시예들에 따른 신경 신호 처리 장치의 구조를 도시한다.
도 2b는 다양한 실시예들에 따른 신경 신호 처리 장치의 실물 사진 및 실험용 동물의 뇌 주변에 매립된 상태의 사진을 도시한다.
도 3은 다양한 실시예들에 따른 신경 신호 처리 장치가 동작하는 실시예를 도시한다.
도 4는 다양한 실시예들에 따른, 신경 신호 처리 장치가 외부 전자 장치로 송신하는 4채널 신경 신호 및 32채널 신경 신호의 포맷을 나타낸다.
도 5a는 다양한 실시예들에 따른 신경 신호 처리 장치의 노이즈 제거 성능에 대하여 정적 평가를 수행한 결과를 나타낸다.
도 5b는 다양한 실시예들에 따른 신경 신호 처리 장치의 노이즈 제거 성능에 대하여 동적 평가를 수행한 결과를 나타낸다.
도 5c는 다양한 실시예들에 따른 신경 신호 처리 장치가 실험용 동물의 특정 동작의 전후로 수집한 신경 신호를 나타낸다.
도 6은 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송신 장치의 구조를 도시한다.
도 7은 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송신 장치의 제1 안테나와 제2 안테나의 등가 회로를 도시한다.
도 8은 다양한 실시예들에 따른 제1 안테나 및 제2 안테나 사이의 결합 계수(k)의 변화에 따라 제2 안테나에서 발생하는 전류의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9는 다양한 실시예들에 따른 solid coil과 litz coil의 차이점, Single-Tx 구조와 Repeater-Tx 차이점을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송신 장치의 컨셉도를 나타낸다.
도 11은 다양한 실시예들에 따른 뇌 속에 삽입된 생분해성 신경 전극 바늘의 모습을 도시한다.
도 12은 다양한 실시예들에 따른 설탕이 코팅된 뇌 삽입형 유연 프로브의 모습을 도시한 것이다.
도 13은 다양한 실시예들에 따른 코팅에 따른 전극의 임피던스 변화를 측정하기 위한 회로도를 도시한 것이다.
도 14은 다양한 실시예들에 따른 생분해 과정에 따른 신경 전극의 임피던스 변화 그래프를 도시한다.
도 15은 다양한 실시예들에 따른 뇌조직 삽입 시간에 따른 생분해성 신경 전극 바늘의 물리적 변화 및 임피던스 변화 그래프를 도시한다.
도면의 설명과 관련하여, 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
1 illustrates a neural signal processing system using wireless power transmission and reception according to various embodiments.
2A illustrates the structure of a neural signal processing device according to various embodiments.
FIG. 2B shows a real picture of a neural signal processing device according to various embodiments and a picture of a state embedded around the brain of a laboratory animal.
3 illustrates an embodiment in which a neural signal processing apparatus according to various embodiments operates.
4 illustrates formats of a 4-channel neural signal and a 32-channel neural signal transmitted from a neural signal processing device to an external electronic device according to various embodiments.
5A shows results of performing static evaluation on noise cancellation performance of a neural signal processing apparatus according to various embodiments.
5B shows a result of dynamic evaluation of noise cancellation performance of a neural signal processing apparatus according to various embodiments.
5C illustrates neural signals collected before and after a specific motion of a laboratory animal by a neural signal processing apparatus according to various embodiments.
6 illustrates a structure of a wireless power transmission device according to various embodiments.
7 illustrates an equivalent circuit of a first antenna and a second antenna of a wireless power transmission device according to various embodiments.
8 is a graph illustrating a change in current generated from a second antenna according to a change in a coupling coefficient (k) between a first antenna and a second antenna according to various embodiments.
9 is a diagram for explaining a difference between a solid coil and a litz coil, and a difference between a Single-Tx structure and a Repeater-Tx structure according to various embodiments.
10 shows a concept diagram of a wireless power transmission device according to various embodiments.
11 shows a state of a biodegradable neural electrode needle inserted into the brain according to various embodiments.
12 illustrates a state of a brain implantable flexible probe coated with sugar according to various embodiments.
13 illustrates a circuit diagram for measuring a change in impedance of an electrode according to coating according to various embodiments.
14 illustrates a graph of impedance change of a neural electrode according to a biodegradation process according to various embodiments.
15 illustrates a graph of physical change and impedance change of a biodegradable neural electrode needle according to brain tissue insertion time according to various embodiments.
In connection with the description of the drawings, the same or similar reference numerals may be used for the same or similar elements.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나 축소하여 도시한 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Since the present invention can have various changes and various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail. However, it should be understood that this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, and includes all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each figure, like reference numbers are used for like elements. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are shown enlarged or reduced than actual for clarity of the present invention.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in this application, it should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't

도 1은 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송수신을 이용한 신경 신호 처리 시스템(100)을 도시한다.1 illustrates a neural signal processing system 100 using wireless power transmission and reception according to various embodiments.

다양한 실시예들에 따르면, 신경 신호 처리 시스템(100)은 신경 신호 처리 장치(101) 및 무선 전력 송신 장치(201)를 포함할 수 있다. 신경 신호 처리 시스템(100)은 신경 신호 처리 장치(101)를 이용하여 실험용 동물의 뇌에서 발생하는 신경 신호(neural signal)를 수집하는 동작, 수집된 신경 신호를 외부 전자 장치(예: 컴퓨팅 장치)로 송신하여 실험용 동물의 행동을 분석하는 동작, 분석된 결과를 반영한 새로운 실험 데이터를 수집하기 위한 명령을 신경 신호 처리 장치(101)로 송신하는 동작을 순차적으로 수행할 수 있다. 특히, 신경 신호 처리 장치(101)는 실험용 동물의 뇌에 삽입 가능한 유연 프로브(flexible probe)를 포함할 수 있고, 유연 프로브에 구현된 복수의 전극들을 이용하여 뇌에서 발생하는 신경 신호를 수집할 수 있다. 이 때, 신경 신호 처리 장치(101)는 배터리가 탑재되지 않은 구조(battery-free)로 구현될 수 있고, 신경 신호 처리 장치(101)의 동작에 필요한 전력은, 무선 전력 송신 장치(201)로부터 송신되는 무선 전력을 이용할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(201)는 전력 입력을 위한 제1 안테나(211) 및 상기 전력 입력을 증폭하기 위한 제2 안테나(212)(예: 리피터(repeater) 안테나)를 포함할 수 있다. 신경 신호 처리 장치(101)의 구조에 관한 구체적인 설명은 도 2a를 참조하여 후술하도록 하고, 무선 전력 송신 장치(201)의 구조에 관한 구체적인 설명은 도 6을 참조하여 후술하도록 한다.According to various embodiments, the neural signal processing system 100 may include a neural signal processing device 101 and a wireless power transmission device 201 . The neural signal processing system 100 collects neural signals generated from the brain of a laboratory animal using the neural signal processing device 101, and transfers the collected neural signals to an external electronic device (eg, a computing device). An operation of analyzing the behavior of a laboratory animal by transmitting to the neural signal processing apparatus 101 and an operation of transmitting a command for collecting new experimental data reflecting the analyzed result to the neural signal processing apparatus 101 may be sequentially performed. In particular, the neural signal processing device 101 may include a flexible probe that can be inserted into the brain of a laboratory animal, and may collect nerve signals generated in the brain using a plurality of electrodes implemented in the flexible probe. there is. At this time, the neural signal processing device 101 may be implemented as a battery-free structure, and power required for operation of the neural signal processing device 101 is supplied from the wireless power transmission device 201. The transmitted wireless power can be used. The wireless power transmitter 201 may include a first antenna 211 for power input and a second antenna 212 (eg, a repeater antenna) for amplifying the power input. A detailed description of the structure of the neural signal processing device 101 will be described later with reference to FIG. 2A , and a detailed description of the structure of the wireless power transmission device 201 will be described later with reference to FIG. 6 .

도 2a는 다양한 실시예들에 따른 신경 신호 처리 장치(101)의 구조를 도시한다.2A illustrates a structure of a neural signal processing device 101 according to various embodiments.

도 2b는 다양한 실시예들에 따른 신경 신호 처리 장치(101)의 실물 사진 및 실험용 동물의 뇌 주변에 매립된 상태의 사진을 도시한다.FIG. 2B shows a real picture of the neural signal processing device 101 according to various embodiments and a picture of a state embedded around the brain of a laboratory animal.

다양한 실시예들에 따른, 실험용 동물의 뇌의 주변에 매립되어 신경 신호를 처리하는 신경 신호 처리 장치(101)는, 뇌에 삽입되어 32채널의 신경 신호를 수집하기 위한 32개 전극들을 포함하는 뇌 삽입형 유연 프로브(flexible probe), 저전력 블루투스(BLE) 모듈을 포함하는 통신 모듈, 가속도 센서를 포함하는 센서 모듈, 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 전력을 수신하기 위한 리츠 와이어(litz wire) 코일을 포함하는 무선 전력 수신 모듈, 및 상기 모듈들에 작동적으로 연결된 프로세서를 포함할 수 있다. According to various embodiments, the neural signal processing apparatus 101, which is embedded in the periphery of the brain of a laboratory animal and processes nerve signals, includes 32 electrodes inserted into the brain to collect 32 channels of nerve signals. A communication module including an implantable flexible probe, a low power Bluetooth (BLE) module, a sensor module including an acceleration sensor, and a litz wire coil for wirelessly receiving power from a wireless power transmission device A wireless power receiving module and a processor operatively connected to the modules.

일 실시예에 따라 도 2a를 참조하면, 신경 신호 처리 장치(101)는, 제품 구현 시 하기의 구성요소들의 적층 구조로 구현될 수 있고, 이하에서는 각 구성요소들에 대하여 상세히 설명하도록 한다. 한편, 도 2b를 참조하면, 신경 신호 처리 장치(101)는 실험용 동물의 뇌에 매립되기에 적합한 구조를 채택할 수 있다.Referring to FIG. 2A according to an embodiment, the neural signal processing device 101 may be implemented as a layered structure of the following components when implementing a product, and each component will be described in detail below. Meanwhile, referring to FIG. 2B , the neural signal processing device 101 may adopt a structure suitable for being embedded in the brain of a laboratory animal.

제1 Parylene-PDMS(111) : 생체 매립 환경에서 체액의 흡수와 생화학적 반응을 막으며 soft한 물성을 갖도록 하는 생체적합성 재료의 encapsulation 레이어1st Parylene-PDMS (111): An encapsulation layer of biocompatible material that prevents absorption of body fluids and biochemical reactions in a bioburden environment and has soft physical properties

Full-wave rectifier(112) : 무선전력을 수신해 AC 전압을 DC 전압으로 바꾸어주는 회로Full-wave rectifier (112): A circuit that receives wireless power and converts AC voltage to DC voltage

Indicator LED(113) : 디바이스의 상태를 표시하는 Red, Green LEDIndicator LED(113) : Red, Green LED indicating device status

Super capacitor(114) : 디바이스의 높이가 멀어지거나 각도가 틀어지는 경우에 디바이스가 여전히 동작할 수 있도록 전압을 유지시켜주는 역할을 하는 정전용량이 큰 슈퍼 캐패시터Super capacitor (114): A super capacitor with large capacitance that maintains the voltage so that the device can still operate when the height of the device increases or the angle is twisted.

