KR20210044596A - 체내 통신을 이용한 인공와우 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 체내 통신을 이용한 인공와우 시스템은, 송신전극 및 송신코일을 구비하고, 외부의 소리를 수집하여 수집한 소리에 따라 청신경을 자극하기 위한 데이터 신호를 생성하여 전송하는 외부기; 및 수신전극 및 수신코일을 구비하고, 상기 외부기로부터 수신한 데이터 신호에 따라 청신경을 자극하는 이식기를 포함하며, 상기 데이터 신호는 상기 송신전극 및 상기 수신전극을 이용한 체내 통신에 의해 전송되고, 구동 전력은 상기 송신코일 및 상기 수신코일을 이용하여 전송할 수 있다.

Description

체내 통신을 이용한 인공와우 시스템 {Cochlear Implant System Using Body Area Network}

본 출원은 체내 통신을 이용한 인공와우 시스템에 관한 것이다.

인공와우는 와우의 손상으로 소리를 듣지 못하는 환자에게 남아있는 청신경에 전기적 자극을 직접 제공하는 장치로서, 청신경에 전기적 자극을 제공하기 위해 인체 내부로 삽입되는 이식기와 인체 외부에서 소리를 수집 및 신호처리를 하여 이식기로 신호를 제공하는 외부기로 구성될 수 있다.

일반적으로, 외부기에 구비된 송신 코일과 이식기에 구비된 수신 코일을 자석에 의해 정렬하고, 정렬된 코일을 이용하여 외부기에서 이식기로 전력 및 데이터를 전송하도록 구성된다.

전력 및 데이터를 전송하기 위해 FSK(Frequency shift keying) 방식 또는 ASK(Amplitude shift keying) 방식을 사용하는데, 이 경우 손실되는 에너지가 있다. 또한, 전력 전송을 위해 튜닝된 주파수에 종속되어 데이터를 전송하므로 데이터 전송률도 떨어진다는 단점이 있다.

따라서, 당해 기술분야에서는 인공와우 시스템의 외부기에서 이식기로 전력 전송시에 손실되는 에너지를 최소화하면서도, 데이터 전송률을 향상시키기 위한 방안이 요구되고 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 실시예는 체내 통신을 이용한 인공와우 시스템을 제공한다.

상기 체내 통신을 이용한 인공와우 시스템은, 송신전극 및 송신코일을 구비하고, 외부의 소리를 수집하여 수집한 소리에 따라 청신경을 자극하기 위한 데이터 신호를 생성하여 전송하는 외부기; 및 수신전극 및 수신코일을 구비하고, 상기 외부기로부터 수신한 데이터 신호에 따라 청신경을 자극하는 이식기를 포함하며, 상기 데이터 신호는 상기 송신전극 및 상기 수신전극을 이용한 체내 통신에 의해 전송되고, 구동 전력은 상기 송신코일 및 상기 수신코일을 이용하여 전송할 수 있다.

덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것이 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 인공와우 시스템에서 체내 통신을 이용하여 데이터를 전송함으로써, 전력 전송시에 손실되는 에너지를 최소화하면서도, 데이터 전송률을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 체내 통신을 이용한 인공와우 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 체내 통신을 이용한 인공와우 시스템을 도시하는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 체내 통신을 이용한 인공와우 시스템의 장착 예를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 체내 통신을 이용한 인공와우 시스템을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명이 제3 실시예에 따른 체내 통신을 이용한 인공와우 시스템을 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 체내 통신을 이용한 인공와우 시스템을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 전극 및 수신 전극의 구현 조건을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 체내 통신을 이용한 인공와우 시스템의 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 체내 통신을 이용한 인공와우 시스템은 외부기(100) 및 이식기(200)를 포함하여 구성되며, 외부기(100)는 체내 통신을 이용하여 이식기(200)로 데이터를 전송하도록 구성될 수 있다

보다 구체적으로, 외부기(100)는 마이크(111) 및 송신전극(112)을 포함하는 제1 모듈(110)과, 프로세서(121), 배터리(122) 및 송신코일(123)을 포함하는 제2 모듈(120)을 포함하여 구성될 수 있으며, 제1 모듈(110)과 제2 모듈(120)은 유선 통신 또는 무선 통신을 통해 연결될 수 있다.

여기서, 마이크(111)는 외부의 소리를 수집하기 위한 것으로, 적어도 하나의 마이크로폰을 포함하여 구성될 수 있다. 마이크(111)에 의해 수집된 소리 신호는 프로세서(121)로 전달될 수 있다.

송신전극(112)은 후술하는 바와 같이 프로세서(121)에 의해 생성된 데이터 신호를 인체 내부의 이식기(200)로 전송하기 위한 것이다. 송신전극(112)은 이식기(200)에 포함된 수신전극(210)과 쌍을 이루며, 체내 통신을 통해 인체를 통신 매체로 하여 데이터 신호를 전송할 수 있다. 또한, 송신전극(112)은 2개의 전극을 포함할 수 있다.

