KR20210127912A - 카트리지를 사용한 장치 이식 - Google Patents

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KR20210127912A
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probe
cartridge
needle
biological tissue
probe device
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KR1020217010790A
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로빈 영
필립 엔. 세이브스
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뉴럴링크 코포레이션
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Abstract

본 발명은 생물학적 조직(biological tissue)(예를 들어, 뇌 조직)에 장치들을 이식하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 시스템은 생체 적합성 프로브, 프로브에 연결된 집적 회로(IC) 칩, 카트리지 ― 상기 카트리지는 프로브가 카트리지에 제거 가능하게 결합되는 임시 부착 표면 및 IC 칩을 카트리지에 제거 가능하게 결합하기 위한 패스너를 포함 ―, 프로브와 가역적으로 맞물림하기 위한 바늘, 바늘을 고정하도록 구성된 로봇 아암, 카메라; 및 마이크로프로세서 제어기를 포함한다. 마이크로프로세서 제어기는, 카메라를 사용하여 로봇 아암과 바늘을 제어하고, 마이크로프로세서 제어기는 바늘을 사용하여 임시 부착 표면으로부터 프로브를 제거하고, 바늘과 프로브로 생물학적 조직을 천공하며, 생물학적 조직 내에 프로브를 남겨둔 채 바늘을 빼내며, IC 칩을 카트리지로부터 분리하고 IC 칩을 생물학적 조직과 함께 남겨두도록 제어되며, IC 칩은 여전히 프로브에 묶여 있다.

Description

카트리지를 사용한 장치 이식
관련 출원에 대한 상호 참조
[0001] 본 출원은 2018년 9월 14일자로 출원된 발명의 명칭이 "Cartridge for Implantable Devices"인 미국 가출원 번호 62/731,446의 우선권의 이익을 주장하며, 이는 모든 목적을 위해 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
[0002] 본 개시내용은 일반적으로 프로브 장치들을 이식하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
[0003] 신경학적 부위들(neurological sites)로부터 기록 및/또는 자극하는 통상적인 방법들은, 신경학적 관심 부위들을 정확하게 기록 및/또는 자극할 수 있도록 전극들을 위치결정하고 크기를 조정할 수 없다는 점에서 제한된다. 게다가, 기존의 전극들(및 전극 어레이들)은 신경계의 구조들과 안정적이고 등각적인 통합을 달성할 수 없다. 더욱이, 기존의 전극들은 시간이 지남에 따라 기록 및/또는 자극된 신경학적 신호들의 품질이 저하되기 쉽다.
[0004] 정확하고 신뢰할 수 있는 시간의 양에 걸쳐 신경학적 부위들로부터 기록 및/또는 자극할 수 있는 전극없이, 기존 전극들을 사용하는 신경 부위들을 위한 이식 장치들은 과학 및 연구 실험들, 뉴럴 보철물들(neural prostheses)(예를 들어, 뇌/신경 기계 인터페이스들) 및 신경 질환(neuronal disease) 치료(예를 들어, 간질 치료를 위한 심부 뇌 자극)에 제한적으로 사용된다.
[0005] 전극들을 갖는 이식 가능 장치들을 신경학적 조직에 이식하는 종래의 접근법들은 제한된 깊이, 제한된 수명, 제한된 표적화 능력, 장치들의 상대적으로 큰 크기 및 제한된 대역폭으로 인한 제한들을 겪는다.
[0006] 일부 실시예들에서, 프로브 장치를 생물학적 조직(biological tissue)에 로봇으로 이식하기 위한 시스템은 생체 적합성 프로브(biocompatible probe), 프로브에 연결된 집적 회로(IC) 칩, 카트리지 ― 카트리지는 프로브가 카트리지에 제거 가능하게 결합되는 임시 부착 표면 및 IC 칩을 카트리지에 제거 가능하게 결합하기 위한 패스너를 포함 ―, 프로브와 가역적으로 맞물림하도록 구성된 바늘, 바늘을 고정하도록 구성된 로봇 아암, 카메라, 및 카메라를 사용하여 로봇 아암과 바늘을 제어하도록 구성된 마이크로프로세서 제어기를 포함하며, 마이크로프로세서 제어기는, 바늘을 사용하여 임시 부착 표면에서 프로브를 제거하고, 바늘과 프로브로 생물학적 조직을 천공하고, 생물학적 조직 내에 프로브를 남겨둔 채 바늘을 빼내고, 그리고 IC 칩을 카트리지로부터 분리하고 IC 칩을 생물학적 조직과 함께 남겨두도록 제어되며, IC 칩은 여전히 프로브에 묶여 있다.
[0007] 일부 양태들에서, 프로브 장치 조립체는 다중 프로브들 및 IC 칩들을 더 포함할 수 있다. 일부 양태들에서, 패스너는 자기 부착물(magnetic attachment) 또는 기계적 부착물 중 하나 이상을 포함한다.
[0008] 일부 양태들에서, 임시 부착 표면은 파릴렌 또는 실리콘 중 하나 이상으로 형성되고, 그리고 카트리지는 임시 부착 표면 밑에 접착제 층을 더 포함한다. 일부 양태들에서, 시스템은 데이터, 전기, 또는 다른 신호들을 중계하도록 구성된 안테나를 더 포함한다.
[0009] 일부 양태들에서, 프로브는 생물학적 조직에 삽입되도록 구성된 전극 및 바늘과의 맞물림을 위해 카트리지에 장착된 수용 특징부를 포함한다. 일부 양태들에서, 로봇 아암은 제1 로봇 아암이고, 시스템은 카트리지와 결합하도록 구성된 제2 로봇 아암을 더 포함한다.
[0010] 일부 실시예들에서, 프로브 장치를 생물학적 조직에 이식하는 방법은 (i) 카트리지가 생체 적합성 프로브와 제거 가능하게 결합되는 임시 부착 표면 및 프로브에 묶여 있는 집적 회로(IC) 칩을 카트리지에 제거 가능하게 결합하는 패스너를 포함하는 카트리지를 제공하는 단계, (ii) 바늘을 프로브에 가역적으로 맞물림하는 단계, (iii) 바늘을 사용하여 임시 부착 표면으로부터 프로브를 제거하는 단계, (iv) 바늘 및 프로브로 생물학적 조직을 천공하는 단계, (v) 프로브를 생물학적 조직 내에 남겨 두면서 바늘을 빼내는 단계, (vi) IC 칩을 카트리지로부터 분리하고, IC 칩을 생물학적 조직과 함께 남겨두는 단계를 포함하고, IC 칩은 여전히 프로브에 묶여 있다.
[0011] 일부 양태들에서, 카트리지는 다중 프로브들 및 IC 칩들을 가지며, 방법은 다중 프로브들의 각각의 프로브에 대해 단계(ii) 내지 단계(v)를 반복하는 단계를 더 포함한다. 일부 양태들에서, 바늘을 선택된 수용 특징부들과 가역적으로 맞물림시키는 단계는, 바늘을 약 5도 내지 약 180도 회전시키는 것을 포함한다. 일부 양태들에서, 프로브는 약 1 내지 약 3 밀리미터의 깊이에서 생물학적 조직 내에 남겨진다.
[0012] 일부 실시예들에서, 카트리지 및 프로브 장치 조립체는 제1 패스너, 카트리지를 로봇 아암에 제거 가능하게 결합하도록 구성된 제2 패스너, 및 임시 부착 표면을 포함하는 카트리지; 제1 패스너를 통해 카트리지에 제거 가능하게 결합된 집적 회로(IC) 칩; 및 IC 칩에 묶여 있고 카트리지의 임시 부착 표면에 제거 가능하게 결합된 생체 적합성 프로브를 포함하며, 프로브는 생물학적 조직에 삽입되도록 구성된 전극을 포함한다.
[0013] 일부 양태들에서, 카트리지 및 프로브 장치 조립체는 생물학적 조직 외부측에 노출되도록 배열되고 데이터, 전기 또는 기타 신호들을 중계하도록 구성된 통신 포트를 더 포함한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 일부 양태들에서, 카트리지 및 프로브 장치 조립체는 데이터, 전기 또는 다른 신호들을 중계하도록 구성된 안테나를 더 포함한다.
[0014] 일부 양태들에서, 제1 패스너는 자기 부착물 또는 기계적 부착물 중 하나 이상을 포함한다. 일부 양태들에서, 제2 패스너는 자기 부착물 또는 기계적 부착물 중 하나 이상을 포함한다.
[0015] 일부 양태들에서, 카트리지 및 프로브 장치 조립체는 다중 프로브들 및 IC 칩들 및 이식을 위한 바늘에 의해 맞물림될 위치에 다중 프로브들을 장착하도록 구성된, 카트리지 상의 돌출 에지를 더 포함한다.
[0016] 일부 양태들에서, 카트리지 및 프로브 장치 조립체는 4 개의 집적 회로 칩들, 및 4 개의 칩 구획들을 포함하는 보관 패키지 구조를 포함하고, 각각의 칩 구획은 개개의 IC 칩을 보유한다. 일부 양태들에서, 임시 부착 표면은 파릴렌 또는 실리콘 중 하나 이상으로 형성되고; 카트리지는 임시 부착 표면과 카트리지 사이에 접착층을 더 포함한다. 일부 양태들에서, 프로브는 약 2 마이크로미터(㎛) 내지 약 50 ㎛ 범위의 두께를 갖는다.
[0017] 본 개시내용의 예시적인 양태들은, 다음 도면들을 참조하여 하기에서 상세히 설명된다. 본원에 개시된 실시예들 및 도면들은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 간주되도록 의도된다.
[0018] 도 1a 및 도 1b는 본 개시내용의 양태에 따른, 장치를 이식하기 위한 시스템을 예시한다.
[0019] 도 2는 본 개시내용의 양태에 따른, 프로브를 삽입하기 위한 바늘을 포함하는 삽입기 헤드를 예시한다.
[0020] 도 3은 본 개시내용의 양태에 따른, 카트리지-필박스 조립체를 포함하는 프로브 장치 스테이지를 예시한다.
[0021] 도 4는 본 개시내용의 양태에 따른 프로브 장치 조립체를 예시한다.
[0022] 도 5는 본 개시내용의 다른 양태에 따른 프로브 장치 조립체를 예시한다.
[0023] 도 6a 및 도 6b는 본 개시내용의 양태에 따른 카트리지를 예시한다.
[0024] 도 7은 본 개시내용의 양태에 따른 카트리지-필박스 조립체를 예시한다.
[0025] 도 8a 내지 도 8d는 본 개시내용의 일부 양태들을 프로브 장치 조립체의 프로브의 선택 및 조작을 예시한다.
[0026] 도 9a 내지 도 9k는 본 개시내용의 양태에 따른 신경외과적 과정(neurosurgical process)을 예시한다.
[0027] 도 10a 내지 도 10c는 본 개시내용의 다른 양태에 따른 이식된 프로브 장치 조립체들을 예시한다.
[0028] 도 11은 본 개시내용의 다른 양태에 따른 이식된 프로브 장치 조립체들을 예시한다.
[0029] 도 12는 본 개시내용의 양태들에 따른, 프로브 장치를 이식하는 방법을 설명하는 예시적인 흐름도이다.
[0030] 도 13은 특정 실시예들을 구현하는 데 사용될 수 있는 예시적인 컴퓨터 시스템을 예시한다.
[0031] 본 개시내용은 생물학적 조직을 기록 및/또는 자극하도록 구성된 전극들을 갖는 이식 가능 장치들(또한, 본원에서 "프로브 장치 조립체들" 또는 "프로브 장치들"로 지칭됨)을 이식하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 일부 실시예들에서, 생물학적 조직은 신경학적 조직(또한, "뇌 조직"으로 지칭됨)을 포함할 수 있다. "프로브 장치를 이식하는 것"은 프로브 장치의 적어도 일부를 조직에 이식하는 것을 의미할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 프로브 장치를 이식하는 것은 프로브 장치의 일부를 조직 상에 또는 조직에 근접하게 배치하는 것을 포함할 수 있다.
[0032] 위에서 언급된 바와 같이, 프로브 장치들을 신경학적 조직에 이식하는 종래의 접근 방식들은 수개의 제한들을 겪는다. 전극들이 있는 기존의 뇌 임플란트들은 침투 깊이가 제한되는 경향이 있다. 이러한 임플란트들은 또한 부분적으로, 수명이 제한되거나 기능 수명이 제한되는 경향이 있는데, 왜냐하면 현재 기존의 뉴럴 프로브들이 뇌를 관통할 수 있을만큼 견고하게 설계되지만, 증거에 따르면 후속 기계적 임피던스 불일치(즉, 뇌가 상대적으로 부드러움)와 함께 이러한 견고함은 고질적인 미세 동작(chronic micro-motion)을 유발하며, 이는 결국 흉터 및 전극의 기록과 자극 능력의 손실에 이르기 때문이다. 더욱이, 이러한 임플란트들은 표적화 능력이 제한적이다. 일부 종래 시스템들에서, 프로브 장치들은 강성 2 차원(2D) 어레이들로 제작되며, 이는 예를 들어 혈관들을 피하기 위해 표적화되도록 충분한 가요성을 갖도록 배열될 수 없다. 제한된 표적화 능력은, 또한 기존 구조들 또는 2D 어레이들의 일부인 전극들이 뇌 전체에서 동적으로 선택되거나 임의로 선택된 위치들에서 표적화되거나 배치될 수 없음을 의미한다. 더욱이, 이러한 임플란트들은 임플란트들이 자극 및/또는 기록중인 조직에 비해 상대적으로 큰 크기로 인해 제한된다. 이러한 대형 임플란트들은 면역 및 이물질 반응들을 유도할 수 있다. 더욱이, 이러한 임플란트들은 그러한 응용들에 사용된 이전 기술들이 뉴런들(neurons)의 작은 부분만을 기록하거나 변조할 수 있다는 점에서 제한된 대역폭을 갖는다. 더욱이, 일부 종래 시스템들에서는, 프로브들이 스티프너들을 사용하여 이식되는데, 이는 느린 프로세스이다.
[0033] 본원에 설명된 기술들은 이러한 문제들을 해결한다. 더 큰 프로브 장치들의 삽입과 관련된 문제들을 해결하기 위해 마이크론 규모 프로브들을 구현할 수 있다. 마이크론 규모 프로브들을 수동으로 이식하는 것은 불가능할 정도로 어렵기 때문에, 특수 시스템들이 이러한 작은 프로브들을 조작, 조준 및 이식할 수 있다. 더욱이, 프로브들은 이식 영역 상에 또는 그 근처에 배치될 수 있는 보관 패키지 구조들에 결합된다. 보관 패키지 구조들은 하나 이상의 집적 회로(IC) 칩들을 저장하고 보호하는 역할을 할 수 있다. 집적 회로 칩들은 프로브들로부터 모은 데이터를 수집하고 분석하는 역할을 할 수 있다. 프로브들 및 보관 패키지 구조는 집합적으로 프로브 장치 조립체를 형성한다. 이러한 프로브 장치 조립체는 수천 개의 채널들을 포함할 수 있으며, 이는 조직으로부터 높은 대역폭의 정보 스트림들을 얻기 위해 조직의 표적 영역들에 이식될 수 있다.
[0034] 개시된 프로브 장치는 피질(cortex)의 표면 아래에 대략적으로 침투할 수 있는 개선된 깊이 침투를 갖는 전극들을 포함할 수 있다. 전극들의 예는 2018년 9월 14일자로 출원되고 본원에 인용에 의해 통합된 발명의 명칭이 "ELECTRODE FABRICATION AND DESIGN"인 미국 가출원 번호 62/731,496에서 논의된 것들을 포함할 수 있다. 추가로, 개시된 프로브 장치들은 원하는 표적에 프로브 장치의 전극들을 위치결정하고 이식하기에 충분한 견고함을 갖는 바늘을 사용하여 이식될 수 있다. 일부 실시예들에서, 바늘은 프로브 장치가 이식되면 프로브 장치와 맞물림 해제될 수 있으며, 생물학적 조직과 접촉하는 가요성 전극 어레이만 남게 되며, 이에 의해 기존의 접근 방식들에서 흔히 볼 수 있는 고질적인 미세 동작, 흉터 및 기록/자극 효과의 손실을 줄인다. 추가로, 일부 실시예들에서, 프로브 장치는 로봇 수술 기술들로부터 바늘 및 안내를 사용하여 이식될 수 있다. 로봇 수술 기술들은 이식의 타이(tie)를 결정하도록 구성된 터치 다운 센서를 포함할 수 있다. 더욱이, 그러한 로봇 수술 기술들은 혈관 등을 피하기 위해 개선된 표적화를 제공하는 표적화 과정들에 유용한 하나 이상의 컴퓨터 비전 기술들을 포함할 수 있다. 예시적인 컴퓨터 비전 기술들은 2018년 9월 14일자로 출원된 발명의 명칭이 "COMPUTER VISION TECHNIQUES"인 미국 가출원 번호 62/731,520에 설명되어 있으며 인용에 의해 포함된다(이하, ‘520 출원). 게다가, 개시된 프로브 장치들은 2018년 3월 16일자로 출원된 발명의 명칭이 "NETWORK-ON-CHIP FOR NEUROLOGICAL DATA"인 미국 가출원 번호 62/644,217에 설명되고 2019년 3월 14일로 출원된 정규 출원 번호 16/354,059와 관련된 것과 같은 특수하게 구성된 응용 주문형 집적 회로들(application-specific integrated circuits)을 포함할 수 있으며, 인용에 의해 본원에 포함된다.