Circuit traces(115) : 회로를 구성하는 PCB 상의 구리 도선Circuit traces(115): Copper conductors on the PCB constituting the circuit

Polyimide substrate(116) : 회로의 도선과 다른 레이어 부분과의 전기적 절연을 위한 레이어Polyimide substrate (116): A layer for electrical insulation between the wire of the circuit and other layer parts

Litz wire coil(117) : 무선전력 효율을 높이고 기계적인 물성이 연하도록 하는 Litz wire로 구성된 무선전력 수신 코일Litz wire coil (117): A wireless power receiving coil composed of Litz wire that increases wireless power efficiency and makes mechanical properties softer

Flexible ferrite(118) : 자기장의 길을 유도해 코일 내부로 통과하는 magnetic flux의 양이 많아지도록 도와 무선전력 수신 효율을 높이기 위한 연자성 재료 레이어Flexible ferrite (118): Soft magnetic material layer to increase the efficiency of wireless power reception by inducing the path of the magnetic field to increase the amount of magnetic flux passing through the inside of the coil

Copper magnetic shield(119) : 강한 자기장으로 인한 회로의 EMI 노이즈를 막기 위해 구리로 구성된 얇은 자기장 보호 레이어Copper magnetic shield (119): A thin magnetic field protection layer made of copper to prevent EMI noise in circuits caused by strong magnetic fields.

Electrical ground plane(120) : 입력단 및 회로에서 유래된 노이즈를 효과적으로 제거하기 위해 구리로 구성된 넓은 전기적 그라운드 레이어Electrical ground plane (120): A wide electrical ground layer made of copper to effectively remove noise originating from input terminals and circuits.

Polyimide substrate(121) : 회로의 도선과 다른 레이어 부분과의 전기적 절연을 위한 레이어Polyimide substrate (121): A layer for electrical insulation between the wire of the circuit and other layer parts

Circuit traces(122) : 회로를 구성한 전기적 도선 및 블루투스 RF 신호의 효울적인 방사를 위한 레이어Circuit traces (122): A layer for efficient radiation of electrical leads and Bluetooth RF signals that make up the circuit

BLE microcontroller unit(123) : 블루투스 저전력 마이크로 컨트롤러BLE microcontroller unit (123): Bluetooth low power microcontroller

3-axis accelerometer(124) : 3축 가속도계 IC3-axis accelerometer(124) : 3-axis accelerometer IC

Neural signal amplifier(125) : 뇌신경 신호를 증폭하기 위한 ICNeural signal amplifier(125): IC for amplifying cranial nerve signals

RFI filter components(126) : 입력단으로부터 유입되는 RF 노이즈를 제거하기 위해 R과 C로 이루어진 필터 소자들RFI filter components (126): Filter elements composed of R and C to remove RF noise coming from the input terminal

제2 Parylene-PDMS(127) : 생체 매립 환경에서 체액의 흡수와 생화학적 반응을 막으며 soft한 물성을 갖도록 하는 생체적합성 재료의 encapsulation 레이어2nd Parylene-PDMS (127): An encapsulation layer of biocompatible material that prevents absorption of body fluids and biochemical reactions in a bioburden environment and has soft physical properties

뇌 삽입형 유연 프로브(130) : 실험용 동물의 뇌에 삽입되어 32채널의 신경 신호를 수집하기 위한 장치Brain implantable flexible probe 130: Device for collecting 32-channel neural signals by being inserted into the brain of laboratory animals

일 실시예에 따라, 도 2a를 참조하면, 유연 프로브(130)는 아래의 구성요소들을 포함할 수 있다.According to one embodiment, referring to FIG. 2A , the flexible probe 130 may include the following components.

3D porous electrode(131) : 신경 전극의 전기화학적 임피던스를 낮추기 위한 3차원 다공성 전극3D porous electrode (131): 3D porous electrode for lowering the electrochemical impedance of the neural electrode

32Ch electrode(132) : 뇌 영역의 다양한 부분에서의 신호를 측정하기 위한 32채널로 구성된 전극들32Ch electrode (132): Electrodes composed of 32 channels for measuring signals in various parts of the brain area

Encapsulant(133) : 전극과 도선 및 생체조직과의 전기적 절연을 위한 레이어Encapsulant (133): Layer for electrical insulation between electrodes, wires, and living tissue

Biodegradable needle(134) : 유연하고 긴 신경전극 프로브를 뇌 깊숙한 타겟 영역에 위치시키기 위해 일시적으로 딱딱하게 유지시켜주며 생체 내에서 녹아 사라지는 물질로 구성된 녹는 바늘Biodegradable needle (134): A melting needle composed of a material that melts and disappears in vivo and keeps it hard temporarily to place a flexible and long nerve electrode probe in the target area deep in the brain.

일 실시예에 따르면, 신경 신호 처리 장치(101)에 포함된 프로세서는, 예를 들면, 소프트웨어(예: 프로그램)를 실행하여 프로세서에 연결된 신경 신호 처리 장치(101)의 적어도 하나의 다른 구성요소(예: 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소)를 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 데이터 처리 또는 연산의 적어도 일부로서, 프로세서는 다른 구성요소(예: 센서 모듈 또는 통신 모듈)로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리에 저장하고, 휘발성 메모리에 저장된 명령 또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리에 저장할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서는 메인 프로세서(예: 중앙 처리 장치 또는 어플리케이션 프로세서) 또는 이와는 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(예: 센서 허브 프로세서 또는 커뮤니케이션 프로세서)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 신경 신호 처리 장치가 메인 프로세서 및 보조 프로세서를 포함하는 경우, 보조 프로세서는 메인 프로세서보다 저전력을 사용하거나, 지정된 기능에 특화되도록 설정될 수 있다. 보조 프로세서는 메인 프로세서와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다. 일 실시예에 따르면, BLE microcontroller unit(123)는 신경 신호 처리 장치(101)의 프로세서의 일 예로 구현될 수 있다.According to an embodiment, the processor included in the neural signal processing device 101, for example, executes software (e.g., a program) so that at least one other component of the neural signal processing device 101 (connected to the processor) e.g. hardware or software components), and can perform various data processing or calculations. According to one embodiment, as at least part of data processing or operation, the processor stores commands or data received from other components (eg, a sensor module or communication module) in a volatile memory, and stores the commands or data stored in the volatile memory. processing, and the resulting data can be stored in non-volatile memory. According to an embodiment, the processor may include a main processor (eg, a central processing unit or an application processor) or a secondary processor (eg, a sensor hub processor or a communication processor) that may operate independently of or together with the main processor. For example, when the neural signal processing device includes a main processor and an auxiliary processor, the auxiliary processor may use less power than the main processor or may be set to be specialized for a designated function. A secondary processor may be implemented separately from, or as part of, the main processor. According to one embodiment, the BLE microcontroller unit 123 may be implemented as an example of a processor of the neural signal processing device 101 .

일 실시예에 따르면, 신경 신호 처리 장치(101)에 포함된 센서 모듈은 신경 신호 처리 장치(101)의 작동 상태, 또는 외부의 환경 상태를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 센서 모듈은, 예를 들면, 가속도 센서, 자이로 센서, 생체 센서, 또는 온도 센서를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the sensor module included in the neural signal processing device 101 detects an operating state of the neural signal processing device 101 or an external environmental state, and an electrical signal or data value corresponding to the detected state. can create According to one embodiment, the sensor module may include, for example, an acceleration sensor, a gyro sensor, a biosensor, or a temperature sensor.

일 실시예에 따르면, 신경 신호 처리 장치(101)에 포함된 통신 모듈은 신경 신호 처리 장치(101)와 외부 전자 장치(예: 컴퓨팅 장치 또는 외부 서버) 간의 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 저전력 블루투스 모듈은 신경 신호 처리 장치(101)의 통신 모듈의 일 예로 구현될 수 있다.According to an embodiment, the communication module included in the neural signal processing device 101 establishes a communication channel between the neural signal processing device 101 and an external electronic device (eg, a computing device or an external server), and establishes the communication channel. It can support communication through. According to an embodiment, the Bluetooth low power module may be implemented as an example of a communication module of the neural signal processing device 101 .

일 실시예에 따르면, 신경 신호 처리 장치(101)에 포함된 무선 전력 수신 모듈은 리츠 와이어 코일(117), 정류 회로, 및 컨버터를 포함할 수 있다. 무선 전력 송신 장치의 전력 소스에서 생성된 전력은 무선 전력 송신 장치의 공진 코일을 통하여 리츠 와이어 코일(117)로 전달되고, 자기 공진 현상에 의해 공진 코일과 공진을 이루는 즉, 공진 주파수 값이 동일한 무선 전력 수신 모듈로 전달된다. 무선 전력 수신 모듈로 전달된 전력은 정류 회로 및 컨버터를 거쳐 신경 신호 처리 장치(101)의 각종 하드웨어로 전달된다. 정류 회로는 교류 전력을 직류 전력으로 정류할 수 있고, 컨버터는 직류 전력을 요구되는 전압으로 컨버팅하여 각종 하드웨어로 제공할 수 있다. 자기 공진에 의한 전력 전송은 임피던스가 매칭된 2개의 LC 회로간에 전력이 전송되는 현상으로써, 전자기 유도에 의한 전력 전송보다 먼 거리까지 높은 효율로 전력을 전달할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 리츠 와이어 코일(117)은 고주파 권선들에서 AC 손실들을 감소시키는 주요 이점이 있는 균일한 패턴으로 트위스트(twist)되거나 또는 편조(braid)된 개별 절연 와이어들로 구성될 수 있다. 리츠 와이어 코일(117)을 사용하는 이유는 표피 효과(Skin Effect)에 의하여 시변하는 전류는 전선의 표면 쪽으로만 흐르는 성질이 있어 전선의 가운데 부분에서는 전류가 거의 흐리지 않기 때문에 표면적을 넓게 만들기 위한 것이다. 와이어의 표피 효과를 방지하는 동시에 표면적을 넓힐 수 있으므로, 코일의 저항 성분을 증가하는 것을 방지할 수 있다.According to an embodiment, the wireless power reception module included in the neural signal processing device 101 may include a Litz wire coil 117, a rectifier circuit, and a converter. The power generated from the power source of the wireless power transmission device is transferred to the Litz wire coil 117 through the resonance coil of the wireless power transmission device, and resonates with the resonance coil by the magnetic resonance phenomenon, that is, the wireless power having the same resonance frequency value. delivered to the power receiving module. The power transmitted to the wireless power reception module is transferred to various hardware of the neural signal processing device 101 through a rectifier circuit and a converter. The rectifier circuit may rectify AC power into DC power, and the converter may convert DC power into a required voltage and provide it to various types of hardware. Power transmission by magnetic resonance is a phenomenon in which power is transferred between two LC circuits whose impedances are matched, and can transmit power over a longer distance with higher efficiency than power transmission by electromagnetic induction. According to one embodiment, the litz wire coil 117 may consist of individual insulated wires twisted or braided in a uniform pattern with the primary benefit of reducing AC losses in the high frequency windings. . The reason for using the Litz wire coil 117 is to make the surface area wider because the time-varying current due to the skin effect has a property of flowing only toward the surface of the wire, so that the current hardly flows in the middle of the wire. Since the skin effect of the wire can be prevented and the surface area can be widened, it is possible to prevent an increase in the resistance component of the coil.

