WO2018044106A1 - 광센서 어레이 기반의 서브형 인공망막 장치 및 인공망막 장치의 구동 방법 - Google Patents

광센서 어레이 기반의 서브형 인공망막 장치 및 인공망막 장치의 구동 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2018044106A1
WO2018044106A1 PCT/KR2017/009571 KR2017009571W WO2018044106A1 WO 2018044106 A1 WO2018044106 A1 WO 2018044106A1 KR 2017009571 W KR2017009571 W KR 2017009571W WO 2018044106 A1 WO2018044106 A1 WO 2018044106A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrode
sub
stimulation
electrodes
array
Prior art date
Application number
PCT/KR2017/009571
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김정석
김성우
Original Assignee
가천대학교 산학협력단
고려대학교 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 가천대학교 산학협력단, 고려대학교 산학협력단 filed Critical 가천대학교 산학협력단
Priority to EP17847031.6A priority Critical patent/EP3508248B1/en
Priority to US16/328,713 priority patent/US11154705B2/en
Priority to CN201780067557.9A priority patent/CN109906102B/zh
Publication of WO2018044106A1 publication Critical patent/WO2018044106A1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/3605—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system
    • A61N1/36128—Control systems
    • A61N1/36146—Control systems specified by the stimulation parameters
    • A61N1/36182—Direction of the electrical field, e.g. with sleeve around stimulating electrode
    • A61N1/36185—Selection of the electrode configuration
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/14—Eye parts, e.g. lenses, corneal implants; Implanting instruments specially adapted therefor; Artificial eyes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F9/00—Methods or devices for treatment of the eyes; Devices for putting-in contact lenses; Devices to correct squinting; Apparatus to guide the blind; Protective devices for the eyes, carried on the body or in the hand
    • A61F9/08—Devices or methods enabling eye-patients to replace direct visual perception by another kind of perception
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/02—Details
    • A61N1/04—Electrodes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/02—Details
    • A61N1/04—Electrodes
    • A61N1/0404—Electrodes for external use
    • A61N1/0472—Structure-related aspects
    • A61N1/0476—Array electrodes (including any electrode arrangement with more than one electrode for at least one of the polarities)
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/02—Details
    • A61N1/04—Electrodes
    • A61N1/05—Electrodes for implantation or insertion into the body, e.g. heart electrode
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/02—Details
    • A61N1/08—Arrangements or circuits for monitoring, protecting, controlling or indicating
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/3605—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system
    • A61N1/3606—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system adapted for a particular treatment
    • A61N1/36103—Neuro-rehabilitation; Repair or reorganisation of neural tissue, e.g. after stroke
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/3605—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system
    • A61N1/36128—Control systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/02—Details
    • A61N1/04—Electrodes
    • A61N1/05—Electrodes for implantation or insertion into the body, e.g. heart electrode
    • A61N1/0526—Head electrodes
    • A61N1/0543—Retinal electrodes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/36046—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation of the eye
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/3605—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system
    • A61N1/36125—Details of circuitry or electric components
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/3605—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system
    • A61N1/36128—Control systems
    • A61N1/36146—Control systems specified by the stimulation parameters
    • A61N1/36167—Timing, e.g. stimulation onset