[0035] 프로브 장치를 이식하기 위한 바늘을 구현하는 다른 접근법들은 2015년 12월 18일자로 출원된 발명의 명칭이 "METHODS, COMPOSITIONS, AND SYSTEMS FOR DEVICE IMPLANTATION"인 PCT/US2015/066879 및 2017년 11월 28일자로 출원된 발명의 명칭이 "MICRONEEDLE FABRICATION AND DEVICE IMPLANTATION"인 PCT/US2017/063492에서 찾을 수 있으며, 그의 내용들은 인용에 의해 본원에 포함된다.
[0036] 본 개시내용 및 상기 언급된 개시내용들로부터 이해되어야 하는 바와 같이, 프로브 장치들을 이식하는 기존 접근법들의 한계들을 극복하는 프로브 장치는 극히 작고 미세한 전극들을 가질 것이다. 일부 실시예들에서, 이러한 전극들의 어레이는 전체 프로브 장치의 일부로서 연결될 것이며, 여기서 전극들은 서로 연결되고 그리고 유사하게 작고 미세한 필라멘트형 연결들을 갖는 임플란트의 중앙 모듈에 연결된다. 이러한 일부 양태들에서, 프로브 장치는 임플란트의 단자 점들로서 연장되고 신호들을 송수신하도록 배열되고 구성되는 전극들을 갖는 메시처럼 고려될 수 있다. 일부 양태들에서, 뇌를 덮는 이러한 복수의 단자 전극들을 갖는 프로브 장치는 다중 입력들을 갖고 신호를 개별적으로 또는 출력 신호를 통해 총체적으로 지시하는 멀티플렉서(multiplexer)와 유사한 것으로 이해될 수 있다. 물론, 프로브 장치는 또한 전류 또는 데이터의 반대 방향으로 효과적으로 작동하면서 복수의 전극들을 통해 신호들을 전달하도록 구성될 수 있다.
[0037] 추가로 이해되어야하는 바와 같이, 프로브 장치 조립체는 다양한 형상들 및 크기들을 가질 수 있고 수술 후 프로브 장치와 함께 피험자 내에서 생체 내에 남아 있도록 구성될 수 있는 보관 패키지 구조 고정 회로망(storage package structure holding circuitry)을 포함할 수 있다. 보관 패키지 구조는 예를 들어, 보관 패키지 구조를 수용하기 위해 쉐이빙(shaved)되거나 조각된(carved) 동물의 두개골의 일부 내에 배치될 수 있다. 프로브 장치 조립체는 프로브 장치와 신호들을 송수신하기 위한 통신 릴레이를 더 포함할 수 있다. 일부 양태들에서, 프로브 장치 조립체는 두개골을 통해 연장되고 피험자의 피부를 통해 노출되어 생물학적 조직 외부측의 외부 액세스 포인트를 제공하는 포트를 더 포함할 수 있으며, 여기서 포트가 데이터, 전기 또는 기타 신호들을 중계할 수 있다. 다른 양태들에서, 프로브 장치 조립체는 데이터, 전기(예를 들어, 프로브 장치 충전용) 또는 다른 신호들을 중계하기 위해 무선 주파수들, Wi-Fi 주파수들 등으로 전송하도록 구성된 안테나를 포함하는 무선 통신 포트를 더 포함할 수 있다.
[0038] 도면들에 도시된 많은 세부 사항들, 치수들, 각도들 및 다른 특징들은 단지 특정 실시예들을 예시한 것이다. 따라서, 다른 실시예들은 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 다른 세부 사항들, 치수들, 각도들 및 특징들을 포함할 수 있다. 본 기술의 다양한 실시예들은 또한 도면들에 도시된 것 이외의 다른 구조들을 포함할 수 있으며, 도면들에 도시된 구조들로 명백히 제한되지 않는다. 더욱이, 도면들에 도시된 다양한 요소들과 특징들은 실척대로 그려지지 않을 수 있다. 도면들에서, 동일한 참조 번호들은 동일하거나 적어도 일반적으로 유사한 요소들을 식별한다.
[0039] 본원에서 사용된 바와 같이, 단수형 표현은 문맥상 달리 명확하게 나타내지 않는 한 복수형 표현도 포함하도록 의도된다. 본 명세서에서 사용될 때 용어 "포함한다" 및/또는 "포함하는"은 언급된 특징들, 완전체들, 단계들, 연산들, 요소들 및/또는 구성요소들의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 특징들, 완전체들, 단계들, 연산들, 요소들, 구성요소들 및/또는 그의 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 추가로 이해될 것이다.
[0040] "밑(beneath)", "아래(below)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 다른 요소(들) 또는 특징(들)에 대한 하나의 요소 또는 특징의 관계를 설명하기 위한 설명의 편의를 위해 본원에 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면들에 묘사된 배향에 더하여 사용 또는 작동중인 장치의 상이한 배향들을 포함하도록 의도된 것으로 이해될 것이다. 예를 들어, 도면의 장치가 뒤집힌 경우, 다른 요소들 또는 특징들에서 "아래"또는 "밑"으로 설명된 요소들은 다른 요소들 또는 특징들에서 "위"로 배향될 것이다. 따라서, "아래"와 같은 용어는 그의 사용 상황에 따라 위와 아래의 배향 둘 모두를 포함할 수 있다. 장치는 이와 달리 배향(90도 또는 다른 배향들로 회전)될 수 있으며 그리고 본원에서 사용된 공간적으로 상대적인 설명자들이 이에 따라 해석된다.
[0041] 용어 "제1", "제2"등이 본원에서 다양한 요소들, 구성요소들, 영역들, 층들 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이들은 이러한 용어에 의해 제한되지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다. 이러한 용어는 단지 하나의 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 섹션을 다른 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 아래에서 논의되는 제1 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 교시들에서 벗어나지 않고 제2 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 섹션으로 지칭될 수 있다.
[0042] 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "및/또는" 및 "적어도 하나"는 하나 이상의 연관된 열거된 항목들의 임의의 및 모든 조합들을 포함한다.
[0043] 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "대략" 및 "약"은 주어진 값이 주어진 값보다 크거나 작은 기능적 범위 내에 있을 수 있음을 제공함으로써 수치 범위 종점에 유연성을 제공하기 위해 사용된다. 본원에 사용된 바와 같이, 달리 명시되지 않는 한, 대략 또는 약으로 수정된 주어진 값은 ± 10 %까지 수정된다.
시스템 개요
[0044] 도 1a 및 도 1b는 일부 실시예들에 따른 장치를 이식하기 위한 시스템(100)을 예시한다. 도 1a는 시스템(100)의 정면도이다. 도 1b는 시스템(100)의 측면도이다. 시스템(100)은 삽입기 헤드(102), 프로브 장치 스테이지(104), 및 클리너(106)를 포함한다.
[0045] 삽입기 헤드(102)는 생물학적 조직에 프로브 장치를 이식하기 위한 구성요소를 포함하며, 도 2와 관련하여 아래에서 더 자세히 설명된다. 프로브 장치 스테이지(104)는 이식을 위해 프로브 장치를 정렬하기 위한 구성요소들을 포함한다. 프로브 장치 스테이지(104)는 도 3과 관련하여 아래에서 더 상세히 설명된다.
[0046] 클리너(106)는 시스템(100)의 구성요소들을 세척하기 위한 기능을 포함할 수 있다. 클리너(106)는 예를 들어 초음파 클리너일 수 있다. 클리너(106)는 바늘의 삽입 및 후퇴(retraction) 후에 바늘을 살균하도록 구성될 수 있다. 클리너(106)는 바늘을 신속하고 자동으로 살균하는 것을 용이하게 할 수 있으며, 이는 차례로 프로브 장치의 연속적이고 신속한 삽입을 용이하게 한다.
[0047] 도 2는 일부 실시예들에 따른 삽입기 헤드(200)를 예시한다. 삽입기 헤드(200)는 프로브 장치의 일부를 생물학적 조직에 이식하기 위한 요소들을 포함한다. 삽입기 헤드(200)는 표적화 카메라 액추에이터들(202), 표적화 카메라들(204), 삽입 카메라(206), 광 파이프 조립체들(208), 바늘(220)을 유지하도록 구성된 바늘 조립체(210), 핀처 액추에이터(212), 바늘 액추에이터(214), 및 삽입 아암(230)을 포함할 수 있다.
[0048] 바늘 조립체(210)는 삽입 아암(230) 상에 배치된 기판에 이동 가능하게 부착된 바늘(220) 및 핀처(222)를 포함할 수 있다. 바늘 조립체(210)는 작을(예를 들어, 밀리미터 규모) 수 있다. 바늘 조립체(210)는 삽입 아암(230)에 빠르고 쉽게 설치 또는 교체되도록 구성될 수 있다.
[0049] 바늘(220)은 프로브 장치의 일부들을 조직에 삽입하도록 구성될 수 있다. 바늘(220)은 텅스텐, 레늄, 이리듐 또는 탄소와 같은 하나 이상의 재료들로 구성될 수 있다. 구체적인 예로서, 바늘(220)은 텅스텐-레늄 와이어로 구성될 수 있다. 바늘(220)은 작은 직경, 예를 들어 24㎛ 및/또는 20㎛ 내지 50㎛를 달성하기 위해 밀링 및/또는 전기 화학적으로 에칭될 수 있다. 일부 실시예들에서, 바늘(220)은 직경이 20㎛ 미만이거나 50㎛ 초과일 수 있다. 바늘(220)은 프로브 장치들의 이식을 용이하게 하기 위해 캐뉼라를 포함할 수 있다.
[0050] 핀처(222)는 삽입을 위해 프로브 장치들을 안내하도록 구성될 수 있다. 핀처(222)는 텅스텐과 같은 재료로 구성된 와이어일 수 있다. 핀처(222)는 (예를 들어, 대략 90도 각도로) 구부러질 수 있다. 핀처(222)는 (예를 들어, 바늘(220)과 유사한 규모로) 직경이 약 50㎛일 수 있다. 핀처(222)는 운반 중에 프로브 장치들을 지지하는 역할을 할뿐만 아니라 프로브 장치 또는 그 일부들이 바늘(220)의 경로를 따라 삽입되는 것을 보장하는 역할을 할 수 있다. 핀처(220)는 작동 중에 연장 및 후퇴하도록 구성될 수 있다. 핀처(220)는 예를 들어, 바늘(220)에 대해 프로브 장치를 핀치하도록 회전하게 구성될 수 있다. 바늘(220) 및 핀처(222)는 실척으로 도시되어 있지 않다.
[0051] 일부 실시예들에서, 바늘 조립체(210)는 "터치 다운"센서(도시 생략)를 포함할 수 있다. 터치 다운 센서는 바늘 조립체(210)로부터 전개되고 수직 축을 따라 생물학적 조직의 존재를 감지하도록 구성될 수 있다. 일부 양태들에서, 터치 다운 센서는 힘 센서를 포함할 수 있다. 다른 양태들에서, 터치 다운 센서는 커패시터 기반 전기 센서를 포함할 수 있다. 터치 다운 센서는 바늘 조립체(210)로부터 전개될 수 있고, 그 다음에 생물학적 조직의 존재가 검출될 때 바늘 조립체(210)로 후퇴될 수 있다. 터치 다운 센서는 뇌와 같은 살아 있는 생물학적 조직에서 수행되는 수술 기술들에 유용할 수 있으며, 이 조직은 수술 중 수직 방향으로 펄스 및/또는 이동할 수 있다.
[0052] 바늘 조립체(210)는 삽입 아암(230)(또한, 본원에서 로봇 아암으로 지칭됨)에 결합될 수 있다. 삽입 아암(230)은 바늘 조립체(210)의 동작을 수행하기 위한 구조일 수 있다. 삽입 아암(230)은 동작을 구동하기 위한 모터를 포함하거나 이에 결합될 수 있다. 예를 들어, 모터는 가변 삽입 속도들 및 급속의 후퇴 가속을 위해 구성된 선형 모터일 수 있다. 삽입 아암(230)은 바늘 조립체(210)의 동작을 제어하기 위해 삽입 아암(230)에 명령들을 전송하기 위한 마이크로프로세서 제어기 및/또는 컴퓨팅 장치에 결합될 수 있다.
[0053] 마이크로프로세서 제어기는 삽입 아암(230), 도 3의 카트리지 팔(320) 및/또는 시각화 구성요소들(예를 들어, 표적화 카메라(들)(204), 삽입 카메라(들)(206), 전방 카메라 스택(304), 측면 카메라 스택(302), 및/또는 광 파이프 조립체들(208 및 306)) 중 하나 이상의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 마이크로프로세서 제어기는 시각화 구성요소들로부터 수신된 시각화 정보를 입력으로 수신할 수 있다. 시각화 정보는, 마이크로프로세서 제어기가 삽입 아암(230) 및/또는 카트리지 아암(320)을 제어하기 위한 방향 및/또는 속도 정보를 결정하는 데 사용할 정보를 제공할 수 있다. 마이크로프로세서 제어기는 동작 명령을 결정하기 위해 시각화 정보를 분석할 수 있다. 마이크로프로세서 제어기는 그 동작을 제어하기 위해 삽입 아암(230) 및/또는 카트리지 아암(320)에 동작 명령들을 송신할 수 있다. 마이크로프로세서 제어기는 유사한 방식으로 핀처 액추에이터(212) 및 바늘 액추에이터(214)에 미세 동작 명령들을 추가로 결정하고 송신할 수 있다.
[0054] 삽입 아암(230)은 핀처(222)의 동작을 유발하기 위한 핀처 액추에이터(212) 및 바늘(220)의 동작을 유발하기 위한 바늘 액추에이터(214)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 삽입 아암(230)의 전체적인 동작은 상대적으로 큰 규모의 동작에 대응하는 반면, 핀처 액추에이터(212) 및 바늘 액추에이터(214)의 동작은 미세한 동작들에 대응한다. 핀처 액추에이터(212) 및 바늘 액추에이터(214)는 삽입 아암(230)으로서 동일하거나 상이한 마이크로프로세서 제어기들, 컴퓨팅 장치들 및 모터들을 사용하여 이동될 수 있다.
[0055] 삽입기 헤드(200)의 동작은 카메라들(예를 들어, 표적화 카메라들(204) 및/또는 삽입 카메라(206))을 포함할 수 있는 하나 이상의 시각화 장치들을 사용하여 제어될 수 있다. 시각화 장치들에 의해 획득된 이미지들은 삽입 아암(230)의 동작을 결정하는 데 사용될 수 있다.
[0056] 표적화 카메라들(204) 및 삽입 카메라(206)는 비디오 피드(video feed) 및/또는 정지 이미지들(still images)을 캡처하기 위한 카메라들일 수 있다. 삽입기 헤드(200)는 하나 이상의 표적화 카메라들(204) 및/또는 삽입 카메라들(206)을 포함할 수 있다. 표적화 카메라들(204)은 삽입 프로세스를 제어하는 데 사용될 수 있는 임플란트가 삽입되는 영역의 이미지들을 캡처하는 데 사용될 수 있다. 입체 효과를 달성하기 위해 다수의 표적화 카메라들(204)이 사용될 수 있다. 도 2에 도시된 예에서, 2 개의 표적화 카메라들(204)이 제공된다. 대안적으로, 1 개, 3 개, 4 개 또는 그 이상의 표적화 카메라들(204)이 사용될 수 있다. 삽입 카메라(206)는 이식 동안 바늘(220)에 초점을 맞추도록 구성될 수 있다. 유사하게, 하나 이상의 삽입 카메라들(206)이 구현될 수 있다.