도 3은 다양한 실시예들에 따른 신경 신호 처리 장치(예: 도 1의 신경 신호 처리 장치(101))가 동작하는 실시예를 도시한다.FIG. 3 illustrates an embodiment in which a neural signal processing device (eg, the neural signal processing device 101 of FIG. 1 ) operates according to various embodiments.

다양한 실시예들에 따르면, 신경 신호 처리 장치(101)는 실험용 동물의 뇌에 삽입된 유연 프로브(예: 도 2의 유연 프로브(130))의 32개 전극들을 통하여 32채널의 신경 신호를 수집할 수 있다. 신경 신호 처리 장치(101)는 uV 단위의 작은 전압 신호를 Neural signal amplifier(125)를 통하여 증폭시킬 수 있고, RFI filter components(126)를 통하여 RF 노이즈를 제거할 수 있고, ADC(Analog-to-digital Converter)를 통하여 디지털 신호를 변환할 수 있다. 신경 신호 처리 장치(101)는 디지털 신호로 변환된 데이터를 프로세서(예: BLE MCU)에 전달할 수 있다.According to various embodiments, the neural signal processing device 101 collects 32 channels of neural signals through 32 electrodes of a flexible probe (eg, the flexible probe 130 of FIG. 2 ) inserted into the brain of a laboratory animal. can The neural signal processing device 101 may amplify a small voltage signal in uV unit through the neural signal amplifier 125, remove RF noise through the RFI filter components 126, and ADC (Analog-to- The digital signal can be converted through a digital converter). The neural signal processing device 101 may transmit data converted into digital signals to a processor (eg, a BLE MCU).

일 실시예에 따라, 도 3을 참조하면, 신경 신호 처리 장치(101)의 프로세서는 32채널의 신경 신호를 외부 전자 장치(예: 퍼스널 컴퓨터 또는 스마트폰)에 저전력 블루투스 모듈을 통하여 송신할 수 있다.According to one embodiment, referring to FIG. 3 , the processor of the neural signal processing device 101 may transmit 32-channel neural signals to an external electronic device (eg, a personal computer or smartphone) through a low power Bluetooth module. .

일 실시예에 따라, 도 3을 참조하면, 신경 신호 처리 장치(101)의 프로세서는, 32채널의 신경 신호 중에서 미리 정해진 기준에 따라 4채널의 신경 신호를 선택할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 프로세서는, 외부 전자 장치에서 발생한 사용자 명령으로부터 특정 4개 채널을 선택하는 요청을 확인할 수 있고, 상기 요청에 기반하여 4채널의 신경 신호를 선택할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 프로세서는, 32채널의 신경 신호에 대하여 특정 시간 동안 spike의 개수를 확인할 수 있고, 특정 시간 동안 spike의 개수가 많은 순서(즉, 활성화 영역이 많은 순서)로 4채널의 신경 신호를 선택할 수 있다. 이 때, 4채널의 신경 신호는 raw signal 형태일 수 있다. 상기 4채널의 신경 신호를 수신한 외부 전자 장치는, 신경 신호의 활성 정도를 판별하는 spike sorting과 같은 기법을 사용해 신호 분석을 진행할 수 있다.According to one embodiment, referring to FIG. 3 , the processor of the neural signal processing apparatus 101 may select 4-channel neural signals from 32-channel neural signals according to a predetermined criterion. According to an embodiment, the processor may check a request for selecting four specific channels from a user command generated by an external electronic device, and select neural signals of the four channels based on the request. According to one embodiment, the processor may check the number of spikes for a specific time period for 32 channels of neural signals, and the number of spikes during the specific time period is large (ie, the order of the active region is large) for 4 channels. Nerve signals can be selected. At this time, the 4-channel neural signal may be in the form of a raw signal. An external electronic device receiving the 4-channel neural signal may perform signal analysis using a technique such as spike sorting that determines the activity level of the nerve signal.

상술한 동작을 수행하는 과정 동안, 신경 신호 처리 장치(101)는 무선 전력 송신 장치(예: 도 1의 무선 전력 송신 장치(201))로부터 무선으로 전력을 수신할 수 있고, 상기 수신된 전력을 신경 신호 처리 장치(101) 내의 각종 하드웨어에 공급할 수 있다. 구체적으로, 무선 전력 수신 과정에 있어서, 리피터 안테나 시스템으로부터 전송된 무선 전력은 무선 전력 수신 모듈의 리츠 와이어 코일(117)을 통하여 수신될 수 있고, 신경 신호 처리 장치(101) 내의 정류기(rectifier) 및 레귤레이터(regulator)를 거쳐 신경 신호 처리 장치(101)에 3.3V의 안정적인 DC 전압을 공급할 수 있다.During the process of performing the above-described operation, the neural signal processing device 101 may wirelessly receive power from a wireless power transmission device (eg, the wireless power transmission device 201 of FIG. 1 ) and store the received power. It can be supplied to various hardware in the neural signal processing device 101. Specifically, in the wireless power reception process, the wireless power transmitted from the repeater antenna system may be received through the Litz wire coil 117 of the wireless power reception module, and the rectifier in the neural signal processing device 101 and A stable DC voltage of 3.3V may be supplied to the neural signal processing device 101 via a regulator.

도 4는 다양한 실시예들에 따른, 신경 신호 처리 장치(예: 도 1의 신경 신호 처리 장치(101))가 외부 전자 장치로 송신하는 4채널 신경 신호 및 32채널 신경 신호의 포맷을 나타낸다.FIG. 4 illustrates formats of a 4-channel neural signal and a 32-channel neural signal transmitted by a neural signal processing device (eg, the neural signal processing device 101 of FIG. 1 ) to an external electronic device according to various embodiments.

다양한 실시예들에 따르면, 신경 신호 처리 장치(101)의 프로세서는, 저전력 블루투스 모듈을 통하여 4채널 신경 신호 또는 32채널 신경 신호를 외부 전자 장치로 송신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 프로세서는, 각 채널의 신경 신호에 대하여 1사이클 당 2바이트의 크기를 할당할 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 상기 프로세서는, 첫 번째 채널 내지 네 번째 채널에 각각 high byte(1byte) 및 low byte(1byte)를 할당할 수 있다. 일 실시예에 따라, 도 4를 참조하면, 상기 프로세서는, 가속도 센서를 통하여 획득한 가속도 센서 데이터(ACC X, Y, Z-axis) 및 무선 전력 수신 모듈을 통하여 수신된 전력의 전압값(power level)에 4바이트의 크기를 할당할 수 있다. According to various embodiments, the processor of the neural signal processing device 101 may transmit a 4-channel neural signal or a 32-channel neural signal to an external electronic device through a Bluetooth low power module. According to an embodiment, the processor may allocate a size of 2 bytes per cycle to the neural signal of each channel. For example, referring to FIG. 4 , the processor may allocate a high byte (1 byte) and a low byte (1 byte) to the first to fourth channels, respectively. According to an embodiment, referring to FIG. 4 , the processor may include acceleration sensor data (ACC X, Y, Z-axis) acquired through an acceleration sensor and a voltage value (power) of power received through a wireless power receiving module. level) can be assigned a size of 4 bytes.

일 실시예에 따르면, 상기 프로세서는, 4채널의 신경 신호를 외부 전자 장치로 송신할 때, 30사이클의 신경 신호, 가속도 센서 데이터, 및 전압값을 포함시켜 244바이트 크기를 갖는 하나의 패킷을 송신할 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 상기 프로세서는, 한 사이클당 8바이트의 크기를 갖는 4채널의 신경 신호에 대하여 30사이클의 데이터와 4바이트의 크기를 갖는 가속도 센서 데이터 및 전압값의 데이터를 244바이트의 크기를 갖는 하나의 패킷으로 생성하여, 이를 외부 전자 장치로 송신할 수 있다.According to an embodiment, when transmitting 4-channel neural signals to an external electronic device, the processor transmits one packet having a size of 244 bytes including 30 cycles of neural signals, acceleration sensor data, and voltage values. can do. For example, referring to FIG. 4 , the processor generates 30 cycles of data, 4 bytes of acceleration sensor data, and voltage value data for 4 channels of neural signals each of which has a size of 8 bytes per cycle. It can be generated as one packet having a size of 244 bytes and transmitted to an external electronic device.

일 실시예에 따르면, 상기 프로세서는, 32채널의 신경 신호를 외부 전자 장치로 송신할 때, 3사이클의 신경 신호, 가속도 센서 데이터, 및 전압값을 포함시켜 196바이트 크기를 갖는 하나의 패킷을 송신할 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 상기 프로세서는, 한 사이클당 64바이트의 크기를 갖는 32채널의 신경 신호에 대하여 3사이클의 데이터와 4바이트의 크기를 갖는 가속도 센서 데이터 및 전압값의 데이터를 196바이트의 크기를 갖는 하나의 패킷으로 생성하여, 이를 외부 전자 장치로 송신할 수 있다.According to an embodiment, when transmitting 32-channel neural signals to an external electronic device, the processor transmits one packet having a size of 196 bytes including 3-cycle neural signals, acceleration sensor data, and voltage values. can do. For example, referring to FIG. 4 , the processor generates 3 cycles of data, 4 bytes of acceleration sensor data, and voltage data for 32 channels of neural signals each of which has a size of 64 bytes per cycle. It can be generated as one packet having a size of 196 bytes and transmitted to an external electronic device.

일 실시예에 따르면, 4채널의 신경 신호는 AP(Action Potential)로만 구성되거나 AP 및 LFP(Local Field Potential)로 구성된 raw signal일 수 있고, 32채널의 신경 신호는 LFP로만 구성된 raw signal일 수 있다. According to one embodiment, the 4-channel neural signal may be a raw signal composed of only action potential (AP) or a raw signal composed of AP and local field potential (LFP), and the 32-channel neural signal may be a raw signal composed only of LFP. .