Definitions

  • the present invention relates to a sub-type retinal device and a method of driving the retinal device, which are applied to the cell layer of the retina, in particular, the sub-retinal to restore electrical vision by inducing electrical stimulation.
  • the retina is an important neural tissue that converts external images from the cornea and lens into electrical signals and transmits them to the brain.
  • the retina is about 6.25 cm 2 and about 100 million cells are present in the retina.
  • the rod cells which make up the majority of visual cells, convert images into electrical signals that enter the optic nerve and reach the brain at a rate of about 480 kilometers per hour.
  • the brain interprets minute electric signals to grasp images and judge objects.
  • the retina is one of the tissues with the highest blood supply per unit area. It requires a lot of energy sources and the waste products generated by chemical by-products should be smoothly removed. For any reason, retinal or choroidal blood vessels can cause abnormalities in the retina, resulting in various diseases.
  • Retinitis pigmentosa is a progressive retinal degenerative disease caused by dysfunction of the photoreceptor in the retina.
  • the retinitis photoreceptor and retinal pigment epithelium are the main lesions and appear in both eyes. It is characteristic.
  • the prevalence of RP is reported to be one in 5,000 people worldwide.
  • Age-related macular degeneration (AMD) another retinal disease, is one of the three major blindness disorders, and the prevalence is increasing due to the rapid aging of the population.
  • AMD Age-related macular degeneration
  • AMD AMD patients often experience worse vision in a relatively short period of time, and it is reported that the degree of real life impairment and psychological atrophy due to eyes is greater in AMD patients than other diseases.
  • the artificial retina may be classified into an epi-retinal and a sub-retinal according to the installed location.
  • epitype it is located in front of the retina and is labeled 8 in FIG.
  • Subtypes were labeled 9 in FIG. 1, located in the cell layer behind the retina.
  • Epi-type retinas stimulate the Ganglion cell layer of the retinal cells, while sub-type retinas stimulate the bipolar cell layer in the rear.
  • Epi-retinal retinas have nerve cell stimulators located in front of the retina, so intermediate signal processing of nerve cells in the retina's inner layer does not proceed. Therefore, the epi artificial retina is provided with an external camera separately.
  • the external camera is provided attached to the glasses, and the image information obtained from the camera reaches the micro-electrode array in the eye through the induction coil wirelessly, and the retinal ganglion cells directly without intermediate signal processing of nerve cells in the inner layer of the retina. Stimulated retinal ganglion.
  • the threshold for response to electrical stimulation varies from patient to patient, and the magnitude of electrical stimulation to be applied also varies according to retinal cell damage sites.
  • Epi-retinal retinas control the electrodes independently from the external image processor. Therefore, there is an advantage that the size of the electrical pulse can be freely changed according to the patient or the damage site.
  • the Argus II product of Second Sight which is sold in the United States, can independently control 64 electrodes, and the magnitude of the electrical stimulation generated from each electrode can also be controlled.
  • the retina since the retina is very thin and fragile, it is difficult to fix the electrode.
  • it may be located inside the retina and exposed to the vitreous cavity, surrounded by fibrous tissue, and possibly not capable of transmitting electrical stimulation.
  • electrical stimulation when electrical stimulation is applied on the upper surface of the retina, the retinal nerve fiber layer is stimulated to spread the signal, or cells of several layers of the retina are stimulated at the same time, so it is difficult to improve the spatial resolution.
  • Epi-retinal retina does not utilize the signal processing in the retina, so the shape of the stimulating electrode grating and the shape of the patient may be different, so customized image processing is required for each patient. Therefore, there are disadvantages in that various components and signal transmission units connecting them are required than the sub-type retinas.
  • the photodiode array is located in the photoreceptive cell layer below the retinal cell layer, as shown in FIG.
  • Subtype retinas are designed to simply replace the function of photoreceptors and target bipolar cells as the primary electrical stimulator.
  • the sub-type retina is designed to integrate light-sensing photodiode and stimulation electrode, and the current from the photodiode flows directly to the electrode to stimulate retinal nerve cells.
  • Photodiode arrays perform similar functions as CMOS image sensors. The intensity of light varies in the amount of dark current generated in each photodiode cell, which is converted into a biphasic current pulse that acts as an active potential through the conversion circuit.
  • sub-type retinas allow for a natural feel in the recognition of objects by using existing visual transmission pathways through bipolar cells and information processing in the inner layer of the retina.
  • the microelectrode array is inserted into the eye to allow natural eye movement, compared to the fact that in a system with a small camera mounted on glasses, the head must be turned, not the eye, in the direction of the object to see and recognize the object. This can be said to have advantages in physiological and natural aspects.
  • the number of pixels produced by the subretinal stimulation method is the largest among the artificial retinas made so far, the possibility of achieving high resolution has been suggested.
  • the Alpha IMS model which has been commercialized by Retina Implant, Germany, has 1500 photodiode arrays and matching biphasic current generation arrays, but clinical trials show that the actual resolution of 63-channel epitaxial retina is Reported worse.
  • the photograph captured by the camera is converted into a digital signal through image processing, which is converted into a serial digital signal through encoding and transmitted to the retina.
  • the decoder in the artificial retina analyzes packets of digital signals from the outside and sequentially sends command signals to each stimulus. At this time, the commanded stimulator generates a biphasic current, and other stimulators waiting for the command prevent the output terminal from shorting with the return electrode to spread the remaining charges.
  • the sub-type retina when looking at the photodiode array in the sub-type retina, light enters simultaneously and simultaneously produces biphasic currents.
  • the sub-type retina is located where the return electrode, which serves as a ground, is located far from the end of the chip or the electrode array. Typically the return electrode is positioned to serve as a ground in the corner of the quadrilateral chip.
  • the return electrode when a plurality of stimulation electrodes of a certain region are simultaneously stimulated, currents flow into the return electrode to stimulate retinal bipolars which should not be stimulated, resulting in cross-talk phenomenon.
  • 2 and 3 show a photodiode array for explaining this phenomenon.
  • the shape that the user wants to recognize is 'a'.
  • the 'a' shape passes through the intermediate cell layer of the retina and reaches the rear sub-type artificial retina, and a simultaneous stimulus is input in the 'a' shape to the photodiode array arranged in a plurality of pixels (for example, 1000 pixels).
  • the pole electrode outputs a biphasic current in a 'b' shape.
  • the return electrode ground electrode
  • the unintentional bipolar cells are stimulated, and the user recognizes the appearance of 'b' shape spreading. Done. For this reason, it has been pointed out that the 1000 pixel sub-type retina feels the same resolution as the 64 pixel epi-type retina.
  • the present applicant has devised a circuit structure and a control method that can solve the above-described image blur problem in the sub-type retina.
  • the sub-type retina there is no prior patent for which an array structure or an electrode structure is provided, which solves the above problems, and the related patent is Korean Patent No. 10-1246336.
  • An object of the present invention is to provide an artificial retinal device in which a current flowing into a return electrode does not stimulate an unintentional bipolar cell, thereby minimizing cross-talk. Accordingly, an aspect of the present invention is to provide an artificial retina device capable of providing an optimized resolution for an array of photodiodes and magnetic pole electrodes, which may be provided at 1000 pixels or more.
  • the present invention provides a sub-type artificial retina device
  • the substrate may be arranged in a zigzag arrangement of the magnetic pole electrodes in a row of an X axis or a row of a Y axis in which the plurality of magnetic pole electrodes are arranged.
  • the stimulation electrode may output a bi-phasic current having two phases of a cathode and an anode for balancing charges transferred to the optic nerve.
  • the switch may be connected to the return electrode by branching an output line through which the pulse of the stimulation electrode is output.
  • the plurality of switches may be connected to each of the plurality of magnetic pole electrodes.
  • the substrate may be operated as a return electrode with a stimulation electrode adjacent to any one stimulation electrode generating an active potential.
  • the adjacent stimulation electrodes may be a plurality of stimulation electrodes spaced at the same distance from the periphery of any one stimulation electrode to generate an active potential.
  • the adjacent stimulation electrode can form a hexagonal array around the periphery of any one stimulation electrode generating an active potential.
  • a stimulation electrode of one region of the region where the plurality of stimulation electrodes is arranged is set as a scanning array, the stimulation electrode of the scanning array is switched to the return electrode, and the stimulation electrodes of another region are then scanned by the array.
  • the control module may be further included.
  • control module may perform a setting operation of the scanning array at a frequency of 50 Hz or more.
  • the scanning array may be set as a plurality of magnetic pole electrodes spaced at the same distance from the periphery of one magnetic pole electrode to form a hexagonal array.
  • control module may control such that the same stimulation electrode is not selected continuously during the setting operation of the scanning array.
  • the present invention is a method of driving a sub-type retinal device, comprising: a plurality of stimuli provided on a substrate provided in the retinal sub to generate an action potential in the optic nerve in response to external visual information projected onto the retina (A) setting a stimulation electrode of one region of the region where the electrodes are arranged as a scanning array; (B) connecting the stimulation electrode of the scanning array to a return electrode for receiving a current; (C) setting a stimulation electrode of another region of the region where the plurality of stimulation electrodes is arranged as a scanning array, wherein steps (a) to (c) are repeatedly performed at a frequency of 50 Hz or more. It features.
  • a plurality of magnetic pole electrodes spaced at the same distance from the periphery of one magnetic pole electrode may be set as the scanning array, and the scanning array may be a hexagonal array.
  • the scanning array may be set so that the stimulation electrodes selected in step (a) are not continuously selected.
  • an array is formed in a structure in which a switch is connected to each of the plurality of magnetic pole electrodes so that the magnetic pole electrode can be operated as a return electrode.
  • the hexagonal stimulation electrodes set as the scanning array operate as the return electrodes, and the scanning array is moved at a frequency of 50 Hz that is difficult for the user to perceive.
  • the return electrode is not fixed but is scanned in a fluid manner. In this case, when the stimulation electrode located in the center of the scanning array recognizes external light, current flows to the adjacent return electrode in the scanning array even though the biphasic current is output, and does not unnecessarily stimulate the anode cells around the stimulation electrode. Do not.
  • the present invention is a switch structure of a stimulation electrode and a control technique of a scanning array, which minimizes cross-talk and provides resolutions optimized for an array of photodiodes and stimulation electrodes that may be provided at 1000 pixels or more. There is an advantage that can be provided.
  • 2 and 3 are supplementary materials for explaining a conventional sub-type retinal device.
  • Figure 4 shows the appearance of the eye is a sub-type artificial retinal device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 shows a sub-type retinal device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 shows a stimulation electrode circuit diagram of a sub-type retinal device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 shows a scanning array of a sub-type retinal device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view illustrating a driving state of the scanning array of the sub-type retina device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 illustrates an arrangement of a stimulation electrode and a return electrode recognized by a user in the example of FIG. 8.
  • the eyeball has a structure including the retina (5), nerve tissue (7), choroid, sclera, cornea (1), pupil (3), iris and ciliary body.
  • the sub-type retinal device 10 is located behind the retina 5.
  • the retina 5 has a multilayer structure of ganglion cells, amacrine cells, bipolar cells, horizontal cells, rod cones, and pigment epithelium.
  • the retina 5 is largely divided into a retinal neuronal cell layer 51, a bipolar cell layer 53, and a rod cone 55 layer.
  • the retinal device 10 may be positioned to stimulate the layer of the rod cone 55. Since the retinal nerve cells 51, the bipolar cells 53, and the rod cone 55 are all transparent cell layers, the light incident on the retina 5 is projected to reach the artificial retina device 10.
  • the artificial retina device 10 may use the intermediate signal processing of the nerve cells of the inner retina.