[0057] 표적화 카메라 액추에이터들(202)은 표적화 카메라들(204)의 동작을 제어할 수 있다. 표적화 카메라 액추에이터들(202)은 삽입 아암(230) 및/또는 그 구성요소들의 동작을 제어하는 마이크로프로세서 제어기와 동일하거나 상이할 수 있는 마이크로프로세서 제어기에 결합된 표적화 카메라들(204)을 이동시키기 위한 기계적 구성요소들을 포함할 수 있다. 표적화 카메라 액추에이터(202)는 각각의 표적화 카메라(204)에 결합될 수 있다. 도 2에서, 2 개의 표적화 카메라 액추에이터들(202)이 도시되며, 하나는 각각의 표적화 카메라(204)에 결합된다.
[0058] 광 파이프 조립체들(208)은, 임플란트가 삽입될 영역을 조명하기 위한 기능을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광 파이프 조립체들(208)은 ‘520 출원에 설명된 바와 같이 컴퓨터 비전 기술들을 용이하게 하기 위해 광의 표적화된 파장들을 생성하도록 구성될 수 있다.
[0059] 도 3은 일부 실시예들에 따른 프로브 장치 스테이지(300)를 예시한다. 프로브 장치 스테이지(300)는 이식용 프로브 장치들을 안내하기 위한 요소들을 포함한다. 프로브 장치 스테이지(300)는, 측면 카메라 스택(302), 전방 카메라 스택(304), 광 파이프 조립체들(306), 카트리지-필박스 조립체(308), 카메라 팬 구동 조립체(310), 카메라 초점 구동 조립체(312), 및 카트리지 아암(320)을 포함할 수 있다.
[0060] 카트리지-필박스 조립체(308)(또한, 본원에서 "카트리지 및 프로브 장치 조립체"로 지칭됨)는 하나 이상의 프로브 장치 조립체들(또한, 프로브 장치들로 지칭됨)의 이식을 안내하기 위한 카트리지를 포함한다. 프로브 장치 조립체들은 보관 패키지 구조 또는 "필박스"에 결합된 하나 이상의 프로브들을 포함할 수 있다. 보관 패키지 구조는 보관 패키지 구조에 의해 보호되는(예를 들어, 밀폐 밀봉된) 하나 이상의 회로들과 같은 전자 장치를 보유할 수 있다. 카트리지는 프로브들 및/또는 보관 패키지 구조에 제거 가능하게 부착될 수 있다. "제거 가능하게 부착된" 또는 "제거 가능하게 결합된"은 비교적 쉽게 부착되고 분리될 수 있는 구성요소들을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 자기적으로 부착된 구성요소들과 간단한 동작으로 풀리는 기계적 부착물들을 통해 함께 스냅결합된 구성요소들은 제거 가능하게 부착된다. 카트리지-필박스 조립체(308), 카트리지들 및 프로브 장치 조립체들은 도 4 내지 도 7과 관련하여 아래에서 자세히 설명된다.
[0061] 카트리지 아암(320)(또한, 로봇 아암으로 지칭됨)은 카트리지-필박스 조립체(308)에 제거 가능하게 결합될 수 있다. 카트리지 아암(320)은 카트리지-필박스 조립체(308)의 동작을 수행하기 위한 구조일 수 있다. 카트리지 아암(320)은, 카트리지 아암(320)의 동작을 구동하기 위한 모터를 포함하거나 이에 결합될 수 있다. 카트리지 아암(320)은 도 2와 관련하여 전술한 바와 같이 카트리지-필박스 조립체(308)의 동작을 제어하기 위해 카트리지 아암(320)에 명령들을 전송하기 위한 마이크로프로세서 제어기 및/또는 컴퓨팅 장치에 결합될 수 있다.
[0062] 대안적으로 또는 추가적으로, 일부 실시예들에서, 카트리지-필박스 조립체(308)는 시스템(100)의 나머지로부터 분리될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 카트리지-필박스 조립체들(308)은 카트리지 아암(320)에 카트리지-필박스 조립체(308)를 부착하지 않고 도 2의 삽입기 헤드(200)에 근접 배치될 수 있다. 삽입 아암(230)은 이 경우에 고정된 카트리지-필박스 조립체의 구성요소들과 맞물림하기 위해 움직일 수 있다.
[0063] 카트리지-필박스 조립체(308)가 카트리지 아암(320)에 부착되면, 카트리지 아암(320) 및 부착된 카트리지-필박스 조립체(308)의 동작은 카메라들(예를 들어, 카메라 스택(302 및 304))을 포함할 수 있는 하나 이상의 시각화 장치들을 사용하여 제어될 수 있다. 시각화 장치들에 의해 획득된 이미지들은 카트리지 아암(320)의 동작을 제어하기 위해 마이크로프로세서 제어기에 의해 사용될 수 있다.
[0064] 카메라 스택(302 및 304)은 비디오 피드 및/또는 정지 이미지들을 캡처하기 위한 카메라들을 포함할 수 있다. 전방 카메라 스택(304) 및 측면 카메라 스택(302)은 타겟 이식 영역(target implantation region)의 전방 및 측면 뷰들을 얻기 위해 서로에 대해 배향될 수 있다. 카메라 스택들(302 및 304)은, 임플란트가 삽입되는 영역의 이미지들을 캡처하는 데 사용될 수 있으며, 이는 삽입 프로세스를 제어하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 카메라 스택들(302 및 304)은 서로 고정적으로 (예를 들어, 브래킷 또는 클램프로) 결합된다. 도 3에 도시된 예에서, 2 개의 카메라 스택들(302 및 304)이 제공된다. 대안적으로, 1 개, 3 개, 4 개 또는 그 이상의 카메라 스택들이 사용될 수 있다.
[0065] 광 파이프 조립체들(306)은, 임플란트가 삽입될 영역을 조명하기 위한 기능을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광 파이프 조립체들(208)은 컴퓨터 비전 기술들에서 사용하기 위한 광의 표적화된 파장들을 생성하도록 구성될 수 있다.
[0066] 카메라 팬 구동 조립체(310)는 카메라 스택(302 및 304)의 패닝 동작(panning motion)을 야기하기 위한 기계적 요소들을 포함할 수 있다. 카메라 팬 액추에이터 조립체(310)는 고정된 위치로부터 수평으로 카메라들을 스위블(swivel)시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 카메라 팬 액추에이터 조립체(310)는 카메라 스택들(302 및 304)을 함께 이동시켜 두 카메라 스택들(302 및 304)이 서로에 대해 동일한 배향을 유지하면서 동일한 방향으로 패닝할 수 있다. 카메라 팬 액추에이터 조립체(310)는 그 동작을 제어하기 위해 카메라 팬 액추에이터 조립체(310)에 명령들을 전송하기 위해 마이크로프로세서 제어기 및 컴퓨팅 장치에 통신 가능하게 결합될 수 있다.
[0067] 카메라 초점 구동 조립체(312)는 카메라 스택들(302 및 304)의 초점 동작을 야기하기 위한 기계적 요소들을 포함할 수 있다. 카메라 초점 액추에이터 조립체(312)는 카메라 스택들(302 및 304)과 타겟 영역 사이의 거리를 조정할 수 있다. 카메라 초점 액추에이터 조립체(312)는 카메라 스택들(302 및 304)을 함께 이동시켜 두 카메라 스택들(302 및 304)이 서로에 대해 동일한 방향을 유지하면서 동일한 방향으로 초점을 맞출 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 카메라 초점 액추에이터 조립체(312)는 측면 카메라 스택(302) 및 전면 카메라 스택(304)의 미세 초점을 개별적으로 제어하기 위한 별도의 미세 초점 요소들을 포함할 수 있다. 카메라 초점 액추에이터 조립체(312)는 카메라 초점 액추에이터 조립체(312)에 명령들을 전송하여 그 동작을 제어하기 위해 마이크로프로세서 제어기 및 컴퓨팅 장치에 통신 가능하게 결합될 수 있다. 카메라 팬 액추에이터 조립체(310) 및 카메라 초점 액추에이터 조립체(312)는 동일하거나 상이한 마이크로프로세서 제어기 및 컴퓨팅 장치에 의해 제어될 수 있다.
프로브 장치 조립체
[0068] 도 1의 시스템(100)을 사용하여 이식될 이식 가능한 장치들은 생체 적합성 및 마이크론 규모인 이식 가능한 부분들 또는 프로브들을 포함하여, 삽입 영역들에서 낮은 프로파일을 가지며 최소 침습(minimally invasive) 방식으로 생물학적 조직과 인터페이스할 수 있다. 하나 이상의 그러한 프로브들은 프로브 장치 조립체를 형성하기 위해 하나 이상의 집적 회로 칩들을 저장하는 보관 패키지 구조에 통신 가능하게 결합될 수 있다. 도 4 및 도 5는 이러한 프로브 장치 조립체들의 두 가지 예들을 예시한다.
[0069] 도 4는 일부 실시예들에 따른 분해도로 묘사된 프로브 장치 조립체(400)를 예시한다. 프로브 장치 조립체(400)는 보관 패키지 구조(423)에 통신 가능하게 결합된 하나 이상의 프로브들(421)을 포함할 수 있다.
[0070] 프로브(421)는 생물학적 조직에 이식하기 위한 장치이다. 프로브(421)는 예를 들어, 폴리이미드 또는 다른 폴리메트릭 재료와 같은 생체 적합성 재료로 구성된 생체 적합성 프로브일 수 있다. 프로브(421)는 생물학적 조직에 삽입하기 위한 와이어(408), 와이어(408) 상에 배치된 하나 이상의 전극들(407), 및 수용 특징부(409)를 포함할 수 있다.
[0071] 와이어(408)는 하나 이상의 생체 적합성 박막 재료들을 포함하는 얇은 중합체 조각일 수 있다. 와이어(408)는 정보를 송신하기 위해 전도성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 와이어(408)는 금 박막 트레이스(gold thin film trace)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 금 박막 트레이스는 폴리이미드 기판에 싸여있다. 예를 들어, 폴리이미드 박막층을 증착한 다음 금 박막층을 증착하고 그 다음 또 다른 폴리이미드 박막층을 증착하여 금 박막층이 폴리이미드 층 사이에 끼워진다. 일부 실시예들에서, 와이어(408)는 최대 3 개의 절연 층들 및 2 개의 도체 층들을 포함할 수 있다. 단일 프로브(421)가 도 4에 예시되어 있지만, 당업자가 인식할 수 있는 바와 같이, 다수의 프로브들(421)이 프로브 장치 조립체(400)에 포함될 수 있다.
[0072] 전극들(407)은 전기 전도성 재료들의 작은 조각이다. 전극들(407)은 생물학적 조직의 기록 및/또는 자극(예를 들어, 뇌의 뉴런들을 자극하고 뇌로부터의 뉴럴 스파이크들을 기록)을 위해 구성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 와이어(408)는 도파관 또는 미세 유체 채널과 같은 정보를 전달하기 위해 다른 도관들과 함께 분산될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전극들(407)(또는 다른 도관들)은 대략 50㎛, 75㎛, 및/또는 25㎛ 내지 100㎛ 사이에 이격된다. 각각의 프로브(421)는 대략 32 개의 전극들(407) 및/또는 1 개 내지 100 개의 전극들 또는 25 개 내지 75 개의 전극들(407)을 포함할 수 있다. 전극들(407)은 (예를 들어, 생체 적합성 및/또는 생물학적 조직에 삽입될 수 있는 크기로 정해진) 생물학적 조직에 삽입되도록 구성될 수 있다.
[0073] 와이어(408)의 일 단부는 수용 특징부(receiving feature)(409)에서 종단될 수 있다. 수용 특징부(409)는 바늘 및/또는 맞물림 특징부를 수용하기 위한 특징부일 수 있다. 수용 특징부(409)의 예들은 루프, 후크 또는 클램프를 포함한다. 예를 들어, 와이어(408)는 마이크론 규모 바늘의 맞물림 특징부를 수용하기 위해 (16 × 50)㎛2 루프를 포함할 수 있다.
[0074] 도 4는 실척이 아닌 프로브 장치 조립체(400)의 개략도이다. 프로브(421)는 보관 패키지 구조(423)보다 상당히 작을 수 있다. 프로브(421)는 마이크론 규모로 치수화될 수 있다(예를 들어, 프로브(421)는 마이크로미터(㎛)로 가장 잘 측정된 크기를 갖는다). 예를 들어, 프로브(421)는 약 2 마이크로미터(㎛) 내지 약 50㎛ 범위의 두께를 가질 수 있다. 구체적인 예로서, 프로브(421)의 두께는 약 4㎛ 내지 6㎛ 범위일 수 있으며, 이는 뇌 조직에 최소 침습성 이식에 적합한 치수이다. 다른 구체적인 예로서, 프로브(421)의 두께는 약 15㎛ 내지 30㎛ 범위 일 수 있다. 다양한 다른 양태들에서, 프로브(421)는 2㎛ 미만 또는 50㎛ 초과의 폭을 가질 수 있다.
[0075] 일부 실시예들에서, 프로브(421)는 수용 특징부(409)로부터 칩 격실 부분(413)까지의 길이가 약 100㎛ 내지 50mm 범위일 수 있다. 구체적인 예로서, 프로브(421)의 길이는 대략 20밀리미터(mm)이다. 다른 다양한 양태들에서, 프로브(421)는 100㎛ 미만 또는 50mm보다 긴 길이를 가질 수 있다. 단지 4 개의 전극(407)만이 도 4에 도시된 프로브(421)의 부분적 예시에서 표현되지만, 복수의 전극들이 프로브(421)의 길이를 따라 최대 200 개의 전극까지, 또는 다른 양태에서 200 개보다 많은 전극들에 걸쳐 존재할 수 있음이 이해된다. 구체적인 예로서, 프로브(421)는 32 개의 전극들을 포함할 수 있다.
[0076] 일부 실시예들에서, 프로브 장치 조립체(400)는 안테나(403)를 포함할 수 있다. 안테나(403)는 데이터를 무선으로 송수신하기 위한 기능을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 프로브 장치 조립체들(400)의 서브 세트는 안테나(403)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 프로브 장치 조립체는 안테나 및 추가 프로브 장치 조립체들(400)의 세트에 대한 유선 연결부를 포함할 수 있어, 제1 프로브 장치 조립체(400)는 추가 프로브 장치 조립체들(400)로부터 수집된 데이터를 외부로 송신한다.
[0077] 프로브 장치 조립체(400)는 하나 이상의 칩들(405)(또한, 본원에서 집적 회로 칩으로 지칭됨)을 더 포함할 수 있다. 칩(405)은 특별히 구성된 집적 회로(IC) 또는 전기 칩(405)일 수 있다. 칩(405)은 와이어(408)를 통해 전극들(407)에 통신 가능하게 결합될 수 있다. 칩(405)은 칩(405)과 데이터 및 정보를 무선으로 송수신하도록 구성된 적어도 하나의 안테나(403)에 연결될 수 있다. 따라서, 칩(405)은 안테나(403) 및 전극(407) 둘 모두와 전자 통신, 정보 통신, 및/또는 동작 가능하게 통신하도록 구성될 수 있다.
[0078] 칩들(405)은 보관 패키지 구조(423) 내에 배치될 수 있다. 보관 패키지 구조(423)는 또한, 본원에서 전자 장치 보관 패키지 구조 또는 필박스로 지칭될 수 있다. 보관 패키지 구조(423)는 생체 조직에 대한 근접성과 관련된 기타 불순물 및 습기로부터 칩들(405) 및 기타 전자 장치를 보호할 수 있다.
[0079] 보관 패키지 구조(423)는, 칩들(405)이 배치될 수 있는 하나 이상의 칩 격실들(411A, 411B, 411C 및 411D)(통칭하여, 칩 격실 부분(413))을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 칩들(405)은 필박스의 칩 격실 부분(413) 내에 끼워맞춤될 수 있다. 도 4에 예시된 바와 같이, 칩 구획 부분(413)은 4 개의 칩 구획들(411A 내지 411D)을 포함한다. 각각의 칩 구획(411A 내지 411D)은 대응하는 칩(405)을 보유할 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 보관 패키지 구조(423)는 4 개의 칩들(405)을 포함한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 1 개, 2 개, 3 개, 5 개 또는 10 개의 칩들과 같은 임의의 적절한 수의 칩들에 대해 칩 구획들이 제공될 수 있다.
