KR20170127967A - 광 자극을 위한 신경 탐침 모듈 및 그를 구비한 신경 탐침 시스템 - Google Patents

광 자극을 위한 신경 탐침 모듈 및 그를 구비한 신경 탐침 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20170127967A
KR20170127967A KR1020160058939A KR20160058939A KR20170127967A KR 20170127967 A KR20170127967 A KR 20170127967A KR 1020160058939 A KR1020160058939 A KR 1020160058939A KR 20160058939 A KR20160058939 A KR 20160058939A KR 20170127967 A KR20170127967 A KR 20170127967A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
probe
light source
module
light
probes
Prior art date
Application number
KR1020160058939A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101828149B1 (ko
Inventor
지창현
전상범
Original Assignee
이화여자대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이화여자대학교 산학협력단 filed Critical 이화여자대학교 산학협력단
Priority to KR1020160058939A priority Critical patent/KR101828149B1/ko
Publication of KR20170127967A publication Critical patent/KR20170127967A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101828149B1 publication Critical patent/KR101828149B1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/40—Detecting, measuring or recording for evaluating the nervous system
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A61N5/0613—Apparatus adapted for a specific treatment
    • A61N5/0622—Optical stimulation for exciting neural tissue
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A61N2005/065—Light sources therefor
    • A61N2005/0651—Diodes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A61N2005/0658—Radiation therapy using light characterised by the wavelength of light used
    • A61N2005/0662—Visible light
    • A61N2005/0663—Coloured light

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Neurosurgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Neurology (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Radiation-Therapy Devices (AREA)

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 광자극을 이용한 신경 탐침 시스템은, 광섬유를 기반으로 하며 도파관 타입을 갖는 복수 개의 탐침부와, 상기 복수 개의 탐침부가 장착되는 탐침 장착부를 포함하는, 신경 탐침 모듈; 및 상기 신경 탐침 모듈의 일측에 구비되어 상기 신경 탐침 모듈의 상기 복수 개의 탐침부로 신경세포의 광 자극을 위한 광을 선택적으로 제공하는 광원을 구비한 광원 모듈;을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 광원 모듈로부터 발생된 광이 복수 개의 탐침부를 거쳐 신경세포로 전달됨으로써 신경세포에 대한 광 자극 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

광 자극을 위한 신경 탐침 모듈 및 그를 구비한 신경 탐침 시스템{Neural probe module for optical stimulation and system having the same}
신경 탐침 모듈 및 그를 구비한 신경 탐침 시스템이 개시된다. 보다 상세하게는, 광원 모듈로부터 발생된 광이 복수 개의 탐침부를 거쳐 신경세포로 전달됨으로써 신경세포에 대한 광 자극 효율을 향상시킬 수 있는, 신경 탐침 모듈 및 그를 구비한 신경 탐침 시스템이 개시된다.
최근에 피실험체의 신경을 자극한 다음 이에 따른 신호를 감지하고 분석하여 신경의 동작을 규명하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 피실험체의 신경을 직접 자극하고 그 정보를 수집하기 위해 피실험체에 삽입 가능한 신경 탐침이 이용되고 있다. 또한 뇌신경 자극에 따른 정보를 가급적 많이 탐지하기 위해 전극 어레이가 집적된 초소형 신경 탐침이 개발되어 사용되고 있다.
종래의 신경 탐침들 중 탐침에 집적된 전극을 이용해 신경에 전기적인 자극을 가하는 경우가 있다. 하지만 신경에 과도한 전기적인 자극을 가하게 되면 신경에 손상을 줄 수 있을 뿐만 아니라 신경을 구성하고 있는 주변 조직 및 체액이 전기적으로 도체인 이유로 원하는 부위에 국부적인 자극을 가할 수 없다는 한계가 있다.
이에 최근에는 신경에 빛을 이용한 광 자극을 주어 그 반응 신호를 수집하는 방법이 소개되고 있다. 예를 들면, 대한민국특허 출원번호 10-2011-0090040호에는 액정폴리머 기반의 전광극 신경 인터페이스 및 그 제조 방법에 대해 개시되어 있다.
그런데, 이러한 방법이 적용되는 신경 탐침 시스템의 경우, 일반적으로 광원의 작동을 위한 유선 구조를 갖고 있기 때문에 움직이는 동물에는 적용이 쉽지 않은 한계가 있으며, 광섬유 또는 제작된 광도파로를 통한 광자극이 적용되기 때문에 좁은 자극 면적을 가질 수 있고, 금속 전극 집적에 따른 시스템 복잡도 증가로 인해 제작 단가가 높은 한계가 있다.