도 5a는 다양한 실시예들에 따른 신경 신호 처리 장치(예: 도 1의 신경 신호 처리 장치(101))의 노이즈 제거 성능에 대하여 정적 평가를 수행한 결과를 나타낸다.FIG. 5A shows a result of performing static evaluation on noise cancellation performance of a neural signal processing device (eg, the neural signal processing device 101 of FIG. 1 ) according to various embodiments.

도 5b는 다양한 실시예들에 따른 신경 신호 처리 장치(101)의 노이즈 제거 성능에 대하여 동적 평가를 수행한 결과를 나타낸다.FIG. 5B shows a result of dynamic evaluation of the noise cancellation performance of the neural signal processing apparatus 101 according to various embodiments.

도 5c는 다양한 실시예들에 따른 신경 신호 처리 장치(101)가 실험용 동물의 특정 동작의 전후로 수집한 신경 신호를 나타낸다.5C illustrates neural signals collected before and after a specific motion of a laboratory animal by the neural signal processing apparatus 101 according to various embodiments.

도 5a 및 도 5b는 모두 동물 실험 전에 FB128이라는 장비로 뇌 신경 신호를 모사한 신호를 신경 신호 처리 장치(101)에 입력시켜 다양한 상황에서 무선 전력 전송 시 신호 처리 장치(101)의 안정적인 동작 및 신호의 노이즈 정도를 판별하기 위해 시행된 실험 결과를 나타낸다.5a and 5b show that a signal simulating a brain nerve signal is input to the neural signal processing device 101 with equipment called FB128 before animal experiments, and stable operation and signal of the signal processing device 101 during wireless power transmission in various situations Shows the results of an experiment conducted to determine the level of noise of .

도 5a를 참조하면, 무선 전력 전송 장치(예: 도 1의 무선 전력 전송 장치(201))의 무선 전력 전송 하에서, 리피터 안테나(212)를 기준으로 하여 높이에 따른 신경 신호 처리 장치(101)의 신호 측정 및 블루투스 통신이 잘 동작하지는 확인하기 위한 실험의 구성과 신호 결과를 알 수 있다. -20cm ~ +40cm 범위안에서 각 높이에 신경 신호 처리 장치(101)를 고정해둔 상태에서 신경 신호 처리 장치(101)가 무선 전력을 충분히 수신하고 노이즈의 영향이 없이 신호를 잘 측정하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5A, under wireless power transmission of a wireless power transmitter (eg, the wireless power transmitter 201 of FIG. 1), the neural signal processing device 101 according to the height with respect to the repeater antenna 212 as a reference You can know the configuration of the experiment and the signal result to check whether the signal measurement and Bluetooth communication work well. In the state where the neural signal processing device 101 is fixed at each height within the range of -20cm to +40cm, it can be confirmed that the neural signal processing device 101 sufficiently receives wireless power and measures the signal well without being affected by noise. .

도 5b를 참조하면, 도 5a에서의 상황과 같은 실험이지만, 실제 실험용 동물이 움직이는 상황을 가정해 -20cm ~ +40cm 범위 안에서 느린 속도 및 빠른 속도로 신경 신호 처리 장치(101)를 움직이면서 신호를 측정한 결과를 나타낸다. 신경 신호 처리 장치(101)가 움직이는 상황에서도 움직임과 속도에 따른 노이즈가 발생하지 않고 안정적으로 동작하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5B, it is the same experiment as in FIG. 5A, but signals are measured while moving the neural signal processing device 101 at slow and fast speeds within the range of -20 cm to +40 cm assuming a situation in which an actual laboratory animal is moving. shows a result. It can be confirmed that the neural signal processing device 101 stably operates without generating noise according to movement and speed even in a moving state.

도 5c를 참조하면, 무선 전력 전송 하에서 본 발명에 따른 신경 신호 처리 장치(101)가 전력 공급을 적절히 수행하고, 신경 신호 데이터를 외부 전자 장치로 안정적으로 송신하고 있음을 알 수 있다. 구체적으로, 실험용 동물이 음식을 먹기 전후에 대하여 안정적으로 신경 신호를 수집하고, 외부 전자 장치에서 해당 데이터를 수신하여 신경 신호의 활성 정도를 판별하는 spike sorting과 같은 기법을 사용해 신호 분석을 진행할 수 있다.Referring to FIG. 5C , it can be seen that under wireless power transmission, the neural signal processing apparatus 101 according to the present invention properly supplies power and stably transmits neural signal data to an external electronic device. Specifically, signal analysis can be performed using a technique such as spike sorting, which stably collects neural signals before and after the animal eats food and receives the corresponding data from an external electronic device to determine the level of activity of the nerve signals. .

도 6은 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송신 장치(예: 도 1의 무선 전력 송신 장치(201))의 구조를 도시한다.6 illustrates a structure of a wireless power transmission device (eg, the wireless power transmission device 201 of FIG. 1 ) according to various embodiments.

다양한 실시예들에 따르면, 무선 전력 송신 장치(201)는, 전력 입력을 위한 제1 안테나(211) 및 상기 제1 안테나로부터 미리 정해진 제1 거리만큼 상향 이격되어 상기 전력 입력을 증폭하기 위한 제2 안테나(212)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 6을 참조하면, 제2 안테나(212)는 제1 안테나(211)와의 관계에서 높은 전류값을 발생시키기 위하여 제1 안테나(211)로부터 미리 정해진 제1 거리(d1)만큼 상향 이격되어 무선 전력 송신 장치(201)에 설치될 수 있다. 상기 제1 안테나(211) 및 상기 제2 안테나(212)는, 실험용 동물을 수용하는 케이지(213)를 둘러싸는 형상을 갖고, 상기 제2 안테나(212)는, 상기 실험용 동물에 접촉되어 상기 실험용 동물을 지지하기 위한 상기 케이지(213)의 발판으로부터 미리 정해진 제2 거리만큼 상향 이격된 지점에 위치하고, 상기 제2 안테나(212)는, 상기 실험용 동물의 뇌의 주변에 위치하는 무선 전력 수신 모듈로 전력을 무선으로 송신하되, 상기 무선 전력 수신 모듈은 리츠 와이어(litz wire) 코일을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제2 안테나(212)는, 케이지(213)의 중앙 지점으로부터 미리 정해진 제3 거리 이내에 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 6을 참조하면, 제2 안테나(212)는 신경 신호 처리 장치(101)와의 관계에서 실험용 동물의 머리에 매립된 신경 신호 처리 장치(101)로 높은 무선 전력을 송신하기 위하여, 케이지(213)의 중앙 지점으로부터 미리 정해진 제3 거리 이내의 범위에서 케이지(213)의 중앙 지점으로부터 특정 거리(d2)만큼 이격된 지점에 위치할 수 있다. According to various embodiments, the wireless power transmitter 201 includes a first antenna 211 for power input and a second antenna 211 for amplifying the power input by being spaced upward by a predetermined first distance from the first antenna. An antenna 212 may be included. For example, referring to FIG. 6, the second antenna 212 moves upward by a predetermined first distance d1 from the first antenna 211 in order to generate a high current value in relation to the first antenna 211. It may be spaced apart and installed in the wireless power transmission device 201. The first antenna 211 and the second antenna 212 have a shape surrounding a cage 213 accommodating a laboratory animal, and the second antenna 212 is in contact with the laboratory animal for the laboratory animal. Located at a point spaced upward by a predetermined second distance from the foot of the cage 213 for supporting the animal, the second antenna 212 is a wireless power reception module located around the brain of the laboratory animal. Power is transmitted wirelessly, but the wireless power reception module may include a litz wire coil. According to one embodiment, the second antenna 212 may be located within a predetermined third distance from the central point of the cage 213 . For example, referring to FIG. 6 , the second antenna 212 transmits high wireless power to the neural signal processing device 101 embedded in the head of a laboratory animal in relation to the neural signal processing device 101, It may be located at a point spaced apart from the center point of the cage 213 by a specific distance d2 within a range within a predetermined third distance from the center point of the cage 213 .

도 7은 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송신 장치(예: 도 1의 무선 전력 송신 장치(201))의 제1 안테나(예: 도 1의 제1 안테나(211))와 제2 안테나(예: 도 1의 제1 안테나(212))의 등가 회로를 도시한다.7 illustrates a first antenna (eg, the first antenna 211 of FIG. 1 ) and a second antenna (eg, the wireless power transmitter 201 of FIG. 1 ) and a second antenna (eg, the wireless power transmitter 201 of FIG. 1 ) according to various embodiments. : Shows an equivalent circuit of the first antenna 212 in FIG.

도 8은 다양한 실시예들에 따른 제1 안테나(211) 및 제2 안테나(212) 사이의 결합 계수(k)의 변화에 따라 제2 안테나(212)에서 발생하는 전류의 변화를 나타내는 그래프이다.8 is a graph illustrating a change in current generated from the second antenna 212 according to a change in a coupling coefficient k between the first antenna 211 and the second antenna 212 according to various embodiments.

도 7의 등가 회로에서 도출 가능한 파라미터들은 아래와 같을 수 있다. 이 때, Tx 안테나는 제1 안테나(211)를 나타내고, repeater 안테나는 제2 안테나(212)를 의미한다.Parameters that can be derived from the equivalent circuit of FIG. 7 may be as follows. At this time, the Tx antenna represents the first antenna 211, and the repeater antenna represents the second antenna 212.

Figure 112022134159764-pat00001
= Tx 안테나에 흐르는 전류
Figure 112022134159764-pat00001
= current flowing through the Tx antenna

Figure 112022134159764-pat00002
= Repeater 안테나에 흐르는 전류
Figure 112022134159764-pat00002
= current flowing through the repeater antenna

Figure 112022134159764-pat00003
= Tx 안테나 시스템의 전체 저항(Rs+Rtp)
Figure 112022134159764-pat00003
= total resistance of the Tx antenna system (Rs+Rtp)

Figure 112022134159764-pat00004
= Repeater 안테나 시스템의 전체 저항
Figure 112022134159764-pat00004
= total resistance of the repeater antenna system

Figure 112022134159764-pat00005
= 파워 소스의 출력 저항
Figure 112022134159764-pat00005
= output resistance of the power source

Figure 112022134159764-pat00006
= Tx 안테나 코일의 저항
Figure 112022134159764-pat00006
= resistance of the Tx antenna coil

Figure 112022134159764-pat00007
= Tx 안테나에 공급하는 전압
Figure 112022134159764-pat00007
= Voltage supplied to the Tx antenna

Figure 112022134159764-pat00008
= Tx 안테나의 인덕턴스
Figure 112022134159764-pat00008
= Inductance of the Tx antenna

Figure 112022134159764-pat00009
= Repeater 안테나의 인덕턴스
Figure 112022134159764-pat00009
= Inductance of repeater antenna

Figure 112022134159764-pat00010
= Tx 안테나의 공진주파수를 맞추기 위한 캐패시터의 캐패시턴스
Figure 112022134159764-pat00010
= Capacitance of the capacitor to match the resonant frequency of the Tx antenna

Figure 112022134159764-pat00011
= Repeater 안테나의 공진주파수를 맞추기 위한 캐패시터의 캐패시턴스
Figure 112022134159764-pat00011
= Capacitance of the capacitor to match the resonant frequency of the repeater antenna

Figure 112022134159764-pat00012
= Tx 안테나와 Repeater 안테나 사이의 결합 계수
Figure 112022134159764-pat00012
= Coupling coefficient between Tx antenna and Repeater antenna

Figure 112022134159764-pat00013
= 공진 주파수
Figure 112022134159764-pat00013
= resonant frequency

일 실시예에 따라, 제1 안테나(211)에 흐르는 전류(Itx) 및 제2 안테나(212)에 흐르는 전류(Irep)는 아래의 [수학식 1]에 따라 산출될 수 있다.According to an embodiment, the current Itx flowing through the first antenna 211 and the current Irep flowing through the second antenna 212 may be calculated according to Equation 1 below.

