KR20180121127A - Epiretinal prosthetic device and system simulating the physiological mechanism of retinal cells - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an epiretinal prosthetic device for stimulating an optic nerve in response to the visual information of an object captured by an external camera. The epiretinal prosthetic device includes a substrate provided on the epiretinal of a retina; an optical receiver positioned on the front surface of the substrate and receiving light emitted from the external camera and passing through a lens; and a plurality of needle electrodes positioned on the back surface of the substrate and fixing the substrate as it is inserted into the cell layer of the retina and stimulating bipolar cells in response to an optical signal received by the optical receiver. The needle electrode has a conical shape with a sharp end and a predetermined length and has an end reaching the bipolar cell layer of the retina to directly stimulate the bipolar cell. It is possible to realize a stimuli method for simulating a natural physiological mechanism.

Description

망막 세포의 생리적 기전을 모사한 에피형 인공망막 장치 및 시스템{EPIRETINAL PROSTHETIC DEVICE AND SYSTEM SIMULATING THE PHYSIOLOGICAL MECHANISM OF RETINAL CELLS}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an epi-type artificial retina device and a system for simulating the physiological mechanism of a retinal cell,

본 발명은 망막의 에피(epiretinal) 층에 시술되어 전기적 자극을 유도함으로써 사용자의 시력을 회복시키는 인공망막 장치 및 시스템에 관한 것으로서, 특히 망막의 에피 층에 시술됨에도 망막 세포의 생리적 기전을 모사할 수 있는 인공망막 장치 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an artificial retina device and system for restoring the visual acuity of a user by inducing electric stimulation by being applied to the epiretinal layer of the retina, and in particular, it can simulate the physiological mechanism of retinal cells To an artificial retina device and system.

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. 시세포 중 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. 어떠한 이유든 망막혈관 또는 맥락막 혈관에 이상이 생기면 망막에 이상이 발생하여 다양한 질환이 발생하게 된다.The retina is an important nerve tissue that converts the external image that enters through the cornea and lens into an electrical signal and transmits it to the brain. The area of the retina is about 6.25 cm 2, and about 100 million cells are present in the retina. The rod cells, which occupy the majority of the cytoskeleton, convert the image into an electrical signal, which enters the optic nerve and is transmitted to the brain at a speed of about 480 km / h. The brain interprets the minute electrical signals, grasps the images, and judges the objects. The retina is one of the tissues with the largest blood supply per unit area. It requires a lot of energy sources and the wastes generated as a byproduct of the chemical action must be removed smoothly. For any reason, abnormalities in the retinal blood vessels or choroidal blood vessels cause abnormalities in the retina, resulting in various diseases.

망막질환 중 하나로 망막색소변성증(retinitis pigmentosa, RP)은 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 망막질환 중 하나로 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.Retinitis pigmentosa (RP) is a progressive retinal degenerative disease caused by dysfunction of the photoreceptor distributed in the retina. The photoreceptor of the retina and the retinal pigment epithelium are the main lesions. . The prevalence rate of RP is reported to be 1 out of 5,000 worldwide. Age-related macular degeneration (AMD), one of the other retinal diseases, is one of the three major blindness disorders, and the prevalence of this disease is rapidly increasing due to the rapid aging of the population. It has been reported that patients with AMD have worsened their visual acuity in a relatively short period of time, unlike patients with low vision due to RP disease, and the degree of actual life impairment and psychological atrophy caused by eyes in AMD patients are larger than those of other diseases.

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.To treat patients with blindness, various therapies such as gene therapy, stem cells, and drug therapy have been attempted. However, most patients with blindness already have a retinal photoreceptor layer that has gone beyond the time of gene therapy or medication. However, in geriatric diseases such as RP and AMD, only the outer layer of the retina, the photoreceptor layer, is damaged. Therefore, it is a promising new therapy for artificial retina that induces electrical stimulation to the optic layer of the retina for blind patients to restore visual acuity.

도 1은 에피형 인공망막 장치와 서브형 인공망막 장치가 기술되는 위치를 설명하기 위한 망막의 해부학적 구성도를 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, 인공망막은 설치되는 위치에 따라 에피형(Epi-retinal)과 서브형(Sub-retinal)으로 구분될 수 있다. 에피형 인공망막은 망막 앞에 위치하며 서브형 인공망막은 망막 뒤 시세포 층에 위치한다. 도 1에서 에피형 인공망막의 위치는 B로 표지되었고, 서브형 인공망막의 위치는 C로 표지되었다. FIG. 1 shows an anatomical structure of a retina for explaining the positions where epi-type artificial retina devices and sub-artificial retina devices are described. Referring to FIG. 1, the artificial retina can be classified into an epi-retinal and a sub-retinal depending on the installed position. The epi-type artificial retina is located in front of the retina and the sub-type artificial retina is located in the posterior retina of the retina. In FIG. 1, the position of the epi-type artificial retina is labeled with B, and the position of the sub-artificial retina is labeled with C.

에피형의 인공망막은 망막세포 중 신경절(Ganglion) 세포층을 자극하고, 서브형의 인공망막은 후방의 양극(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. The epi-type artificial retina stimulates the ganglion cell layer in the retinal cells and the sub artificial retina stimulates the bipolar cell layer in the posterior. In the epi-type artificial retina, the neural cell stimulator is located in the anterior part of the retina. Therefore, the epi-type artificial retina is provided with an external camera separately. The external camera is attached to the glasses. The image information obtained from the camera reaches the intraocular microelectrode array wirelessly through the induction coil, and the retinal ganglion cells retinal ganglion.

한편, 환자에 따라 전기 자극에 반응하는 역치가 다르며, 망막세포 손상 부위에 따라 인가해주어야 할 전기 자극의 크기 또한 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. On the other hand, the threshold value in response to electric stimulation differs depending on the patient, and the magnitude of electric stimulation to be applied according to the retinal cell damage region is also different. The epi-type artificial retina is a method of independently controlling the electrodes in the external image processor. Therefore, there is an advantage that the size of the electric pulse can be freely changed according to the patient or the damaged part.

에피형 인공망막의 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, 종래의 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.As a conventional art of epi-type artificial retina, in the case of the second sight Argus II product sold in the United States, 64 electrodes can be independently controlled, and the magnitude of electrical stimulation generated from the electrodes can also be controlled. However, in the case of the conventional epi-type artificial retina, it is difficult to fix the electrode because the retina is very thin and weak. In addition, it is located inside the retina and can be exposed to the glass body cavity and surrounded by the fibrous tissue, and the electric stimulation may not be transmitted. In addition, when electrical stimulation is applied to the upper surface of the retina, it is difficult to improve the spatial resolution by stimulating the retinal nerve fiber layer and spreading the signal or stimulating cells of various layers of the retina at a time. Since the epi-type artificial retina can not utilize the signal processing process within the retina, the shape of the stimulating electrode grid and the shape actually felt by the patient may be different. Therefore, there is a disadvantage that a variety of parts and a signal transmitting part for connecting them are required rather than a sub-type artificial retina.