따라서, 종래에 비해 구조를 간소화할 수 있으면서도 동물과 사람을 포함한 개체의 신경계에 적용 가능한 새로운 구조의 신경 자극을 위한 광 전달 시스템의 개발이 요구된다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 광원 모듈로부터 발생된 광이 복수 개의 탐침부를 거쳐 신경세포로 전달됨으로써 신경세포에 대한 광 자극 효율을 향상시킬 수 있는, 신경 탐침 모듈 및 그를 구비한 신경 탐침 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다른 목적은, 무선 통신에 의해 작동 가능한 구조를 가짐으로써 종래에 비해 간소화된 구조를 가질 수 있으며, 또한 리드선 등이 요구되지 않아 시스템 장착으로 인해 발생되었던 사용자의 불편을 줄일 수 있는, 신경 탐침 모듈 및 그를 구비한 신경 탐침 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 광자극을 이용한 신경 탐침 시스템은, 광섬유를 기반으로 하며 도파관 타입을 갖는 복수 개의 탐침부와, 상기 복수 개의 탐침부가 장착되는 탐침 장착부를 포함하는, 신경 탐침 모듈; 및 상기 신경 탐침 모듈의 일측에 구비되어 상기 신경 탐침 모듈의 상기 복수 개의 탐침부로 신경세포의 광 자극을 위한 광을 선택적으로 제공하는 광원을 구비한 광원 모듈;을 포함할 수 있으며, 이러한 구성에 의해서, 광원 모듈로부터 발생된 광이 복수 개의 탐침부를 거쳐 신경세포로 전달됨으로써 신경세포에 대한 광 자극 효율을 향상시킬 수 있다.
일측에 따르면, 상기 탐침 장착부에는 가로 및 세로 방향으로 규칙적인 복수 개의 관통홀이 형성되며, 상기 복수 개의 관통홀에 상기 복수 개의 탐침부가 관통되어 배치될 수 있다.
일측에 따르면, 상기 탐침 장착부는 실리콘 기반의 웨이퍼로 마련되며, 상기 관통홀의 내경은 상기 탐침부의 외경에 대응되는 크기를 갖되 상기 관통홀의 외측 일부분에 대해서는 상기 탐침부의 용이한 삽입을 위해 외측으로 갈수록 내경이 커지는 형상을 가질 수 있다.
일측에 따르면, 상기 복수 개의 탐침부는 상기 신경세포로 삽입되는 일단 부분이 원뿔 형상을 갖는 핀 형상을 갖되 타단에는 상기 광원으로부터 광을 집광시키기 위한 마이크로 볼록 렌즈가 장착될 수 있다.
일측에 따르면, 상기 광원 모듈은, 상기 신경 탐침 모듈의 상기 복수 개의 탐침부의 일측에 구비되는 측면 조사부; 및 상기 측면 조사부의 측부에 배치되어 상기 측면 조사부의 측면 방향으로 광을 조사하는 광원을 포함하며, 상기 광원으로부터 발생된 광은 상기 측면 조사부의 측 방향으로 인입된 후 수직으로 방향 전환되어 상기 복수 개의 탐침부로 제공될 수 있다.
일측에 따르면, 상기 광원은 서로 다른 파장을 갖는 제1 광원 및 제2 광원이며, 상기 제1 광원 및 상기 제2 광원은 상기 측면 조사부의 양 측부에서 대칭되게 배치되며, 상기 제1 광원 및 상기 제2 광원의 선택적인 구동에 의해 상기 측면 조사부로의 선택적인 광 전달이 가능하다.
일측에 따르면, 상기 제1 광원은 상기 신경세포에 대한 광 자극을 증대시키는 옐로우 발광다이오드(Yellow LED)이고, 상기 제2 광원은 상기 신경세포에 대한 광 자극을 억제시키는 블루 발광다이오드발광다이오드(Blue LED)일 수 있다.
일측에 따르면, 상기 광원 모듈을 제어하여 상기 신경 탐침 모듈을 통한 광 자극을 조절하는 제어 모듈;을 더 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 제어 모듈은, 상기 광원 모듈의 작동을 제어하기 위한 인쇄회로기판(PCB); 및 상기 광원 모듈에 전원을 제공하는 전원 제공부를 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 신경 탐침 모듈의 상기 복수 개의 탐침부가 외부로 노출되도록 상기 신경 탐침 모듈이 장착되고, 내측에는 상기 광원 모듈이 장착되는 장착 하우징을 더 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 신경 탐침 모듈은 상기 장착 하우징에 대하여 탈부착이 가능하다.