Figure 112022134159764-pat00014
Figure 112022134159764-pat00014

Figure 112022134159764-pat00015
Figure 112022134159764-pat00015

[수학식1]의 파라미터와 관련하여, 새로이 추가된 파라미터는 아래와 같을 수 있다.Regarding the parameters of [Equation 1], the newly added parameters may be as follows.

Figure 112022134159764-pat00016
= Tx 안테나의 quality factor
Figure 112022134159764-pat00016
= quality factor of Tx antenna

Figure 112022134159764-pat00017
= Repeater 안테나의 quality factor
Figure 112022134159764-pat00017
= quality factor of repeater antenna

여기서, 각 안테나의 quality factor는 WL/R에 의하여 산출될 수 있고, L은 Ltx, Lrep를 나타내고, R은 Rtx, Rrep를 나타내며, W는 공진 각주파수를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따르면, W는 13.56MHz일 수 있다.Here, the quality factor of each antenna can be calculated by WL/R, where L represents Ltx and Lrep, R represents Rtx and Rrep, and W represents a resonant angular frequency. According to one embodiment, W may be 13.56 MHz.

일 실시예에 따르면, k는 아래의 [수학식 2]에 따라 산출될 수 있다.According to an embodiment, k may be calculated according to [Equation 2] below.

Figure 112022134159764-pat00018
Figure 112022134159764-pat00018

M은 Ltx와 Lrep의 상호 인덕턴스를 나타낸다.M represents the mutual inductance of Ltx and Lrep.

도 8의 <801>을 참조하면, 본 발명에 따른 무선 전력 송신 장치(201)는 제1 안테나(211) 및 제2 안테나(212)를 모두 채택(Repeater-Tx 구조)함으로써, 제1 안테나(211)만 채택한 Single-Tx 구조에 비하여 k값의 특정 구간(critically-coupled region)에서는 무선 전력 송신 효율이 높음을 알 수 있다.Referring to <801> of FIG. 8, the wireless power transmitter 201 according to the present invention adopts both the first antenna 211 and the second antenna 212 (Repeater-Tx structure), so that the first antenna ( 211), it can be seen that the wireless power transmission efficiency is higher in the critically-coupled region of the k value compared to the Single-Tx structure adopting only 211).

일 실시예에 따르면, 제1 안테나(211) 및 제2 안테나(212) 사이의 거리(d)는, 제1 안테나(211)에 흐르는 전류(Itx)보다 제2 안테나(212)에 흐르는 전류(Irep)를 더 높게 발생시키는 k값을 갖도록 하는 거리일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 안테나(211) 및 제2 안테나(212) 사이의 거리(d)는, Irep의 최대값을 발생시키는 k값을 갖도록 하는 거리일 수 있다. 도 8의 <802> 및 <803>을 참조하면, 제1 안테나(211) 및 제2 안테나(212) 사이의 거리(d)를 조절함에 따라 k값을 조절할 수 있고, 적절한 거리를 가질 때(즉, 적절한 범위의 k값을 가질 때), 제1 안테나(211) 및 제2 안테나(212)를 모두 채택한 Repeater-Tx 구조가 제1 안테나(211)만 채택한 Single-Tx 구조에 비하여 더 큰 전류를 발생시키고, 이에 따라 더 강한 자기장이 발생함을 알 수 있다. 이 때, normalized B는 정규화된 magnetic flux density를 의미한다. 구체적으로, <802>를 참조하면 제1 안테나(211) 및 제2 안테나(212) 사이의 거리가 80cm일 때의 k값에서 Single-Tx 구조에 비하여 Repeater-Tx 구조에서 강한 자기장이 발생함을 알 수 있다. According to an embodiment, the distance d between the first antenna 211 and the second antenna 212 is greater than the current Itx flowing through the first antenna 211 (current flowing through the second antenna 212). It may be a distance that has a value of k that causes a higher Irep). According to an embodiment, the distance d between the first antenna 211 and the second antenna 212 may be such that it has a k value that generates a maximum value of Irep. Referring to <802> and <803> of FIG. 8, the k value can be adjusted by adjusting the distance d between the first antenna 211 and the second antenna 212, and when an appropriate distance is obtained ( That is, when the value of k is in an appropriate range), the Repeater-Tx structure adopting both the first antenna 211 and the second antenna 212 has a larger current than the Single-Tx structure adopting only the first antenna 211. , and it can be seen that a stronger magnetic field is generated accordingly. At this time, normalized B means normalized magnetic flux density. Specifically, referring to <802>, a stronger magnetic field is generated in the Repeater-Tx structure than in the Single-Tx structure at the k value when the distance between the first antenna 211 and the second antenna 212 is 80 cm. Able to know.

일 실시예에 따르면, 무선 전력 송신 장치(201)는 전력 전송 효율을 높이기 위하여, 50옴인 Rtx와, 10옴 미만인 Rrep를 채택할 수 있다.According to an embodiment, the wireless power transmitter 201 may adopt Rtx of 50 ohms and Rrep of less than 10 ohms in order to increase power transmission efficiency.

도 9는 다양한 실시예들에 따른 solid coil과 litz coil의 차이점, Single-Tx 구조와 Repeater-Tx 차이점을 설명하기 위한 도면이다.9 is a diagram for explaining a difference between a solid coil and a litz coil, and a difference between a Single-Tx structure and a Repeater-Tx structure according to various embodiments.

도 9의 (a)는, 리피터 안테나의 경우, 수신부 코일의 형상에 따른 무선 전력 수신 정도를 나타낸 그래프이다. Litz coil은 100개 가닥의 얇은 선들이 뭉쳐져서 감겨 있는 코일이며, Solid 코일은 Litz코일과 같은 직경을 갖는 도선으로 감겨 있지만 하나의 굵은 가닥의 선으로 이루어져 있으며 Planar 코일은 PCB 상의 얇은 패턴으로 이루어진 코일을 나타낸다. 수신 효율에 있어서, Planar 코일이 가장 좋지 않고 Solid 코일과 Litz 코일은 비슷한 정도의 무선 전력 수신 성능을 보임을 알 수 있다. 다만, 도 9의 (b)를 참조하면, Solid 코일의 경우, 하나의 굵은 가닥의 도선으로 이루어진 코일이므로 기계적인 강성이 커서 휘어지지 않지만, 반면에 Litz 코일은 100개의 얇은 가닥으로 이루어져 있어서 기계적인 강성이 비교적 약해 휘어질 수 있으므로 생체 내 삽입형 디바이스의 무선전력 수신 코일로 사용할 때는 연하고 휘어질 수 있는 Litz 코일에 장점이 있음을 알 수 있다.9(a) is a graph showing the degree of wireless power reception according to the shape of the coil of the receiver in the case of a repeater antenna. Litz coil is a coil in which 100 thin wires are bundled and wound. Solid coil is wound with a wire having the same diameter as Litz coil, but consists of one thick wire. Planar coil is a coil made of thin patterns on the PCB. indicates In terms of reception efficiency, it can be seen that the planar coil is the worst, and the solid coil and the Litz coil show similar wireless power reception performance. However, referring to (b) of FIG. 9, in the case of a solid coil, since it is a coil made of one thick strand of wire, it has high mechanical rigidity and does not bend, whereas the Litz coil is composed of 100 thin strands, so Since the stiffness is relatively weak and can be bent, it can be seen that the soft and bendable Litz coil has an advantage when used as a wireless power receiving coil for an implantable device in the living body.

도 9의 (c) 및 (d)는 각각, Single-Tx 구조와 Repeater-Tx 구조의 경우에서 안테나로부터의 높이에 따른 수신 코일의 출력 전압을 부하의 크기(0.1k, 1k, 10k옴)에 따라 나타낸 그래프이다. 전반적으로 Repeater 안테나의 경우가 비교적 높은 지점까지 더 큰 전력을 전송할 수 있음을 알 수 있다. 초록색 음영으로 표시된 높이의 영역은 신경 신호 처리 장치(101)의 회로에서 신경 신호를 측정하기 위한 Amplifier IC의 동작이 가능한 범위를 나타내며, 회로에서 수신 전압이 3.2V 이상이 되는 영역을 나타낸다. 파란색 음영으로 표시된 높이의 영역은 신경 신호 처리 장치(101)의 회로에서 BLE MCU의 동작이 가능한 범위를 나타내며, 회로에서 수신전압이 1.7V 이상이 되는 영역을 나타낸다. 예를 들어, 원숭이를 실험용 동물로 선택하기 위해서는 30cm 정도의 높이까지 신경 신호 처리 장치(101)가 동작해야 함을 의미하며, 리피터 안테나를 사용한 경우에만 더 넓은 영역의 무선 전력 전송이 가능해 원숭이 실험이 가능함을 알 수 있다.9 (c) and (d) show the output voltage of the receiving coil according to the height from the antenna in the case of the Single-Tx structure and the Repeater-Tx structure, respectively, to the size of the load (0.1k, 1k, 10k ohm). It is a graph that follows Overall, it can be seen that the case of the repeater antenna can transmit more power to a relatively high point. The height area shaded in green indicates an operational range of the Amplifier IC for measuring the neural signal in the circuit of the neural signal processing device 101, and indicates an area where the received voltage is 3.2V or more in the circuit. The area of the height indicated by the blue shade represents the range in which the BLE MCU can operate in the circuit of the neural signal processing device 101, and represents the area in which the received voltage is 1.7V or more in the circuit. For example, in order to select a monkey as an experimental animal, it means that the neural signal processing device 101 must operate up to a height of about 30 cm. know that it is possible.