또한, 프로세서(121)는 마이크(111)에 의해 수집된 소리 신호를 처리하여 이식기(200)로 전송할 데이터 신호를 생성하기 위한 것이다.

배터리(122)는 인공와우 시스템을 구성하는 외부기(100) 및 이식기(200)를 구동하기 위한 전력을 공급하기 위한 것이다.

송신코일(123)은 배터리(122)의 전력을 인체 내부의 이식기(200)로 전송하기 위한 것이다.

한편, 이식기(200)는 수신전극(210), 전극 어레이(220), 전지(230) 및 수신코일(240)을 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 수신전극(210)은 외부기(100)로부터 데이터 신호를 수신하기 위한 것이다. 상술한 바와 같이, 수신전극(210)은 외부기(100)에 포함된 송신전극(112)과 쌍을 이루어 체내 통신을 통해 데이터 신호를 수신할 수 있다. 또한, 수신전극(210)은 2개의 전극을 포함할 수 있다.

전극 어레이(220)는 와우에 이식되어 전달된 데이터 신호에 따라 청신경을 자극하기 위한 것이다.

전지(230)는 이식기(200)를 구동하기 위한 전력을 저장하기 위한 것으로, 2차 전지로 구현되어 수신코일(240)을 통해 수신한 전력으로 충전하고 이를 구동 전원으로 사용하도록 필요에 따라 선택적으로 구비될 수 있다. 전지(230)가 구비되지 않을 경우, 이식기(200)는 수신코일(240)을 통해 수신한 전력으로 구동될 수 있다.

수신코일(240)은 외부기(100)의 송신코일(123)로부터 전력을 수신하기 위한 것이다.

도 1에서는 외부기(100)가 제1 모듈(110)과 제2 모듈(120)로 분리된 것으로 도시되어 있으나, 본 발명이 반드시 이로 제한된 것은 아니다. 예를 들어, 외부기(100)는 하나의 모듈로 일체로 구성될 수도 있고, 각 구성요소가 포함되는 모듈도 구현 형태에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

상술한 본 발명의 실시예에 따르면, 외부의 소리에 따라 청신경을 자극하기 위한 데이터 신호는 송신전극(112) 및 수신전극(210)을 이용한 체내 통신에 의해 전송하고, 이식기(200)의 구동을 위한 전력은 송신코일(123) 및 수신코일(240)을 이용하여 전송할 수 있다. 이로써, 데이터 신호 및 전력 전송을 위해 각각 최적화된 조건으로 통신을 수행할 수 있고, 이에 따라 전력 전송시에 에너지 손실은 최소화하면서도, 데이터 전송률을 향상시킬 수 있게 된다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 체내 통신을 이용한 인공와우 시스템을 도시하는 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 체내 통신을 이용한 인공와우 시스템의 장착 예를 도시하는 도면으로, 도 2 및 도 3에 도시된 본 발명의 제 1 실시예는 외부기를 OTE(Over the ear) 타입으로 구현한 예를 도시한다.

일 예에 따르면, 외부기(100)를 구성하는 제1 모듈(110)과 제2 모듈(120)은 서로 탈착 가능하도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 도 2의 (a) 및 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 모듈(110)이 제2 모듈(120)에 부착되어 일체를 이룰 수 있으며, 이 경우에는 통상의 인공와우 외부기와 같이 코일을 이용한 통신 방식에 따라 신호를 전송할 수 있다.

또한, 도 2의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 제1 모듈(110)이 제2 모듈(120)로부터 탈거된 경우, 제1 모듈(110)의 외측에는 마이크(111)가 구비되고, 제1 모듈(110)의 내측(즉, 인체 접촉면)에는 송신전극(112)이 구비될 수 있다. 또한, 제1 모듈(110)과 제2 모듈(120)은 유선으로 연결될 수 있다.

또한, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 모듈(110)은 귀의 뒷부분에 위치하여 인체 내에 위치한 수신전극과 함께 데이터 전송 채널을 형성할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 체내 통신을 이용한 인공와우 시스템을 도시하는 도면으로, 도 1을 참조하여 상술한 외부기(100)의 제1 모듈(110) 및 제2 모듈(120)을 귀 뒷부분에 거치하는 방식으로 하나의 모듈로 구현한 예를 도시한다.

이 경우, 인체와 인접하는 면에 송신 전극이 구비되고, 프로세서(121)가 귀의 뒷부분에 위치하도록 구성될 수 있으나, 반드시 이로 제한되는 것은 아니다.

또한, 도 4에 도시되지 않았지만, 본 발명의 제2 실시예에 따른 경우, 배터리 및 송신코일은 별도로 구비될 수도 있다.

도 5는 본 발명이 제3 실시예에 따른 체내 통신을 이용한 인공와우 시스템을 도시하는 도면으로, 외부기를 ITE(In the ear) 타입으로 구현한 예를 도시한다.

이 경우, 외부기(100)의 프로세서(121)은 외이도에 위치하고, 송신전극(112)이 외이도에서 인체와 인접하도록 구비될 수 있다.

또한, 배터리(122) 및 송신코일(123)은 예를 들어 귀의 뒷부분에 별도로 구비될 수 있다.