한편, 서브형 인공망막은 포토다이오드 어레이가 망막세포 층 하부인 광수용 세포층에 위치한다. 서브형 인공망막은 단순히 광수용체의 기능을 대체하는 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. On the other hand, in the sub-type artificial retina, the photodiode array is located in the light receiving cell layer below the retinal cell layer. Subtype artificial retina is designed to simply replace the function of the photoreceptor, making bipolar cells the primary electrical stimulus target. To this end, the sub-type artificial retina is designed to integrate photodiodes for sensing light and electrodes for stimulation, and current from the photodiode flows directly to the electrodes to stimulate retinal nerve cells. The photodiode array performs similar functions as a CMOS image sensor. The magnitude of the dark current generated in each photodiode cell differs depending on the intensity of the light, and this current is changed into a bi-phased current pulse that acts as an active potential through the conversion circuit. The advantage of the sub-type artificial retina is that it uses a conventional visual pathway through the information processing of the bipolar cells and the inner retinal layer to make the object feel natural in its perception. In addition, the microelectrode array can be inserted into the eyeball, allowing for natural eye movements. This is because, in the case of a system equipped with a miniature camera, it is necessary to turn the head rather than the eye in the direction of the object It can be said that it has advantages in terms of being physiological and natural. In addition, since the number of pixels formed by the retinal stimulation method is the largest among the artificial retinas created so far, the possibility of implementing a high resolution is suggested.

서브형 인공망막의 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.The Alpha IMS model, commercialized by Retina Implant of Germany, has 1500 photodiode arrays and matching bi-phasic current generation arrays as a conventional technology for sub-type artificial retinas, but according to clinical trials, Type artificial retina.

한편, 에피형 인공망막은 신경절 세포를 자극하는 방식이므로 자극하는 전기 신호가 양극 세포까지 전달된 후에, 활동전위 전압으로 바뀌어 신경절 세포로 돌아와 시신경(optic nerve)을 통해 뇌로 전달되는 과정이 수반된다. 따라서, 신경절을 자극하는 종래의 에피형 인공망막은 전극에 높은 전류를 인가해야 한다. 이 경우, 고집적 전극 어레이에서 전극의 임피던스가 증가하기 때문에 높은 전류가 전극을 통과하면 고 전압이 전극에서 발생되어 자극 전류 펄스의 생성을 방해하게 되는 단점이 있다. 상기의 한계를 극복하기 위해서 서브형 인공망막이 개발되었다. 서브형 인공망막은 빛의 신호를 포토다이오드로 검출하고 이를 전기 신호로 전환하여 양극 세포를 자극하기 때문에 시세포가 자극되는 생리적인 기전과 비슷한 장점이 있다. 하지만, 서브형 인공망막은 수술이 어렵다는 단점이 있고, 무선 전력 및 데이터 전송을 위해서 긴 케이플을 귀 뒤쪽까지 연결하여 위치시켜야 한다. 또한, 포토다이오드로는 대비 감도를 정확하게 제어하기 어렵다. 즉, 사물의 엣지 검출 능력이 카메라를 사용하는 에피형 인공망막에 비해 줄어들게 되는 단점이 있다.On the other hand, since the epithelial artificial retina stimulates the ganglion cells, the electric signal to be stimulated is transmitted to the bipolar cells, and then the action potential voltage is changed to the ganglion cell, which is transmitted through the optic nerve to the brain. Therefore, a conventional epi-type artificial retina stimulating the ganglion must apply a high current to the electrode. In this case, since the impedance of the electrode increases in the highly integrated electrode array, if a high current passes through the electrode, a high voltage is generated in the electrode, which hinders the generation of the stimulation current pulse. In order to overcome the above limitations, a sub-type artificial retina has been developed. The sub-type artificial retina has similar advantages to the physiological mechanism by which photocells are stimulated by detecting photodiodes of light signals and converting them into electrical signals to stimulate bipolar cells. However, the sub-artificial retina has a disadvantage that it is difficult to operate, and a long cable must be connected to the rear of the ear for wireless power and data transmission. Also, it is difficult to accurately control contrast sensitivity with a photodiode. That is, there is a disadvantage that the edge detection capability of an object is reduced as compared with an epi-type artificial retina using a camera.

이에 본 출원인은 수술이 간편하고, 자극 방식이 자연 생리적 기전과 유사하며, 대비감도를 향상시킬 수 있는 새로운 구조의 에피형 인공망막을 고안하게 되었다. 망막이 매우 얇고 연약하므로 수술시 전극 고정이 어려운 에피형 인공망막의 단점과, 자연 생리적 기전과 유사한 자극 방식을 제안한 선행특허는 검색되지 않았으며, 관련특허로는 한국등록특허 제10-1275215호가 있다.Thus, the applicant has devised a new type of epi-type artificial retina that is simple in operation, has a stimulation method similar to natural physiological mechanism, and can improve contrast sensitivity. Since the retina is very thin and fragile, there are no disadvantages of the epi-type artificial retina, which is difficult to fix at the time of surgery, and a prior patent suggesting a stimulation method similar to the natural physiological mechanism, and Korean Patent No. 10-1275215 .

한국등록특허 제10-1275215호Korean Patent No. 10-1275215

본 발명은 양극 세포를 1차적인 전기 자극 대상으로 하여 서브형 인공망막과 유사한 자극 기전을 갖는 에피형 인공망막으로서, 자연 생리적 기전을 모사한 자극 방식이 이루어질 수 있는 에피형 인공망막 장치 및 시스템을 제공하고자 한다.The present invention relates to an epi-type artificial retina having a stimulation mechanism similar to that of a sub-artificial retina, with a bipolar cell as a primary electrical stimulation target, and an epi-type artificial retina device and system capable of stimulating a natural physiological mechanism .

또한, 본 발명은 망막이 매우 얇고 연약하므로 전극 고정이 어렵고 수술이 어려운 에피형 인공망막의 단점을 개량하며, 수술이 용이하고 안정적인 전극 고정으로 공간 해상도가 안정적으로 확보될 수 있는 에피형 인공망막 장치 및 시스템을 제공하고자 한다.In addition, the present invention provides an epi-type artificial retina device capable of improving disadvantages of an epi-type artificial retina which is hard to fix and difficult to operate because the retina is very thin and weak and can secure stable spatial resolution with easy and stable operation of the electrode. And systems.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 외부 카메라가 캡쳐한 사물의 시각 정보에 대응하여 시신경을 자극하는 에피형 인공망막 장치에 있어서, 망막의 에피층(epiretinal)에 마련되는 기판; 상기 기판의 전면에 위치하며 상기 외부 카메라에서 방출되어 수정체를 투과한 광을 수신하는 광수신기; 및 상기 기판의 후면에 위치하며 망막의 세포층에 삽입됨에 따라 상기 기판을 고정하고, 상기 광수신기가 수신한 광 신호에 응답하여 양극세포를 자극시키는 복수개의 바늘 전극을 포함하며, 상기 바늘 전극은, 단부가 첨예하고 소정의 길이를 갖는 원추 형상으로, 단부가 망막의 양극세포층까지 도달하여 양극세포를 직접 자극할 수 있는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an epi-type artificial retina device for stimulating an optic nerve in response to time information of an object captured by an external camera, comprising: a substrate provided on an epiretinal of a retina; An optical receiver positioned on a front surface of the substrate and receiving light transmitted through the lens through the external camera; And a plurality of needle electrodes positioned on a back surface of the substrate and fixing the substrate as it is inserted into a cell layer of the retina and stimulating an anodic cell in response to an optical signal received by the optical receiver, Is characterized by being conical in shape with a sharp end and having a predetermined length and having an end reaching the anodic cell layer of the retina so that the anodic cell can be directly stimulated.