도 10은 다양한 실시예들에 따른 무선 전력 송신 장치(201)의 컨셉도를 나타낸다. 10 shows a concept diagram of a wireless power transmission device 201 according to various embodiments.

일 실시예에 따른 무선 전력 송신 장치(201)는 도 10에 나타난 바와 같이 다양한 방식으로 설계되어 구현될 수 있다. 일 실시예에 따라 도 10을 참조하면, 제2 안테나(212)는 실험용 동물을 지지하기 위한 케이지(213)의 발판(214)으로부터 미리 정해진 제2 거리(d3)만큼 상향 이격된 지점에 위치할 수 있다.The wireless power transmitter 201 according to an embodiment may be designed and implemented in various ways as shown in FIG. 10 . Referring to FIG. 10 according to an embodiment, the second antenna 212 may be located at a point spaced upward by a predetermined second distance d3 from the footrest 214 of the cage 213 for supporting laboratory animals. can

도 11은 다양한 실시예들에 따른 뇌 속에 삽입된 뇌 삽입형 유연 프로브의 모습을 도시한다.11 illustrates a state of a brain implantable flexible probe inserted into the brain according to various embodiments.

일 실시예에 따른 뇌 삽입형 유연 프로브(130)는 생분해성 물질이 코팅되어 뇌 속에 삽입되기 전과 후의 강성이 다를 수 있다. The brain implantable flexible probe 130 according to an embodiment may have different stiffness before and after being coated with a biodegradable material and inserted into the brain.

상기 생분해성 물질은 설탕을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니라 생분해성 물질이면서도, 뇌에 삽입되기 전 까지 일정한 형태를 유지할 수 있는 생분해성 물질이면 족하다.The biodegradable material may include sugar. However, it is not limited to this, but it is sufficient if it is a biodegradable material that can maintain a constant shape until inserted into the brain.

일 실시예에 따라 도 11을 참조하면, 상기 뇌 삽입형 유연 프로브는 뇌 속에 삽입될 때는 설탕이 코팅된 모습을 유지한다. 이후 생분해성 물질인 설탕이 시간이 지남에 따라 뇌 속에서 녹게 된다. 설탕이 녹게 되면 뇌 삽입형 유연 프로브 내 3차원 다공성 전극 및 32채널 전극이 뇌 신경으로부터 신호를 수신할 수 있다. According to one embodiment, referring to FIG. 11 , the brain implantable flexible probe maintains a sugar-coated appearance when inserted into the brain. After that, sugar, a biodegradable substance, dissolves in the brain over time. When the sugar melts, the 3-dimensional porous electrodes and 32-channel electrodes in the brain implantable flexible probe can receive signals from the cranial nerves.

도 12은 다양한 실시예들에 따른 설탕이 코팅된 뇌 삽입형 유연 프로브의 모습을 도시한 것이다.12 illustrates a state of a brain implantable flexible probe coated with sugar according to various embodiments.

일 실시예에 따른 뇌 삽입형 유연 프로브의 외부에는 생분해성 물질이 U자형태로 코팅될 수 있다. 도 12를 참조하면, 뇌 삽입형 유연 프로브는 생분해성 물질인 설탕이 녹음에 따라 강성이 우수하여 딱딱했던(rigid) 형태에서 흐늘흐늘(soft)한 형태가 되어 뇌의 손상을 방지하는 효과가 존재한다. A biodegradable material may be coated in a U-shape on the outside of the brain implantable flexible probe according to an embodiment. Referring to FIG. 12, the brain implantable flexible probe has excellent rigidity as sugar, a biodegradable material, changes from a rigid form to a soft form, thereby preventing damage to the brain. .

상기 뇌 삽입형 유연 프로브의 외부에 U자형태의 생분해성 물질인 설탕을 코팅함으로써, 상기 뇌 삽입형 유연 프로브의 굽힘 강성은 높이면서도 단면적은 최소화할 수 있다. 이로 인해 뇌 삽입형 유연 프로브가 뇌에 삽입시 원하는 부위에 삽입할 수 있는 효과가 존재한다. 일단 뇌 속에 삽입된 유연 프로브는 상기 생분해성 물질이 녹음에 따라 흐물흐물해져 뇌 손상을 줄일 수 있는 효과가 존재한다.By coating the outside of the brain-implantable flexible probe with sugar, which is a U-shaped biodegradable material, the cross-sectional area can be minimized while increasing the bending rigidity of the brain-implantable flexible probe. As a result, there is an effect that the brain implantable flexible probe can be inserted into a desired part when inserted into the brain. Once inserted into the brain, the flexible probe has the effect of reducing brain damage as the biodegradable material softens according to the recording.

도 13은 다양한 실시예들에 따른 코팅에 따른 전극의 임피던스 변화를 측정하기 위한 회로도를 도시한 것이다.13 illustrates a circuit diagram for measuring a change in impedance of an electrode according to coating according to various embodiments.

다양한 실시예에 따른 뇌 삽입형 유연 프로브의 코팅된 생분해성 물질이 뇌 속에서 분해됨에 따라 변화하는 전극의 임피던스의 변화를 측정하였다.As the biodegradable material coated in the brain implantable flexible probe according to various embodiments is decomposed in the brain, the change in impedance of the electrode was measured.

도 13은 다양한 실시예들에 따른 코팅에 따른 전극의 임피던스 변화를 측정하기 위한 회로도를 도시한 것이다.13 illustrates a circuit diagram for measuring a change in impedance of an electrode according to coating according to various embodiments.

<조건><condition>

아가로오스겔 agarose gel

1mM PBS1 mM PBS

pH: 7.4pH: 7.4

정전위 전기화학 임피던스 분광법(Electrochemical impedance Spectroscopy)Electrochemical impedance spectroscopy

개방 회로 전위(open circuit delay): 120 secondOpen circuit delay: 120 second

교류전압(Sine wave AC): 10 mVSine wave AC: 10 mV

직류 성분(offset DC): 0 VDirect current component (offset DC): 0 V

전극 크기(Electrode size): 300㎛2 Electrode size: 300㎛ 2

상기 전극 임피던스의 변화는 하기와 같은 수학식3을 통해 측정하였다.The change in electrode impedance was measured through Equation 3 below.

Figure 112022134159764-pat00019
Figure 112022134159764-pat00019

Za-e': Amplifier input impedance의 값Z a-e' : Amplifier input impedance value

Ze': Effective electrode impedance의 값Z e' : Effective electrode impedance value

Ve': 저항 Za-e'-에 걸리는 전압 값V e' : Voltage value across resistance Z a-e'-

Ve: 전체 저항에 걸리는 전압 값V e : Voltage value across the entire resistance

상기 수학식 3에 따라 생분해성 물질이 녹기전 과 후의 신호 손실(signal loss)를 측정하였다.According to Equation 3, the signal loss before and after the biodegradable material melted was measured.

Ze'값이 1M Ω(at 1kHz)일 때 신호 손실은 7% 정도가 발생하였다. 이에 반해, Z e' value is 1M When Ω (at 1kHz), signal loss was about 7%. In contrast,

Ze'값이 3M Ω(at 1kHz)일 때는 신호 손신을 약 19%정도가 발생하였다. 이를 통해 저항 값이 클수록 신호 손실이 더 발생하는 것을 확인할 수 있었다. Z e' value is 3M When Ω (at 1kHz), about 19% of signal loss occurred. Through this, it was confirmed that the larger the resistance value, the more signal loss occurs.

다양한 실시예들에 따라서, 상기 32채널 전극은 폴리스타이렌, 백금 및 산화이리듐으로 이루어질 수 있다. 상기 전극은 매크로-다공성 구조를 가질 수 있다. 이를 통해 전극의 저항을 줄이는 효과가 존재한다.According to various embodiments, the 32-channel electrode may be made of polystyrene, platinum, and iridium oxide. The electrode may have a macro-porous structure. Through this, there is an effect of reducing the resistance of the electrode.

도 14은 다양한 실시예들에 따른 생분해 과정에 따른 신경 전극의 임피던스 변화 그래프를 도시한다.14 illustrates a graph of impedance change of a neural electrode according to a biodegradation process according to various embodiments.

일 실시예에 따른 뇌 삽입형 유연 프로브 내 전극 임피던스는 시간이 지남에 따라 코팅된 생분해성 물질이 녹음에 따라 뇌에 직접적으로 노출되어 임피던스가 낮아지는 효과가 존재하였다. The electrode impedance in the brain-implantable flexible probe according to an embodiment had an effect of lowering the impedance over time as the coated biodegradable material was directly exposed to the brain according to the recording.

도 14을 참조하면 1kHz에서 뇌에 삽입된 후 7분이 지난 전극의 임피던스는 1.505M Ω을 나타내었으나, 뇌에 삽입된 후 28분이 지난 전극의 임피던스는 1.121MΩ을 나타낼 정도로 임피던스가 약 25%정도가 낮아진 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 14, the impedance of the electrode 7 minutes after being inserted into the brain at 1 kHz is 1.505 M Ω, but it was confirmed that the impedance of the electrode 28 minutes after being inserted into the brain decreased by about 25% to the extent of showing 1.121 MΩ.

도 15은 다양한 실시예들에 따른 뇌조직 삽입 시간에 따른 신경 전극의 물리적 변화 및 임피던스 변화 그래프를 도시한다.15 illustrates graphs of physical changes and impedance changes of neural electrodes according to brain tissue implantation time according to various embodiments.

도 15를 참조하면 뇌 조직에 삽입되기 전 뇌 삽입형 유연 프로브의 강성은 딱딱한(rigid) 형태임을 확인할 수 있으며, 뇌 조직에 삽입되어 생분해성 물질이 녹음에 따라 강성은 흐물흐물(soft)한 형태임을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 15, it can be seen that the rigidity of the brain implantable flexible probe before being inserted into the brain tissue is rigid, and the stiffness is soft according to the recording of the biodegradable material inserted into the brain tissue. You can check.

또한, 뇌 조직에 삽입되기 전 전극의 전기화학적 임피던스는 104kΩ을 나타내었으나, 뇌 조직에 삽입된 후 전극의 전기화학적 임피던스는 수치가 낮아져 102kΩ를 나타내었다. In addition, the electrochemical impedance of the electrode before being inserted into the brain tissue was 10 4 kΩ, but after being inserted into the brain tissue, the electrochemical impedance of the electrode decreased to 10 2 kΩ.

이를 통해 뇌 조직 삽입시간에 따른 뇌 삽입형 유연 프로브의 강성 및 전극의 전기화학적 임피던스 변화를 확인할 수 있다.Through this, it is possible to check the change in the stiffness of the brain implantable flexible probe and the electrochemical impedance of the electrode according to the brain tissue insertion time.