  • the artificial retina device 10 according to the present embodiment is characterized in that the stimulation electrode in response to the external visual information does not stimulate the unnecessary anode cells 55 to provide the user with high resolution visual information. do.
  • the configuration of the apparatus will be described.
  • FIG. 5 shows a sub-type retinal device 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the artificial retina device 10 may include a substrate, a stimulation electrode 101, a return electrode 103, a control module 105, and a switch 103 (FIG. 6).
  • the substrate is provided in the retina sub.
  • the substrate may be provided with a photodiode, a stimulation electrode, a return electrode, a control module, a power coil 107, and the like, which are optical sensors.
  • the substrate can be flexible.
  • a plurality of photodiodes and corresponding pole electrodes are disposed on the substrate, and the size of the substrate may be designed in consideration of the number of pole electrodes to be mounted. In general, it is desirable that the substrate be provided to accommodate 1000 or more pole electrodes to ensure sufficient resolution.
  • the magnetic pole electrodes 101 may be arranged in a zigzag in an X-axis column or a Y-axis column in which a plurality of magnetic pole electrodes 101 are arranged.
  • the photodiode responds to light incident from the outside, and the stimulation electrode outputs a current as a signal of the photodiode.
  • the arrangement of the stimulation electrodes 101 may refer to the arrangement of the photodiode.
  • the pole electrodes 101 are arranged in a zigzag pattern on at least one of the X and Y axes.
  • the arrangement of the stimulation electrodes 101 is to form the scanning array 11 in a hexagonal structure, and to form the return electrode 103 as close as possible to the stimulation electrodes 101 which respond to the external visual information. It is a suitable structure.
  • the substrate is characterized in that the stimulation electrode 101 adjacent to any one stimulation electrode 101 generating an active potential is operated as the return electrode 103, and the return electrode 103 is not fixedly formed and the stimulation electrode 101 is formed. ) Is operated by the return electrode 103 under control. This will be described in detail later with reference to FIGS. 8 and 9.
  • the return electrode 103 receives current so that ground is formed on the substrate.
  • the return electrode 103 may be provided as a capacitor having a large capacitance.
  • the return electrode 103 is formed in one region of the substrate, and may be provided at a position spaced apart from the array of the magnetic pole electrodes 101.
  • the stimulation electrode 101 is provided on the substrate and generates an action potential to the optic nerve 7 in response to external visual information projected onto the retina.
  • the plurality of magnetic pole electrodes 101 form an array. As described above, the pole electrodes 101 are arranged zigzag in at least one of the X-axis and the Y-axis.
  • the number of the stimulation electrodes 101 is the same as an index indicating the resolution for recognizing the external visual information, and the external visual information is applied to the stimulus simultaneously in a shape corresponding to the arranged plural stimulation electrodes 101.
  • the stimulation electrode 101 may be constructed as a module in connection with a CMOS image sensor or a photodiode.
  • the photodiode recognizes a photon and outputs a dark current
  • the dark current is activated through the conversion circuit 1011 in the stimulation electrode 101.
  • the signal is converted into a current signal suitable for the potential and output.
  • the stimulation electrode 101 may output a bi-phasic current having two phases of a cathode and an anode for balancing charges transferred to a nerve.
  • the stimulation electrode 101 outputs a balanced biphasic current such that the negative and positive charges are canceled out so that charges of one polarity do not accumulate in the optic nerve 7.
  • the conversion circuit 1011 of the stimulation electrode 101 for outputting the active potential as a biphasic current can be used in a conventional circuit structure.
  • the switch 102 may interrupt the electrical flow between the stimulation electrode 101 and the return electrode 103.
  • the switch 102 may be connected between the plurality of magnetic pole electrodes 101 and the return electrode 103 to ground the magnetic pole electrode 101 to the return electrode 103 according to on / off control.
  • FIG. 6 shows a circuit diagram of the pole electrode 101 to which the switch 102 is connected.
  • a converter circuit for converting current output from the photodiode and a converter stimulator may be replaced with a conventional circuit configuration and are illustrated as a black box, which is not the gist of the present invention.
  • the switch 102 is connected to the output terminal in parallel in the circuit diagram of the conventional magnetic pole electrode 101.
  • the switch 102 branches the output line through which the pulse of the stimulation electrode 101 is output and is connected to the return electrode 103.
  • the return electrode 103 is represented by ground.
  • a plurality of switches 102 may be connected to the plurality of magnetic pole electrodes 101. That is, the switch 102 includes at least the number of magnetic pole electrodes 101 provided at least.
  • the switch 102 connects each of the arrayed magnetic pole electrodes 101 and a single return electrode 103.
  • the switch 102 drives the stimulation electrode 101 to the return electrode 103 in accordance with the on-off state. Accordingly, the retinal device 10 of the present embodiment allows the return electrode 103 to be disposed adjacent to the activated stimulation electrode 101 without being fixed.
  • any one of the magnetic pole electrodes 101 and the adjacent magnetic pole electrode 101 is operated as the return electrode 103.
  • the adjacent stimulation electrodes refer to a plurality of stimulation electrodes spaced at the same distance from the periphery of any one stimulation electrode 101 generating an active potential. That is, the array of the stimulation electrodes 101 outputs an active potential in one region and functions in an inactive state in response to visual information incident from the outside.
  • the stimulation electrode 101 and the adjacent stimulation electrode 101 which output the active potential are converted to the return electrode 103, the current flowing from the activated stimulation electrode 101 will not stimulate the unintentional surrounding anode cells. will be.
  • the stimulation electrode 101 of the present embodiment has the feature that the switch 102 is connected so that it can be converted to the return electrode 103 under control. If so, a control method capable of converting the periphery of the activated stimulation electrode 101 into the return electrode 103 is required.
  • the artificial retina device 10 according to the present embodiment forms the scanning array 11 with the magnetic pole electrodes adjacent to one of the magnetic pole electrodes 101. At this time, it is preferable that the magnetic pole electrodes 101 of the scanning array 11 are spaced at the same distance from the central magnetic pole electrode 101.
  • the central magnetic pole electrode 101 when the central magnetic pole electrode 101 is activated, if the peripheral magnetic pole electrodes having the same distance are converted to the return electrode 103, the current flowing to the return electrode 103 is also the same, so that the system can be stabilized. have.
  • adjacent stimulation electrodes can form a hexagonal array around one of the stimulation electrodes that generates an active potential.
  • the pole electrodes 101 are arranged zigzag in at least one axis of the X axis or the Y axis to enable a hexagonal array.
  • the control module 105 sets the stimulation electrodes of one region of the region where the plurality of stimulation electrodes 101 are arranged as the scanning array 11, and switches the stimulation electrodes of the scanning array 11 to the return electrode 103. Afterwards, the stimulation electrodes 101 of different regions may be set as the scanning array 11.
  • the scanning array 11 may be set as a plurality of magnetic pole electrodes 101 spaced apart at the same distance from the periphery of one magnetic pole electrode 101 to form a hexagonal array. Referring to FIG. 7, it is assumed that the central magnetic pole electrode 101 (a) is an activated magnetic pole electrode.
  • the hexagonal array formed by the six magnetic pole electrodes 101 (b) around the magnetic pole electrode 101 (a) is called the scanning array 11.
  • the scanning array 11 will be described with reference to a control state of the switch 102 connected to each magnetic pole electrode 101.
  • the magnetic pole electrode 101 (b) corresponding to the scanning array 11 is operated by the control module 105 with the switch 102 turned on and connected to the return electrode 103. Therefore, all of the stimulation electrodes 101 (b) corresponding to the scanning array 11 are operated as the return electrodes 103.
  • the on-off state of the switch 102 may be reversed according to the wiring form.
  • the central stimulation electrode 101 (a) outputs a biphasic current by the conversion circuit 1011 of the stimulator, which stimulates the rod cone cell-positive cell at the corresponding position as an active potential. In this case, the current of the stimulation electrode 101 (a) flows into the return electrode 101 (b) of the adjacent scanning array 11 so as not to stimulate the cells around the unintentional, and to prevent the resolution bleeding phenomenon.
  • the control module 105 does not fixedly form the scanning array 11. That is, the scanning array 11 may be understood as one electrode region that is moved or scanned in the entire magnetic pole electrode 101 array region. The control module 105 gradually moves the scanning array 11 while turning the stimulation electrode 101 on and off with the return electrode 103.
  • FIG 8 is a view illustrating a driving state of the scanning array 11 of the sub-type retina device according to the embodiment of the present invention.
  • the control module 105 moves the scanning array 11 to the right in the X-axis direction on the substrate to scan all of the magnetic pole electrodes 101 in one row, and then restarts X from the second row. It can be moved to the right in the axial direction. Alternatively, scanning may be performed in the Y-axis direction after scanning one row.
  • the scanning pattern performed by the control module 105 is sufficient as long as it is possible to evenly turn on and off the regions of the plurality of arranged magnetic pole electrodes 101 and is not limited to a specific pattern.
  • the control module 105 performs the setting operation of the scanning array 11 at a frequency of 50 Hz or more.
  • the speed at which the scanning array 11 is moved is set to 50 Hz or more.
  • the user wearing the retinal device 10 may not recognize the on-off conversion process of the scanning array 11.
  • the control module 105 may move the scanning array 11 at a frequency of 50 Hz to 60 Hz.
  • the user may not recognize the movement of the return electrode 103 moving at a speed of 50 Hz to 60 Hz, which is a freeker-free frequency, and may recognize only an image corresponding to 'b'.
  • FIG. 9 illustrates the arrangement of the stimulation electrode 101 and the return electrode 103 as recognized by the user in the example of FIG. 8.
  • the return electrode 103 scans the entire area in the form of the scanning array 11, and the active state of the electrode recognized by the user will be as shown in FIG. 8.
  • the return electrode 103 is disposed around the magnetic pole electrode 101.
  • the current of the activated stimulation electrode 101 flows into the adjacent return electrode 103 and does not unnecessarily stimulate the stimulation electrode 101 of another region which may distort the 'b' shape.
  • FIGS. 10 and 11 show an optical sensor array of a conventional sub-type retinal device in which a return electrode 103 is fixed. As shown in FIG. 10, it may be expected that the image is distorted in the direction of the return electrode 103 even though the image of 'a' is recognized.
  • the artificial retinal apparatus 10 of the present invention for variably scanning the return electrode 103 with the hexagonal scanning array 11 structure as shown in FIG. 11 has a high resolution without the large distortion on the '7' optic nerve (7) Stimulation of is possible.
  • the control module 105 may control the same stimulation electrode 101 not to be continuously selected during the setting operation of the scanning array 11.
  • the stimulation electrode 101 of the scanning array 11 is a return electrode 103 to prevent the lifespan of the device is abruptly shortened during the on-off process, and if the on-off is rapidly and continuously applied to the electrode, it may not respond in some cases and malfunctions. This can happen.
  • the above-described method for driving the sub-retinal device 10 includes setting (a) the scanning array 11, switching to the return electrode (b) and the scanning array 11. It may include the step (c) to move.
  • Step (a) is a region in which a plurality of stimulation electrodes 101 are arranged on a substrate provided in the retina sub to generate an action potential to the optic nerve 7 in response to external visual information projected onto the retina.
  • the setting of the stimulation electrodes 101 and 103 of the region to the scanning array 11 is performed.
  • Step (a) sets the plurality of magnetic pole electrodes 101 and 103 spaced apart at the same distance from the periphery of one magnetic pole electrode 101 as the scanning array 11, and the scanning array 11 may be a hexagonal array.
  • Step (b) refers to the step of connecting the stimulation electrode 11 of the scanning array 11 to the return electrode 103 which receives the current.
  • Step (c) means setting the stimulation electrodes 101 of the other regions among the regions where the plurality of stimulation electrodes 101 are arranged as the scanning array 11.
  • the scanning array 11 may be set such that the stimulation electrode 101 selected in step (a) is not continuously selected.
  • Steps (a) to (c) are repeatedly performed at a frequency of 50 Hz or more.
  • the driving method of steps (a) to (c) means a step performed by the control module 105 described above.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Ophthalmology & Optometry (AREA)
  • Neurology (AREA)
  • Neurosurgery (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Rehabilitation Therapy (AREA)
  • Prostheses (AREA)