[0080] 칩 격실 부분(413)은 필박스 구성요소 맞물림 특징부들(413A)을 포함할 수 있다. 보관 패키지 구조(423)의 커버(415)인 제2 부분은, 필박스 구성요소 맞물림 특징부(415B)를 통해 칩 격실 부분(413)과 맞물림하도록 구성될 수 있다. 필박스의 칩 격실 부분(413)은 필박스 구성요소 맞물림 특징부들(413A 및 415B)을 통해 보관 패키지 구조(423)의 커버(415)에 기계적으로 연결될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 접착제가 커버(415)를 칩 격실 부분(413)에 부착하기 위해 도포될 수 있다. 접착제는 예를 들어, 에폭시 또는 임의의 다른 적절한 재료들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 접착제는 전기적으로 절연된 열 절연 재료이다.
[0081] 일부 실시예들에서, 보관 패키지 구조(423)의 칩 구획 부분(413) 또는 커버(415) 중 적어도 하나는 필박스를 헤드 플레이트(예를 들어, 도 9b와 관련하여 아래에 도시되고 설명 된 헤드 플레이트(901))와 맞물림하도록 구성된 필박스-헤드 플레이트 맞물림 특징부(419)를 포함할 수 있다.
[0082] 일부 실시예들에서, 프로브 장치 조립체(400)는 보관 패키지 구조(423)의 외부 표면에 위치된 필박스-카트리지 맞물림 특징부(417)를 포함할 수 있다. 필박스-카트리지 맞물림 특징부(417)는 프로브 장치 조립체(400)를 카트리지(예를 들어, 도 6a 내지 도 7에 묘사된 카트리지)에 제거 가능하게 결합하도록 구성된 자석들 및/또는 기계적 정렬 요소들을 포함할 수 있어, 프로브 장치 조립체(400)는 카트리지로부터 맞물림 및 맞물림 해제될 수 있다. 일부 실시예들에서, 자석들은 제1 축(예를 들어, 수직으로) 상에서 필박스 및 카트리지와 맞물림할 수 있는 한편, 정렬 요소들은 필박스와 카트리지를 기계적으로 고정하여, 제2 축(예를 들어, 수평)을 따라 움직이지 않도록 한다.
[0083] 일부 실시예들에서, 보관 패키지 구조(423)는 사용된 칩 및/또는 안테나에 기초하여 크기, 배향 및 형상이 상이할 수 있다. 일부 실시예들에서, 보관 패키지 구조(423)는 뇌의 곡률에 기초하여 크기, 배향 및 형상이 상이할 수 있다. 일부 실시예들에서, 필박스-헤드 플레이트 맞물림 특징부(419)의 위치는, 필박스가 뇌의 우측 반구 또는 좌측 반구에 이식하도록 구성되었는지의 여부에 기초하여 변할 수 있다. 예를 들어, 필박스-헤드 플레이트 맞물림 특징부들(419)은 생물학적 조직의 외부 둘레를 따라 헤드 플레이트에 기계적으로 맞물림(예를 들어, 클립-인(clip-in))하도록 위치결정될 수 있다.
[0084] 일부 실시예들에서, 칩(405) 및/또는 안테나(403)를 포함하는 보관 패키지 구조(423)는, 프로브가 생물학적 조직에 이식될 때 생물학적 조직의 표면에 또는 그 위에 위치결정되도록 구성된 프로브 장치 조립체의 구성요소들의 집합체를 형성할 수 있다.
[0085] 본 개시내용의 시스템들 및 방법들의 일부 구현예들에서, 프로브 장치 조립체들(400)의 형상 및 구성은 뇌의 좌측 및 우측 둘 모두에 대해 동일하다. 다른 구현예들에서, 2 개의 분리된 유형들의 프로브 장치 조립체들(400)(종종, 형상과 구성이 경면식임(mirrored))이 각각, 뇌의 좌측 및 우측에 사용된다.
[0086] 일부 실시예들에서, 프로브 장치 조립체(400)의 일부는 피험자의 두개골과 피부를 넘어 연장될 수 있다. 일부 경우들에는, 단일 프로브 장치 조립체(400) 또는 응축된 프로브 장치 조립체(400) 세트가 특정 영역의 두개골 및 피부에서 돌출되도록 (예를 들어, 모호크 헤어스타일과 비슷하게 보이도록) 이식될 수 있다. 이것은 뇌와 두개골 사이의 공간이 상대적으로 작은 쥐와 같은 작은 동물들에 사용하기에 적합할 수 있다. 대안적으로, 도 5와 관련하여 아래에 설명된 바와 같이 더 작은 프로브 장치들이 피험자의 피부 하부에 배치될 수 있다. 이 구성은 인간들 또는 인간이 아닌 영장류와 같은 더 큰 동물들에 선호될 수 있다.
[0087] 도 5는 프로브 장치 조립체(500)의 다른 실시예를 예시한다. 프로브 장치 조립체(500)는 복수의 프로브들(504)에 결합된 보관 패키지 구조(506)를 포함한다.
[0088] 프로브들(504)은 도 4와 관련하여 위에서 설명된 프로브들(421)과 실질적으로 유사할 수 있다. 프로브들(504)은 와이어(도 4의 와이어(408)와 유사), 하나 이상의 전극들(도 4의 전극들(407)과 유사), 및 수용 특징부들(도 4의 수용 특징부(409)와 유사)을 포함할 수 있다. 전극들 및 수용 특징부들은 도 5에 표시된 실척으로는 보이지 않지만 도 4에 도시되어 있다.
[0089] 각각의 프로브 장치 조립체(500)는 약 1 개 내지 200 개의 프로브들(504) 또는 200 개 초과의 프로브들(504)을 포함할 수 있다. 특히, 프로브 장치 조립체는 48 개 또는 96 개의 프로브들(504)을 포함할 수 있다.
[0090] 수용 특징부에 근접하여, 프로브(504)가 임시 부착 표면(502)으로부터 벗겨질 때까지 프로브(504)를 제자리에 고정하는 임시 부착 표면(502) 상에 (예를 들어, 도 2에서 위에 도시된 바늘(220) 및 바늘 액추에이터(214)를 사용하여) 프로브(504)의 일부가 증착될 수 있다. 임시 부착 표면(502)에 적합한 재료들은 파릴렌(예를 들어, 파릴렌 C) 및 실리콘을 포함한다. 임시 부착 표면(502)은 도 6a 내지 도 7과 관련하여 아래에서 설명되는 바와 같이 카트리지에 융합될 수 있다.
[0091] 각각의 프로브(504)의 제2 단부는, 보관 패키지 구조(506)의 칩에서 종단될 수 있다. 보관 패키지 구조(506)는 내부에 하나 이상의 칩들을 둘러싸고 기밀 밀봉할 수 있다. 프로브들(504)은 칩 상의 접점들에 접합되거나 묶여 있을 수 있다. 주어진 프로브 장치 조립체(500)의 프로브들(504)은 단일 회로 기판에 연결될 수 있다. 대안적으로, 프로브들(504)은 다수의 회로 기판들(예를 들어, 회로 기판당 하나의 프로브(504))에 연결될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 보관 패키지 구조(506)는 폭이 약 50㎛ 내지 100mm, 길이가 50㎛ 내지 100mm, 깊이가 50㎛ 내지 100mm인 크기를 가질 수 있다. 프로브 장치 조립체(500)는 도 4에 도시된 실시예들에 비해 부피가 약 3 배 내지 4 배 더 콤팩트할 수 있다. 이 구현예의 전자 기기 보관 패키지 구조 내의 전자 기기의 밀도는 도 4에 도시된 실시예보다 약 10 배 치밀할 수 있다.
[0092] 보관 패키지 구조(506)는 직사각형 형상(예를 들어, 도 7에 예시된 바와 같음)을 가질 수 있지만, 또한 장방형, 구형, 원형, 삼각형, 육각형, 일반적으로 볼록한, 일반적으로 오목한, 또는 다른 그러한 형상을 가질 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 보관 패키지 구조는 일반적으로 타원 형상일 수 있다. 프로브들(504)은 이식을 위해 보관 패키지 구조(506) 밖으로 연장될 수 있다.
[0093] 일부 실시예들에서, 각각의 프로브 장치 조립체(500)는 케이블(예를 들어, 가요성 케이블 또는 와이어)을 통해 커넥터 포트에 연결될 수 있다. 커넥터 포트는 피험자의 신체 및 피부 외부측으로 연장될 수 있다. 일부 경우들에는, 커넥터 포트가 신체 또는 피부 외부측으로 노출되는 유일한 부분이다. 대안적으로 또는 추가적으로, 피험자에게 이식된 프로브 장치 조립체들(500)의 총 개수 및 신경학적 조직에 삽입된 연관된 전극들은 직접(유선) 포트 또는 무선 송신 구조를 갖는 단일 통신 모듈에 연결될 것이다. 다시 말해, 칩, 용기 및 어레이는 모두 완전히 피부 하부에 있으며, 이식시 대부분 뼈(예를 들어, 두개골에 형성된 오목한 부분에 위치)에 있으며, (일부 실시예들에서) 포트만이 이식된 후 프로브 장치 조립체에 대한 외부 접근을 제공하기 위해 피부를 파단한다. 대안적인 실시예들에서, 2 개의 통신 모듈들이 (예를 들어, 뇌의 각각의 반구에 대해 하나씩) 사용될 수 있다. 다른 대안적인 실시예들에서, 피험자에게 이식된 2 개의 개별 모듈들이 사용될 수 있는데, 하나는 통신용이고 다른 하나는 전력 용(예를 들어, 이식된 장치 충전용)이다. 대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 프로브 장치 조립체들은 무선 통신을 위한 안테나를 포함할 수 있다. 다중 프로브 장치 조립체 및 통신 요소들의 하나의 구성이 도 11과 관련하여 아래에서 자세히 예시되고 설명된다.
카트리지
[0094] 도 6a 및 도 6b는 일부 실시예들에 따른 카트리지(600)를 예시한다. 도 6a는 카트리지(600)의 측면 사시도를 예시하고, 그리고 도 6b는 카트리지(600)의 상부 사시도를 예시한다.
[0095] 카트리지(600)는 일반적으로 사다리꼴 형상을 가질 수 있다. 대안적으로, 카트리지(600)는 프로브 장치 및/또는 관심 대상 동물을 수용하기에 적합한 피라미드형 또는 직사각형과 같은 다른 형상들을 가질 수 있다. 카트리지(600)는 돌출된 에지(607)를 포함할 수 있다. 돌출된 에지(607)는 카트리지(600)의 상부 표면(602)으로부터 연장될 수 있다. 돌출된 에지(607)는 맞물림을 위해 프로브들의 수용 특징부들(예를 들어, 도 4의 409)을 정렬하도록 구성될 수 있다. 돌출된 에지(607)는 도 7과 관련하여 후술되는 돌출된 에지(705)와 유사할 수 있다.
[0096] 도 6a에 예시된 바와 같이, 카트리지(600)의 하부 표면(603)은 하나 이상의 필박스-카트리지 맞물림 특징부들(601)을 포함할 수 있다. 필박스-카트리지 맞물림 특징부들(601)은, 카트리지(600)를 도 4의 보관 패키지 구조(423) 또는 도 5의 보관 패키지 구조(506)와 같은 프로브 장치 조립체의 보관 패키지 구조와 제거 가능하게 결합하도록 구성될 수 있다. 필박스-카트리지 맞물림 특징부(601)는, 프로브 장치 조립체(예를 들어, 도 4의 417)의 보관 패키지 구조 상에 위치된 상호 필박스-카트리지 맞물림 특징부와 맞물림할 수 있다. 필박스-카트리지 맞물림 특징부(601)는 자석들, 기계적 정렬 요소들, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 하부 표면(603)은 프로브 장치 조립체의 보관 패키지 구조에 부착되도록 구성된 형상을 가질 수 있으며, 보관 패키지 구조와 기계적으로 결합하기 위한 돌출부들, 래치결합 메커니즘, 또는 브래킷결합 메커니즘을 가질 수 있다.
[0097] 카트리지(600)는 로봇 아암(620)에 부착된 것으로 도시되어 있다. 카트리지(600)의 하나 이상의 측면 표면들(605)은, 카트리지(600)를 수술용 로봇 등의 로봇 아암(620)에 부착하도록 구성된 로봇 아암 맞물림 특징부들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 카트리지(600)는 도 6a에서 일 측(로봇 아암에 부착되지 않음)에 노출된 것으로 도시되고 도 6b에서 로봇 아암에 결합된(따라서 시야에서 차단됨) 양측 표면들(605)에 로봇 아암 맞물림 특징부들을 포함할 수 있다. 카트리지(600)는 자기 및/또는 기계적 부착 수단을 통해 로봇 아암(620)에 제거 가능하게 부착되도록 구성될 수 있다.
[0098] 카트리지(600)는 하나 이상의 프로브들의 제거 가능한 부착을 위한 임시 부착 표면을 더 포함할 수 있다. 이러한 임시 부착 표면은 도 7과 관련하여 아래에서 더 자세히 설명된다.
[0099] 본 개시내용의 시스템들 및 방법들의 일부 구현예들에서, 프로브 장치를 신경학적 조직에 삽입하는 데 사용되는 카트리지의 형상과 구성은 뇌의 좌측과 우측에 대해 모두 동일하다. 다른 구현예들에서는, 프로브 장치를 신경학적 조직에 삽입하는 데 사용되는 2 개의 개별 카트리지 유형들(종종 형상과 구성이 경면식임)은 각각, 뇌의 좌측과 우측에 대해 동일하다.
카트리지-필박스 조립체
[0100] 도 7은 일부 실시예들에 따른 카트리지-필박스 조립체(700)를 예시한다. 카트리지-필박스 조립체(700)는 카트리지(703), 보관 패키지 구조(701) 및 복수의 프로브들(707)을 포함한다.
[0101] 카트리지(703)는 도 6a 및 도 6b와 관련하여 위에서 설명된 카트리지(600)와 실질적으로 유사할 수 있다. 카트리지(703)는 로봇 아암(도 6에 도시됨, 도 7에는 표시되지 않음)에 제거 가능한 부착을 위한 맞물림 특징부들을 포함할 수 있다.
[0102] 보관 패키지 구조(701)는 회로망을 포함하고 그리고/또는 프로브들(707)의 세트에 대한 연결들을 조직화(organizing)하기 위한 구조일 수 있다. 보관 패키지 구조(701)는 도 4의 보관 패키지 구조(423) 및/또는 도 5의 보관 패키지 구조(506)와 유사할 수 있다. 도 6과 관련하여 전술한 바와 같이, 보관 패키지 구조(701) 및 카트리지(703)는 예를 들어, 자기 및/또는 기계적 부착 수단을 사용하여 서로 제거 가능하게 부착될 수 있다. 특히, 보관 패키지 구조(701)는 보관 패키지 구조(701)의 최상부 표면에 장착된 카트리지(703)와 함께 도시된다.
[0103] 프로브들(707)은 도 4의 프로브(421) 및 도 5의 프로브(504)에 대해 전술한 바와 같이 생물학적 조직에 이식하기 위해 전극들과 함께 분산된 와이어들일 수 있다. 프로브들(707)은 카트리지(703)에 제거 가능하게 결합될 수 있다. 프로브들(707)은, 바늘과의 맞물림 준비가 된 위치에서 카트리지(703)에 장착되고 그리고 생물학적 조직에 이식될 수 있다.
[0104] 카트리지(703)는 카트리지의 본체로부터 멀리 떨어진 거리를 연장하는 돌출된 에지(705)를 포함할 수 있다. 프로브들(707)은 보관 패키지 구조(701) 밖으로 연장되어 배열될 수 있어, 각각의 프로브(707)의 수용 특징부가 돌출된 에지(705)에 장착되어 맞물림 가능한 위치에서 각각의 프로브(707)의 수용 특징부(704)(예를 들어, 루프)를 제공한다. 다시 말해서, 전극이 장착된 필라멘트형 와이어가 카트리지(703)의 돌출된 에지(705) 상에 위치결정되어, 와이어의 단부에 있는 수용 특징부(704)가 바늘과 같은 다른 구조에 의해 맞물림될 수 있다.