일측에 따르면, 상기 제어 모듈과 무선 통신하여 상기 광원 모듈에 대한 제어 명령을 상기 제어 모듈에 전달하고 상기 제어 모듈로부터 신호를 받는 메인 제어부를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 신경 탐침 모듈은, 광섬유를 기반으로 하며 도파관 타입을 갖는 복수 개의 탐침부; 및 상기 복수 개의 탐침부가 장착되는 탐침 장착부;를 포함하며, 상기 복수 개의 탐침부에 광이 제공되는 경우 상기 복수 개의 탐침부를 통해 광 전달을 하여 신경세포에 대한 광 자극을 할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 탐침 장착부에는 가로 및 세로 방향으로 규칙적인 복수 개의 관통홀이 형성되며, 상기 복수 개의 관통홀에 상기 복수 개의 탐침부가 관통되어 배치될 수 있다.
일측에 따르면, 상기 탐침 장착부는 실리콘 기반의 웨이퍼로 마련되며, 상기 관통홀의 내경은 상기 탐침부의 외경에 대응되는 크기를 갖되 상기 관통홀의 외측 일부분에 대해서는 상기 탐침부의 용이한 삽입을 위해 외측으로 갈수록 내경이 커지는 형상을 가질 수 있다.
일측에 따르면, 상기 복수 개의 탐침부는 상기 신경세포로 삽입되는 일단 부분이 원뿔 형상을 갖는 핀 형상을 갖되 타단에는 상기 광원으로부터 광을 집광시키기 위한 마이크로 볼록 렌즈가 장착될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 광원 모듈로부터 발생된 광이 복수 개의 탐침부를 거쳐 신경세포로 전달됨으로써 신경세포에 대한 광 자극 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 무선 통신에 의해 작동 가능한 구조를 가짐으로써 종래에 비해 간소화된 구조를 가질 수 있으며, 또한 리드선 등이 요구되지 않아 시스템 장착으로 인해 발생되었던 사용자의 불편을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 탐침 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 신경 탐침 모듈의 사시도이다.
도 3은 도 2를 다른 방향에서 분해한 사시도이다.
도 4는 도 3의 결합 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 신경 탐침 모듈에서 마이크로 볼록 렌즈가 형성되는 과정을 도시한 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 적용에 관하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 탐침 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 신경 탐침 모듈의 사시도이고, 도 3은 도 2를 다른 방향에서 분해한 사시도이며, 도 4는 도 3의 결합 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 탐침 시스템(100)은, 기본 외관을 형성하는 장착 하우징(110)과, 장착 하우징(110)에 장착되는 신경 탐침 모듈(120)과, 신경 탐침 모듈(120)로 광을 제공하는 광원 모듈(130)과, 광원 모듈(130)을 제어하는 제어 모듈(150)과, 제어 모듈(150)과 무선 통신의 방식으로 신호를 송수신하여 제어 모듈(150)에 광원 모듈(130) 등의 제어를 위한 명령을 주는 메인 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.
이러한 구성에 의해서, 예를 들면 사람의 뇌에 신경 탐침 시스템(100)을 장착하고 신경세포에 대한 광 자극을 줄 수 있는데, 이 때 시스템(100)의 독립적이고 컴팩트(compact)한 구조로 인해 장착이 용이할 뿐만 아니라 무선 통신에 의해서 신경 탐침 시스템(100)의 작동을 제어할 수 있어 종래의 유선 통신 기반의 시스템에 비해 정확하면서도 효율적인 사용을 할 수 있다.
각각의 구성에 대해 설명하면, 먼저 본 실시예의 장착 하우징(110)은, 본 시스템(100)이 기본 외관을 형성하는 기본 프레임으로서, 일측이 개방된 직육면체 형상을 가질 수 있으며, 내측에는 구성들을 구획하여 장착하기 위한 구획벽(111)들이 구비될 수 있다.
구획벽(111)에 의해 구획된 장착 하우징(110)의 내측 공간에는, 광원 모듈(130) 및 제어 모듈(150)이 내장될 수 있다. 그리고 일측이 개방된 장착 하우징(110)의 외측 공간에는, 신경 탐침 모듈(120)이 장착될 수 있다. 부연하면, 구획벽(111)과 장착 하우징(110)의 개구를 형성하는 외벽(115) 사이에 신경 탐침 모듈(120)의 탐침 장착부(123)가 개재되는 것이며, 이를 통해 장착 하우징(110)에 대한 신경 탐침 모듈(120)의 결합이 견고하게 유지될 수 있다.