Abstract

본 발명은, 서브형 인공망막 장치에 있어서 망막 서브(sub)에 마련되는 기판; 상기 기판 상에 접지가 형성되도록 전류를 수용하는 리턴 전극; 상기 기판 상에 구비되며, 망막으로 투사되는 외부의 시각 정보에 응답하여 시신경으로 활동 전위를 발생시키는 복수개의 자극 전극; 및 상기 자극 전극과 상기 리턴 전극 사이의 전기적 흐름을 단속하는 스위치를 포함하여, 상기 스위치는, 상기 복수개의 자극 전극과 상기 리턴 전극 사이에 결선되어 온오프 제어에 따라 상기 자극 전극을 상기 리턴 전극으로 접지시킨다. 본 발명은 자극 전극의 스위치 구조와 스캐닝 어레이의 제어 기법으로, 상 번짐(cross-talk) 현상이 최소화되고, 1000픽셀 이상으로 마련될 수 있는 포토다이오드 및 자극 전극의 어레이에 최적화된 해상도를 제공할 수 있는 이점이 있다.

Description

광센서 어레이 기반의 서브형 인공망막 장치 및 인공망막 장치의 구동 방법
본 발명은 망막의 시세포 층, 특히 망막 하부(sub-retinal)에 시술되어 전기적 자극을 유도함으로써 사용자의 시력을 회복시키는 서브형 인공망막 장치 및 인공망막 장치의 구동 방법에 관한 것이다.
망막은 각막, 수정체를 통해서 들어온 외부 영상을 전기적 신호로 변환하여 뇌로 전달하는 중요한 신경조직이다. 망막의 넓이는 약 6.25㎠이며, 망막에는 약 1억개의 시세포가 존재한다. 시세포중 대다수의 비중을 차지하는 막대 세포들은 영상을 전기 신호로 바꾸고, 이러한 신호들이 시신경으로 들어가 시속 약 480km의 속도로 뇌에 전해지게 된다. 뇌는 미세한 전기신호를 해석하여 영상을 파악하며, 사물을 판단하게 된다. 망막은 단위면적당 혈액 공급이 가장 많은 조직 중 하나로, 많은 에너지원이 필요하고 화학작용의 부산물로 생기는 노폐물이 원활히 제거되어야 한다. 어떤 이유든 망막혈관 또는 맥락막 혈관에 이상이 생기면 망막에 이상이 발생하여 다양한 질환이 발생하게 된다.
망막질환으로 망막색소변성증(retinitis pigmentosa, RP)는 망막에 분포하는 광수용체의 기능장애로 인하여 발생되는 진행성 망막변성질환으로, 망막의 광수용체와 망막색소상피가 주된 병소이며 양쪽 눈에 모두 나타나는 것이 특징이다. RP의 유병율은 세계적으로 5000명 중 1명으로 보고되고 있다. 다른 망막질환으로 노인황반변성(age-related macular degeneration, AMD)은 3대 실명질환 중 하나로, 최근 인구의 급속한 노령화로 인하여 유병률이 크게 증가하는 추세이다. AMD 환자들은 RP 질환으로 인한 저 시력 환자들과는 다르게 비교적 단기간에 시력이 악화되는 경우가 많고, AMD 환자들에서 눈으로 인한 실제 생활 장애 정도와 심리적 위축은 다른 질환에 비해 큰 것으로 보고되고 있다.
실명이 된 환자들을 치료하기 위하여 최근 유전자 치료, 줄기세포, 약물 치료 등 다양한 치료법들이 시도되고 있다. 그러나, 대부분의 실명 환자들은 이미 망막 시세포 층이 손상되어 유전자 치료나 약물 치료 가능 시기가 지난 경우가 대부분이다. 하지만 RP와 AMD 같은 노인성 질환의 경우 망막의 바깥 층인 시세포 층만 손상이 되었기 때문에, 시세포 층의 기능을 대체해 준다면 시력 회복 가능성이 존재한다. 따라서, 실명된 환자에게 망막의 시세포 층에 전기적 자극을 유도하여 시력을 회복시키는 인공망막이 새로운 치료법으로 유망한 실정이다.
도 1을 참조하면, 인공망막은 설치되는 위치에 따라 에피형(Epi-retinal)과 서브형(Sub-retinal)으로 구분될 수 있다. 에피형의 경우, 망막 앞에 위치하며, 도 1에서 8로 표지되었다. 서브형의 경우 망막 뒤 시세포 층에 위치하여 도 1에서 9로 표지되었다. 에피형의 인공망막은 망막세포 중 Ganglion 세포층을 자극하고, 서브형의 인공망막은 후방의 bipolar 세포층을 자극한다. 에피형의 인공망막은 망막 전방에 신경 세포 자극기가 위치되므로 망막 내층의 신경 세포들의 중간 신호처리 과정이 진행되지 않는다. 따라서, 에피형 인공망막은 외부의 카메라가 별도로 구비된다. 외부의 카메라는 안경에 장착되어 제공되며, 카메라로부터 얻어진 영상 정보는 유도 코일을 통해 무선으로 안구 내 미세 전극 어레이에 도달하게 되고, 망막 내층의 신경 세포들의 중간 신호처리 과정 없이 직접적으로 망막신경절세포(retinal ganglion)를 자극하게 된다. 한편, 환자에 따라 전기 자극에 반응하는 역치가 다르며, 망막세포 손상 부위에 따라 인가해줘야 할 전기 자극의 크기 또한 제각각 상이하다. 에피형의 인공망막은 외부에 있는 이미지 프로세서에서 각각 전극을 독립적으로 제어하는 방식이다. 따라서, 전기적 펄스의 크기를 환자에 따라 혹은 손상 부위에 따라 자유롭게 바꿀 수 있는 장점이 있다. 종래기술로서, 미국에서 판매되고 있는 Second sight의 ArgusⅡ 제품의 경우 64개의 전극을 독립적으로 제어할 수 있으며, 각각 전극에서 발생하는 전기 자극의 크기 또한 제어가 가능하다. 다만, 에피형 인공망막의 경우, 망막이 매우 얇고 연약하므로 전극 고정이 어려운 단점이 있다. 또한, 망막 내측에 위치하여 유리체강으로 노출될 수 있고 섬유조직으로 둘러싸여 전기 자극이 전달되지 못할 가능성이 있다. 또한, 망막의 윗면에서 전기 자극을 줄 경우 망막신경섬유층이 자극되어 신호가 퍼지거나 망막 여러 층의 세포가 한꺼번에 자극되어 공간 해상도를 높이는 개량이 어려운 단점이 있다. 에피형 인공망막은 망막 내 신호처리과정을 활용하지 못하므로 자극하는 전극 격자의 모양과 실제로 환자가 느끼는 모양이 다를 수 있기 때문에 환자 개개인에 따른 맞춤형 화상처리가 필요하다. 따라서, 서브형 인공망막보다 다양한 부품과 이들을 연결해주는 신호 전달부가 요구되는 단점이 있다.
서브형 인공망막의 경우는 도 1에서와 같이 포토다이오드 어레이가 망막세포 층 하부인 광수용 세포층에 위치한다. 서브형 인공망막은 단순히 광수용체의 기능을 대치하는 것을 목표로 고안되었으며 양극 세포를 1차적인 전기 자극 대상으로 삼는다. 이를 위하여 서브형 인공망막은 빛을 감지하는 포토다이오드와 자극용 전극을 일체화하고, 포토다이오드에서 나오는 전류가 바로 전극으로 흘러서 망막신경세포를 자극할 수 있도록 설계된다. 포토다이오드 어레이는 CMOS 이미지 센서와 비슷한 기능을 수행한다. 빛의 강도에 따라 각각의 포토다이오드 셀에서 생성되는 암전류의 크기가 다르고, 이 전류가 변환 회로를 거치면서 활성 전위 역할을 하게 되는 바이페이직 전류 펄스로 변화된다. 서브형 인공망막의 장점은 양극 세포와 망막 내층의 정보처리를 통한 기존의 시각 전달 경로를 이용함으로써 물체를 인지함에 있어서 자연적인 느낌이 들도록 한다는 것이다. 게다가, 미세전극 어레이가 안구 내에 삽입됨으로써 자연적인 안구 운동이 가능한데, 이는 소형 카메라를 안경에 장착한 시스템의 경우에 물체를 보고 인지하기 위해서 물체가 있는 방향으로 눈이 아닌 고개를 돌려야 한다는 점과 비교하면 생리적이고 자연스럽다는 면에서 장점을 가진다고 할 수 있다. 또한, 망막 밑 자극 방법에 의해 만들어지는 화소(pixel)의 수가 지금까지 만들어진 인공망막들 중에서 가장 많기 때문에 높은 해상도를 구현할 수 있는 가능성이 시사되고 있다.
종래 기술로서, 독일 Retina Implant사에서 상용화에 성공한 Alpha IMS 모델은 1500개의 포토다이오드 어레이와 이와 매칭되는 바이페이직 전류생성 어레이를 가졌지만, 임상 실험에 의하면 실제 해상도가 63채널 에피형 인공망막의 해상도보다 못한 것으로 보고된다. 에피형 인공망막이 자극하는 경우를 포면, 카메라에서 캡쳐된 사진이 이미지 프로세싱을 통해서 디지털 신호로 변환되고 이것이 인코딩을 통해 직렬 디지털 신호로 바뀌어 인공망막으로 전달된다. 인공망막에 있는 디코더는 외부로부터 들어오는 디지털 신호의 패킷을 분석하여 각각의 자극기에 명령신호들을 순차적으로 보내게 된다. 이 때, 명령을 받은 자극기는 바이페이직 전류를 생성하고 명령을 기다리는 다른 자극기들은 출력단이 리턴전극과 쇼트되어 잔여 전하들이 넓게 퍼지는 것을 막는다.
반면, 서브형 인공망막에서 포토다이오드 어레이를 살펴보면, 빛이 동시에 들어오고, 동시에 바이페이직 전류들을 생성한다. 한편, 서브형 인공망막은 접지 역할을 하게 되는 리턴 전극이 칩의 말단 또는 전극 어레이로부터 멀리 떨어진 곳에 위치하고 있다. 일반적으로는 4각형 칩의 구석에서 접지 역할을 할 수 있도록 리턴 전극이 위치된다. 이러한 상황에서, 동시적으로 일정 영역의 복수개 자극 전극이 자극되면, 전류들이 리턴 전극으로 흘러 들어가면서 자극되지 말아야 할 망막 양극 세포(bipolar)들을 자극하게 되어 상이 번지는 cross-talk 현상이 발생된다. 도 2 및 3은 이러한 현상을 설명하기 위한 포토다이오드 어레이를 나타낸다.
도 2 및 3에서, 사용자가 인지하고자 하는 형상은 'ㄱ'이라고 가정한다. 즉 'ㄱ'형상은 망막의 중간세포층을 지나 후방의 서브형 인공망막에 도달하며, 다수의 픽셀(예로서, 1000픽셀)로 배열된 포토다이오드 어레이에 'ㄱ'형상으로 동시적인 자극이 입력된다. 자극 전극은 'ㄱ'형상으로 바이페이직 전류를 출력하게 된다. 이 때, 도 3과 같이 기판 상에 어딘가에는 반드시 마련되어야 하는 리턴 전극(접지 전극)으로 전류들이 흘러가면서 의도치 않은 양극 세포들을 자극하게 되고, 사용자는 'ㄱ'형상이 번지게 된 모습을 인식하게 된다. 이러한 이유로, 1000픽셀인 서브형 인공망막이 64픽셀의 에피형 인공망막과 해상도가 비슷하게 느껴지는 문제점이 지적되었다.
이에, 본 출원인은 서브형 인공망막에서 전술한 상 번짐 문제를 해결할 수 있는 회로 구조와 제어 방법을 고안하게 되었다. 서브형 인공망막에서 상기의 문제점을 해결할 수 있는 어레이 구조나 전극 구조 등이 제시된 선행특허는 검색되지 않았으며, 관련특허로는 한국등록특허 제10-1246336호가 있다.
본 발명은 서브형 인공망막에 있어서, 리턴 전극으로 유입되는 전류가 의도치 않은 양극 세포를 자극하지 않아, 상 번짐(cross-talk) 현상이 최소화된 인공망막 장치를 제공하고자 한다. 이에 따라, 본 발명은 1000픽셀 이상으로 마련될 수 있는 포토다이오드 및 자극 전극의 어레이에 최적화된 해상도를 제공할 수 있는 인공망막 장치를 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 서브형 인공망막 장치에 있어서,