[0105] 돌출된 에지(705)는 각각의 프로브(707)의 수용 부분들을 가장 잘 나타내도록 배열된 각도로 카트리지(703)의 상부 표면으로부터 외측방으로 연장될 수 있다. 일부 구현예들에서, 돌출된 에지(705)는 (카트리지(303)의 상부 표면에 대해) 37° 각도로 밖으로 연장된다. 일부 양태들에서, 돌출된 에지(705)는 (카트리지의 상부 표면에 대해) 약 27° 내지 약 47°의 각도로 밖으로 연장될 수 있다.
[0106] 도 7은 프로브(707)와 가역적으로 맞물림하도록 로봇 아암 시스템에 의해 조작될 수 있는 바늘(710)을 추가로 예시한다. 특히, 바늘(710)의 포인트는 프로브(707)의 수용 특징부(704)를 통과할 수 있으며, 여기서, 바늘(710)이 수용 특징부(704)를 통과할 때 바늘(710)의 각도 및 힘은 카트리지(703)로부터 멀리 프로브(707)를 당길 수 있다. 추가 양태들에서, 바늘(710)은 프로브(707)의 수용 특징부와 물리적으로 결합(예를 들어, 잡거나, 유지하거나 또는 고정)하도록 구성된 단차부(step), 선반(shelf), 레지(ledge), 프롱(prong) 또는 기타 이러한 구조와 같은 맞물림 특징부를 포함할 수 있다. 구현예에서, 바늘(710)은 각각의 프로브(707)와 직렬 맞물림하고, 프로브(707)를 한 방향으로(예를 들어, 조직 내로 하방으로) 구동한 다음, 프로브(707)로부터 맞물림 해제되고 그리고 사전 맞물림 위치로 다시 후퇴할 수 있다. 이 프로세스를 통해, 로봇으로 제어되는 바늘(710)은 카트리지(703)의 돌출된 에지(705)에 장착된 프로브 장치 조립체의 하나 이상의 프로브들(707)와 반복적으로 임의의 순서로 맞물림할 수 있다.
[0107] 일부 실시예들에서, 프로브(707)는 임시 부착 표면에 제거 가능하게 부착되거나 결합된다. 이러한 맥락에서, 부착이라는 용어는, 프로브들이 맞물림된 바늘에 의해 가요성 이면 시트(flexible backing sheet)로부터 제거될 수 있도록 가요성 이면 시트와 느슨하게 연관되어 있음을 나타내기 위해 사용될 수 있다. 프로브들(707)은, 프로브(707)가 바늘(710)과 맞물림하고 가요성 이면 시트로부터 벗겨질(적층화되지 않을) 때까지 조직화된 방식으로(예를 들어, 프로브들(707)의 어레이를 형성하는 규칙적인 간격으로) 시트와 연관된 상태로 유지되는 방식으로 가요성 이면 시트에 부착될 수 있다. 다시 말해서, 바늘(710)은 이면 시트에 여전히 부착되어 있거나 이미 조직에 이식되어 있는 다른 프로브들(707)을 방해하지 않고 프로브(707)와 가요성 이면 시트 사이의 접착 강도를 극복하기에 충분한 기계적 힘으로 프로브(707)와 맞물림하고 이를 당길 수 있다. 이러한 구현예들에서, 바늘(710)은 프로브(707)의 수용 요소를 잡기 위해 이동될 수 있고 프로브(707)를 손상시키지 않고 프로브(707)를 가요성 이면 시트로부터 잡아 당기기 위해 박리 동작으로 이동할 수 있다.
[0108] 일부 실시예들에서, 프로브들(707)은 박막 상에 증착되는 방식으로 가요성 이면 시트에 부착될 수 있다. 가요성 이면 시트는 파릴렌, 파릴렌계 중합체 등과 같이 박막을 형성하는 가요성 재료일 수 있다. 이러한 박막은 접착층을 통해 카트리지에 부착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 가요성 이면 시트는 (예를 들어, 전극들 근처에서) 가요성 이면 시트로부터 프로브들(707)의 해제를 용이하게 하기 위해 하나 이상의 유전체 층들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 가요성 이면 시트는 기계 및/또는 사람의 취급을 허용하는 중실 지지체(예를 들어, 자성 스테인리스 강과 같은 스테인리스 강)에 접합되거나 접착될 수 있다. 다른 예로서, 프로브들(707)은 프로브들이 실리콘 이면으로부터 벗겨질 수 있도록 실리콘 이면 상에 증착될 수 있다. 실리콘 이면은 흑색 유리 슬라이드와 같은 기판에 접합될 수 있다. 기판은 카트리지에 (예를 들어, 접착층으로) 접합될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 접착 물질을 사용하여 프로브를 가요성 이면 시트에 접착할 수 있다.
[0109] 가요성 이면 시트에 대한 프로브들(707)의 조직화된 접착은 로봇 수술 기술들의 사용을 가능하게 할 수 있다. 상기 논의된 바와 같이, 컴퓨터 비전 기술들은 바늘(710)을 안내하여 조직화된 방식으로 프로브(707)와 맞물림하고 카트리지(703)로부터 프로브(707)를 제거하는데 사용될 수 있다.
[0110] 일부 실시예들에서, 카트리지-필박스 조립체는 (a) 복수의 프로브들― 복수의 프로브들 각각은 (i) 생체 적합성 기판(예를 들어, 도 4의 와이어(408)); (ii) 생체 적합성 기판 상에 배치된 적어도 하나의 전극; 및 (iii) 바늘의 대응하는 맞물림 특징부와 가역적으로 맞물림하도록 구성된 수용 특징부를 포함 ―, 및 (b) 복수의 프로브들이 부착되는 가요성 이면 시트를 포함한다. 카트리지-필박스 조립체는, 전자 장치를 수납하고 카트리지에 제거 가능하게 부착된 필박스 또는 보관 패키지 구조를 더 포함할 수 있다.
[0111] 일부 실시예들에서, 카트리지-필박스 조립체는 단일 유닛으로 제조될 수 있다. 프로브 장치의 이식시, 카트리지는 카트리지 아암(320)으로부터 제거되고 새로운 카트리지-필박스 조립체로 교체될 수 있다.
프로브 선택 및 조작
[0112] 도 8a 내지 도 8d는 바늘을 프로브와 맞물림하고 그리고 카트리지에서 프로브를 제거하는 것을 예시한다. 도 8a 및 도 8b는 프로브(802)와 맞물림하기 위해 준비하는 바늘 조립체(801)의 2 개의 도면들을 도시한다. 프로브(802)는 수용 특징부(803)를 포함한다. 바늘 조립체(801)는 바늘(804) 및 핀처(807)를 포함한다. 도 8c 및 도 8d는 프로브(802)와 맞물림할 때의 바늘 조립체(801)의 2 개의 도면들을 도시한다.
[0113] 도 8a 및 도 8b에서, 프로브들(802)은 임시 부착 표면(805)(예를 들어, 도 7과 관련하여 전술한 바와 같은 파릴렌 또는 실리콘의 박막) 상에 배치된다. 바늘 조립체(801)는 수용 특징부(803)를 향해 안내될 수 있다. 도 2와 관련하여 위에서 설명한 바와 같이, 바늘 조립체는 삽입 아암(예를 들어, 삽입 아암(230)에 부착될 수 있고, 삽입 아암은 삽입 아암 및 부착된 바늘 조립체의 동작을 제어하는 마이크로프로세서 제어기에 결합될 수 있다. 바늘(804), 수용 특징부(803) 및 프로브(802)가 마이크론 규모일 수 있다는 점을 감안할 때, 바늘(804)이 프로브(802)와 맞물림하도록 안내하기 위해 특수한 컴퓨터 비전 기술들이 사용될 수 있다(예를 들어, 도 2 및 도 3과 관련하여 전술한 바와 같이 광 파이프 조립체들(306) 및 시각화 장치들(204, 206, 302, 304)을 사용). 이러한 컴퓨터 비전 기술들은‘520 출원에 자세히 설명되어 있다.
[0114] 도 8c 및 도 8d에서, 바늘 조립체(801) 상의 바늘(804)은 선택된 프로브(802)의 수용 특징부(803)와 맞물림한다. 바늘(804)은 바늘(804)을 프로브(802)에 가역적으로 맞물림하도록 수용 특징부(803)에 후크결합될 수 있다. 핀처(807)는 프로브(802)를 바늘(804)에 고정하기 위해 바늘(804)에 대해 수용 특징부(803)를 핀치(pinch)할 수 있다. 바늘(804)에 대해 수용 특징부(803)를 핀치하기 위해, 핀처(807)가 회전할 수 있다. 일부 실시예들에서, 핀처(807)는 바늘(801)이 수용 특징부(803)에 삽입될 때 바늘 조립체(801)로부터 연장된다.
[0115] 바늘 조립체(801)가 프로브(802)와 맞물림하고 상방으로 이동할 때, 프로브(802)에 상방 힘을 가하면, 프로브(802)는 임시 부착 표면(805)으로부터 맞물림 해제되고 임시 부착 표면(805)으로부터 벗겨진다. 이 지점에서, 선택된 프로브(802)가 바늘(804)에 부착되어 장착된 바늘(즉, 프로브의 수용 특징부와 가역적으로 맞물리는 바늘)을 형성한다. 이 지점에서, 바늘에는 프로브(802)가 장착되어 생물학적 조직과 같은 표적에 프로브(802)를 이식할 준비가 된다.
이식 방법들
[0116] 도 9a 내지 도 9k는 본원에 설명된 것과 같은 프로브 장치들을 이식하는 수술 과정에 관련된 예시적인 단계들을 예시한다. 예시된 예는 프로브 장치 조립체의 프로브들을 뇌에 이식하는 신경외과 과정과 관련이 있지만, 본원에 설명된 시스템들 및 프로세스들은 임의의 적합한 생물학적 조직과 함께 사용될 수 있다.
[0117] 도 9a는 두개골(900)을 도시한다. 두개골(900)은 초기에 이식을 위해 준비될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 9b에 도시된 바와 같이 이식 전에 개두술(craniotomy)을 수행할 수 있다. 개두술은 도 4에 도시된 비교적 큰 프로브 장치 조립체(400)의 이식에 적합할 수 있다. 대안으로, 도 5에 도시된 프로브 장치 조립체(500)와 같은 더 작은 프로브 장치 조립체를 이식하기 위해, 하나 이상의 구멍들을 두개골(900)에 뚫을 수 있다.
[0118] 도 9b는 헤드 플레이트(901)가 상부에 부착된 두개골을 도시한다. 도 9b에 예시된 바와 같이, 헤드 플레이트(901)는 두개골(900)의 최상부에 위치결정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 두개골(900)은 수술용 스테이지(도시 생략)에 장착될 수 있다. 헤드 플레이트(901)는 도 4에 묘사된 것과 같은 프로브 장치 조립체들이 부착될 수 있는 조직적인 구조를 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 헤드 플레이트(901)는 티타늄 또는 유사한 재료들로 제조될 수 있다. 헤드 플레이트(901)는 컴퓨터 단층 촬영(CT) 스캔, 자기 공명 영상(MRI) 스캔 등으로부터 획득된 정보를 사용하여 두개골(900)에 특별히 크기가 정해질 수 있다. 대안적으로, 도 5에 도시된 바와 같이 더 작은 프로브 장치를 이식하기 위해, 헤드 플레이트가 없거나 훨씬 더 작은 헤드 플레이트가 구현될 수 있다.
[0119] 도 9c는 신경외과적 과정의 초기 단계를 예시한다. 바늘 조립체(911)는 표적 이식 영역에 근접한 초기 위치로 안내된다. 바늘 조립체(911)는 제1 로봇 아암(906)(예를 들어, 도 2의 삽입 아암(230))에 장착되고 이에 의해 이동될 수 있다. 프로브 장치 조립체(905)에 해제 가능하게 결합된 카트리지(903)는 또한 표적 이식 영역에 근접한 초기 위치로 안내될 수 있다. 카트리지(903)는 제2 로봇 아암(907)(예를 들어, 도 3의 카트리지 아암(320))에 장착되고 이동될 수 있다. 도 2 및 도 3과 관련하여 위에서 설명한 바와 같이, 제1 로봇 아암(906) 및 제2 로봇 아암(907)의 동작은 개별적인 개개의 마이크로프로세서 제어기들 및/또는 공유 마이크로프로세서 제어기에 의해 제어될 수 있다.
[0120] 도 9d는 제1 로봇 아암 및 제2 로봇 아암이 이식 과정을 시작하기 위해 움직였을 때의 두번째 신경외과 과정을 예시한다. 프로브 장치 조립체(905)는 헤드 플레이트(901)에 고정되어 있다. 이것은 헤드 플레이트(901) 상의 프로브 장치 조립체(905)를 기계적으로 래치결합하거나 브래킷결합함으로써 달성될 수 있다. 로봇 아암들(906 및 907)은 시각화 장치들(909)(예를 들어, 카메라, 광 검출기, 광전자 증 배관 등)을 포함하는 컴퓨터 비전 기술들에 의해 적어도 부분적으로 안내될 수 있다.
[0121] 도 9d에 예시된 바와 같이, 바늘 조립체(911)로부터의 바늘은 카트리지(903)를 따라 위치된 프로브의 수용 특징부들과 맞물림하고, 프로브를 생물학적 조직(예를 들어, 뇌)에 이식한 다음 이식된 프로브와 맞물림 해제할 수 있다. 프로세스는 주어진 프로브 장치 조립체(905)의 모든 프로브들에 대해 카트리지(903)에 걸쳐 연속적으로 반복될 수 있고, 그리고 후속 프로브 장치 조립체들(905)과 결합된 후속 카트리지(903)에 대해 순차적으로 반복될 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로브는 생물학적 조직으로 1 내지 2 밀리미터(1 내지 3mm) 구동될 수 있다. 이러한 방식으로, 바늘 조립체(911)는 카트리지(903)에 조립된 수용 특징부들을 갖는 프로브들의 세트를 이식하는 데 사용될 수 있다. 프로브의 수용 특징부들은 바늘 구조의 일부인 맞물림 특징부에 대한 상호 맞물림 특징부들로 간주될 수 있음을 이해해야 한다.
[0122] 일부 실시예들에서, 생물학적 조직에 프로브를 이식하는 것은 "터치 다운" 센서(도 2와 관련하여 위에서 설명됨)의 사용을 포함할 수 있다. 터치 다운 센서는 바늘 조립체(911)로부터 전개될 수 있고 그 다음 생물학적 조직의 존재가 검출될 때 바늘 핀처 조립체로 후퇴될 수 있다. 그 다음, 바늘은 터치 다운 센서의 후퇴시 프로브를 이식하도록 구성될 수 있다. 터치 다운 센서는 후퇴될 수 있으며 바늘은 대략 1/10 초(<0.1 초) 이내에 프로브를 이식할 수 있다. 터치 다운 센서는 Z 축을 따라 표적화를 개선하는 데 사용할 수 있다. 컴퓨터 비전 기술들(예를 들어,‘520 출원에 설명된 바와 같음)은 표적 생물학적 조직의 X 축 및 Y 축을 따라 표적화를 제공할 수 있다.
[0123] 필박스-카트리지 조립체로부터의 프로브들이 생물학적 조직에 이식되면, 바늘 조립체(911)는 도 9e에 예시된 바와 같이 헤드 플레이트(901)의 영역 밖으로 이동할 수 있다.
[0124] 도 9f에 예시된 바와 같이, 카트리지(903)는 프로브 장치 조립체(905)로부터 분리될 수 있다. 일부 실시예들에서, 분리는 프로브 장치 조립체(905)와 카트리지(903) 사이의 자기 유지(magnetic hold)를 해제하는 것을 포함할 수 있다. 일부 이러한 양태들에서, 자기 유지는 생물학적 조직이 배치되는 수술 스테이지를 낮춤으로써 해제될 수 있다. 프로브 장치 조립체(905)와 카트리지(903) 사이의 물리적 거리는, 프로브 장치 조립체(905)와 카트리지(903) 사이의 자기적 인력이 물리적 결합을 리테이닝하기에 충분히 강하지 않을 때까지 증가될 수 있다. 다른 양태들에서, 자기 보유는 카트리지(903)를 수직으로 들어 올림으로써 해제될 수 있다. 추가 실시예들에서, 2 개의 기술들의 조합이 사용될 수 있다.