다만 이러한 장착 하우징(110)에서 광원 모듈(130) 및 제어 모듈(150)은 고정되게 장착되는 데 반해, 신경 탐침 모듈(120)은 탈부착 가능하게 장착되는 구조를 가질 수 있다. 다시 말해, 장착 하우징(110)의 개구를 형성하는 외벽(115)을 멀어지게 이격시킨 후 그 사이로 신경 탐침 모듈(120)의 탐침 장착부(123)를 인입시켜서 장착 하우징(110)에 대한 신경 탐침 모듈(120)의 장착을 실행할 수 있는 것이다.
이 때 탐침 장착부가 장착 하우징(110)의 개구를 통해 외측 공간으로 용이하게 인입될 수 있도록 장착 하우징(110)의 개구를 형성하는 외벽(115)의 하단부는 상단에서 하단으로 갈수록 외측 방향으로 경사진 형상을 가질 수 있고, 따라서 탐침 장착부(123)를 장착 하우징(110)의 외측 공간을 밀어넣을 수 있다.
이를 위해, 장착 하우징(110)의 적어도 일부분, 이를 테면 개구를 형성하는 부분은 플렉시블한 재질로 마련될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
아울러, 장착 하우징(110)에 대한 신경 탐침 모듈(120)의 탈부착을 가능하게 하기 위해 자기력을 위한 결합 구조가 적용될 수 있음은 당연하다.
한편, 본 실시예의 신경 탐침 모듈(120)은, 직접적으로 신경 탐침을 하기 위한 것으로서, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 광섬유를 기반으로 하며 도파관 타입을 갖는 복수 개의 탐침부(121)와, 복수 개의 탐침부(121)가 장착되는 탐침 장착부(123)를 포함할 수 있다.
먼저 본 실시예의 탐침부(121)는 일단이 뾰족한, 예를 들면 원뿔 형상을 갖는 핀(pin) 형상을 가질 수 있다. 이러한 탐침부(121)를 통해 광원 모듈(130)로부터 제공되는 광이 신경세포로 전달되어 신경을 광 자극하거나 또는 자극을 억제할 수 있는 것이다.
이러한 탐침부(121)는 도 2에 도시된 것처럼, 복수 개 마련되는데, 가로 및 세로 방향으로 규칙적인 매트릭스 배치 구조를 가질 수 있다. 예를 들면 4개의 탐침부(121)가 일렬로 배치되고, 그와 행을 맞추어서 총 4개의 탐침부(121)가 배치됨으로써 총 16개의 탐침부(121)가 배치될 수 있는 것이다. 이처럼 복수 개의 탐침부(121)가 규칙적인 배치를 가짐으로써 신경세포에 대한 자극 정도를 증대시킬 수 있음은 물론 이를 통해 광 자극의 효율성 및 정확성을 증대시킬 수 있다.
이러한 구조를 갖는 복수 개의 탐침부(121)는, 도 2 내지 도 4에 도시된 것처럼, 탐침 장착부(123)에 관통되어 배치될 수 있다. 탐침 장착부(123)에는 신경 탐침부(121)의 배치 구조에 대응되는 복수 개의 관통홀(124)이 행과 열을 맞추어서 형성될 수 있으며, 이러한 관통홀(124)들에 복수 개의 탐침부(121)가 관통되어 구비됨으로써 신경 탐침 모듈(120)의 기본 구조를 형성할 수 있다.
이 때 관통홀(124)의 크기는 작고 이에 탐침부(121)를 인입하기가 용이하지 않을 수 있으므로, 관통홀(124)의 외측 일부분(124a)은 외측으로 갈수록 내경이 커지는 테이퍼진 형상을 가질 수 있다. 도 1 및 도 3을 참조하면 관통홀(124)의 하단 부분(124a)이 하방으로 갈수록 직경이 넓어지는 형상을 갖는 것이다.
이러한 탐침 장착부(123)는 실리콘 기반의 웨이퍼로 마련될 수 있다. 다만, 탐침 장착부(123)의 구성 및 재질이 이에 한정되는 것은 아니다.
아울러, 도 1 및 도 2에 도시된 것처럼, 탐침 장착부(123)에 탐침부(121)가 장착되는데, 이 때 광원 모듈(130)로부터 탐침부(121)로 광 전달이 제대로 이루어질 수 있도록, 즉 집광된 광이 제공될 수 있도록 하기 위해 탐침부(121)의 상단에는 마이크로 볼록 렌즈(127)가 구비될 수 있다. 도 1을 기준으로 하면, 광원 모듈(130)로부터 제공되는 광이 탐침부(121)의 상방에서 하방으로 제공되는데 여기서 마이크로 볼록 렌즈(127)가 집광하여 각 탐침부(121)로 집광된 광을 전달할 수 있다.