바람직하게, 본 발명에 따른 인공 망막 장치는 상기 기판의 후면에 위치하며, 상기 광수신기가 수신한 상기 외부 카메라의 데이터를 복원하고 복원된 정보를 어레이 된 복수개의 상기 바늘 전극에 분배하는 복조기를 더 포함할 수 있다.Preferably, the artificial retina device according to the present invention further comprises a demodulator which is located on the rear surface of the substrate and which restores the data of the external camera received by the optical receiver and distributes the recovered information to a plurality of the needle electrodes .

바람직하게, 본 발명에 따른 인공 망막 장치는 상기 기판의 전면에 위치한 상기 광수신기와 상기 기판의 후면에 위치한 상기 복조기를 전기적으로 연결하는 케이블을 더 포함하되, 상기 케이블은 상기 기판을 관통하지 않고 상기 기판의 표면을 따라 상기 광수신기와 상기 복조기를 연결할 수 있다.Preferably, the artificial retina device according to the present invention further comprises a cable for electrically connecting the optical receiver positioned on the front surface of the substrate and the demodulator disposed on the rear surface of the substrate, wherein the cable does not penetrate the substrate, And may connect the optical receiver and the demodulator along the surface of the substrate.

바람직하게, 본 발명에 따른 인공 망막 장치는 상기 기판의 외측 둘레를 경유하는 상기 케이블을 보호하기 위해 상기 기판의 측면을 감싸도록 결합되는 패키지 가드를 더 포함할 수 있다.Preferably, the artificial retina device according to the present invention may further comprise a package guard coupled to wrap the side of the substrate to protect the cable via the outer circumference of the substrate.

바람직하게, 본 발명에 따른 인공 망막 장치는 상기 기판의 외측 둘레에 감겨져서 교류 전력을 발생시키는 전력 코일; 및 상기 기판의 전면에 위치하며, 상기 전력 코일에서 발생된 교류 전력을 직류로 변환하는 정류기를 더 포함할 수 있다.Preferably, the artificial retina device according to the present invention includes: a power coil wound around an outer periphery of the substrate to generate AC power; And a rectifier located on the front surface of the substrate and converting the AC power generated from the power coil into a DC current.

바람직하게, 본 발명에 따른 인공 망막 장치는 상기 기판의 후면에 위치하며, 상기 정류기에서 출력된 전력을 어레이 된 복수개의 상기 바늘 전극의 각 단에 분배하는 전압 조정기를 더 포함할 수 있다.Preferably, the artificial retina device according to the present invention further includes a voltage regulator which is disposed on a rear surface of the substrate and distributes power output from the rectifier to each of the plurality of arrayed needle electrodes.

바람직하게, 상기 바늘 전극은 160㎛ 내지 240㎛의 길이로 형성되어 시세포층 이전의 양극세포층까지 삽입될 수 있다.Preferably, the needle electrode is formed to have a length of 160 to 240 탆 and inserted into the anodic cell layer before the cytoskeletal layer.

바람직하게, 상기 광수신기는 외부의 시각 정보를 적외선 광으로 수신할 수 있다.Preferably, the optical receiver is capable of receiving external visual information as infrared light.

또한, 본 발명은 에피형 인공망막 시스템에 있어서, 사용자 전방의 시각 정보를 캡쳐하여 시각 정보에 대응되는 광 신호를 출력하는 카메라 모듈; 및 망막의 에피층(epiretinal)에 마련되는 기판과, 상기 기판의 전면에 위치하며 상기 카메라 모듈에서 방출되어 수정체를 투과한 광을 수신하는 광수신기와, 상기 기판의 후면에 위치하며 망막의 세포층에 삽입됨에 따라 상기 기판을 고정하고, 상기 광수신기가 수신한 광 신호에 응답하여 양극세포를 자극시키는 복수개의 바늘 전극을 구비한 인공망막 장치를 포함하며, 상기 바늘 전극은, 단부가 첨예하고 소정의 길이를 갖는 원추 형상으로, 단부가 망막의 양극세포층까지 도달하여 양극세포를 직접 자극할 수 있는 것을 다른 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an epi-type artificial retina system comprising: a camera module for capturing time information of a user ahead and outputting an optical signal corresponding to time information; And an epiretinal of the retina, an optical receiver positioned on the front surface of the substrate and receiving light transmitted through the lens through the camera module, and a light receiver disposed on the rear surface of the substrate, And an artificial retina device having a plurality of needle electrodes for fixing the substrate upon insertion and for stimulating anodic cells in response to an optical signal received by the optical receiver, And the end portion reaches the anodic cell layer of the retina so that the bipolar cells can be directly stimulated.

바람직하게, 상기 카메라 모듈은 캡쳐한 시각 정보를 디지털 신호 처리하여 사물의 엣지를 강화하며, 신호 처리된 시각 정보를 적외선 광으로 출력하여 사용자의 수정체로 입사시킬 수 있다.Preferably, the camera module digitizes the captured time information to enhance the edge of the object, and outputs the processed time information as infrared light to enter the user's lens.

종래의 에피형 인공망막은 전극을 망막(fovea) 주변에 부착하기 위해서 바이오 글루 및 압정을 사용하여 고정하는 시술이 요구되었다. 이는 외부 충격으로 전극이 분리될 확률이 높은 단점이 있다. Conventional epi-type artificial retina has been required to fix an electrode using a bioglue and a pushpin in order to attach the electrode to the periphery of the fovea. This has the disadvantage that the electrode is separated by an external impact.

한편, 본 발명은 기판의 전면에 광수신기가 배치되는 구조로서, 기판의 후면에 광수신기와 전극이 배치되는 종래의 에피형 인공 망막의 구조와 대비된다. 본 발명은 양극 세포의 시냅스가 1차적인 전기 자극 대상이 되도록 약 200㎛의 길이를 갖는 바늘 전극 구조가 기판의 후면에 형성된다. 이러한 바늘 전극 구조는 연약한 망막의 세포층에 침습되어 바이오 글루나 압정 없이도 기판을 안정적으로 고정시킬 뿐만 아니라, 수술을 극히 용이하게 하며, 바늘의 단부가 양극 세포의 시냅스 층에 직접적인 전기 자극을 가할 수 있도록 한다. Meanwhile, the present invention is a structure in which an optical receiver is disposed on a front surface of a substrate, and is contrasted with a structure of a conventional epi-type artificial retina in which an optical receiver and an electrode are disposed on a rear surface of a substrate. In the present invention, a needle electrode structure having a length of about 200 mu m is formed on the back surface of the substrate so that the synapse of the bipolar cells becomes a primary electric stimulation target. The needle electrode structure infiltrates into the cell layer of the weak retina so as to stably fix the substrate without a bioglass or tack pin, as well as to make the operation extremely easy and to allow the end of the needle to directly apply electrical stimulation to the synaptic layer of the bipolar cells do.