[0125] 도 9g에 예시된 바와 같이, 전술한 프로세스는 후속 카트리지-필박스 조립체로 반복될 수 있으며, 여기서 새로운 카트리지-필박스 조립체가 제2 로봇 아암(907)에 장착된다. 제1 프로브 장치 조립체(905)를 헤드 플레이트(901)에 고정하고 프로브(들)를 이식 한 후에, 제2 로봇 아암(907) 상의 나머지 카트리지(903)는 제거될 수 있고, 그 다음에 다음 이식 사이클을 위해 설정된 새로운 쌍을 이룬 카트리지(903) 및 프로브 장치 조립체(905)로 교체될 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 카트리지들에 결합된 복수의 프로브들을 이식하기 위해 하나 이상의 바늘들이 사용될 수 있다.
[0126] 도 9h는, 이식을 위해 위치결정되는 제2 프로브 장치 조립체(905)를 예시한다. 도 9i는, 프로브 장치 조립체의 개개의 프로브들이 이식되면 복수의 프로브 장치 조립체들(905)가 어떻게 나타날 수 있는지를 예시한다.
[0127] 도 9j에 예시된 바와 같이, 도 9c 내지 도 9i에서 뇌의 좌측 반구에 대해 예시된 과정은 뇌의 우측 반구에서 반복될 수 있다. 도 9k는, 프로브가 뇌의 양쪽에 이식되면 복수의 프로브 장치 조립체들(905)이 헤드 플레이트로부터 어떻게 연장될 수 있는지를 예시한다.
이식된 장치들
[0128] 도 10a 내지 도 10c는 일부 실시예들에 따른 이식된 프로브 장치 조립체들(1003)을 예시한다. 도 10a는 이식 후 카트리지(1001) 및 프로브 장치 조립체들(1003)의 제1 도이다. 도 10b는 이식 후 카트리지(1001) 및 프로브 장치 조립체들(1003)의 제2 도이며, 도 10c는 이식 후 카트리지(1001) 및 프로브 장치 조립체들(1003)의 제3 도이다.
[0129] 도 10a 내지 도 10c에 도시된 바와 같이, 카트리지(1001)는 프로브 장치 조립체들(1003)로부터 맞물림 해제된다. 프로브들은 생물학적 조직에 이식되었다. 이것은 도 9a 내지 도 9k 및 도 11과 관련하여 논의된 기술들에 따라 이해될 수 있다. 특히, 도 10c는 카트리지(1001) 밑에 설치된 프로브 장치 조립체들(1003)의 상대적인 배열을 도시하는 와이어프레임 렌더링의 카트리지(1001)를 나타낸다.
[0130] 도시된 바와 같이, 각각의 프로브 장치 조립체(1003) 또는 프로브 장치 조립체들(1003)의 집합체는 데이터, 전기 또는 다른 신호들을 중계하도록 구성된 안테나를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 프로브 장치 조립체들(1003)은 피험자의 두개골과 피부에서 나오는 하나 이상의 케이블에 연결될 수 있다(도시되지 않음). 프로브 장치 조립체(1003) 또는 프로브 장치 조립체들(1003)의 집합체는 생물학적 조직 외부측에 노출되도록 배열되고 데이터, 전기 또는 기타 신호들을 중계하도록 구성된 통신 포트를 포함하거나 이에 결합될 수 있다. 일례로써, 각각의 프로브 장치 조립체(1003)는 와이어에 결합될 수 있으며, 와이어들은 피험자의 피부와 두개골 외부측에 배치된 통신 포트(예를 들어, USB C 케이블)로 리드아웃 연결될 수 있다. 어느 경우든, 데이터는 프로브 장치 조립체들(1003)에 의해 모은 데이터를 분석하기 위해 컴퓨팅 장치로 중계될 수 있다.
[0131] 도 11은 다른 실시예들에 따른 이식된 프로브 장치 조립체들을 예시한다. 도 11의 프로브 장치 조립체들은 도 5와 관련하여 위에서 도시되고 설명된 프로브 장치 조립체(500)에 대응할 수 있다.
[0132] 복수의 보관 패키지 구조들(1103)은 이식 영역에 근접한 조직 상에 또는 그 위에 위치결정될 수 있다. 예를 들어, 보관 패키지 구조(1103)는 조직에 놓이거나 생물학적 조직 이식 영역 위의 두개골에 부착될 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 전체 프로브 장치 조립체(예를 들어, 보관 패키지 구조(1103) 및 도 11에서 보이지 않는 하나 이상의 프로브들)는 피험자의 피부 아래에 이식될 수 있다. 보관 패키지 구조(1103)는 하나 이상의 칩들을 보유할 수 있으며, 칩들은 조직에 이식된 프로브들에 결합될 수 있다(도 11에는 도시되지 않음).
[0133] 보관 패키지 구조들(1103)은 개개의 연결 리드들(1107)에 결합될 수 있다. 연결 리드들(1107)은 예를 들어, 와이어들 또는 가요성 케이블일 수 있다. 연결 리드들(1107)은 보관 패키지 구조들(1103)(예를 들어, 내부의 회로망)을 내부 허브(1105)에 통신 가능하게 결합할 수 있다. 내부 허브(1105)는 개개의 프로브들을 통해 획득된 바와 같이 각각의 보관 패키지 구조들(1103)로부터 데이터를 모을 수 있다.
[0134] 내부 허브(1105)는 외부 허브(1109)와 무선으로 통신할 수 있다. 다른 실시예에서, 각각의 프로브 장치 조립체는 (예를 들어, 내부 허브(1105) 없이) 외부 허브(1109)와 무선 통신할 수 있다. 외부 허브(1109)는 수신된 데이터를 처리 및/또는 저장할 수 있다. 외부 허브(1109)는, 수신된 데이터의 전부 또는 일부를 외부 허브(1109)와 유선 또는 무선 통신하는 외부 컴퓨팅 장치로 추가로 송신할 수 있다. 예를 들어, 외부 허브(1109)는 USB 케이블을 통해 외부 컴퓨팅 장치에 결합될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 내부 허브(1105)는 유선 연결을 통해 외부 장치에 통신 가능하게 결합될 수 있다.
[0135] 도 10a 내지 도 11 중 임의의 것에 도시된 프로브 장치들에 대응할 수 있는 예시적인 실시예에서, 각각의 프로브는 조직을 기록 및/또는 자극하도록 구성된 대략 1 개 내지 100 개의 전극들을 포함할 수 있다. 최대 200 개의 프로브들이 보관 패키지 구조에 결합되어 프로브 장치 조립체를 형성할 수 있다. 대략 5 개의 프로브 장치 조립체들이 총 10 개의 프로브 장치 조립체들을 위해 뇌의 반구에 배열될 수 있다. 따라서, 배열은 수만 개의 전극들을 포함할 수 있다.
이식 흐름
[0136] 도 12는 개시된 흐름도 블록들에 표현된 다양한 단계들 또는 그 일부들과 함께, 프로브 장치를 생물학적 조직에 이식하는 방법(1200)을 예시하는 흐름도이다.
[0137] 블록(1202)에서, 방법은 프로브들 및 IC 칩에 제거 가능하게 결합된 카트리지(예를 들어, 도 7의 카트리지-필박스 조립체)를 제공하는 것으로 시작할 수 있다. IC 칩은 하나 이상의 프로브들에 묶여 있을 수 있다. 카트리지-필박스 조립체는 로봇 아암(예를 들어, 도 3의 카트리지 아암(320))에 제거 가능하게 결합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 보관 패키지 구조는 헤드 플레이트에 및/또는 두개골과 같은 피험자의 신체 일부에 직접 부착될 수 있다.
[0138] 블록(1204)에서, 방법은 프로브를 선택하고 표적화하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 카트리지-필박스 조립체(700)는 5 개의 프로브들(707)을 포함하고, 각각은 개개의 수용 특징부(704)를 갖는다. 시스템은 복수의 프로브들 중 특정 프로브를 선택할 수 있다. 시스템은 맞물림을 위해 선택된 프로브를 표적화할 수 있다. 시스템은 바늘을 선택한 프로브의 수용 특징부와 정렬할 수 있다.
[0139] 블록(1206)에서, 방법은 바늘을 선택된 프로브와 가역적으로 맞물림하는 것을 포함할 수 있다. 바늘은 선택된 프로브의 수용 특징부로 안내될 수 있다. 일부 실시예들에서, 컴퓨터 비전 기술들은‘520 특허에서 설명된 바와 같이 바늘이 맞물림하도록 안내하는 데 사용될 수 있다. 카메라들 및 광 파이프들과 같은 시각화 구성요소들이 사용되어 위치 정보를 식별하고 이러한 정보를 하나 이상의 마이크로프로세서 제어기들로 송신할 수 있다. 마이크로프로세서 제어기(들)는 바늘의 맞물림 구성요소를 선택된 수용 특징부를 향해 이동시키기 위해 하나 이상의 로봇 아암들(예를 들어, 도 2의 삽입 아암(230) 및/또는 도 3의 카트리지 아암(320))의 동작을 제어할 수 있다. 시스템은 일부 실시예들에서 시각화 구성요소들(예를 들어, 카메라, 조명 장치들 등)을 사용하여 하나 이상의 로봇 아암들을 움직여서 바늘을 선택된 수용 특징부와 맞물림할 수 있다. 일례로써, 삽입 아암 및 카트리지 아암은 함께 움직여 프로브를 바늘과 맞물림할 수 있다. 다른 예로서, 삽입 아암은 정적 카트리지-필박스 조립체의 프로브와 맞물림하도록 움직일 수 있다.
[0140] 바늘의 맞물림 특징부(예를 들어, 후크 등)는 프로브의 수용 특징부를 잡을 수 있다. 일부 양태들에서, 프로브 장치의 수용 특징부와 맞물림하는 바늘의 동작은, 프로브 장치를 생물학적 조직에 삽입하고 그리고 탐침 장치 부분이 생물학적 조직 내에 고정되면 바늘을 빼내는 데 도움이 되는 바늘의 부분적인 회전을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 바늘이 프로브 수용 특징부와 맞물림하면, 바늘의 동작을 제어하는 로봇 아암은 미리 결정된 양으로 회전할 수 있으며, 바늘의 맞물림 특징부에 프로브 장치를 추가로 고정할 수 있다. 다양한 양태들에서, 바늘의 이러한 회전은 약 5 내지 약 180도(5°내지 180°), 또는 그 범위 내에서 회전의 증분들 또는 구배들일 수 있다. 일부 양태들에서, 프로브 장치가 부분적으로 와이어 또는 필라멘트로 제조되는 경우, 이 회전은 프로브 장치의 일부가 바늘과 나란히 와이어 또는 필라멘트를 정렬하도록 촉진하거나, 조금 움직이거나 안내할 수 있다.
[0141] 바늘과 수용 특징부의 맞물림은 프로브를 안내하기 위해 핀처(예를 들어, 도 2의 핀처(22))를 사용하여 도움을 받을 수 있다. 도 2의 삽입 아암(230)과 같은 로봇 아암은 도 8a 내지 도 8d에 예시된 바와 같이 카트리지에서 프로브를 벗겨내기 위해 상방으로 당겨질 수 있다.
[0142] 블록(1208)에서, 방법은 바늘과 프로브로 생물학적 조직을 천공하는 것을 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 프로브 삽입의 목표 깊이는 약 1 내지 3 밀리미터(1 내지 3mm)이거나 해당 범위 내에서 깊이의 증분들 또는 구배들일 수 있다. 장착된 바늘은, 삽입 아암을 통해 바늘에 하방 힘을 가함으로써 생물학적 조직에 삽입될 수 있다.
[0143] 블록(1210)에서, 방법은 생물학적 조직 내에 프로브를 남겨두면서 바늘을 빼내는 것을 포함할 수 있다. 바늘은 삽입 아암을 통해 바늘에 실질적으로 상방 힘을 가함으로써 후퇴될 수 있다. 일부 실시예들에서, 바늘은 프로브로부터 바늘의 분리를 촉진하기 위해 신속 가속(예를 들어, 최대 30,000mm/s)으로 선형 모터에 의해 후퇴될 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 토크를 적용하여 (예를 들어, 바늘을 비틀어서) 프로브와 바늘의 맞물림 해제를 촉진할 수 있다.
[0144] 블록(1212)에서, 추가 프로브들이 카트리지에 있는지의 여부가 결정될 수 있다. 예를 들어, 카트리지는 처음에 도 7에 도시된 바와 같이 5 개의 프로브들에 결합될 수 있거나 다른 실시예들에서 최대 200 개의 프로브들에 결합될 수 있다. 예를 들어, 시스템은 컴퓨터 비전 기술들을 사용하여 카트리지에 있는 프로브들의 유무를 식별할 수 있다. 프로브들이 카트리지에 남아 있으면, 방법은 블록(1204)으로 복귀하여 다음 프로브를 이식할 수 있다. 프로브들이 더 이상 카트리지에 남아 있지 않은 경우(예를 들어, 카트리지의 모든 프로브들이 생물학적 조직에 이식된 경우), 프로세스는 블록(1214)으로 진행할 수 있다.
[0145] 블록(1214)에서, IC 칩은 카트리지로부터 분리되고, IC 칩은 생물학적 조직과 함께 남겨진다. "생물학적 조직과 함께"는 생물학적 조직과 접촉하거나 생물학적 조직의 약 7mm 이내인 것을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 보관 패키지 구조는 보관 패키지 구조가 뇌 조직을 터치하거나 약간 위로 호버링하도록 헤드 플레이트에 결합될 수 있다. 그러한 주입 방식은 예를 들어, 도 10a에 예시되어 있다. 다른 예로서, 보관 패키지 구조는 도 11에 예시된 바와 같이 뇌 조직에 근접한 두개골에 부착될 수 있다. 프로브들은, 보관 패키지 구조가 그 위에 배치되어 프로브들을 통해 검색된 정보를 모으고 분석하기 위한 회로를 보유하는 상태로, 보관 패키지 구조로부터 뇌 조직으로 연장될 수 있다.
[0146] 카트리지는 보관 패키지 구조와 카트리지 사이의 자기 인력을 극복하기 위해 카트리지에 상방 힘 및/또는 표적 조직에 하방 힘을 가함으로써 보관 패키지 구조로부터 맞물림 해제될 수 있다. 보관 패키지 구조 및 카트리지의 맞물림 해제는 도 9f와 관련하여 위에서 더 설명된다.
[0147] 일부 실시예들에서, 추가 프로브 장치 조립체들은 단계들(1202 내지 1214)을 반복함으로써 이식될 수 있다. 이는 다수의 프로브 장치들의 이식을 유발할 수 있다. 예를 들어, 도 10a에서는, 10 개의 프로브 장치 조립체들이 이식되었고 도 11에서는, 4 개의 프로브 장치 조립체들이 이식되었다. 일부 양태들에서, 장치를 뇌에 이식할 때, 다음 카트리지는 이전에 설치된 카트리지와 동일한 뇌 반구쪽에 있거나 반대쪽 뇌 반구쪽에 있을 수 있다.
[0135] 본원에 설명된 시스템들 및 방법들은 분당 약 6 개의 프로브들의 삽입을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 프로브 당 32 개의 전극들로, 시스템은 분당 최대 192 개의 전극들을 삽입할 수 있다. 더욱이, 바늘 조립체는 수술 중 1 분 이내에 교체할 수 있다. 따라서, 본원에 설명된 기술들은 생물학적 조직에 수백 또는 최대 수만 개의 전극들을 신속하게 이식할 수 있다.
[0148] 본원에 설명된 프로브 장치들은 과학 및 연구 실험들, 뉴럴 보철물(예를 들어, 뇌/신경 기계 인터페이스들) 및 신경세포 병(neuronal disease)(예를 들어, 간질 치료를 위한 심부 뇌 자극, 알츠하이머 병의 치료를 위한 감각 기록 및/또는 전기 자극, 파킨슨 병의 치료를 위한 감각 기록 및/또는 전기 자극 등)의 치료에 사용될 수 있다.
[0149] 일부 실시예들에서, 프로브 장치는 생물학적 조직에 이식하도록 구성될 수 있다. 생물학적 조직은 뇌, 근육, 간, 췌장, 비장, 신장, 방광, 장, 심장, 위, 피부, 결장 등을 포함할 수 있다(그러나, 이것으로 제한하는 것은 아님). 추가로, 전극 어레이 디자인들은 무척추 동물, 척추 동물, 어류, 조류, 포유류, 설치류(예를 들어, 생쥐, 쥐), 유제류, 소, 양, 돼지, 말, 인간이 아닌 영장류 및 인간을 포함하는(그러나, 이것으로 제한하는 것은 아님) 임의의 적합한 다세포 유기체와 관련하여 사용될 수 있다. 더욱이, 생물학적 조직은 생체 외(ex vivo)(예를 들어, 조직 외이식편(tissue explant)) 또는 생체 내(in vivo)(예를 들어, 방법은 환자에게 수행되는 수술 과정임)일 수 있다.