다양한 실시예들에 따라서, 실험용 동물의 뇌의 주변에 매립되어 신경 신호를 처리하는 장치는, 상기 뇌에 삽입되어 32채널의 신경 신호를 수집하기 위한 32개 전극들을 포함하는 뇌 삽입형 유연 프로브(flexible probe); 저전력 블루투스(BLE) 모듈을 포함하는 통신 모듈; 가속도 센서를 포함하는 센서 모듈; 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 전력을 수신하기 위한 리츠 와이어(litz wire) 코일을 포함하는 무선 전력 수신 모듈; 프로세서;를 포함하고, 상기 리츠 와이어 코일을 통하여 무선으로 전력을 수신하는 동안, 상기 프로세서는, 상기 유연 프로브를 통하여 수집된 상기 32채널의 신경 신호를 획득하고, 상기 32채널의 신경 신호 중에서 미리 정해진 기준에 따라 4채널의 신경 신호를 선택하고, 및 상기 저전력 블루투스 모듈을 통하여 상기 4채널의 신경 신호를 외부 전자 장치로 송신하도록 설정할 수 있다.According to various embodiments, an apparatus for processing neural signals embedded in the periphery of the brain of a laboratory animal is a brain implantable flexible probe including 32 electrodes for collecting 32 channels of neural signals inserted into the brain. probe); A communication module including a Bluetooth Low Energy (BLE) module; A sensor module including an acceleration sensor; A wireless power reception module including a litz wire coil for wirelessly receiving power from a wireless power transmission device; and a processor, and while receiving power wirelessly through the Litz wire coil, the processor acquires the 32-channel neural signals collected through the flexible probe, and selects a predetermined value among the 32-channel neural signals. Four-channel neural signals may be selected according to criteria, and the four-channel neural signals may be set to be transmitted to an external electronic device through the Bluetooth Low Energy module.

다양한 실시예들에 따라서, 상기 프로세서는, 상기 저전력 블루투스 모듈을 통하여 상기 32채널의 신경 신호를 상기 외부 전자 장치로 송신하도록 더 설정될 수 있다.According to various embodiments, the processor may be further configured to transmit the 32-channel neural signal to the external electronic device through the Bluetooth low energy module.

다양한 실시예들에 따라서, 상기 프로세서는, 상기 32채널의 신경 신경에 대하여 특정 시간 동안 spike의 개수를 확인하고, 상기 미리 정해진 기준으로서, 상기 특정 시간 동안 상기 spike의 개수가 많은 순서로 상기 4채널의 신경 신호를 선택하도록 설정할 수 있다.According to various embodiments, the processor checks the number of spikes for a specific time period for the 32-channel neurons, and as the predetermined criterion, the 4 channels in order of increasing number of spikes during the specific time period. It can be set to select the neural signal of

다양한 실시예들에 따라서, 상기 신경 신호 처리 장치는, 신경 신호 증폭기(neural signal amplifier)를 더 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 미리 정해진 기준에 따라 raw signal 형태를 갖는 상기 4채널의 신경 신호를 선택하도록 상기 신경 신호 증폭기를 제어하도록 설정될 수 있다.According to various embodiments, the neural signal processing apparatus further includes a neural signal amplifier, and the processor selects the 4-channel neural signal having a raw signal form according to the predetermined criterion. It can be set to control the neural signal amplifier to do so.

다양한 실시예들에 따라서, 상기 4채널의 신경 신호는 AP(Action Potential)로만 구성되거나 AP 및 LFP(Local Field Potential)로 구성된 raw signal이고, 상기 32채널의 신경 신호는, LFP로만 구성된 raw signal일 수 있다.According to various embodiments, the 4-channel neural signal may be a raw signal composed of only action potential (AP) or a raw signal composed of AP and local field potential (LFP), and the 32-channel neural signal may be a raw signal composed only of LFP. can

다양한 실시예들에 따라서, 상기 유연 프로브는, 상기 32개 전극들의 전기화학적 임피던스를 낮추기 위한 3차원 다공성 전극을 포함할 수 있다.According to various embodiments, the flexible probe may include a three-dimensional porous electrode for lowering the electrochemical impedance of the 32 electrodes.

다양한 실시예들에 따라서, 상기 프로세서는, 각 채널의 신경 신호에 대하여 1사이클 당 2바이트의 크기를 할당하고, 상기 가속도 센서를 통하여 획득한 가속도 센서 데이터 및 상기 무선 전력 수신 모듈을 통하여 수신된 전력의 전압값에 4바이트의 크기를 할당하고, 상기 32채널의 신경 신호를 상기 외부 전자 장치로 송신할 때, 3사이클의 신경 신호, 상기 가속도 센서 데이터, 및 상기 전압값을 포함시켜 196바이트 크기를 갖는 하나의 패킷을 송신하고, 상기 4채널의 신경 신호를 상기 외부 전자 장치로 송신할 때, 30사이클의 신경 신호, 상기 가속도 센서 데이터, 및 상기 전압값을 포함시켜 244바이트 크기를 갖는 하나의 패킷을 송신하도록 설정할 수 있다.According to various embodiments, the processor allocates a size of 2 bytes per cycle to the neural signal of each channel, and the acceleration sensor data acquired through the acceleration sensor and the power received through the wireless power reception module. A size of 4 bytes is allocated to the voltage value of , and when the 32-channel neural signal is transmitted to the external electronic device, the size of 196 bytes is obtained by including the 3-cycle neural signal, the acceleration sensor data, and the voltage value. When the 4-channel neural signal is transmitted to the external electronic device, one packet having a size of 244 bytes including the 30-cycle neural signal, the acceleration sensor data, and the voltage value is transmitted. can be set to transmit.

다양한 실시예들에 따라서, 실험용 동물의 뇌의 주변에 매립되어 신경 신호를 처리하는 신경 신호 처리 장치의 동작 방법에 있어서, 상기 신경 신호 처리 장치는, 상기 뇌에 삽입되어 32채널의 신경 신호를 수집하기 위한 32개 전극들을 포함하는 뇌 삽입형 유연 프로브(flexible probe), 저전력 블루투스(BLE) 모듈을 포함하는 통신 모듈, 가속도 센서를 포함하는 센서 모듈, 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 전력을 수신하기 위한 리츠 와이어(litz wire) 코일을 포함하는 무선 전력 수신 모듈, 및 프로세서;를 포함하고, 신경 신호 처리 장치의 동작 방법은, 상기 리츠 와이어 코일을 통하여 무선으로 전력을 수신하는 동안, 상기 프로세서를 이용하여: 상기 유연 프로브를 통하여 수집된 상기 32채널의 신경 신호를 획득하는 동작, 상기 32채널의 신경 신호 중에서 미리 정해진 기준에 따라 4채널의 신경 신호를 선택하는 동작, 및 상기 저전력 블루투스 모듈을 통하여 상기 4채널의 신경 신호를 외부 전자 장치로 송신하는 동작을 포함할 수 있다.According to various embodiments, in the operating method of a neural signal processing apparatus embedded in the periphery of the brain of a laboratory animal and processing neural signals, the neural signal processing apparatus is inserted into the brain to collect 32-channel neural signals. A brain-implantable flexible probe including 32 electrodes for a brain implant, a communication module including a low-power Bluetooth (BLE) module, a sensor module including an acceleration sensor, and a LIT for receiving power wirelessly from a wireless power transmission device. A wireless power reception module including a wire (litz wire) coil, and a processor; and the method of operating the neural signal processing apparatus, while receiving power wirelessly through the litz wire coil, using the processor: An operation of acquiring the 32-channel neural signals collected through the flexible probe, an operation of selecting 4-channel neural signals from among the 32-channel neural signals according to a predetermined criterion, and an operation of selecting the 4-channel neural signals through the Bluetooth Low Energy module. It may include an operation of transmitting the nerve signal of the external electronic device.

다양한 실시예들에 따라서, 상기 방법은, 상기 저전력 블루투스 모듈을 통하여 상기 32채널의 신경 신호를 상기 외부 전자 장치로 송신하는 동작을 더 포함할 수 있다.According to various embodiments, the method may further include transmitting the 32-channel neural signal to the external electronic device through the Bluetooth low energy module.

다양한 실시예들에 따라서, 상기 4채널의 신경 신호를 선택하는 동작은, 상기 32채널의 신경 신경에 대하여 특정 시간 동안 spike의 개수를 확인하는 동작, 상기 미리 정해진 기준으로서, 상기 특정 시간 동안 상기 spike의 개수가 많은 순서로 상기 4채널의 신경 신호를 선택하는 동작을 포함할 수 있다.According to various embodiments, the operation of selecting the 4-channel neural signals may include an operation of checking the number of spikes for a specific time period for the 32-channel neural signals, as the predetermined criterion, the spikes during the specific time period. It may include an operation of selecting the neural signals of the 4 channels in order of a large number of .

다양한 실시예들에 따라서, 상기 4채널의 신경 신호를 선택하는 동작은, 상기 미리 정해진 기준에 따라 raw signal 형태를 갖는 상기 4채널의 신경 신호를 선택하도록 상기 신경 신호 증폭기를 제어하는 동작을 포함할 수 있다.According to various embodiments, the operation of selecting the 4-channel neural signals may include controlling the neural signal amplifier to select the 4-channel neural signals having a raw signal form according to the predetermined criterion. can

다양한 실시예들에 따라서, 상기 방법은, 각 채널의 신경 신호에 대하여 1사이클 당 2바이트의 크기를 할당하는 동작, 및 상기 가속도 센서를 통하여 획득한 가속도 센서 데이터 및 상기 무선 전력 수신 모듈을 통하여 수신된 전력의 전압값에 4바이트의 크기를 할당하는 동작을 더 포함하고, 상기 32채널의 신경 신호를 상기 외부 전자 장치로 송신하는 동작은, 상기 32채널의 신경 신호를 상기 외부 전자 장치로 송신할 때, 3사이클의 신경 신호, 상기 가속도 센서 데이터, 및 상기 전압값을 포함시켜 196바이트 크기를 갖는 하나의 패킷을 송신하는 동작을 포함하고, 및 상기 4채널의 신경 신호를 상기 외부 전자 장치로 송신하는 동작은, 상기 4채널의 신경 신호를 상기 외부 전자 장치로 송신할 때, 30사이클의 신경 신호, 상기 가속도 센서 데이터, 및 상기 전압값을 포함시켜 244바이트 크기를 갖는 하나의 패킷을 송신하는 동작을 포함할 수 있다.According to various embodiments, the method includes an operation of allocating a size of 2 bytes per cycle to a neural signal of each channel, and acceleration sensor data acquired through the acceleration sensor and received through the wireless power reception module. The operation of allocating a size of 4 bytes to the voltage value of the applied power, and the operation of transmitting the 32-channel neural signals to the external electronic device may transmit the 32-channel neural signals to the external electronic device. and transmitting one packet having a size of 196 bytes including the 3-cycle neural signal, the acceleration sensor data, and the voltage value, and transmitting the 4-channel neural signal to the external electronic device. The operation of transmitting the 4-channel neural signal to the external electronic device includes transmitting one packet having a size of 244 bytes including the 30-cycle neural signal, the acceleration sensor data, and the voltage value. can include