종래의 에피형 인공 망막은 신경절 세포(retinal ganglion)에서 양극 세포(bipolar)를 통해 시세포 층의 로드콘(rods&cone) 세포가 활동 전위를 발생시키고, 활동 전위가 다시 양극 세포를 통해 시신경(optic nerve)으로 전달되는 자극 경로를 갖는다. 따라서, 신경절 세포를 자극하기 때문에 불가피하게 높은 전류가 요구되어 전극 끝단에 높은 전압이 발생되어 자극기의 동작을 저해하는 것이 종래의 에피형 인공망막 장치의 기술이슈 중 하나였다.Conventional epi-type artificial retinas produce action potentials in the rods and cone cells of the cytoskeletal layer through bipolar cells in the retinal ganglion, and the action potential is transmitted through the optic nerve again through the bipolar cells. As shown in FIG. Therefore, it is one of the technical issues of the conventional epi-type artificial retina device that a high current is inevitably required due to stimulation of ganglion cells and a high voltage is generated at the electrode tip to inhibit the operation of the stimulator.

하지만, 본원 발명은 시세포층에 삽입되어 양극 세포를 활동 전위로서 직접적으로 자극하는 서브형 인공 망막과 유사한 자극 경로를 갖는다. 이처럼, 본원 발명은 에피형 인공 망막 장치임에도 자연 생리적 기전을 모사할 수 있고, 양극 세포를 직접적으로 자극하기에 고전압의 전력 발생이 요구되지 않아 종래 고가의 CMOS 반도체로 구현되어야 하는 에피형 인공 망막 장치에 비해 제조 단가를 현저히 절감시키면서도 자극기의 신뢰성을 보장할 수 있는 장점이 있다.However, the present invention has a stimulation path similar to that of a subtype artificial retina which is inserted into the photoreceptor layer and directly stimulates the bipolar cells as action potentials. As described above, the present invention relates to an epi-type artificial retina device which can mimic a natural physiological mechanism even in the epi-type artificial retina device and does not require generation of high-voltage power to directly stimulate a bipolar cell, There is an advantage that the reliability of the stimulator can be assured while the manufacturing cost is significantly reduced.

도 1은 에피형 인공망막 장치와 서브형 인공망막 장치가 기술되는 위치를 설명하기 위한 망막의 해부학적 구성도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인공망막 시스템을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인공망막 장치를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈을 나타낸 것이다.
FIG. 1 shows an anatomical structure of a retina for explaining the positions where epi-type artificial retina devices and sub-artificial retina devices are described.
2 illustrates an artificial retina system according to an embodiment of the present invention.
3 shows an artificial retina device according to an embodiment of the present invention.
4 shows a camera module according to an embodiment of the present invention.

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.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to or limited by the exemplary embodiments. Like reference numerals in the drawings denote members performing substantially the same function.

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.The objects and effects of the present invention can be understood or clarified naturally by the following description, and the purpose and effect of the present invention are not limited by the following description. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인공망막 시스템을 나타낸 것이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인공망막 장치(10)를 나타낸 것이다.FIG. 2 shows an artificial retina system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 shows an artificial retina device 10 according to an embodiment of the present invention.

도 2와 도 3을 참조하면, 인공망막 시스템은 사용자가 착용하게 되는 카메라 모듈(30)과 망막에 이식되는 인공망막 장치(10)로 구성될 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 3, the artificial retina system may include a camera module 30 to be worn by a user and an artificial retina device 10 to be implanted into a retina.

안구는 망막(5), 신경 조직(7), 맥락막, 공막, 각막(1), 동공(3), 홍체 및 모양체를 포함하는 구조로 되어 있다. 전술한 바와 같이, 에피형 인공망막 장치는 망막(5)의 전방에 위치하며, 서브형 인공망막 장치는 망막(5)의 후방에 위치한다. 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 1에서는 망막(5)을 크게 망막신경세포층(51)과 양극세포층(53) 및 로드콘(55)층으로 구분하였다. The eye has a structure including the retina (5), nerve tissue (7), choroid, sclera, cornea (1), pupil (3), iris and ciliary body. As described above, the epi-type artificial retina device is located in front of the retina 5, and the sub-artificial retina device is located behind the retina 5. The retina 5 is composed of a multilayer structure of ganglion cells, amacrine cells, bipolar cells, horizontal cells, rod cones and pigment epithelium. In FIG. 1, the retina 5 is divided into a retinal nerve cell layer 51, an anodic cell layer 53, and a rodcon 55 layer.

본 실시예에 따른 인공망막 장치(10)는 시술되는 위치가 망막의 에피층(epiretinal)이므로, 에피형 인공망막으로 구분될 수 있으나, 자극 경로의 특이성으로 인하여 일반적인 에피형 인공망막과는 상이한 기판 구조를 갖는다. 종래의 에피형 인공망막의 경우, 망막신경세포층(51)을 자극하기 위해 광수신기와 전극부가 모두 기판의 후면에 배치된다. 본 실시예에 따른 인공망막 장치(10)는 광수신기(103)와 전극(107)이 각각 기판의 전면과 후면으로 분리되어 구성되며 망막신경세포가 아닌 양극세포층(53)에 1차적인 자극을 인가하기 위한 전극(107)의 구조를 갖는다. 이하 본 실시예에 따른 인공망막 장치(10)의 각 구성을 상세히 설명한다.The artificial retinal device 10 according to the present embodiment can be classified into an epi-type artificial retina since the position to be used is an epiretinal of the retina, but the artificial retina can be divided into a different type of artificial retina Structure. In the case of a conventional epi-type artificial retina, both the light receiver and the electrode portion are disposed on the rear surface of the substrate to stimulate the retinal nerve cell layer 51. The artificial retina device 10 according to the present embodiment is configured such that the optical receiver 103 and the electrode 107 are separated from each other on the front and back sides of the substrate and the primary stimulus is applied to the anodic cell layer 53, And has an electrode 107 for applying a voltage. Hereinafter, each configuration of the artificial retina device 10 according to the present embodiment will be described in detail.

인공망막 장치(10)는 기판(101), 광수신기(103), 정류기(105), 바늘 전극(107), 케이블(108), 패키지 가드(109), 전력 코일(110), 복조기(111) 및 전압 조정기(113)를 포함할 수 있다.The artificial retinal device 10 includes a substrate 101, an optical receiver 103, a rectifier 105, a needle electrode 107, a cable 108, a package guard 109, a power coil 110, a demodulator 111, And a voltage regulator 113.

기판(101)은 망막의 에피층에 마련되는 인공망막 장치의 메인보드로 이해될 수 있다. 기판(101)에는 광수신기(103), 정류기(105), 바늘 전극(107), 케이블(108), 패키지 가드(109), 전력 코일(110), 복조기(111) 및 전압 조정기(113)의 구성들이 집적될 수 있다. 기판(101)은 소정의 가요성을 갖는 소재로 제공될 수 있다. 본 실시예로, 기판(101)은 반도체 공정을 통해 실리콘 칩으로 제작될 수 있다. 기판(101)의 크기는 망막의 영역을 고려하여 약 5mm x 5mm로 제작될 수 있다.The substrate 101 can be understood as a main board of an artificial retina device provided in the epi layer of the retina. The substrate 101 is provided with an optical receiver 103, a rectifier 105, a needle electrode 107, a cable 108, a package guard 109, a power coil 110, a demodulator 111 and a voltage regulator 113 The configurations can be integrated. The substrate 101 may be provided with a material having a predetermined flexibility. In this embodiment, the substrate 101 may be fabricated as a silicon chip through a semiconductor process. The size of the substrate 101 may be about 5 mm x 5 mm in consideration of the area of the retina.