한편, 본 실시예의 광원 모듈(130)은, 전술한 신경 탐침 모듈(120)의 복수 개의 탐침부(121)로 광을 제공하는 것으로서, 각각의 탐침부(121)에 일대일 대응되도록 광원이 구비되는 것이 아니라, 2개의 광원(131a, 131b) 및 측면 조사부(135)를 포함하여 사이드 일루미네이션(side illumination) 광학(optics) 구조를 가질 수 있다. 이러한 구성에 의해서 전술한 복수 개의 탐침부(121) 전체에 대해 2개의 광원(131a, 131b)에 의해 제공되는 광을 선택적으로 제공할 수 있다.
본 실시예의 2개의 광원(131a, 131b)은, 옐로우 발광다이오드(LED)(131a)와 블루 발광다이오드(LED)(131b)를 포함할 수 있다. 옐로우 발광다이오드(LED)(131a)와 블루 발광다이오드(LED)(131b)의 사이 그리고 전술한 신경 탐침 모듈(120)의 상부에 측면 조사부(135)가 구비될 수 있다. 따라서, 옐로우 발광다이오드(LED)(131a)와 블루 발광다이오드(LED)(131b)로부터 발생된 광은 측면 조사부(135)의 측면으로 입사되고 측면 조사부(135)에서 수직으로 방향 전환(굴절)되어 신경 탐침 모듈(120)의 복수 개의 탐침부(121)로 제공될 수 있다. 여기서, 측면 조사부(135)는 복수 개의 탐침부(121)의 배치 영역을 아우르는 크기를 가짐으로써 측면 조사부(135)로부터 복수 개의 탐침부(121)로의 광 전달이 제대로 이루어질 수 있다.
옐로우 발광다이오드(LED)(131a)로부터 발생된 광이 탐침부(121)를 거쳐 신경세포로 제공되는 경우 신경세포에 대한 광 자극을 증대시킬 수 있고, 반면에 블루 발광다이오드(LED)(131b)로부터 발생된 광이 탐침부(121)를 거쳐 신경세포로 제공되는 경우 신경세포에 대한 광 자극을 억제시킬 수 있다. 이는 옐로우 발광다이오드(LED)(131a)와 블루 발광다이오드(LED)(131b)로부터 발생되는 광의 파장이 다르기 때문이다.
따라서 제어 모듈(150)에 의한 옐로우 발광다이오드(LED)(131a)와 블루 발광다이오드(LED)(131b)의 선택적인 조절에 의해서 신경세포에 적절한 광 자극을 수행할 수 있다. 가령, 광 자극을 강하게 할 필요성이 있는 경우 옐로우 발광다이오드(LED)(131a)로부터의 광 발생을 증대시키고, 반대로 광 자극을 억제시킬 필요성이 있는 경우 블루 발광다이오드(LED)(131b)로부터의 광 발생을 증대시킬 수 있다.
이처럼, 본 실시예의 경우, 광원(131a, 131b)으로부터 발산된 광이 단일의 측면 조사부(135)를 통해 복수 개의 탐침부(121)로 제공할 수 있기 때문에 구조를 단순화할 수 있음은 물론 사이드 일루미네이션 광학 구조의 적용으로 인해 복수 개의 탐침부(121)로 전달되는 광에 의한 자극 효율을 증대시킬 수 있다. 아울러 광원 모듈(130)로부터 발생되는 광을 바로 신경 탐침 모듈(120)에 제공하는 구조를 가짐으로써 광 전달률을 증대시킬 수도 있다.
한편, 본 실시예의 제어 모듈(150)은, 광원 모듈(130)을 제어하여 신경 탐침 모듈(120)을 통한 광 자극을 조절하기 위한 것으로서, 도 1에 개략적으로 도시된 것처럼, 광원 모듈(130)의 작동을 제어하기 위한 인쇄회로기판(151)과, 광원 모듈(130)에 전원을 제공하는 전원 제공부(155)를 포함할 수 있다.
이러한 제어 모듈(150)은 도 1에 도시된 것처럼, 광원 모듈(130)의 상부에 위치되도록 장착 하우징(110)의 내측 공간에 구비될 수 있다. 인쇄회로기판(151)에는 광원 모듈(130)의 제어를 위한 회로가 구축될 수 있고, 전원 제공부(155)로는 코인 셀(coin cell)과 같은 전원부가 적용될 수 있다. 다만, 전원 제공부(155)로 이차 전지와 같은 배터리가 추가로 적용될 수 있음은 물론 충전 가능한 배터리가 사용될 수 있음은 당연하다.