망막 서브(sub)에 마련되는 기판; 상기 기판 상에 접지가 형성되도록 전류를 수용하는 리턴 전극; 상기 기판 상에 구비되며, 망막으로 투사되는 외부의 시각 정보에 응답하여 시신경으로 활동 전위를 발생시키는 복수개의 자극 전극; 및 상기 자극 전극과 상기 리턴 전극 사이의 전기적 흐름을 단속하는 스위치를 포함하여, 상기 스위치는, 상기 복수개의 자극 전극과 상기 리턴 전극 사이에 결선되어 온오프 제어에 따라 상기 자극 전극을 상기 리턴 전극으로 접지시키는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 기판은 상기 복수개의 자극 전극이 배열된 X축의 열 또는 Y축의 열에서 상기 자극 전극이 지그재그로 배열될 수 있다.
바람직하게, 상기 자극 전극은 상기 시신경으로 전달되는 전하의 밸런싱을 위해 음극과 양극의 2상을 갖는 바이페이직(bi-phasic) 전류를 출력할 수 있다.
바람직하게, 상기 스위치는 상기 자극 전극의 펄스가 출력되는 출력 라인을 분기하여 상기 리턴 전극과 결선될 수 있다.
바람직하게, 상기 스위치는 복수개이고, 상기 복수개의 자극 전극에 각각 결선될 수 있다.
바람직하게, 상기 기판은 활성 전위를 발생시키는 어느 일 자극 전극과 인접한 자극 전극이 리턴 전극으로 동작될 수 있다.
바람직하게, 상기 인접한 자극 전극은 활성 전위를 발생시키는 어느 일 자극 전극의 주변부에 동일한 거리로 이격된 복수개의 자극 전극일 수 있다.
바람직하게, 상기 인접한 자극 전극은 활성 전위를 발생시키는 어느 일 자극 전극의 주변으로 6각 어레이를 형성할 수 있다.
바람직하게, 상기 기판에는 상기 복수개의 자극 전극이 배열된 영역 중 일 영역의 자극 전극을 스캐닝 어레이로 설정하고, 상기 스캐닝 어레이의 자극 전극을 상기 리턴 전극으로 스위칭한 후 다른 영역의 자극 전극을 스캐닝 어레이로 설정하는 제어 모듈이 더 포함될 수 있다.
바람직하게, 상기 제어 모듈은 상기 스캐닝 어레이의 설정 동작을 50Hz 이상의 주파수로 수행할 수 있다.
바람직하게, 스캐닝 어레이는 어느 일 자극 전극의 주변부에 동일한 거리로 이격된 복수개의 자극 전극으로 설정되어 6각 어레이를 형성할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어 모듈은 상기 스캐닝 어레이의 설정 동작시 동일한 자극 전극이 연속적으로 선택되지 않도록 제어할 수 있다.
또한, 본 발병은 서브형 인공망막 장치의 구동 방법에 있어서, 망막 서브(sub)에 마련되는 기판 상에 구비되어 망막으로 투사되는 외부의 시각 정보에 응답하여 시신경으로 활동 전위를 발생시키는 복수개의 자극 전극이 배열된 영역 중 일 영역의 자극 전극을 스캐닝 어레이로 설정하는 (a)단계; 상기 스캐닝 어레이의 자극 전극을 전류를 수용하는 리턴 전극으로 결선시키는 (b)단계; 상기 복수개의 자극 전극이 배열된 영역 중 다른 영역의 자극 전극을 스캐닝 어레이로 설정하는 (c)단계를 포함하여, 상기 (a)단계 내지 상기 (c)단계가 50Hz 이상의 주파수로 반복 수행되는 것을 다른 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 (a)단계는 어느 일 자극 전극의 주변부에 동일한 거리로 이격된 복수개의 자극 전극을 상기 스캐닝 어레이로 설정하고, 상기 스캐닝 어레이는 6각 어레이일 수 있다.
바람직하게, 상기 (c)단계는 상기 (a)단계에서 선택된 자극 전극이 연속적으로 선택되지 않도록 스캐닝 어레이를 설정할 수 있다.
본 발명에 따르면, 복수개의 자극 전극에 각각 스위치가 결선되어 자극 전극이 리턴 전극으로 동작될 수 있는 구조로 어레이가 형성된다. 특히, 이 경우 스캐닝 어레이로 설정된 6각의 자극 전극들이 리턴 전극으로 동작하며, 이러한 스캐닝 어레이가 사용자가 인지되기 어려운 50Hz의 주파수로 이동된다. 즉, 본 발명에 따르면 리턴 전극이 고정적이지 않고, 유동적으로 스캐닝된다. 이 경우, 스캐닝 어레이의 중앙에 위치한 자극 전극이 외부의 광을 인식하면, 바이페이직 전류를 출력하여도 스캐닝 어레이 내의 인접한 리턴 전극으로 전류가 흘러가게 되며 자극 전극 주변의 양극 세포를 불필요하게 자극하지 않는다. 이처럼, 본 발명은 자극 전극의 스위치 구조와 스캐닝 어레이의 제어 기법으로, 상 번짐(cross-talk) 현상이 최소화되고, 1000픽셀 이상으로 마련될 수 있는 포토다이오드 및 자극 전극의 어레이에 최적화된 해상도를 제공할 수 있는 이점이 있다.
도 2 및 3은 종래의 서브형 인공망막 장치를 설명하는 보충자료이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 서브형 인공망막 장치가 시술된 안구의 모습을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 서브형 인공망막 장치를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 서브형 인공망막 장치의 자극 전극 회로도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 서브형 인공망막 장치의 스캐닝 어레이를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 서브형 인공망막 장치의 스캐닝 어레이의 구동 모습을 예시한 모습이다.
도 9는 도 8의 예시에서 사용자가 인식하게 되는 자극 전극과 리턴 전극의 배치 모습을 나타낸다.
도 10 및 도 11은 스캐닝 어레이를 이용한 리턴 방식의 차이를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 서브형 인공망막 장치(10)가 시술된 안구의 모습을 나타낸다. 안구는 망막(5), 신경 조직(7), 맥락막, 공막, 각막(1), 동공(3), 홍체 및 모양체를 포함하는 구조로 되어 있다. 전술한 바와 같이 서브형 인공망막 장치(10)는 망막(5)의 후방에 위치된다. 망막(5)은 망막신경세포(ganglion cell), 아마크린 세포(amacrine cell), 양극 세포(bipolar cell), 수평 세포, 로드콘(rod cone) 및 색소상피(pigment epithelium)의 다층 구조로 이루어진다. 설명의 편의를 위하여 도 4에서는 망막(5)을 크게 망막신경세포층(51)과 양극세포층(53) 및 로드콘(55)층으로 구분하였다. 본 실시예에 따른 인공망막 장치(10)는 로드콘(55) 층을 자극하도록 위치될 수 있다. 망막신경세포(51)와 양극세포(53) 및 로드콘(55)은 모두 투명한 세포층이므로 망막(5)에 입사된 광은 투사되어 인공망막 장치(10)에 도달한다. 인공망막 장치(10)는 망막 내층의 신경 세포들의 중간 신호처리 과정을 그대로 사용할 수 있다. 이 과정에서, 본 실시예에 따른 인공망막 장치(10)는 외부의 시각 정보에 반응하는 자극 전극이 불필요한 양극 세포(55)를 자극하지 않도록 하여 사용자에게 높은 해상도의 시각 정보를 제공하는 것을 특징으로 한다. 이하, 본 장치의 구성을 살펴보면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 서브형 인공망막 장치(10)를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 인공망막 장치(10)는 기판, 자극 전극(101), 리턴 전극(103), 제어 모듈(105) 및 스위치(103, 도 6)를 포함할 수 있다.
기판은 망막 서브(sub)에 마련된다. 기판에는 광센서인 포토다이오드, 자극 전극, 리턴 전극, 제어 모듈, 파워 코일(107) 등이 마련될 수 있다. 기판은 가요성을 가질 수 있다. 기판에는 복수의 포토다이오드와 이에 대응되는 자극 전극이 배치되며, 기판의 크기는 실장되는 자극 전극의 개수를 고려하여 설계될 수 있다. 일반적으로, 충분한 해상도를 확보할 수 있도록 기판은 1000개 이상의 자극 전극을 수용하도록 제공됨이 바람직하다.
기판은 복수개의 자극 전극(101)이 배열된 X축의 열 또는 Y축의 열에서 자극 전극(101)이 지그재그로 배열될 수 있다. 포토다이오드는 외부로부터 입사된 광에 반응하며, 자극 전극은 포토다이오드의 신호로 전류를 출력한다. 이하 본 명세서에서는, 포토다이오드와 자극 전극이 모듈로서 설치되는 사정을 고려하여, 용어를 구분하여 사용하지 않았으며, 자극 전극(101)의 배열이 곧 포토다이오드의 배열을 의미할 수 있다.
본 실시예의 일 특징으로 도 5를 참조하면, 기판에는 자극 전극(101)이 X축 또는 Y축 중 적어도 어느 한 축에서 지그재그로 배열된다. 자극 전극(101)의 상기 배열은 6각 구조로 스캐닝 어레이(11)를 형성하기 위함이며, 외부의 시각 정보에 대응하여 반응되는 자극 전극(101)에 리턴 전극(103)을 최대한 근접하여 형성시키기 적합한 구조이다. 기판은 활성 전위를 발생시키는 어느 일 자극 전극(101)과 인접한 자극 전극(101)이 리턴 전극(103)으로 동작되는 것을 특징으로 하며, 리턴 전극(103)이 고정적으로 형성되지 않고 자극 전극(101)을 제어에 따라 리턴 전극(103)으로 동작시키는 특징이 있다. 이와 관련 후술하게 될 도 8 및 9에서 상세히 설명한다.
리턴 전극(103)은 기판 상에 접지가 형성되도록 전류를 수용한다. 본 실시예로 리턴 전극(103)은 용량이 큰 커패시터로 제공될 수 있다. 리턴 전극(103)은 기판의 일 영역에 형성되며, 자극 전극(101)의 어레이와 이격된 위치에 마련되어도 무방하다.
자극 전극(101)은 기판 상에 구비되며, 망막으로 투사되는 외부의 시각 정보에 응답하여 시신경(7)으로 활동 전위를 발생시킨다. 자극 전극(101)은 복수개로 어레이를 형성한다. 전술한 바와 같이 자극 전극(101)은 X축 또는 Y축 중 적어도 어느 한 축에서 지그재그로 배열된다. 자극 전극(101)의 수는 외부의 시각 정보를 인지하는 해상도를 나타내는 지표와 같고, 외부의 시각 정보는 배열된 복수의 자극 전극(101)에 대응되는 형상으로 동시적인 자극을 가한다.
자극 전극(101)은 CMOS 이미지 센서 또는 포토다이오드와 연계되어 모듈로 구축될 수 있고, 포토다이오드가 광자를 인식하여 암전류를 출력하면, 자극 전극(101) 내 변환회로(1011)를 통해 암전류가 활성 전위에 적합한 전류 신호로 변환하여 출력된다.
자극 전극(101)은 신경으로 전달되는 전하의 밸런싱을 위해 음극과 양극의 2상을 갖는 바이페이직(bi-phasic) 전류를 출력할 수 있다. 본 실시예로 자극 전극(101)은 음전하와 양전하가 상쇄되어 어느 일 극성의 전하가 시신경(7)에 축적되지 않도록 밸런싱된 바이페이직 전류를 출력함이 바람직하다. 활성 전위를 바이페이직 전류로 출력하는 자극 전극(101)의 변환회로(1011)는 종래의 회로 구조로 사용될 수 있다.