기판(101)은 외부의 카메라(30)로부터 시각 정보를 수신하며, 기판(101)의 외측에 감겨진 전력 코일(110)을 통해 구동 전력을 인가받는다. 기판(101)은 전면에 광수신기(103)가 배치되고 후면에 자극을 위한 바늘 전극(107)이 배치되므로 전면에서 발생되는 광수신기(103)의 출력 신호가 후면의 바늘 전극(107)으로 전달될 수 있어야 한다. 다만, 기판(101)은 특성상 크기가 작고 실리콘 칩으로 제작됨에 따라 홀을 뚫어 양 구성을 연결시킬 경우 파손의 위험과 제조단가가 급격히 상승될 수 있다. 본 실시예에 따른 기판(101)은 이러한 이유로 케이블(108)이 기판(101)의 외측을 경유하여 광수신기(103)와 바늘 전극(107)을 연결하게 되며, 상기의 케이블(108) 배치로 기판(101)의 외측에는 패키지 가드(109)의 구성이 요구된다.The substrate 101 receives time information from an external camera 30 and receives driving power through a power coil 110 wound on the outside of the substrate 101. Since the optical receiver 103 is disposed on the front surface of the substrate 101 and the needle electrode 107 for stimulating is arranged on the rear surface of the substrate 101, the output signal of the optical receiver 103 generated at the front surface is transmitted to the needle electrode 107 Be able to. However, since the substrate 101 is small in size due to its characteristics and is made of a silicon chip, the risk of breakage and manufacturing cost may be drastically increased when the holes are drilled to connect the two structures. The substrate 101 according to the present embodiment is configured such that the cable 108 connects the optical receiver 103 and the needle electrode 107 via the outside of the substrate 101, The package guard 109 is required on the outside of the substrate 101.

광수신기(103)는 기판(101)의 전면에 위치하며 외부 카메라(30)에서 방출되어 수정체(3)를 투과한 광을 수신할 수 있다. 광수신기(103)는 복수개의 포토다이오드가 어레이의 형태로 구비될 수 있으며 외부 카메라(30)로부터 디지털 신호 처리된 압축된 신호를 전송받을 수 있다. The optical receiver 103 is located on the front surface of the substrate 101 and can receive the light emitted from the external camera 30 and transmitted through the lens 3. The optical receiver 103 may include a plurality of photodiodes in the form of an array and receive a compressed signal processed by the digital camera 30 from the external camera 30.

본 실시예로, 광수신기(103)는 외부의 시각 정보를 적외선 광으로 수신할 수 있다. 광수신기(103)는 가시광을 수신하여도 무방하나, 외부 카메라(30)와의 송수신이 가시광으로 이루어질 경우 지속적으로 점등되는 빛으로 인하여 사용자 또는 제3자에게 미관상 좋지 못한 단점이 있다. 따라서, 외부 카메라(30) 또한 적외선 영역으로 광 신호를 송신하고, 광수신기(103) 역시 적외선 센서를 포함한 IR 광수신기로 구비되어 자연스러운 미관을 연출시킬 수 있도록 구현되는 것이 바람직하다.In this embodiment, the optical receiver 103 can receive external time information as infrared light. The optical receiver 103 may receive visible light, but has a disadvantage that it is not good for a user or a third party due to the light that is constantly turned on when the transmission / reception with the external camera 30 is made of visible light. Accordingly, it is preferable that the external camera 30 also transmit an optical signal to the infrared region, and the optical receiver 103 is also provided with an IR optical receiver including an infrared sensor so as to produce a natural aesthetic appearance.

바늘 전극(107)은 기판(101)의 후면에 위치하며, 망막의 세포층에 삽입됨에 따라 기판(101)을 고정하고, 광수신기(103)가 수신한 광 신호에 응답하여 양극세포(53)를 자극시킬 수 있다. 바늘 전극(107)은 단부가 첨예하고 소정의 길이를 갖는 원추 형상으로, 단부가 망막의 양극세포층(53)까지 도달하여 양극세포를 직접 자극함에 주목한다. 바늘 전극(107)은 기판의 후면에 복수개가 정렬되어 어레이 된 자극기 영역을 형성할 수 있다.The needle electrode 107 is positioned on the rear surface of the substrate 101 and fixes the substrate 101 as it is inserted into the cell layer of the retina and fixes the anode cell 53 in response to the optical signal received by the optical receiver 103 It can stimulate. It is noted that the needle electrode 107 has a conical shape with a sharp end and has a predetermined length and the end reaches the anodic cell layer 53 of the retina to directly stimulate the bipolar cells. A plurality of needle electrodes 107 may be arranged on the rear surface of the substrate to form arrayed stimulator regions.

본 실시에에 따른 전극 구조는 에피형 인공망막에 있어서 수술의 용이성과 제조 단가를 저감시키는 데에 특히 효과적이다. 종래의 에피형 인공망막은 망막신경세포층(51)을 자극하기 때문에 높은 전류가 요구됨은 전술하였다. 보다 상세하게, 종래의 에피형 인공망막은 자극기의 출력단에 높은 전압이 인가되며, 높은 컴플라이언스 전압에 견딜 수 있도록 고전압용 트랜지스터를 사용해야 한다. 이는 제작 비용이 비쌀 뿐만 아니라 미스매치(mismatch)가 높아 성능을 저하시키는 단점이 있다. 본 실시예에 따른 바늘 전극(107)은 망막신경세포층(51)을 지나 양극세포층(53)까지 도달할 수 있도록 얇고 길게 형성되어 바늘 전극(107)이 양극세포를 직접 자극하기에 높은 전류가 요구되지 않으며 자극기 어레이의 출력에 높은 컴플라이언스 전압이 발생되지 않는다. 따라서, 본 실시예에 따른 인공망막 장치(10)에는 일반 공정 트랜지스터가 사용되어도 무방하다.The electrode structure according to this embodiment is particularly effective for reducing the ease of operation and manufacturing cost in the epi-type artificial retina. The conventional epi-type artificial retina stimulates the retinal nerve cell layer 51, so that a high current is required. More specifically, in a conventional epi-type artificial retina, a high voltage is applied to the output terminal of the stimulator, and a high voltage transistor must be used so as to withstand a high compliance voltage. This is disadvantageous in that the manufacturing cost is not only high but also the performance is deteriorated due to high mismatch. The needle electrode 107 according to the present embodiment is thin and elongated to reach the anode cell layer 53 through the retinal nerve cell layer 51 so that the needle electrode 107 needs a high current to directly stimulate the anode cell And no high compliance voltage is generated at the output of the stimulator array. Therefore, a general process transistor may be used for the artificial retina device 10 according to the present embodiment.

바늘 전극(107)은 시세포층(55) 이전의 양극세포층(53)의 시냅스가 위치한 지점까지 삽입되는 것이 바람직하다. 통상적으로, 망막신경세포층(51)에서 양극세포층(53)의 단부 까지는 약 200㎛~250㎛의 길이를 갖는다. 따라서, 본 실시예에 따른 바늘 전극(107)은 160㎛ 내지 240㎛의 길이로 형성되어 로드콘(55) 셀 층에는 침습되지 않고 양극세포층(53)의 시냅스를 자극할 수 있을 정도의 길이를 갖는 것이 바람직하다. The needle electrode 107 is preferably inserted to the point where the synapse of the anodic cell layer 53 before the osteocyte layer 55 is located. Typically, the length from the retinal nerve cell layer 51 to the end of the anodic cell layer 53 is about 200 μm to 250 μm. Therefore, the needle electrode 107 according to the present embodiment is formed to have a length of 160 to 240 mu m so that the length of the rod cone 55 is not infiltrated and can stimulate the synapse of the anode cell layer 53 .