한편, 전술한 구성의 신경 탐침 시스템(100)은 메인 제어부(미도시)를 더 포함하며, 제어 모듈(150)과의 무선 통신에 의해 광원 모듈(130)에 대한 제어 명령을 내릴 수 있고 아울러 제어 모듈(150)로부터 신호를 받아서 신경세포의 광 자극에 대한 정보 또한 획득할 수 있다.
부연하면, 메인 제어부와 제어 모듈(150)은 무선 통신 방식에 의해 소정의 신호를 송수신하는 구조를 갖기 때문에, 전술한 구성의 신경 탐침 시스템(100)은 독립적으로 사람의 머리 등에 장착될 수 있으며, 따라서 리드선과 같은 것이 구비되지 않음으로써 구조를 간소화할 수 있고 사람의 활동에 지장을 주지 않을 수 있다.
한편, 이하에서는 도 5를 참조하여, 전술한 신경 탐침 모듈(120)의 탐침 장착부(123)에 마이크로 볼록 렌즈(127)를 장착하는 과정에 대해서 설명하기로 한다.
도 5는 도 1에 도시된 신경 탐침 모듈에서 마이크로 볼록 렌즈가 형성되는 과정을 도시한 도면이다.
도 5의 (a)에 도시된 것처럼, DRIE(실리콘 웨이퍼에 미세 구멍을 뚫기 위한 반도체 장비)를 이용하여 실리콘 웨이퍼인 탐침 장착부(123)에 트렌치(trench)를 형성한다. 도 5의 (b)에 도시된 것처럼, BSG(Borosilicate glass)(128)로 양극 본딩을 하고 열적으로 리플로우(reflow) 공정을 실행한다. 이어서, (c)에 도시된 것처럼, CMP(Chemical-Mechanical-Polishing)를 통하여 표면을 평탄화 한 후 탐침 장착부(123)를 식각하여 BSG 구조물 상단이 돌출되도록 한다. 이후, (d)에 도시된 바와 같이, 2차 열적 리플로우 공정을 실행하고, (e)에 도시된 것처럼 볼록 렌즈(127)의 하방이 개방되도록 탐침 장착부(123)에 미세한 구멍(124)을 천공한다. 이러한 과정을 통해 탐침 장착부(123)에 마이크로 볼록 렌즈(127)를 형성할 수 있는 것이다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 광원 모듈(130)로부터 발생된 광이 복수 개의 탐침부(121)를 거쳐 신경세포로 전달됨으로써 신경세포에 대한 광 자극 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 무선 통신에 의해 작동 가능한 구조를 가짐으로써 종래에 비해 간소화된 구조를 가질 수 있으며, 또한 리드선 등이 요구되지 않아 시스템(100) 장착으로 인해 발생되었던 사용자의 불편을 줄일 수 있는 장점도 있다.
한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 신경 탐침 시스템
110 : 장착 하우징
120 : 신경 탐침 모듈
121 : 탐침부
123 : 탐침 장착부
127 : 마이크로 볼록 렌즈
130 : 광원 모듈
131 : 광원
135 : 측면 조사부
150 : 제어 모듈

Claims (16)

  1. 광섬유를 기반으로 하며 도파관 타입을 갖는 복수 개의 탐침부와, 상기 복수 개의 탐침부가 장착되는 탐침 장착부를 포함하는, 신경 탐침 모듈; 및
    상기 신경 탐침 모듈의 일측에 구비되어 상기 신경 탐침 모듈의 상기 복수 개의 탐침부로 신경세포의 광 자극을 위한 광을 선택적으로 제공하는 광원을 구비한 광원 모듈;
    을 포함하는 광 자극을 이용한 신경 탐침 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탐침 장착부에는 가로 및 세로 방향으로 규칙적인 복수 개의 관통홀이 형성되며, 상기 복수 개의 관통홀에 상기 복수 개의 탐침부가 관통되어 배치되는, 광 자극을 이용한 신경 탐침 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 탐침 장착부는 실리콘 기반의 웨이퍼로 마련되며,
    상기 관통홀의 내경은 상기 탐침부의 외경에 대응되는 크기를 갖되 상기 관통홀의 외측 일부분에 대해서는 상기 탐침부의 용이한 삽입을 위해 외측으로 갈수록 내경이 커지는 형상을 갖는, 광 자극을 이용한 신경 탐침 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 탐침부는 상기 신경세포로 삽입되는 일단 부분이 원뿔 형상을 갖는 핀 형상을 갖되 타단에는 상기 광원으로부터 광을 집광시키기 위한 마이크로 볼록 렌즈가 장착되는, 광 자극을 이용한 신경 탐침 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광원 모듈은,