스위치(102)는 자극 전극(101)과 리턴 전극(103) 사이의 전기적 흐름을 단속할 수 있다. 스위치(102)는 복수개의 자극 전극(101)과 리턴 전극(103) 사이에 결선되어 온오프 제어에 따라 자극 전극(101)을 리턴 전극(103)으로 접지시킬 수 있다.
도 6은 스위치(102)가 연결된 자극 전극(101) 회로도를 나타낸다. 도 6에서 포토다이오드로부터 출력된 전류의 변환 회로, 바이페이직 생성 회로(converter stimulator)는 종래의 회로 구성으로 대체되어도 무방하며 본 발명의 요지가 아닌바 블랙 박스로 도시되었다. 도 6을 참조하면, 종래의 자극 전극(101) 회로도에서 출력단에 스위치(102)가 병렬로 연결된 모습을 확인할 수 있다.
스위치(102)는 자극 전극(101)의 펄스가 출력되는 출력 라인을 분기하여 리턴 전극(103)과 결선된다. 도 6에서 리턴 전극(103)은 접지(ground)로 표현되었다. 스위치(102)는 복수개이고, 복수개의 자극 전극(101)에 각각 결선될 수 있다. 즉, 스위치(102)는 적어도 구비되는 자극 전극(101)의 개수 이상 포함된다. 도 6에서와 같이 스위치(102)는 어레이된 자극 전극(101) 각각과 단일 리턴 전극(103)을 결선한다. 스위치(102)는 온오프 상태에 따라 자극 전극(101)을 리턴 전극(103)으로 구동시킨다. 이에 따라, 본 실시예의 인공망막 장치(10)는 리턴 전극(103)이 고정되지 않고 활성화된 자극 전극(101)에 인접하게 배치될 수 있도록 한다.
다르게 표현하면, 어느 일 자극 전극(101)과 인접한 자극 전극(101)은 리턴 전극(103)으로 동작된다. 본 명세서에서 지칭하는 인접한 자극 전극은 활성 전위를 발생시키는 어느 일 자극 전극(101)의 주변부에 동일한 거리로 이격된 복수개의 자극 전극을 의미한다. 즉, 자극 전극(101)의 어레이는 외부에서 입사된 시각 정보에 대응하여 일 영역은 활성 전위를 출력시키고, 일 영역은 비활성 상태로 기능한다. 여기서, 활성 전위를 출력시키는 자극 전극(101)과 인접한 자극 전극(101)을 리턴 전극(103)으로 변환 시킨다면 활성화된 자극 전극(101)으로부터 흐르는 전류가 의도치 않은 주변의 양극 세포를 자극하지 않을 것이다. 따라서, 본 실시예의 자극 전극(101)은 제어에 따라 리턴 전극(103)으로 변환될 수 있도록 스위치(102)가 결선된 특징을 갖게 됨에 주목한다. 그렇다면, 활성된 자극 전극(101)의 주변을 리턴 전극(103)으로 변환 시킬 수 있는 제어 방법이 요구된다. 이러한 요구에서 본 실시예에 따른 인공망막 장치(10)는 어느 일 자극 전극(101)의 주변으로 인접한 자극 전극을 스캐닝 어레이(11)를 형성하게 되는 것이다. 이 때, 스캐닝 어레이(11)의 자극 전극(101) 들은 중앙의 자극 전극(101)과 동일한 거리로 이격됨이 바람직하다. 즉, 중앙의 자극 전극(101)이 활성화 될 경우, 이격된 거리가 동일한 주변의 자극 전극이 리턴 전극(103)으로 변환되면, 리턴 전극(103)으로 흐르는 전류 역시 동일하기에 시스템이 안정될 수 있다. 따라서, 인접한 자극 전극은 활성 전위를 발생시키는 어느 일 자극 전극의 주변으로 6각 어레이를 형성할 수 있다. 이상에서의 설명에서 통상의 기술자라면 중앙의 자극 전극의 둘레로 6각 어레이를 형성하도록 자극 전극이 배열되는 것이 갖는 이점을 이해할 수 있을 것이다. 이러한 이유에서 자극 전극(101)은 6각 어레이가 가능하도록 X축 또는 Y축 중 적어도 하나의 축에서 지그재그로 배치된다.
제어 모듈(105)은 복수개의 자극 전극(101)이 배열된 영역 중 일 영역의 자극 전극을 스캐닝 어레이(11)로 설정하고, 스캐닝 어레이(11)의 자극 전극을 리턴 전극(103)으로 스위칭한 후 다른 영역의 자극 전극(101)을 스캐닝 어레이(11)로 설정할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 서브형 인공망막 장치(10)의 스캐닝 어레이를 나타낸다. 스캐닝 어레이(11)는 어느 일 자극 전극(101)의 주변부에 동일한 거리로 이격된 복수개의 자극 전극(101)으로 설정되어 6각 어레이를 형성할 수 있다. 도 7을 참조하면 중앙의 자극 전극(101(a))이 활성화된 자극 전극이라 가정한다. 이러한 자극 전극(101(a))의 주변으로 6개의 자극 전극(101(b))이 형성하는 6각 어레이를 스캐닝 어레이(11)라 칭하였다. 도 7에서 각각의 자극 전극(101)에 결선된 스위치(102)의 제어 상태를 참조하여 스캐닝 어레이(11)를 설명한다. 스캐닝 어레이(11)에 해당하는 자극 전극(101(b))은 제어 모듈(105)에 의해서 스위치(102)가 온 상태로 조작되고, 리턴 전극(103)과 결선된다. 따라서, 스캐닝 어레이(11)에 해당하는 자극 전극(101(b))은 모두 리턴 전극(103)으로 동작된다. 스위치(102)의 온오프 상태는 결선 형태에 따라 반전될 수 있다. 중앙의 자극 전극(101(a))은 Stimulator의 변환회로(1011)에 의해서 바이페이직 전류를 출력하고 이는 활성 전위로서 해당 위치의 로드콘 세포-양극 세포를 자극한다. 이 경우, 자극 전극(101(a))의 전류는 인접한 스캐닝 어레이(11)의 리턴 전극(101(b))으로 유입되어 의도치 않은 주변의 세포를 자극하지 않으며 해상도 번짐 현상을 차단할 수 있다.
제어 모듈(105)은 스캐닝 어레이(11)를 고정적으로 형성시키지 않는다. 즉, 스캐닝 어레이(11)는 전체의 자극 전극(101) 배열 영역에서 이동되는 또는 스캔되는 하나의 전극 영역으로 이해될 수 있다. 제어 모듈(105)은 자극 전극(101)을 리턴 전극(103)으로 온오프 시키면서 스캐닝 어레이(11)를 점차적으로 이동시킨다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 서브형 인공망막 장치의 스캐닝 어레이(11)의 구동 모습을 예시한 모습이다.
도 8을 참조하면, 일 예시로서, 제어 모듈(105)은 스캐닝 어레이(11)를 기판에서 X축 방향으로 오른쪽으로 이동 시켜 1행의 자극 전극(101)을 모두 스캐닝한 후 2행부터 재차 X축 방향으로 오른쪽으로 이동시킬 수 있다. 또는 1행의 스캐닝 후 Y축 방향으로 스캐닝을 수행할 수도 있다. 제어 모듈(105)에서 수행하는 스캐닝 패턴은 배열된 복수개의 자극 전극(101)의 영역을 고르게 온오프 할 수 있으면 족하며 특정 패턴으로 한정되지 않는다.
다만, 이 경우 제어 모듈(105)은 스캐닝 어레이(11)의 설정 동작을 50Hz 이상의 주파수로 수행함에 주목한다. 도 8을 참조하면, 스캐닝 어레이(11)가 이동되는 속도는 50Hz 이상으로 설정된다. 이 경우, 인공망막 장치(10)를 착용한 사용자는 스캐닝 어레이(11)의 온오프 변환 과정을 인지할 수 없다. 보다 바람직하게 제어 모듈(105)은 50Hz~ 60Hz의 주파수로 스캐닝 어레이(11)를 이동시킬 수 있다. 도 8에서 사용자는 Freeker-Free 주파수인 50Hz~60Hz의 속도로 이동되는 리턴 전극(103)의 움직임을 인지하지 못하고, 오직 'ㄱ'에 해당되는 상만을 인지할 수 있을 것이다.
도 9는 도 8의 예시에서 사용자가 인식하게 되는 자극 전극(101)과 리턴 전극(103)의 배치 모습을 나타낸다. 결국, 리턴 전극(103)이 스캐닝 어레이(11) 형태로 전체 영역을 스캔하게 되며, 사용자가 인지하게 되는 전극의 활성 상태는 도 8과 같을 것이다. 도 9의 전극 배치를 참조하면, 자극 전극(101)의 주변으로 리턴 전극(103)이 배치된다. 결국, 활성화된 자극 전극(101)의 전류는 인접한 리턴 전극(103)으로 유입되며 'ㄱ'형상을 왜곡할 수 있는 다른 영역의 자극 전극(101)을 불필요하게 자극하지 않는다.
6각의 스캐닝 어레이(11)를 이용한 리턴 전극(103) 스캐닝 방식의 예상 결과는 도 10 및 11과 같다. 도 10은 리턴 전극(103)이 고정적으로 형성된 종래의 서브형 인공망막 장치의 광센서 어레이를 나타낸다. 도 10에서와 같이 'ㄱ'의 상을 인지해야 함에도 리턴 전극(103) 방향으로 상이 왜곡되는 것을 예상할 수 있다. 반면, 도 11과 같이 6각의 스캐닝 어레이(11) 구조로 리턴 전극(103)을 가변적으로 스캐닝하는 본 발명의 인공망막 장치(10)는 'ㄱ'상의 커다란 왜곡 없이 높은 해상도로 시신경(7)의 자극이 가능하다.
제어 모듈(105)은 스캐닝 어레이(11)의 설정 동작시 동일한 자극 전극(101)이 연속적으로 선택되지 않도록 제어할 수 있다. 스캐닝 어레이(11)의 자극 전극(101)은 리턴 전극(103)으로 온오프 과정에서 소자의 수명이 급격히 단축됨을 방지하는 것이며, 전극에 온오프가 빠르게 연속적으로 가해지면 경우에 따라 반응하지 못하고 오작동이 발생될 수 있기 때문이다.
본 발명의 다른 실시예로서, 전술한 서브형 인공망막 장치(10)의 구동 방법은 스캐닝 어레이(11)를 설정하는 (a)단계, 리턴 전극으로 스위칭하는 (b)단계 및 스캐닝 어레이(11)를 이동시키는 (c)단계를 포함할 수 있다.
(a)단계는 망막 서브(sub)에 마련되는 기판 상에 구비되어 망막으로 투사되는 외부의 시각 정보에 응답하여 시신경(7)으로 활동 전위를 발생시키는 복수개의 자극 전극(101)이 배열된 영역 중 일 영역의 자극 전극(101, 103)을 스캐닝 어레이(11)로 설정하는 단계를 의미한다.
(a)단계는 어느 일 자극 전극(101)의 주변부에 동일한 거리로 이격된 복수개의 자극 전극(101, 103)을 스캐닝 어레이(11)로 설정하고, 스캐닝 어레이(11)는 6각 어레이일 수 있다. (b)단계는 스캐닝 어레이(11)의 자극 전극(11)을 전류를 수용하는 리턴 전극(103)으로 결선시키는 단계를 의미한다. (c)단계는 복수개의 자극 전극(101)이 배열된 영역 중 다른 영역의 자극 전극(101)을 스캐닝 어레이(11)로 설정하는 단계를 의미한다. (c)단계는 (a)단계에서 선택된 자극 전극(101)이 연속적으로 선택되지 않도록 스캐닝 어레이(11)를 설정할 수 있다. (a)단계 내지 (c)단계는 50Hz 이상의 주파수로 반복 수행된다. (a)단계 내지 (c)단계의 구동 방법은 전술한 제어 모듈(105)에서 수행되는 단계를 의미한다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.