도 3의 (a)는 본 실시예에 따른 인공망막 장치(10)의 전면 사시도를 나타내고, 도 3의 (b)는 본 실시예에 따른 인공망막 장치(10)의 후면 사시도를 나타낸다. 도 3의 (b)에서 기판(101)의 후면 배치를 이해하기 위해 바늘 전극(107)의 신장된 형상은 생략하였다. 도 3에 도시된 바와 같이 바늘 전극(107)은 기판(101)의 후면에 복수개로 어레이가 구성되며 복조기(111)를 통해 광수신기(103)의 신호를 인가받고, 전압 조정기(113)를 통해 구동을 위한 전력을 분배받는다.3 (a) is a front perspective view of the artificial retina device 10 according to the present embodiment, and FIG. 3 (b) is a rear perspective view of the artificial retina device 10 according to the present embodiment. The elongated shape of the needle electrode 107 is omitted in order to understand the rear surface arrangement of the substrate 101 in Fig. 3 (b). 3, the needle electrodes 107 are arrayed on the rear surface of the substrate 101, receive signals from the optical receiver 103 through the demodulator 111, and receive the signals through the voltage regulator 113 The power for driving is distributed.

복조기(111)는 기판(101)의 후면에 위치하며, 광수신기(103)가 수신한 외부 카메라(30)의 데이터를 복원하고, 복원된 정보를 어레이 된 복수개의 바늘 전극(107)에 분배할 수 있다. 복조기(111)는 복원된 신호를 기반으로 전류를 생성할 수 있는 회로가 포함될 수 있다. 복조기(111)는 신경으로 전달될 전하의 밸런싱을 위해 음극과 양극의 2상을 갖는 바이페이직(bi-phasic) 전류를 생성할 수 있다. 바늘 전극(107)의 단부에서 방출될 바이페이직 전류는 음전하와 양전하가 상쇄되어 어느 일 극성의 전하가 시신경(7)에 축적되지 않도록 밸런싱될 수 있다. 활성 전위를 바이페이직 전류의 형태로 출력하는 복조기(111)의 변환회로는 종래의 회로 구조로 사용되어도 무방하다.The demodulator 111 is located on the rear side of the substrate 101 and restores the data of the external camera 30 received by the optical receiver 103 and distributes the restored information to the plurality of needle electrodes 107 arranged . The demodulator 111 may include a circuit capable of generating a current based on the recovered signal. The demodulator 111 may generate a bi-phasic current having two phases, cathode and anode, for balancing the charge to be delivered to the nerve. The bi-phasic current to be discharged at the end of the needle electrode 107 can be balanced so that the negative charge and the positive charge are canceled so that any one polarity charge is not accumulated in the optic nerve 7. The conversion circuit of the demodulator 111 that outputs the active potential in the form of a bi-phasetic current may be used in a conventional circuit structure.

정류기(105)는 기판(101)의 전면에 위치하며, 전력 코일(110)에서 발생된 교류 전력을 직류로 변환할 수 있다. 정류기(105)는 쇼키다이오드와 커패시터 등 직류변환 소자를 포함할 수 있고, 반도체 공정으로 온칩화하기 어려운 점을 고려하여 discrete 소자를 사용하여 구현됨이 바람직하다. 정류기(105)는 망막의 세포층으로 삽입되지 않는 기판(101)의 전면에 위치하여 안정적인 신호처리를 수행한다. 정류기(105)에서 출력되는 전력은 기판(101)의 후면으로 케이블(108)을 통해 전달될 수 있다.The rectifier 105 is disposed on the front surface of the substrate 101 and can convert AC power generated in the power coil 110 to DC. The rectifier 105 may include a DC conversion device such as a Schottky diode and a capacitor, and is preferably implemented using a discrete device in consideration of the difficulty of being on-chip by a semiconductor process. The rectifier 105 is positioned on the front surface of the substrate 101 that is not inserted into the cell layer of the retina, and performs stable signal processing. The power output from the rectifier 105 can be transmitted through the cable 108 to the backside of the substrate 101.

전력 코일(110)은 기판(101)의 외측 둘레에 감겨져서 교류 전력을 발생시킬 수 있다. 감겨지는 위치는 안구 내측에서 기판(101) 상에 감겨져도 무방하나, 수술의 편의성을 고려하여 안구의 외측으로 감겨지도록 시술되어도 무방하다. 전력 코일(110)은 RF 코일일 수 있다. 전력 코일(110)은 외부에서 유입되는 외부 무선 전력을 수신할 수 있다. 전력 코일(110)은 직경이 넓을수록 많은 양의 선속(flux)을 받을 수 있기 때문에 효율이 향상되며 인공망막 장치(10)의 전력 공급 수단으로 특히 적합하다.The power coil 110 may be wound around the outer periphery of the substrate 101 to generate AC power. The wound position may be wound on the substrate 101 on the inner side of the eyeball, but may be wound around the outer side of the eyeball for convenience of operation. The power coil 110 may be an RF coil. The power coil 110 may receive external wireless power that is externally supplied. Since the power coil 110 can receive a large amount of flux as its diameter increases, efficiency is improved and it is particularly suitable as a power supply means of the artificial retina device 10. [

전압 조정기(113)는 기판(101)의 후면에 위치하며, 정류기(105)에서 출력된 전력을 어레이된 복수개의 바늘 전극(107)의 각 단에 분배할 수 있다. 본 실시예에서, 전압 조정기(113)의 분배 전압은 종래의 컴플라이언스 전압보다 현저히 낮아도 무방하며, 그 이유는 양극세포층(53)을 직접적으로 자극하는 바늘 전극(107) 구조에 따른 것임은 전술한 바와 같다.The voltage regulator 113 is disposed on the rear surface of the substrate 101 and is capable of distributing the power output from the rectifier 105 to the respective ends of the plurality of needle electrodes 107 arranged. In this embodiment, the distribution voltage of the voltage regulator 113 may be significantly lower than the conventional compliance voltage because the reason is that it is in accordance with the structure of the needle electrode 107 that directly stimulates the anodic cell layer 53 same.

케이블(108)은 기판(101)의 정면에 위치한 광수신기(103)와 기판(101)의 후면에 위치한 복조기(111)를 전기적으로 연결할 수 있다. 케이블(108)은 기판(101)을 관통하지 않고, 기판(101)의 표면을 따라 광수신기(103)와 복조기(111)를 연결할 수 있다. The cable 108 can electrically connect the optical receiver 103 located on the front side of the substrate 101 and the demodulator 111 located on the back side of the substrate 101. The cable 108 can connect the optical receiver 103 and the demodulator 111 along the surface of the substrate 101 without penetrating the substrate 101. [

또한, 케이블(108)은 기판(101)의 정면에 위치한 정류기(105)와 기판(101)의 후면에 위치한 전압 조정기(113)를 전기적으로 연결할 수 있다. 케이블(108)은 이 경우 또한 기판(101)을 관통하지 않고, 기판(101)의 표면을 따라 정류기(105)와 전압 조정기(113)를 연결할 수 있다.The cable 108 can also electrically connect the rectifier 105 located on the front side of the substrate 101 and the voltage regulator 113 located on the rear side of the substrate 101. The cable 108 may connect the rectifier 105 and the voltage regulator 113 along the surface of the substrate 101 without passing through the substrate 101 in this case.