예시적인 컴퓨터 시스템
[0150] 도 13은 특정 실시예들을 구현하는 데 사용될 수 있는 예시적인 컴퓨터 시스템(1300)을 예시한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 컴퓨터 시스템(1300)은 전술한 생물학적 조직에 프로브 장치를 로봇으로 이식하기 위한 임의의 시스템들을 구현하는 데 사용될 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 컴퓨터 시스템(1300)은 버스 서브시스템(1302)을 통해 다수의 다른 서브시스템들과 통신하는 처리 서브시스템(1304)을 포함하는 다양한 서브시스템들을 포함한다. 이들 다른 서브시스템들은 프로세싱 가속 유닛(1306), I/O 서브시스템(1308), 저장 서브시스템(1318), 및 통신 서브시스템(1324)을 포함할 수 있다. 저장 서브시스템(1318)은 저장 매체(1322) 및 시스템 메모리(1310)를 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함할 수 있다.
[0151] 버스 서브시스템(1302)은 컴퓨터 시스템(1300)의 다양한 구성요소들 및 서브시스템들이 의도된 바와 같이 서로 통신하게 하는 메커니즘을 제공한다. 버스 서브시스템(1302)이 개략적으로 단일 버스로 도시되어 있지만, 버스 서브시스템의 대안적인 실시예들은 다중 버스들을 활용할 수 있다. 버스 서브시스템(1302)은 메모리 버스 또는 메모리 제어기, 주변 버스, 임의의 다양한 버스 아키텍처들 사용하는 로컬 버스 등을 포함하는 여러 유형의 버스 구조들 중 임의의 것일 수 있다. 예를 들어, 이러한 아키텍처들은 ISA(Industry Standard Architecture) 버스, MCA(Micro Channel Architecture) 버스, EISA(Enhanced ISA) 버스, VESA(Video Electronics Standards Association) 로컬 버스, 및 PCI(Peripheral Component Interconnect) 버스가 포함될 수 있으며, 이는 IEEE P1386.1 표준 등에 따라 제조된 메자닌 버스(Mezzanine bus)로 구현될 수 있다.
[0152] 프로세싱 서브시스템(1304)은 컴퓨터 시스템(1300)의 동작을 제어하고 그리고 하나 이상의 프로세서들, 주문형 집적 회로들(ASICs) 또는 필드 프로그램 가능 게이트 어레이들(FPGAs)을 포함할 수 있다. 프로세서는 단일 코어 또는 다중 코어 프로세서들을 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템(1300)의 처리 리소스들은 하나 이상의 프로세싱 유닛들(1332, 1334) 등으로 조직화될 수 있다. 프로세싱 유닛은 하나 이상의 프로세서들, 동일하거나 상이한 프로세서들로부터의 하나 이상의 코어들, 코어들 및 프로세서들의 조합, 또는 코어들 및 프로세서들의 다른 조합들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세싱 서브시스템(1304)은 그래픽 프로세서들, 디지털 신호 프로세서들(DSPs) 등과 같은 하나 이상의 특수 목적 코-프로세서를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세싱 서브시스템(1304)의 프로세싱 유닛들의 일부 또는 전부는 주문형 회로들, 예컨대 주문형 집적 회로들(ASICs) 또는 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이들(FPGAs)을 사용하여 구현될 수 있다.
[0153] 일부 실시예들에서, 프로세싱 서브시스템(1304)의 프로세싱 유닛들은 시스템 메모리(1310) 또는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(1322)에 저장된 명령들을 실행할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 프로세싱 유닛들은 다양한 프로그램들 또는 코드 명령들을 실행할 수 있고 동시에 실행되는 다수의 프로그램들 또는 프로세스들을 유지할 수 있다. 임의의 주어진 시간에, 실행될 프로그램 코드의 일부 또는 전부는 잠재적으로 하나 이상의 저장 장치들을 포함하는 시스템 메모리(1310) 및/또는 컴퓨터-판독 가능 저장 매체(1322)에 상주할 수 있다. 적절한 프로그래밍을 통해, 프로세싱 서브시스템(1304)은 위에서 설명된 다양한 기능들을 제공할 수 있다. 컴퓨터 시스템(1300)이 하나 이상의 가상 머신들을 실행하는 경우, 하나 이상의 프로세싱 유닛들이 각각의 가상 머신에 할당될 수 있다.
[0154] 특정 실시예들에서, 프로세싱 가속 유닛(1306)은 컴퓨터 시스템(1300)에 의해 수행되는 전체 프로세싱을 가속화하기 위해 맞춤형 프로세싱을 수행하거나 프로세싱 서브시스템(1304)에 의해 수행되는 프로세싱의 일부들을 오프 로딩(off-loading)하기 위해 선택적으로 제공될 수 있다.
[0155] I/O 서브시스템(1308)은, 컴퓨터 시스템(1300)에 정보를 입력하기 위한 그리고/또는 컴퓨터 시스템(1300)으로부터 또는 이를 통해 정보를 출력하기 위한 장치들 및 메커니즘들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 입력 장치라는 용어의 사용은 컴퓨터 시스템(1300)에 정보를 입력하기 위한 모든 가능한 유형들의 장치들 및 메커니즘들을 포함하도록 의도된다. 사용자 인터페이스 입력 장치들은, 예를 들어, 키보드, 마우스 또는 트랙볼과 같은 포인팅 장치, 디스플레이에 통합된 터치 패드 또는 터치 스크린, 스크롤 휠, 클릭 휠, 다이얼, 버튼, 스위치, 키패드, 음성 명령 인식 시스템들을 갖는 오디오 입력 장치들, 마이크들 및 기타 유형의 입력 장치들을 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스 입력 장치들은 또한 동작 감지 및/또는 제스처 인식 장치, 이를 테면, 사용자가 입력 장치를 제어하고 상호작용할 수 있도록 하는 Microsoft Kinect®동작 센서, Microsoft Xbox®360 게임 제어기, 제스처 및 음성 명령을 사용하여 입력을 수신하기 위한 인터페이스를 제공하는 장치를 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스 입력 장치들은 또한, 사용자들로부터 눈 활동(예를 들어, 사진 촬영 및/또는 메뉴 선택 중 "깜박임")을 감지하고 눈 제스처들을 입력 장치(예를 들어, Google Glass®에 입력들로 변환하는 Google Glass®블링크 감지기와 같은 눈 제스처 인식 장치들을 포함할 수 있다. 추가적으로, 사용자 인터페이스 입력 장치들은 사용자들이 음성 명령들을 통해 음성 인식 시스템들(예를 들어, Siri® 내비게이터)과 상호 작용할 수 있도록 하는 음성 인식 감지 장치들을 포함할 수 있다.
[0156] 사용자 인터페이스 입력 장치의 다른 예들은, 제한없이, 3 차원(3D) 마우스, 조이스틱들 또는 포인팅 스틱들, 게임 패드들 및 그래픽 태블릿들, 그리고 오디오/비주얼 장치들, 이를 테면, 스피커들, 디지털 카메라들, 디지털 캠코더들, 휴대용 미디어 플레이어들, 웹캠들, 이미지 스캐너들, 지문 스캐너들, 바코드 판독기 3D 스캐너들, 3D 프린터들, 레이저 거리측정기들 및 시선 추적 장치들을 포함한다. 추가적으로, 사용자 인터페이스 입력 장치들은 예를 들어, 컴퓨터 단층 촬영, 자기 공명 영상, 위치 방출 단층 촬영, 및 의료용 초음파 장치들과 같은 의료 영상 입력 장치들(medical imaging input devices)을 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스 입력 장치들은 또한 예를 들어, MIDI 키보드들, 디지털 악기들 등과 같은 오디오 입력 장치들을 포함할 수 있다.
[0157] 일반적으로, 출력 장치라는 용어의 사용은 컴퓨터 시스템(1300)으로부터 사용자 또는 다른 컴퓨터로 정보를 출력하기 위한 모든 가능한 유형들의 장치들 및 메커니즘들을 포함하도록 의도된다. 사용자 인터페이스 출력 장치들은, 디스플레이 하위 시스템, 표시등들 또는 오디오 출력 장치들 등과 같은 비시각적 디스플레이들을 포함할 수 있다. 디스플레이 하위 시스템은 음극선관(CRT), 평면 패널 장치, 이를 테면, 액정 디스플레이(LCD) 또는 플라즈마 디스플레이, 프로젝션 장치, 터치 스크린 등일 수 있다. 예를 들어, 사용자 인터페이스 출력 장치들은, 제한없이, 텍스트, 그래픽들 및 오디오/비디오 정보를 시각적으로 전달하는 다양한 디스플레이 장치들, 이를 테면, 모니터들, 프린터들, 스피커들, 헤드폰들, 자동차 내비게이션 시스템들, 플로터들, 음성 출력 장치들 및 모뎀들을 포함할 수 있다.
[0158] 저장 서브시스템(1318)은 컴퓨터 시스템(1300)에 의해 사용되는 정보 및 데이터를 저장하기 위한 리포지토리(repository) 또는 데이터 저장소(data store)를 제공한다. 저장 서브시스템(1318)은 일부 실시예들의 기능을 제공하는 기본 프로그래밍 및 데이터 구성들을 저장하기 위한 유형의 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 제공한다. 저장 서브시스템(1318)은 프로세싱 서브시스템(1304)에 의해 실행될 때 위에서 설명된 기능을 제공하는 소프트웨어(예를 들어, 프로그램들, 코드 모듈들, 명령들)를 저장할 수 있다. 소프트웨어는 프로세싱 서브시스템(1304)의 하나 이상의 프로세싱 유닛들에 의해 실행될 수 있다. 또한, 저장 서브시스템(1318)은 본 개시내용의 교시들에 따라 사용되는 데이터를 저장하기 위한 리포지터리를 제공할 수 있다.
[0159] 저장 서브시스템(1318)은 휘발성 및 비휘발성 메모리 장치들을 포함하는 하나 이상의 비일시적 메모리 장치들을 포함할 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 저장 서브시스템(1318)은 시스템 메모리(1310) 및 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(1322)를 포함한다. 시스템 메모리(1310)는, 프로그램 실행 동안 명령들 및 데이터를 저장하기 위한 휘발성 메인 랜덤 액세스 메모리(RAM) 및 고정 명령들이 저장되는 비휘발성 ROM(Read Only Memory) 또는 플래시 메모리를 포함하는 다수의 메모리들을 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서는, 시동 동안과 같이 컴퓨터 시스템(1300) 내의 요소들 사이에서 정보를 전송하는 것을 돕는 기본 루틴들을 포함하는 기본 입/출력 시스템(BIOS)은 전형적으로 ROM에 저장될 수 있다. RAM은 전형적으로 프로세싱 서브시스템(1304)에 의해 현재 작동되고 실행되고있는 데이터 및/또는 프로그램 모듈들을 포함한다. 일부 구현예들에서, 시스템 메모리(1310)는 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM), 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM) 등과 같은 다수의 상이한 유형들의 메모리를 포함할 수 있다.
[0160] 제한이 아닌 예로서, 도 13에 묘사된 바와 같이, 시스템 메모리(1310)는 웹 브라우저들, 미드-티어 애플리케이션, 관계형 데이터베이스 관리 시스템들(RDBMS) 등과 같은 다양한 애플리케이션들을 포함할 수 있는 실행중인 애플리케이션 프로그램들(1312), 프로그램 데이터(1314), 및 운영 체제(1316)를 로드할 수 있다. 예를 들어, 운영 체제(1316)는 다양한 버전들의 Microsoft Windows®Apple Macintosh®, 및/또는 Linux 운영 체제, 다양한 상용 UNIX®또는 UNIX 유사 운영 체제(제한없이, 다양한 GNU/Linux 운영 체제, Google Chrome®OS 등을 포함) 및/또는 모바일 운영 체제, 이를 테면, iOS, Windows®Phone, Android®OS, BlackBerry®OS, Palm®OS 운영 체제 등을 포함할 수 있다.
[0161] 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(1322)는 일부 실시예들의 기능을 제공하는 프로그래밍 및 데이터 구성들을 저장할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(1322)는 컴퓨터 판독 가능 명령들, 데이터 구조들, 프로그램 모듈들 및 컴퓨터 시스템(1300)을 위한 다른 데이터의 저장을 제공할 수 있다. 프로세싱 서브시스템(1304)에 의해 실행될 때 전술한 기능을 제공하는 소프트웨어(프로그램, 코드 모듈들, 명령들)는 저장 서브시스템(1318)에 저장될 수 있다. 예로서, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(1322)는 비휘발성 메모리, 이를 테면, 하드 디스크 드라이브, 자기 디스크 드라이브, 광학 디스크 드라이브 이를 테면, CD ROM, DVD, Blu-Ray®디스크 또는 기타 광학 미디어를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(1322)는 Zip®드라이브들, 플래시 메모리 카드들, 범용 직렬 버스(USB) 플래시 드라이브들, 보안 디지털(SD) 카드들, DVD 디스크들, 디지털 비디오 테이프들 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(1322)는 또한, 플래시 메모리 기반 SSD, 엔터프라이즈 플래시 드라이브들, 솔리드 스테이트 ROM 등과 같은 비휘발성 메모리 기반 솔리드 스테이트 드라이브들(SSD), 솔리드 스테이트 RAM, 동적 RAM, 정적 RAM과 같은 휘발성 메모리 기반 SSD들, DRAM 기반 SSD들, 자기 저항 RAM(MRAM) SSD들, DRAM 및 플래시 메모리 기반 SSD들의 조합을 사용하는 하이브리드 SSD들을 포함할 수 있다.
[0162] 특정 실시예들에서, 저장 서브시스템(1318)은 또한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(1322)에 더 연결될 수 있는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 판독기(1320)를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 판독기(1320)는 디스크, 플래시 드라이브 등과 같은 메모리 장치로부터 데이터를 수신하고 판독하도록 구성될 수 있다.
[0163] 특정 실시예들에서, 컴퓨터 시스템(1300)은 처리 및 메모리 자원들의 가상화를 포함하지만 이에 제한되지 않는 가상화 기술들을 지원할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템(1300)은 하나 이상의 가상 머신들을 실행하기 위한 지원을 제공할 수 있다. 특정 실시예들에서, 컴퓨터 시스템(1300)은 가상 머신들의 구성 및 관리를 용이하게 하는 하이퍼바이저(hypervisor)와 같은 프로그램을 실행할 수 있다. 각각의 가상 머신에는 메모리, 컴퓨트(예를 들어, 프로세서들, 코어들), I/O 및 네트워킹 리소스들이 할당될 수 있다. 각각의 가상 머신은 일반적으로 다른 가상 머신들과 독립적으로 실행된다. 가상 머신은 전형적으로 컴퓨터 시스템(1300)에 의해 실행되는 다른 가상 머신들에 의해 실행되는 운영 체제와 동일하거나 상이할 수 있는 그의 자체 운영 체제를 실행한다. 따라서, 다중 운영 체제가 잠재적으로 컴퓨터 시스템(1300)에 의해 동시에 실행될 수 있다.
[0164] 통신 서브시스템(1324)은 다른 컴퓨터 시스템들 및 네트워크들에 대한 인터페이스를 제공한다. 통신 서브시스템(1324)은 컴퓨터 시스템(1300)으로부터 데이터를 수신하고 다른 시스템들로 데이터를 송신하기 위한 인터페이스 역할을 한다. 예를 들어, 통신 서브시스템(1324)은 컴퓨터 시스템(1300)이 클라이언트 장치들로부터 및 클라이언트 장치로 정보를 수신 및 전송하기 위해 인터넷을 통해 하나 이상의 클라이언트 장치들에 대한 통신 채널을 설정할 수 있게 할 수 있다. 예를 들어, 통신 서브시스템은 클라이언트 장치로부터 음성 입력을 수신하고 응답으로 클라이언트 장치에 값을 전송하는 데 사용될 수 있다.