Claims (15)

  1. 서브형 인공망막 장치에 있어서,
    망막 서브(sub)에 마련되는 기판;
    상기 기판 상에 접지가 형성되도록 전류를 수용하는 리턴 전극;
    상기 기판 상에 구비되며, 망막으로 투사되는 외부의 시각 정보에 응답하여 시신경으로 활동 전위를 발생시키는 복수개의 자극 전극; 및
    상기 자극 전극과 상기 리턴 전극 사이의 전기적 흐름을 단속하는 스위치를 포함하여,
    상기 스위치는,
    상기 복수개의 자극 전극과 상기 리턴 전극 사이에 결선되어 온오프 제어에 따라 상기 자극 전극을 상기 리턴 전극으로 접지시키는 것을 특징으로 하는 서브형 인공망막 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은,
    상기 복수개의 자극 전극이 배열된 X축의 열 또는 Y축의 열에서 상기 자극 전극이 지그재그로 배열된 것을 특징으로 하는 서브형 인공망막 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 자극 전극은,
    상기 시신경으로 전달되는 전하의 밸런싱을 위해 음극과 양극의 2상을 갖는 바이페이직(bi-phasic) 전류를 출력하는 것을 특징으로 하는 서브형 인공망막 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치는,
    상기 자극 전극의 펄스가 출력되는 출력 라인을 분기하여 상기 리턴 전극과 결선되는 것을 특징으로 하는 서브형 인공망막 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치는,
    복수개이고, 상기 복수개의 자극 전극에 각각 결선되는 것을 특징으로 하는 서브형 인공망막 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은,
    활성 전위를 발생시키는 어느 일 자극 전극과 인접한 자극 전극이 리턴 전극으로 동작되는 것을 특징으로 하는 서브형 인공망막 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 인접한 자극 전극은,
    활성 전위를 발생시키는 어느 일 자극 전극의 주변부에 동일한 거리로 이격된 복수개의 자극 전극인 것을 특징으로 하는 서브형 인공망막 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 인접한 자극 전극은,
    활성 전위를 발생시키는 어느 일 자극 전극의 주변으로 6각 어레이를 형성하는 것을 특징으로 하는 서브형 인공망막 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판에는,
    상기 복수개의 자극 전극이 배열된 영역 중 일 영역의 자극 전극을 스캐닝 어레이로 설정하고, 상기 스캐닝 어레이의 자극 전극을 상기 리턴 전극으로 스위칭한 후 다른 영역의 자극 전극을 스캐닝 어레이로 설정하는 제어 모듈이 더 포함된 것을 특징으로 하는 서브형 인공망막 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 스캐닝 어레이의 설정 동작을 50Hz 이상의 주파수로 수행하는 것을 특징으로 하는 서브형 인공망막 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    스캐닝 어레이는,
    어느 일 자극 전극의 주변부에 동일한 거리로 이격된 복수개의 자극 전극으로 설정되어 6각 어레이를 형성하는 것을 특징으로 하는 서브형 인공망막 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 스캐닝 어레이의 설정 동작시 동일한 자극 전극이 연속적으로 선택되지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 서브형 인공망막 장치.
  13. 서브형 인공망막 장치의 구동 방법에 있어서,
    (a) 망막 서브(sub)에 마련되는 기판 상에 구비되어 망막으로 투사되는 외부의 시각 정보에 응답하여 시신경으로 활동 전위를 발생시키는 복수개의 자극 전극이 배열된 영역 중 일 영역의 자극 전극을 스캐닝 어레이로 설정하는 단계;
    (b) 상기 스캐닝 어레이의 자극 전극을 전류를 수용하는 리턴 전극으로 결선시키는 단계;
    (c) 상기 복수개의 자극 전극이 배열된 영역 중 다른 영역의 자극 전극을 스캐닝 어레이로 설정하는 단계를 포함하여,
    상기 (a)단계 내지 상기 (c)단계가 50Hz 이상의 주파수로 반복 수행되는 것을 특징으로 하는 인공망막 장치의 구동 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 (a)단계는,
    어느 일 자극 전극의 주변부에 동일한 거리로 이격된 복수개의 자극 전극을 상기 스캐닝 어레이로 설정하고,
    상기 스캐닝 어레이는 6각 어레이인 것을 특징으로 하는 인공망막 장치의 구동 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 (c)단계는,
    상기 (a)단계에서 선택된 자극 전극이 연속적으로 선택되지 않도록 스캐닝 어레이를 설정하는 것을 특징으로 하는 인공망막 장치의 구동 방법.
PCT/KR2017/009571 2016-08-31 2017-08-31 광센서 어레이 기반의 서브형 인공망막 장치 및 인공망막 장치의 구동 방법 WO2018044106A1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17847031.6A EP3508248B1 (en) 2016-08-31 2017-08-31 Optical sensor array-based sub-type artificial retina device
US16/328,713 US11154705B2 (en) 2016-08-31 2017-08-31 Optical sensor array-based sub-type artificial retina device, and method for driving artificial retina device
CN201780067557.9A CN109906102B (zh) 2016-08-31 2017-08-31 基于光学传感器阵列的亚型人造视网膜装置和人造视网膜装置的驱动方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160111594A KR101838150B1 (ko) 2016-08-31 2016-08-31 광센서 어레이 기반의 서브형 인공망막 장치 및 인공망막 장치의 구동 방법
KR10-2016-0111594 2016-08-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018044106A1 true WO2018044106A1 (ko) 2018-03-08