설명의 편의를 위해 광수신기(103)와 복조기(111)를 연결하는 케이블(108)을 제1 케이블(108(a))이라 하고, 정류기(105)와 전압 조정기(113)를 연결하는 케이블(108)을 제2 케이블(108(b))이라 명명한다.A cable 108 for connecting the optical receiver 103 and the demodulator 111 is referred to as a first cable 108 (a) and a cable for connecting the rectifier 105 and the voltage regulator 113 108 is referred to as a second cable 108 (b).

도 3의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이 제1, 2 케이블(108)은 모두 기판(101)을 반바퀴 감는 방식으로 후면의 복조기(111) 및 전압 조정기(113)와 결선된다. 이는 전술한 천공이 어려운 기판(101)의 제조 단가를 고려한 것으로 이해될 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 인공망막 장치(10)는 깊게 삽입되는 전극 구조의 특성을 고려하여 기판(101)의 전면과 후면으로 필수 구성 소자가 분리 구성되게 되며, 이러한 구조 설계에서 제조 단가를 고려하면 케이블(108)이 기판(101)을 관통하지 않고 기판(101)의 측면을 에둘러 전면과 후면의 구성을 연결하는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 케이블(108)의 배치로 인하여 기판(101)의 측면에 노출된 케이블이 고정됨과 동시에 패키지 될 필요성이 있으며, 본 실시예에 따른 인공망막 장치(10)는 패키지 가드(109)라는 측면 브라켓 구성이 상기의 기능을 수행한다.The first and second cables 108 are connected to the rear demodulator 111 and the voltage regulator 113 in such a manner that the substrate 101 is wound in a half turn as shown in FIGS. . This can be understood as considering the manufacturing cost of the substrate 101 which is difficult to be punctured. In other words, in the artificial retina device 10 according to the present embodiment, essential components are separated from each other on the front surface and the rear surface of the substrate 101 in consideration of the characteristics of the deeply inserted electrode structure. It is preferable that the lower surface cable 108 does not penetrate the substrate 101 but connects the front surface and the rear surface of the substrate 101 to the side surface of the substrate 101. The artificial retina device 10 according to the present embodiment is provided with a package guard 109 which is a package guard 109, The bracket configuration performs the above functions.

패키지 가드(109)는 기판(101)의 외측 둘레를 경유하는 케이블(108)을 보호하기 위해 기판(101)의 측면을 감싸도록 결합될 수 있다. 패키지 가드(109)는 기판(101)과 동일한 실리콘 소재로 제공될 수 있고, 기판(101)을 보다 안정적으로 절연하면서 케이블(108)을 고정 및 보호한다.The package guard 109 may be coupled to enclose the side of the substrate 101 to protect the cable 108 via the outer perimeter of the substrate 101. The package guard 109 can be provided in the same silicon material as the substrate 101 and secures and protects the cable 108 while insulating the substrate 101 more stably.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈(30)을 나타낸 것이다.4 shows a camera module 30 according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 카메라 모듈(30)은 사용자 전방의 시각 정보를 캡쳐하여 시각 정보에 대응되는 광 신호를 출력할 수 있다. 카메라 모듈(30)은 영상을 촬영하는 카메라(301)와 신호처리부(303) 및 광송신기(305)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the camera module 30 can capture the time information in front of the user and output an optical signal corresponding to the time information. The camera module 30 may include a camera 301 for capturing an image, a signal processing unit 303, and an optical transmitter 305.

카메라(301)는 외부 영상 신호를 촬영하는 것으로 CCD 카메라 또는 CMOS 카메라 등이 사용될 수 있다. 카메라(301)는 안경 등 사용자가 착용하기 용이한 기구 상에 모듈화되어 구축될 수 있다.The camera 301 captures an external video signal, and a CCD camera, a CMOS camera, or the like can be used. The camera 301 can be constructed in a modular fashion on a mechanism that the user wears, such as glasses.

신호처리부(303)는 카메라(301)에서 캡쳐된 시각 정보를 디지털 신호 처리하여 사물의 엣지를 강화하며, 신호 처리된 시각 정보를 광송신기(305)로 전송할 수 있다. 신호처리부(303)는 카메라(301)에서 캡쳐한 영상 정보를 이미지 정보로 변환할 수 있다. 신호처리부(303)는 변환한 이미지 정보의 추가적인 신호처리 과정을 수행할 수 있으며 그 일 예시로 이미지에서 사물의 엣지를 강조할 수 있다. The signal processing unit 303 processes the time information captured by the camera 301 by digital signal processing to enhance the edge of the object and transmit the processed time information to the optical transmitter 305. [ The signal processing unit 303 can convert image information captured by the camera 301 into image information. The signal processing unit 303 may perform an additional signal processing process of the converted image information and may emphasize an edge of an object in the image as an example.

광송신기(305)는 신호처리부(303)로부터 전달된 이미지 정보의 해당 픽셀에 대응하는 세기로 광을 송신할 수 있다. 광송신기(305)에서 출력된 광은 사용자의 수정체(3)를 투과하여 인공망막 장치(10)의 광수신기(103)에 입사될 수 있다.The optical transmitter 305 can transmit light with an intensity corresponding to the corresponding pixel of the image information transmitted from the signal processing unit 303. [ The light output from the optical transmitter 305 can be transmitted through the user's lens 3 and incident on the optical receiver 103 of the artificial retina apparatus 10. [

본 실시예로, 광송신기(305)는 신호처리부(303)에서 수신된 시각 정보를 적외선 광으로 출력하여 사용자의 수정체(3)로 입사시킬 수 있다. 광수신기(103)의 실시예에서 설명한 바와 같이 광송신기(305)가 방출하는 광이 가시광일 경우, 사용자 또는 제3자가 사용자가 착용한 안경의 카메라 모듈(30)에서 지속적으로 점등하는 빛을 인지하게 된다. 이는 미관상 좋지 못한 단점이 있으므로, 광송신기(305)는 적외선 영역으로 광 신호를 송신하고, 광수신기(103) 또한 적외선 센서를 포함한 IR 광수신기로 구비되어 자연스러운 미관을 연출시킬 수 있도록 구현되는 것이 바람직하다.In this embodiment, the optical transmitter 305 may output the time information received by the signal processing unit 303 as infrared light and enter the user's lens 3. As described in the embodiment of the optical receiver 103, when the light emitted by the optical transmitter 305 is visible light, the user or the third party recognizes the light continuously lighting in the camera module 30 of the glasses worn by the user . Since the optical transmitter 305 transmits an optical signal to the infrared region and the optical receiver 103 is also provided with an IR optical receiver including an infrared sensor, it is preferable that the optical transmitter 305 is designed to produce a natural aesthetic appearance Do.

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. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. will be. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by all changes or modifications derived from the scope of the appended claims and equivalents of the following claims.