    상기 신경 탐침 모듈의 상기 복수 개의 탐침부의 일측에 구비되는 측면 조사부;
    상기 측면 조사부의 측부에 배치되어 상기 측면 조사부의 측면 방향으로 광을 조사하는 광원을 포함하며,
    상기 광원으로부터 발생된 광은 상기 측면 조사부의 측 방향으로 인입된 후 수직으로 방향 전환되어 상기 복수 개의 탐침부로 제공되는, 광 자극을 이용한 신경 탐침 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광원은 서로 다른 파장을 갖는 제1 광원 및 제2 광원이며,
    상기 제1 광원 및 상기 제2 광원은 상기 측면 조사부의 양 측부에서 대칭되게 배치되며, 상기 제1 광원 및 상기 제2 광원의 선택적인 구동에 의해 상기 측면 조사부로의 선택적인 광 전달이 가능한, 광 자극을 이용한 신경 탐침 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 광원은 상기 신경세포에 대한 광 자극을 증대시키는 옐로우 발광다이오드가(Yellow LED)이고, 상기 제2 광원은 상기 신경세포에 대한 광 자극을 억제시키는 블루 발광다이오드(Blue LED)인, 광 자극을 이용한 신경 탐침 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광원 모듈을 제어하여 상기 신경 탐침 모듈을 통한 광 자극을 조절하는 제어 모듈;
    을 더 포함하는, 광 자극을 이용한 신경 탐침 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 광원 모듈의 작동을 제어하기 위한 인쇄회로기판(PCB); 및
    상기 광원 모듈에 전원을 제공하는 전원 제공부를 포함하는, 광 자극을 이용한 신경 탐침 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 신경 탐침 모듈의 상기 복수 개의 탐침부가 외부로 노출되도록 상기 신경 탐침 모듈이 장착되고, 내측에는 상기 광원 모듈이 장착되는 장착 하우징을 더 포함하는, 광 자극을 이용한 신경 탐침 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 신경 탐침 모듈은 상기 장착 하우징에 대하여 탈부착이 가능한, 광 자극을 이용한 신경 탐침 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제어 모듈과 무선 통신하여 상기 광원 모듈에 대한 제어 명령을 상기 제어 모듈에 전달하고 상기 제어 모듈로부터 신호를 받는 메인 제어부를 더 포함하는, 신경 탐침 시스템.
  13. 광섬유를 기반으로 하며 도파관 타입을 갖는 복수 개의 탐침부; 및
    상기 복수 개의 탐침부가 장착되는 탐침 장착부;
    를 포함하며,
    상기 복수 개의 탐침부에 광이 제공되는 경우 상기 복수 개의 탐침부를 통해 광 전달을 하여 신경세포에 대한 광 자극을 하는, 신경 탐침 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 탐침 장착부에는 가로 및 세로 방향으로 규칙적인 복수 개의 관통홀이 형성되며, 상기 복수 개의 관통홀에 상기 복수 개의 탐침부가 관통되어 배치되는, 신경 탐침 모듈.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 탐침 장착부는 실리콘 기반의 웨이퍼로 마련되며,
    상기 관통홀의 내경은 상기 탐침부의 외경에 대응되는 크기를 갖되 상기 관통홀의 외측 일부분에 대해서는 상기 탐침부의 용이한 삽입을 위해 외측으로 갈수록 내경이 커지는 형상을 갖는, 신경 탐침 모듈.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 복수 개의 탐침부는 상기 신경세포로 삽입되는 일단 부분이 원뿔 형상을 갖는 핀 형상을 갖되 타단에는 상기 광원으로부터 광을 집광시키기 위한 마이크로 볼록 렌즈가 장착되는, 신경 탐침 모듈.