도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 체내 통신을 이용한 인공와우 시스템을 도시하는 도면으로, 인체의 내부에 이식되는 이식기의 일 구현 예를 도시한다.

도 6을 참조하면, 이식기(200)의 수신전극(210)은 귀 뒷쪽에 구비될 수 있다. 이 경우, 예를 들어 도 2 및 도 3에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 외부기(100)와 체내 통신을 통해 데이터 신호를 주고 받을 수 있다.

또한, 전극 어레이(220)는 와우에 이식되어 수신전극(210)으로부터 전달된 데이터 신호에 따라 청신경을 자극할 수 있다.

또한, 전지(230)는 인체 내에서 전극 어레이(220)와 별도로 분리된 위치(예를 들어 가슴 부위 등)에 구비되고 연결선을 통해 수신전극(210) 및 전극 어레이(220)와 연결되도록 구현될 수도 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 전극 및 수신 전극의 구현 조건을 설명하기 위한 도면으로, 구체적으로 송신 전극(TX1, TX2) 및 수신 전극(RX1, RX2)이 각각 2개의 전극을 포함하는 경우에 각 전극들 사이의 거리 조건과 전극의 형상을 도시한다.

여기서, 2개의 송신 전극(TX1, TX2) 사이의 거리를 나타내는 D1은 2개의 수신 전극(RX1, RX2) 사이의 거리를 나타내는 D2 보다 커야 한다. 또한, D2는 3cm 이상이고, D1은 10cm 미만일 수 있다. 또한, 송신 전극(TX) 및 수신 전극(RX) 사이의 거리는 1cm 미만일 수 있다. 동종 전극 사이의 거리, 즉 D1 및 D2가 너무 작으면 임피던스 차이가 작아서 전압이 크게 발생하지 않으므로 통신 성능이 떨어지게 되고, 송신 전극 및 수신 전극 사이의 거리, 즉 D3가 작아야 통신이 원활하게 이루어질 수 있으므로, 이와 같은 조건을 만족하기 위함이다.

한편, 전극의 형상은 지름이 대략 5mm 내외로서 원형에 가깝게 형성될 수 있다. 즉, 전극은 각진 모서리가 없이, 전극이 서로 마주보는 표면의 모서리가 완만하게 형성될 수 있다. 이는 전극에 각진 부분이 있을 경우 해당 부분으로 전하가 모여서 주변의 인체 조직이 손상을 입을 수 있으므로 이를 방지하기 위함이다.

본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.

100: 외부기
110: 제1 모듈
111: 마이크
112: 송신전극
120: 제2 모듈
121: 프로세서
122: 배터리
123: 송신코일
200: 이식기
210: 수신전극
220: 전극 어레이
230: 전지
240: 수신코일

Claims (5)

1. 송신전극 및 송신코일을 구비하고, 외부의 소리를 수집하여 수집한 소리에 따라 청신경을 자극하기 위한 데이터 신호를 생성하여 전송하는 외부기; 및
   수신전극 및 수신코일을 구비하고, 상기 외부기로부터 수신한 데이터 신호에 따라 청신경을 자극하는 이식기를 포함하며,
   상기 데이터 신호는 상기 송신전극 및 상기 수신전극을 이용한 체내 통신에 의해 전송되고, 구동 전력은 상기 송신코일 및 상기 수신코일을 이용하여 전송되는 것을 특징으로 하는 체내 통신을 이용한 인공와우 시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 외부기는,
   소리를 수집하기 위한 마이크 및 상기 송신전극을 포함하는 제1 모듈과,
   상기 마이크에 의해 수집된 소리 신호를 처리하여 데이터 신호를 생성하는 프로세서, 전력을 공급하는 배터리 및 상기 송신코일을 포함하는 제2 모듈을 포함하며,
   상기 제1 모듈 및 상기 제2 모듈은 서로 탈착 가능하고, 유선 통신 또는 무선 통신을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 체내 통신을 이용한 인공와우 시스템.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 외부기는 OTE(Over the ear) 타입으로 구현되고,
   상기 제2 모듈로부터 탈거된 상기 제1 모듈은 귀 뒷부분에 위치하여 상기 인체 내의 상응하는 부분에 위치하는 상기 수신전극과 데이터 전송 채널을 형성하는 것을 특징으로 하는 체내 통신을 이용한 인공와우 시스템.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 송신전극 및 상기 수신전극은 각각 2개의 전극을 포함하고,
   2개의 송신전극 사이의 거리는 2개의 수신전극 사이의 거리보다 크며,
   상기 2개의 송신전극 사이의 거리는 10cm 미만이고, 상기 2개의 수신전극 사이의 거리는 3cm 이상이며, 상기 송신전극 및 상기 수신전극 사이의 거리는 1cm 미만인 것을 특징으로 하는 체내 통신을 이용한 인공와우 시스템.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 송신전극 및 상기 수신전극의 형상은 각진 모서리가 없이 서로 마주보는 표면의 모서리가 완만하게 형성되는 것을 특징으로 하는 체내 통신을 이용한 인공와우 시스템.

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