1: 각막
3: 동공
5: 망막
7: 시신경
10: 에피형 인공 망막 장치
101: 기판
103: 광수신기
105: 정류기
107: 바늘 전극
108: 케이블
109: 패키지 가드
110: 전력 코일
111: 복조기
113: 전압 조정기
30: 카메라 모듈
301: 카메라
303: 신호처리부
305: 광송신기
51: 망막신경세포
53: 양극세포
55: 로드콘
1: cornea
3: pupil
5: retina
7: optic nerve
10: Epi-type artificial retinal device
101: substrate
103: Optical receiver
105: Rectifier
107: Needle electrode
108: Cable
109: Package Guard
110: Power coil
111: Demodulator
113: Voltage regulator
30: Camera module
301: Camera
303: Signal processor
305: Optical transmitter
51: retinal nerve cell
53: bipolar cells
55: Road cone

Claims (11)

외부 카메라가 캡쳐한 사물의 시각 정보에 대응하여 시신경을 자극하는 에피형 인공망막 장치에 있어서,
망막의 에피층(epiretinal)에 마련되는 기판;
상기 기판의 전면에 위치하며 상기 외부 카메라에서 방출되어 수정체를 투과한 광을 수신하는 광수신기; 및
상기 기판의 후면에 위치하며 망막의 세포층에 삽입됨에 따라 상기 기판을 고정하고, 상기 광수신기가 수신한 광 신호에 응답하여 양극세포를 자극시키는 복수개의 바늘 전극을 포함하며,
상기 바늘 전극은,
단부가 첨예하고 소정의 길이를 갖는 원추 형상으로, 단부가 망막의 양극세포층까지 도달하여 양극세포를 직접 자극할 수 있는 것을 특징으로 하는 인공망막 장치.
An epi-type artificial retina device for stimulating an optic nerve in response to visual information of an object captured by an external camera,
A substrate provided on an epiretinal of the retina;
An optical receiver positioned on a front surface of the substrate and receiving light transmitted through the lens through the external camera; And
And a plurality of needle electrodes positioned on a rear surface of the substrate and fixing the substrate as it is inserted into the cell layer of the retina and stimulating the anodic cells in response to the optical signal received by the optical receiver,
The needle electrode
And the end portion reaches a bipolar cell layer of the retina in a conical shape having a sharp end and a predetermined length so that the bipolar cells can be directly stimulated.
제 1 항에 있어서,
상기 기판의 후면에 위치하며, 상기 광수신기가 수신한 상기 외부 카메라의 데이터를 복원하고 복원된 정보를 어레이 된 복수개의 상기 바늘 전극에 분배하는 복조기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공망막 장치.
The method according to claim 1,
Further comprising a demodulator located at a rear surface of the substrate and for restoring data of the external camera received by the optical receiver and distributing the recovered information to a plurality of the needle electrodes arrayed.
제 2 항에 있어서,
상기 기판의 전면에 위치한 상기 광수신기와 상기 기판의 후면에 위치한 상기 복조기를 전기적으로 연결하는 케이블을 더 포함하되,
상기 케이블은,
상기 기판을 관통하지 않고 상기 기판의 표면을 따라 상기 광수신기와 상기 복조기를 연결하는 것을 특징으로 하는 인공망막 장치.
3. The method of claim 2,
Further comprising a cable for electrically connecting the optical receiver positioned on the front surface of the substrate to the demodulator located on the rear surface of the substrate,
The cable,
And connects the optical receiver and the demodulator along the surface of the substrate without penetrating the substrate.
제 2 항에 있어서,
상기 기판의 외측 둘레를 경유하는 상기 케이블을 보호하기 위해 상기 기판의 측면을 감싸도록 결합되는 패키지 가드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공망막 장치.
3. The method of claim 2,
Further comprising: a package guard coupled to surround a side of the substrate to protect the cable via an outer perimeter of the substrate.
제 1 항에 있어서,
상기 기판의 외측 둘레에 감겨져서 교류 전력을 발생시키는 전력 코일; 및
상기 기판의 전면에 위치하며, 상기 전력 코일에서 발생된 교류 전력을 직류로 변환하는 정류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공망막 장치.
The method according to claim 1,
A power coil wound around the outer periphery of the substrate to generate AC power; And
And a rectifier disposed on a front surface of the substrate and converting an AC power generated from the power coil into a direct current.
제 5 항에 있어서,
상기 기판의 후면에 위치하며, 상기 정류기에서 출력된 전력을 어레이 된 복수개의 상기 바늘 전극의 각 단에 분배하는 전압 조정기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공망막 장치.
6. The method of claim 5,
Further comprising a voltage regulator located at a rear surface of the substrate and distributing the power output from the rectifier to each of the plurality of arrayed needle electrodes.
제 1 항에 있어서,
상기 바늘 전극은,
160㎛ 내지 240㎛의 길이로 형성되어 시세포층 이전의 양극세포층까지 삽입되는 것을 특징으로 하는 인공망막 장치.
The method according to claim 1,
The needle electrode
And a length of 160 탆 to 240 탆 and inserted into the anodic cell layer before the cytoskeleton layer.
제 1 항에 있어서,
상기 광수신기는,
외부의 시각 정보를 적외선 광으로 수신하는 것을 특징으로 하는 인공망막 장치.
The method according to claim 1,
The optical receiver includes:
Wherein the external visual information is received by infrared light.
에피형 인공망막 시스템에 있어서,
사용자 전방의 시각 정보를 캡쳐하여 시각 정보에 대응되는 광 신호를 출력하는 카메라 모듈; 및
망막의 에피층(epiretinal)에 마련되는 기판과,
상기 기판의 전면에 위치하며 상기 카메라 모듈에서 방출되어 수정체를 투과한 광을 수신하는 광수신기와,
상기 기판의 후면에 위치하며 망막의 세포층에 삽입됨에 따라 상기 기판을 고정하고, 상기 광수신기가 수신한 광 신호에 응답하여 양극세포를 자극시키는 복수개의 바늘 전극을 구비한 인공망막 장치를 포함하며,
상기 바늘 전극은,
단부가 첨예하고 소정의 길이를 갖는 원추 형상으로, 단부가 망막의 양극세포층까지 도달하여 양극세포를 직접 자극할 수 있는 것을 특징으로 하는 인공망막 시스템.
In an epi-type artificial retina system,
A camera module for capturing time information in front of a user and outputting an optical signal corresponding to time information; And
A substrate provided on an epiretinal of the retina,
An optical receiver positioned on the front surface of the substrate and receiving light transmitted through the lens through the camera module,
And an artificial retina device having a plurality of needle electrodes which are positioned on the rear surface of the substrate and fix the substrate as it is inserted into a cell layer of the retina and stimulate an anodic cell in response to an optical signal received by the optical receiver,
The needle electrode
And the end portion reaches a bipolar cell layer of the retina so that the bipolar cells can be directly stimulated.
제 9 항에 있어서,
상기 카메라 모듈은,
캡쳐한 시각 정보를 디지털 신호 처리하여 사물의 엣지를 강화하며, 신호 처리된 시각 정보를 적외선 광으로 출력하여 사용자의 수정체로 입사시키는 것을 특징으로 하는 인공망막 시스템.
10. The method of claim 9,
The camera module includes:
Wherein the captured time information is subjected to digital signal processing to enhance the edge of the object, and the time information processed by the signal processing is output as infrared light to enter the user's lens.
제 9 항에 있어서,
상기 인공망막 장치는,
상기 바늘 전극의 길이가 160㎛ 내지 240㎛로 형성되어 시세포층 이전의 양극세포층까지 삽입되는 것을 특징으로 하는 인공망막 시스템.
10. The method of claim 9,
The artificial retina device comprises:
Wherein the needle electrode is formed to have a length of 160 탆 to 240 탆 and inserted into the anodic cell layer prior to the photoreceptor layer.
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