Family

ID=61301080

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2017/009571 WO2018044106A1 (ko) 2016-08-31 2017-08-31 광센서 어레이 기반의 서브형 인공망막 장치 및 인공망막 장치의 구동 방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11154705B2 (ko)
EP (1) EP3508248B1 (ko)
KR (1) KR101838150B1 (ko)
CN (1) CN109906102B (ko)
WO (1) WO2018044106A1 (ko)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101870599B1 (ko) * 2018-03-26 2018-06-22 고려대학교 산학협력단 이미지 떨림 기능을 가진 인공 망막 자극기 및 장치
KR102141048B1 (ko) * 2018-04-05 2020-08-06 재단법인대구경북과학기술원 3차원 전극장치 및 이의 제조방법
KR101912068B1 (ko) * 2018-05-15 2018-10-25 가천대학교 산학협력단 잉여 광 억제 서브형 인공 망막 장치 및 신호 생성 방법
KR102258884B1 (ko) 2020-11-20 2021-06-01 주식회사 셀리코 서브형 인공망막 장치, 이의 구동방법 및 제조방법
KR102339008B1 (ko) 2020-12-10 2021-12-14 주식회사 셀리코 마이크로렌즈를 포함하는 서브형 인공망막 장치 및 그 제조방법
US20220266029A1 (en) * 2021-02-24 2022-08-25 Medtronic, Inc. Neurostimulation using time-interleaved cascade of bipolar electrode combinations
KR102332169B1 (ko) * 2021-02-24 2021-12-01 주식회사 셀리코 증강현실 기반의 인공망막 시스템
KR102691075B1 (ko) 2021-12-14 2024-07-31 고려대학교 산학협력단 멀티-광다이오드 감지 기술을 이용한 서브형 인공망막장치
KR102419390B1 (ko) * 2022-04-15 2022-07-11 주식회사 셀리코 인공망막 장치 테스트베드 및 이의 제조 방법
KR102531735B1 (ko) * 2022-12-27 2023-05-12 주식회사 셀리코 초소형 자극기 및 이의 제조방법

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030003727A (ko) * 2000-05-04 2003-01-10 옵토바이오닉스 코포레이션 신경망막의 반대편에 배치된 자극전극 및 접치귀로 전극을갖는 인공망막 장치와 부착 방법
KR100485054B1 (ko) * 1995-06-06 2005-10-21 옵토바이오닉스 코포레이션 망막임플랜트
KR20060018901A (ko) * 2003-06-23 2006-03-02 에버하르트-칼스-유니버시타트 투빙겐 유니버시타트스클리니쿰 다수의 화소를 포함하는 능동 망막 임플란트
JP2012115545A (ja) * 2010-12-02 2012-06-21 Nidek Co Ltd 生体組織用刺激回路
KR101246336B1 (ko) 2011-06-24 2013-03-21 한국과학기술연구원 광자극형 인공망막장치
JP5443989B2 (ja) * 2006-10-18 2014-03-19 ボストン サイエンティフィック ニューロモデュレイション コーポレイション 単一の電流路デカップリングキャパシタを備えた多電極埋込型刺激装置
US20140330343A1 (en) * 2011-08-31 2014-11-06 Gregg Jorgen Suaning Neural stimulation electrodes

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6458157B1 (en) * 1997-08-04 2002-10-01 Suaning Gregg Joergen Retinal stimulator
US7031776B2 (en) * 2001-06-29 2006-04-18 Optobionics Methods for improving damaged retinal cell function
US20060241753A1 (en) * 2005-04-25 2006-10-26 Suaning Gregg J Electrode multiplexing method for retinal prosthesis
US20060085048A1 (en) * 2004-10-20 2006-04-20 Nervonix, Inc. Algorithms for an active electrode, bioimpedance-based tissue discrimination system
WO2012129574A2 (en) * 2011-03-24 2012-09-27 California Institute Of Technology Neurostimulator
CN102283742B (zh) * 2011-08-15 2013-09-11 重庆大学 一种光刺激视网膜假体修复装置
US20160082250A1 (en) * 2011-08-31 2016-03-24 Newsouth Innovations Pty Limited Multi-source stimulation

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100485054B1 (ko) * 1995-06-06 2005-10-21 옵토바이오닉스 코포레이션 망막임플랜트
KR20030003727A (ko) * 2000-05-04 2003-01-10 옵토바이오닉스 코포레이션 신경망막의 반대편에 배치된 자극전극 및 접치귀로 전극을갖는 인공망막 장치와 부착 방법
KR20060018901A (ko) * 2003-06-23 2006-03-02 에버하르트-칼스-유니버시타트 투빙겐 유니버시타트스클리니쿰 다수의 화소를 포함하는 능동 망막 임플란트
JP5443989B2 (ja) * 2006-10-18 2014-03-19 ボストン サイエンティフィック ニューロモデュレイション コーポレイション 単一の電流路デカップリングキャパシタを備えた多電極埋込型刺激装置
JP2012115545A (ja) * 2010-12-02 2012-06-21 Nidek Co Ltd 生体組織用刺激回路
KR101246336B1 (ko) 2011-06-24 2013-03-21 한국과학기술연구원 광자극형 인공망막장치
US20140330343A1 (en) * 2011-08-31 2014-11-06 Gregg Jorgen Suaning Neural stimulation electrodes

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3508248A4

Also Published As

Publication number Publication date
EP3508248A1 (en) 2019-07-10
EP3508248B1 (en) 2021-11-10
KR20180025468A (ko) 2018-03-09
EP3508248A4 (en) 2020-07-01
CN109906102A (zh) 2019-06-18
KR101838150B1 (ko) 2018-03-15
US20190209833A1 (en) 2019-07-11
CN109906102B (zh) 2023-05-05
US11154705B2 (en) 2021-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018044106A1 (ko) 광센서 어레이 기반의 서브형 인공망막 장치 및 인공망막 장치의 구동 방법
WO2018199493A1 (ko) 망막 세포의 생리적 기전을 모사한 에피형 인공망막 장치 및 시스템
WO2019221405A1 (ko) 잉여 광 억제 서브형 인공 망막 장치 및 신호 생성 방법
EP4119188A1 (en) Sub-type artificial retina device, and driving method and manufacturing method therefor
EP2706957B1 (en) Retinal prosthesis
Chai et al. C-sight visual prostheses for the blind
CN1431921A (zh) 具有可变电压和电流性能的多相微光电传感器视网膜植入物及置入装置
US20070191910A1 (en) Visual prosthesis
US20090259276A1 (en) Field Focusing and Mapping in a Visual Prosthesis
EP1562672B1 (en) Field focusing and mapping in an electrode array
WO2018174439A1 (ko) 대비 감도 향상을 위한 인공 망막 시스템
US20080161915A1 (en) System for creating visual images
EP2049195B1 (en) Apparatus for visual stimulation indication
CN111902185A (zh) 具有图像抖动功能的人工视网膜刺激器和装置
CN107115176A (zh) 一种视觉修复系统
CN108686301B (zh) 用于刺激视神经纤维的装置
Sri et al. BIOENGINEERING AN ARTIFICIAL EYE-A REVIEW
Cun et al. Electronic Approaches to Vision Rehabilitation
Firsov Electronic Visual Prostheses
CN118526722A (zh) 光遗传穿戴式视网膜假体
Alotaibi Artificial Vision-Visual Prosthesis
Brindley Blindness, Neural Prosthesis

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17847031

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017847031

Country of ref document: EP

Effective date: 20190401