[0165] 통신 서브시스템(1324)은 유선 및/또는 무선 통신 프로토콜들 둘 모두를 지원할 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예들에서, 통신 서브시스템(1324)은, 무선 음성 및/또는 데이터 네트워크들에 액세스하기 위한 무선 주파수(RF) 트랜시버 구성요소들(예를 들어, 셀룰러 전화 기술을 사용), 3G, 4G 또는 EDGE(글로벌 진화를 위한 향상된 데이터 속도)와 같은 고급 데이터 네트워크 기술, Wi-Fi(IEEE 802.XX 제품군 표준 또는 기타 이동 통신 기술들 또는 이들의 임의의 조합), GPS(Global Positioning System) 수신기 구성요소들 및/또는 기타 구성요소들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 통신 서브시스템(1324)은 무선 인터페이스에 추가하여 또는 무선 인터페이스 대신에 유선 네트워크 연결(예를 들어, 이더넷)을 제공할 수 있다.
[0166] 통신 서브시스템(1324)은 다양한 형태들로 데이터를 수신 및 송신할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 다른 형태들에 더하여, 통신 서브시스템(1324)은 구조화된 그리고/또는 구조화되지 않은 데이터 피드들(1326), 이벤트 스트림들(1328), 이벤트 업데이트들(1330) 등의 형태로 입력 통신을 수신할 수 있다. 예를 들어, 통신 서브시스템(1324)은 Twitter®피드, Facebook®업데이트, RSS(Rich Site Summary) 피드와 같은 웹 피드들 및/또는 하나 이상 제3자 정보 소스들로부터의 실시간 업데이트들과 같은 기타 통신 서비스들 및/또는 소셜 미디어 네트워크들의 사용자들로부터의 실시간 데이터 피드들(1326)을 수신(또는 전송)하도록 구성될 수 있다.
[0167] 특정 실시예들에서, 통신 서브시스템(1324)은 연속 데이터 스트림들의 형태로 데이터를 수신하도록 구성될 수 있으며, 이는 실시간 이벤트들의 이벤트 스트림들(1328) 및/또는 이벤트 업데이트들(1330)을 포함할 수 있으며, 이는 본질적으로 명시적인 종료없이 연속적이거나 제한되지 않을 수 있다. 연속 데이터를 생성하는 애플리케이션들의 예들은 예를 들어, 센서 데이터 애플리케이션들, 금융 시세 표시기들, 네트워크 성능 측정 도구들(예를 들어, 네트워크 모니터링 및 트래픽 관리 애플리케이션들), 클릭스트림 분석 도구들, 자동차 트래픽 모니터링 등을 포함할 수 있다.
[0168] 통신 서브시스템(1324)은 또한 컴퓨터 시스템(1300)으로부터 다른 컴퓨터 시스템들 또는 네트워크들로 데이터를 통신하도록 구성될 수 있다. 데이터는 구조화된 그리고/또는 구조화되지 않은 데이터 피드들(1326), 이벤트 스트림들(1328), 이벤트 업데이트들(1330) 등과 같은 다양한 상이한 형태들로 하나 이상의 데이터베이스들 ― 이는 컴퓨터 시스템(1300)에 결합된 하나 이상의 스트리밍 데이터 소스 컴퓨터들과 통신할 수 있음 ― 에 전달될 수 있다.
[0169] 컴퓨터 시스템(1300)은 핸드 헬드 휴대용 장치(예를 들어, iPhone®휴대폰, iPad®컴퓨팅 태블릿, PDA), 웨어러블 장치(예를 들어, Google Glass®헤드 마운트 디스플레이), 개인용 컴퓨터, 워크스테이션, 메인프레임, 키오스크 , 서버 랙 또는 기타 데이터 처리 시스템을 포함하는 다양한 유형들 중 하나일 수 있다. 끊임없이 변화하는 컴퓨터들과 네트워크들의 특성으로 인해, 도 13에 묘사된 컴퓨터 시스템(1300)의 설명은 단지 특정 예로서 의도된 것이다. 도 13에 묘사된 시스템보다 더 많거나 적은 구성요소들을 갖는 다른 많은 구성들이 가능하다. 본원에 제공된 개시내용 및 교시들에 기초하여, 당업자는 다양한 실시예들을 구현하기 위한 다른 방식들 및/또는 방법들을 이해할 것이다.
[0170] 프로브 장치의 하나 이상의 부분들을 취급, 결합 및 맞물림하는 로봇 시스템은 추가로 전체 시스템의 구성요소가 될 수 있는 하나 이상의 마이크로프로세서들/처리 장치들을 갖는 제어 시스템(또는 마이크로프로세서 제어기)을 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 제어 시스템은 로봇 시스템에 대해 국부적 또는 원격일 수 있으며, 그리고 또한 로봇 아암의 프로그램을 변경하고, 프로브 장치를 시각화하며, 프로브 장치가 삽입되는 생물학적 조직을 시각화하고, 로봇 장치의 구성들 및 그의 하위 부분들을 변경하도록 사용자에 의해 취급되도록 구성되는 디스플레이 인터페이스 및/또는 작동 제어들을 포함할 수 있다. 이러한 처리 장치들은 버스를 통해 비휘발성 메모리 장치에 통신 가능하게 결합될 수 있다. 비휘발성 메모리 장치는 전원이 꺼졌을 때 저장된 정보를 보유하는 임의의 유형의 메모리 장치를 포함할 수 있다. 메모리 장치의 비제한적인 예들은 전기적으로 소거 가능한 프로그램 가능한 읽기 전용 메모리("ROM"), 플래시 메모리, 또는 임의의 다른 유형의 비휘발성 메모리를 포함한다. 일부 양태들에서, 메모리 장치의 적어도 일부는 프로세싱 장치가 명령들을 판독할 수 있는 비일시적 매체 또는 메모리 장치를 포함할 수 있다. 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는 처리 장치에 컴퓨터 판독 가능 명령들 또는 다른 프로그램 코드를 제공할 수 있는 전자, 광학, 자기 또는 기타 저장 장치들을 포함할 수 있다. 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체의 비제한적인 예들은, 자기 디스크(들), 메모리 칩(들), ROM, 랜덤 액세스 메모리("RAM"), ASIC, 구성된 프로세서, 광학 스토리지 및/또는 컴퓨터 프로세서가 명령들을 판독할 수 있는 기타 매체를 포함(그러나, 이것으로 제한하는 것은 아님)할 수 있다. 명령들은 예를 들어, C, C++, C#, Java, Python, Perl, JavaScript 등을 포함하여 임의의 적합한 컴퓨터 프로그래밍 언어로 작성된 코드에서 컴파일러 및/또는 인터프리터에 의해 생성된 프로세서 특정 명령들을 포함할 수 있다.
[0171] 상기 설명은 본 발명의 다양한 실시예들 및 고려되는 최상의 모드를 설명하지만, 위의 내용이 아무리 자세하더라도, 본 발명은 많은 방식들로 실행될 수 있다. 시스템의 세부 사항들은 그의 특정 구현예에서 상당히 다양할 수 있지만, 여전히 본 개시내용에 포함된다. 위에서 언급된 바와 같이, 본 발명의 특정 특징들 또는 양태들을 설명할 때 사용된 특정 용어는, 해당 용어가 관련된 본 발명의 특정 특성들, 특징들 또는 양태들로 제한되도록 본원에서 용어가 재정의되고 있음을 의미하는 것으로 간주되어서는 안된다. 일반적으로, 다음의 청구 범위에서 사용되는 용어는, 상기 상세한 설명 섹션이 그러한 용어를 명시적으로 규정하지 않는 한, 명세서에 개시된 특정 예들로 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 이에 따라, 본 발명의 실제 범위는 개시된 예들뿐만 아니라 청구 범위 하에서 본 발명을 실행하거나 구현하는 모든 동등한 방식들을 포함한다.
[0172] 본원에 제공된 본 발명의 교시들은 반드시 위에서 설명된 시스템이 아닌 다른 시스템에 적용될 수 있다. 전술한 다양한 예들의 요소들 및 동작들은 본 발명의 추가 구현예들을 제공하기 위해 조합될 수 있다. 본 발명의 일부 대안적인 구현예들은 위에서 언급된 구현예들에 대한 추가 요소들을 포함할 수 있을뿐만 아니라 더 적은 요소들을 포함할 수도 있다. 또한, 본원에 언급된 임의의 특정 수치들은 단지 예일뿐이며; 대안적 구현예들이 상이한 값들 또는 범위들을 사용할 수 있고, 그리고 그러한 범위들의 경계들 내 및 경계에서 값의 다양한 증분들 및 구배들을 수용할 수 있다.
[0173] 특징들, 이점들 또는 유사한 언어에 대한 전술한 설명 전체에 걸쳐 언급된 것은, 본 기술로 실현될 수 있는 모든 특징들 및 이점들이 본 발명의 임의의 단일 실시예이거나 그 안에 있어야 함을 내포하지는 않는다. 오히려, 특징들 및 이점들을 언급하는 언어는 실시예와 관련하여 설명된 특정 특징, 이점 또는 특성이 본 기술의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 특징들 및 이점들 및 유사한 언어에 대한 논의는 동일한 실시예를 참조할 수 있지만 반드시 그런 것은 아니다. 더욱이, 본 기술의 설명된 특징들, 이점들 및 특성들은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다. 당업자는, 본 기술이 하나 이상의 특정 실시예의 특정 특징들 또는 이점들없이도 실행될 수 있음을 인식할 것이다. 다른 경우들에, 본 기술의 모든 실시예들에 존재하지 않을 수 있는 특정 실시예들에서 추가적인 특징들 및 이점들이 인식될 수 있다.

Claims (20)

  1. 프로브 장치를 생물학적 조직(biological tissue)에 로봇으로 이식하기 위한 시스템으로서,
    생체 적합성 프로브(biocompatible probe);
    상기 프로브에 연결된 집적 회로(IC) 칩;
    카트리지 ― 상기 카트리지는 상기 프로브가 상기 카트리지에 제거 가능하게 결합되는 임시 부착 표면 및 상기 IC 칩을 상기 카트리지에 제거 가능하게 결합하기 위한 패스너를 포함―;
    상기 프로브와 가역적으로 맞물림하도록 구성된 바늘;
    상기 바늘을 고정하도록 구성된 로봇 아암;
    카메라; 및
    상기 카메라를 사용하여 상기 로봇 아암과 상기 바늘을 제어하도록 구성된 마이크로프로세서 제어기를 포함하며, 상기 마이크로프로세서 제어기는,
    상기 바늘을 사용하여 상기 임시 부착 표면에서 프로브를 제거하고,
    상기 바늘과 상기 프로브로 상기 생물학적 조직을 천공하며,
    상기 생물학적 조직 내에 상기 프로브를 남겨둔 채 상기 바늘을 빼내며,
    상기 IC 칩을 상기 카트리지로부터 분리하고 상기 IC 칩을 상기 생물학적 조직과 함께 남겨두도록 제어되며, IC 칩은 여전히 프로브에 묶여 있는,
    프로브 장치를 생물학적 조직에 로봇으로 이식하기 위한 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 카트리지는 다중 프로브들 및 IC 칩들을 갖는,
    프로브 장치를 생물학적 조직에 로봇으로 이식하기 위한 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 패스너는 자기 부착물(magnetic attachment) 또는 기계적 부착물 중 하나 이상을 포함하는,
    프로브 장치를 생물학적 조직에 로봇으로 이식하기 위한 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 임시 부착 표면은 파릴렌 또는 실리콘 중 하나 이상으로 형성되고, 그리고
    상기 카트리지는 상기 임시 부착 표면 밑에 접착제 층을 더 포함하는,
    프로브 장치를 생물학적 조직에 로봇으로 이식하기 위한 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 프로브는 생물학적 조직에 삽입되도록 구성된 전극; 및
    상기 바늘과의 맞물림을 위해 상기 카트리지에 장착된 수용 특징부를 포함하는,
    프로브 장치를 생물학적 조직에 로봇으로 이식하기 위한 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 로봇 아암은 제1 로봇 아암이고,
    상기 카트리지와 결합하도록 구성된 제2 로봇 아암을 더 포함하는,
    프로브 장치를 생물학적 조직에 로봇으로 이식하기 위한 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    데이터, 전기, 또는 다른 신호들을 중계하도록 구성된 안테나를 더 포함하는,
    프로브 장치를 생물학적 조직에 로봇으로 이식하기 위한 시스템.
  8. 프로브 장치를 생물학적 조직에 이식하는 방법으로서,
    i) 카트리지가 생체 적합성 프로브와 제거 가능하게 결합되는 임시 부착 표면 및 프로브에 묶여 있는 집적 회로(IC) 칩을 카트리지에 제거 가능하게 결합하는 패스너를 포함하는 카트리지를 제공하는 단계,
    (ii) 바늘을 프로브에 가역적으로 맞물림하는 단계,
    (iii) 바늘을 사용하여 임시 부착 표면으로부터 프로브를 제거하는 단계,
    (iv) 바늘 및 프로브로 생물학적 조직을 천공하는 단계,
    (v) 프로브를 생물학적 조직 내에 남겨 두면서 바늘을 빼내는 단계,
    (vi) IC 칩을 카트리지로부터 분리하고, IC 칩을 생물학적 조직과 함께 남겨두는 단계를 포함하고, IC 칩은 여전히 프로브에 묶여 있는,
    프로브 장치를 생물학적 조직에 이식하는 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 카트리지는 다중 프로브들 및 IC 칩들을 가지며,
    상기 방법은 상기 다중 프로브들의 각각의 프로브에 대해 단계(ii) 내지 단계(v)를 반복하는 단계를 더 포함하는,
    프로브 장치를 생물학적 조직에 이식하는 방법.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 바늘을 선택된 수용 특징부들과 가역적으로 맞물림시키는 단계는, 상기 바늘을 약 5도 내지 약 180도 회전시키는 것을 포함하는,
    프로브 장치를 생물학적 조직에 이식하는 방법.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 프로브는 약 1 내지 약 3 밀리미터의 깊이에서 생물학적 조직 내에 남겨지는,
    프로브 장치를 생물학적 조직에 이식하는 방법.
  12. 카트리지 및 프로브 장치 조립체로서,
    제1 패스너, 카트리지를 로봇 아암에 제거 가능하게 결합하도록 구성된 제2 패스너, 및 임시 부착 표면을 포함하는 카트리지;
    상기 제1 패스너를 통해 상기 카트리지에 제거 가능하게 결합된 집적 회로(IC) 칩; 및
    상기 IC 칩에 묶여 있고 상기 카트리지의 임시 부착 표면에 제거 가능하게 결합된 생체 적합성 프로브를 포함하며, 상기 프로브는 생물학적 조직에 삽입되도록 구성된 전극을 포함하는,
    카트리지 및 프로브 장치 조립체.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 생물학적 조직 외부측에 노출되도록 배열되고 데이터, 전기 또는 기타 신호들을 중계하도록 구성된 통신 포트를 더 포함하는,
    카트리지 및 프로브 장치 조립체.
  14. 제12 항에 있어서,
    데이터, 전기 또는 다른 신호들을 중계하도록 구성된 안테나를 더 포함하는,
    카트리지 및 프로브 장치 조립체.
  15. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 패스너는 자기 부착물 또는 기계적 부착물 중 하나 이상을 포함하는,
    카트리지 및 프로브 장치 조립체.
  16. 제12 항에 있어서,
    상기 제2 패스너는 자기 부착물 또는 기계적 부착물 중 하나 이상을 포함하는,
    카트리지 및 프로브 장치 조립체.
  17. 제12 항에 있어서,
    다중 프로브들 및 IC 칩들; 및
    이식을 위한 바늘에 의해 맞물림될 위치에 상기 다중 프로브들을 장착하도록 구성된, 카트리지 상의 돌출 에지를 더 포함하는,
    카트리지 및 프로브 장치 조립체.
  18. 제12 항에 있어서,
    4 개의 집적 회로 칩들; 및
    4 개의 칩 구획을 포함하는 보관 패키지 구조를 더 포함하고, 각각의 칩 구획은 개개의 IC 칩을 보유하는,
    카트리지 및 프로브 장치 조립체.
  19. 제12 항에 있어서,
    상기 임시 부착 표면은 파릴렌 또는 실리콘 중 하나 이상으로 형성되고, 그리고
    상기 카트리지는 상기 임시 부착 표면 아래에 접착층을 더 포함하는,
    카트리지 및 프로브 장치 조립체.
  20. 제12 항에 있어서,
    상기 프로브는 약 2 마이크로미터(㎛) 내지 약 50 ㎛ 범위의 두께를 갖는,
    카트리지 및 프로브 장치 조립체.
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