다양한 실시예들에 따라서, 컴퓨터로 독출 가능한 인스트럭션을 저장하는 저장 매체에 있어서, 상기 인스트럭션은 실험용 동물의 뇌의 주변에 매립되어 신경 신호를 처리하는 신경 신호 처리 장치의 프로세서에 의하여 실행 시에, 상기 신경 신호 처리 장치로 하여금 적어도 하나의 동작을 수행하도록 야기하고, 상기 신경 신호 처리 장치는, 상기 뇌에 삽입되어 32채널의 신경 신호를 수집하기 위한 32개 전극들을 포함하는 뇌 삽입형 유연 프로브(flexible probe), 저전력 블루투스(BLE) 모듈을 포함하는 통신 모듈, 가속도 센서를 포함하는 센서 모듈, 및 무선 전력 송신 장치로부터 무선으로 전력을 수신하기 위한 리츠 와이어(litz wire) 코일을 포함하는 무선 전력 수신 모듈을 포함하고, 상기 적어도 하나의 동작은: 상기 리츠 와이어 코일을 통하여 무선으로 전력을 수신하는 동안, 상기 프로세서를 이용하여: 상기 유연 프로브를 통하여 수집된 상기 32채널의 신경 신호를 획득하는 동작, 상기 32채널의 신경 신호 중에서 미리 정해진 기준에 따라 4채널의 신경 신호를 선택하는 동작, 상기 저전력 블루투스 모듈을 통하여 상기 4채널의 신경 신호를 외부 전자 장치로 송신하는 동작을 포함할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, in a storage medium storing instructions readable by a computer, when the instructions are executed by a processor of a neural signal processing apparatus embedded in the periphery of the brain of a laboratory animal and processing neural signals, the Causes a neural signal processing device to perform at least one operation, and the neural signal processing device is a brain implantable flexible probe including 32 electrodes inserted into the brain to collect 32 channels of neural signals. ), a communication module including a low-power Bluetooth (BLE) module, a sensor module including an acceleration sensor, and a wireless power reception module including a litz wire coil for wirelessly receiving power from a wireless power transmission device. And, the at least one operation: while receiving power wirelessly through the Litz wire coil, by using the processor: obtaining the 32-channel neural signals collected through the flexible probe, the 32 An operation of selecting 4-channel neural signals from among channel neural signals according to a predetermined criterion and an operation of transmitting the 4-channel neural signals to an external electronic device through the Bluetooth Low Energy module.

다양한 실시예들에 따라서, 무선 전력 송신 장치는, 전력 입력을 위한 제1 안테나; 및 상기 제1 안테나로부터 미리 정해진 제1 거리만큼 상향 이격되어 상기 전력 입력을 증폭하기 위한 제2 안테나;를 포함하고, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는, 실험용 동물을 수용하는 케이지를 둘러싸는 형상을 갖고, 상기 제2 안테나는, 상기 실험용 동물을 지지하기 위한 상기 케이지의 발판으로부터 미리 정해진 제2 거리만큼 상향 이격된 지점에 위치하고, 상기 제2 안테나는, 상기 실험용 동물의 뇌의 주변에 위치하는 무선 전력 수신 모듈로 전력을 무선으로 송신하되, 상기 무선 전력 수신 모듈은 리츠 와이어(litz wire) 코일을 포함할 수 있다.According to various embodiments, a wireless power transmission apparatus may include a first antenna for power input; and a second antenna spaced upward from the first antenna by a predetermined first distance to amplify the power input, wherein the first antenna and the second antenna surround a cage accommodating a laboratory animal. shape, the second antenna is located at a point upwardly spaced apart by a predetermined second distance from the foot of the cage for supporting the laboratory animal, and the second antenna is located around the brain of the laboratory animal Power is wirelessly transmitted to a wireless power reception module for wireless power reception, and the wireless power reception module may include a litz wire coil.

다양한 실시예들에 따라서, 상기 미리 정해진 제1 거리는, 상기 제1 안테나에 흐르는 제1 전류(Itx)보다 상기 제2 안테나에 흐르는 제2 전류(Irep)를 높게 발생시키는 k값을 갖도록 하는 거리이고, 상기 제1 전류 및 상기 제2 전류는 각각 하기의 수학식 1에 의하여 산출될 수 있다.According to various embodiments, the predetermined first distance is a distance having a k value that generates a higher second current Irep flowing through the second antenna than the first current Itx flowing through the first antenna, and , The first current and the second current may be calculated by Equation 1 below, respectively.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112022134159764-pat00020
Figure 112022134159764-pat00020

Figure 112022134159764-pat00021
Figure 112022134159764-pat00021

Figure 112022134159764-pat00022
= Tx 안테나(상기 제1 안테나)의 전체 저항
Figure 112022134159764-pat00022
= total resistance of the Tx antenna (the first antenna)

Figure 112022134159764-pat00023
= Repeater 안테나(상기 제2 안테나)의 전체 저항
Figure 112022134159764-pat00023
= total resistance of the repeater antenna (the second antenna)

Figure 112022134159764-pat00024
= Tx 안테나에 공급하는 전압
Figure 112022134159764-pat00024
= Voltage supplied to the Tx antenna

Figure 112022134159764-pat00025
= Tx 안테나의 인덕턴스
Figure 112022134159764-pat00025
= Inductance of the Tx antenna

Figure 112022134159764-pat00026
= Repeater 안테나의 인덕턴스
Figure 112022134159764-pat00026
= Inductance of repeater antenna

Figure 112022134159764-pat00027
= Tx 안테나와 Repeater 안테나 사이의 결합 계수
Figure 112022134159764-pat00027
= Coupling coefficient between Tx antenna and Repeater antenna

Figure 112022134159764-pat00028
= 공진 주파수
Figure 112022134159764-pat00028
= resonant frequency

Figure 112022134159764-pat00029
= Tx 안테나의 quality factor
Figure 112022134159764-pat00029
= quality factor of Tx antenna

Figure 112022134159764-pat00030
= Repeater 안테나의 quality factor
Figure 112022134159764-pat00030
= quality factor of repeater antenna

다양한 실시예들에 따라서, 상기 미리 정해진 제1 거리는, 상기 제2 전류의 최대값을 발생시키는 k값을 갖도록 하는 거리일 수 있다.According to various embodiments, the predetermined first distance may be a distance having a k value that generates a maximum value of the second current.

다양한 실시예들에 따라서, 상기 Rtx는 50옴이고, 상기 Rrep는 10옴 미만일 수 있다.According to various embodiments, the Rtx may be 50 ohms and the Rrep may be less than 10 ohms.

다양한 실시예들에 따라서, 상기 제2 안테나는 상기 케이지의 중앙 지점으로부터 미리 정해진 제3 거리 이내에 위치할 수 있다.According to various embodiments, the second antenna may be located within a predetermined third distance from the central point of the cage.

본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나", 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.Various embodiments of this document and terms used therein are not intended to limit the technical features described in this document to specific embodiments, but should be understood to include various modifications, equivalents, or substitutes of the embodiments. In connection with the description of the drawings, like reference numbers may be used for like or related elements. The singular form of a noun corresponding to an item may include one item or a plurality of items, unless the relevant context clearly dictates otherwise. In this document, "A or B", "at least one of A and B", "at least one of A or B", "A, B or C", "at least one of A, B and C", and "A Each of the phrases such as "at least one of , B, or C" may include any one of the items listed together in the corresponding phrase, or all possible combinations thereof. Terms such as "first", "second", or "first" or "secondary" may simply be used to distinguish a given component from other corresponding components, and may be used to refer to a given component in another aspect (eg, importance or order) is not limited. A (e.g., first) component is said to be “coupled” or “connected” to another (e.g., second) component, with or without the terms “functionally” or “communicatively.” When mentioned, it means that the certain component may be connected to the other component directly (eg by wire), wirelessly, or through a third component.

100: 무선 전력 송수신을 이용한 신경 신호 처리 시스템
101: 신경 신호 처리 장치, 201: 무선 전력 송신 장치
211: 제1 안테나, 212: 제2 안테나
100: Neural signal processing system using wireless power transmission and reception
101: neural signal processing device, 201: wireless power transmission device
211: first antenna, 212: second antenna

Claims (5)

신경 전극의 전기화학적 임피던스를 낮추기 위한 3차원 다공성 전극;
뇌 영역의 신경 신호를 측정하기 위한 32채널로 구성된 32채널 전극;
전극과 도선 및 생체조직과의 전기적 절연을 위한 레이어;
생체 내에서 녹아 사라지는 물질로 구성된 녹는 바늘; 및
뇌 삽입형 유연 프로브에 코팅되는 생분해성 물질을 포함하며,
상기 32채널 전극은 폴리스타이렌, 백금 및 산화이리듐으로 이루어지고,
상기 생분해성 물질은 U자형태로 코팅되는 것이며,
상기 32채널 전극은 전기화학적 임피던스가 뇌 조직에 삽입되기 전에는 104kΩ이고 뇌 조직에 삽입된 후에는 102KΩ가 되도록 설계되는,
뇌 삽입형 유연 프로브.
a three-dimensional porous electrode for lowering the electrochemical impedance of the neural electrode;
32-channel electrodes composed of 32 channels for measuring nerve signals in brain regions;
A layer for electrical insulation between electrodes, wires, and living tissue;
Melting needles composed of substances that melt and disappear in vivo; and
It includes a biodegradable material coated on the brain implantable flexible probe,
The 32-channel electrode is made of polystyrene, platinum and iridium oxide,
The biodegradable material is coated in a U-shape,
The 32-channel electrode is designed so that the electrochemical impedance is 10 4 kΩ before insertion into brain tissue and 10 2 KΩ after insertion into brain tissue,
Brain implantable flexible probe.
삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 생분해성 물질은 설탕인 것인,
뇌 삽입형 유연 프로브.


According to claim 1,
The biodegradable material is sugar,
Brain implantable flexible probe.


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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101304319B1 (en) 2011-11-11 2013-09-11 한국과학기술연구원 Micro probe and manufacturing method thereof
KR20200138036A (en) 2019-05-28 2020-12-09 바이오센스 웹스터 (이스라엘) 리미티드 Flexible brain probe over guidewire

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Brown M A, etc., Direct laser writing of 3D electrodes on flexible substrates. bioRxiv. doi: https://doi.org/10.1101/2022.06.07.495165, pp.1~16 (2022.06.09.)* *
Fang J, etc., Semi-Implantable Bioelectronics. Nano-Micro Letters. 14:125, pp.1~55 (2022.05.28.)* *

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