KR1020160058939A 2016-05-13 2016-05-13 광 자극을 위한 신경 탐침 모듈 및 그를 구비한 신경 탐침 시스템 KR101828149B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160058939A KR101828149B1 (ko) 2016-05-13 2016-05-13 광 자극을 위한 신경 탐침 모듈 및 그를 구비한 신경 탐침 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160058939A KR101828149B1 (ko) 2016-05-13 2016-05-13 광 자극을 위한 신경 탐침 모듈 및 그를 구비한 신경 탐침 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170127967A true KR20170127967A (ko) 2017-11-22
KR101828149B1 KR101828149B1 (ko) 2018-02-12

Family

ID=60810066

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160058939A KR101828149B1 (ko) 2016-05-13 2016-05-13 광 자극을 위한 신경 탐침 모듈 및 그를 구비한 신경 탐침 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101828149B1 (ko)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190080610A (ko) * 2017-12-28 2019-07-08 이화여자대학교 산학협력단 광 신호를 전달하는 신경 프로브 인터페이스 장치
WO2020022729A1 (ko) * 2018-07-23 2020-01-30 이화여자대학교 산학협력단 광 프로브
KR20200031352A (ko) * 2018-09-14 2020-03-24 (주)아모레퍼시픽 블루라이트 조사 장치
CN111787847A (zh) * 2018-02-26 2020-10-16 株式会社爱茉莉太平洋 利用蓝光的皮肤变化测定装置、方法以及蓝光照射装置
KR20220011824A (ko) * 2020-07-21 2022-02-03 한국과학기술원 3d 프린팅을 활용한 뉴럴 프로브와 그의 제조 방법 및 그를 포함하는 의료 디바이스
KR20220086431A (ko) * 2020-12-16 2022-06-23 주식회사 엔포마레 만성 통증 또는 알츠하이머 질환의 진단 및 치료를 위한 신경신호 측정 및 자극용 전극 소자가 탑재된 자극장치

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102686147B (zh) * 2009-11-05 2016-01-20 格雷特巴奇有限公司 波导神经接口装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190080610A (ko) * 2017-12-28 2019-07-08 이화여자대학교 산학협력단 광 신호를 전달하는 신경 프로브 인터페이스 장치
CN111787847A (zh) * 2018-02-26 2020-10-16 株式会社爱茉莉太平洋 利用蓝光的皮肤变化测定装置、方法以及蓝光照射装置
WO2020022729A1 (ko) * 2018-07-23 2020-01-30 이화여자대학교 산학협력단 광 프로브
KR20200010879A (ko) * 2018-07-23 2020-01-31 이화여자대학교 산학협력단 광 프로브
KR20200031352A (ko) * 2018-09-14 2020-03-24 (주)아모레퍼시픽 블루라이트 조사 장치
KR20220011824A (ko) * 2020-07-21 2022-02-03 한국과학기술원 3d 프린팅을 활용한 뉴럴 프로브와 그의 제조 방법 및 그를 포함하는 의료 디바이스
KR20220086431A (ko) * 2020-12-16 2022-06-23 주식회사 엔포마레 만성 통증 또는 알츠하이머 질환의 진단 및 치료를 위한 신경신호 측정 및 자극용 전극 소자가 탑재된 자극장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR101828149B1 (ko) 2018-02-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101828149B1 (ko) 광 자극을 위한 신경 탐침 모듈 및 그를 구비한 신경 탐침 시스템
US10989703B2 (en) Multiwell microelectrode array with optical stimulation
US9642545B2 (en) Neural probe with optical stimulation capability
Cho et al. A 16-site neural probe integrated with a waveguide for optical stimulation
US20160073887A1 (en) Optoelectronic device to write-in and read-out activity in brain circuits
WO2011150429A2 (en) Laser-based nerve stimulators for, e.g., hearing restoration in cochlear prostheses
KR101206462B1 (ko) 광전달이 가능한 탐침을 구비한 광자극 탐침 구조체 및 그 제조 방법
CN110785205B (zh) 耦接至光电器件的可植入电极
KR101159252B1 (ko) 광섬유 고정장치를 구비하는 광자극 탐침 구조체
WO2022025383A1 (ko) 니들 레이저 치료 시스템
US20220072329A1 (en) Stimulation systems with a lens arrangement for light coupling and methods of making and using
CN104490385A (zh) 一种针式微电极阵列
CN205268831U (zh) 植入式神经刺激与记录的光电极
KR101150422B1 (ko) 반사면을 구비한 광자극 탐침
CN101112309A (zh) 硅v形槽板及利用硅v形槽板装配微丝电极阵列的方法
BR112022013533B1 (pt) Dispositivo de estimulação implantável
KR102002234B1 (ko) 광 신호를 전달하는 신경 프로브 인터페이스 장치
KR102252113B1 (ko) 다중 형광 신호 측정을 위한 신경 탐침 구조체 및 그 제조방법
KR101456777B1 (ko) 광주성을 이용한 신경세포의 이동 유도 장치
EP2808056B1 (en) Optical stimulation device
KR20240015523A (ko) 하이브리드형 신경 전극
US10532210B2 (en) Device for stimulating optic nerve fibers
KR102319755B1 (ko) 시신경 섬유 자극 장치
Kim et al. High-Density Fiberless Optoelectrodes with Integrated Waveguides and μLEDs
Schwaerzle et al. High-resolution optrode with integrated light source for deeper brain regions

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant