Magnetic Stimulator for Retinal Prosthesis

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 전기·컴퓨터공학부, 2014. 8. 조동일.연령관련 황반변성이나 망막색소변성증과 같은 망막변성질환에 의해 시력을 상실한 사람들이 세계적으로 수백만에 이른다. 그럼에도 불구하고 이러한 망막변성질환에 대한 효과적인 치료방법은 아직 개발되지 않았다. 그러나 이러한 질환을 앓고 있는 환자들의 경우에도 망막 내부의 중추 및 신경절세포는 생존해 있다고 알려져 있다. 이러한 사실은 손상된 광수용체를 우회하여 남아있는 망막신경세포를 전기적으로 자극하여 시각적 인식을 형성하는 계기가 되었다. 인공망막자극기는 연령관련 황반변성이나 망막색소변성증과 같은 망막질환으로 시력이 상실된 시각장애인들의 손상된 망막에 전기자극을 가해 부분시력을 회복시켜주는 장치이다. 통상적인 인공망막자극기는 전기적 신호를 망막에 인가하기 위해 전극뿐만 아니라 전극과 자극기 간의 전기적 배선을 필요로 하며 이와 관련하여 고려해야 할 점들이 많다. 따라서 본 학위 논문에서는 이러한 문제점들을 파악 및 분석하고, 이에 대한 해결방안의 하나로 자극전극이 필요 없는 신개념의 비접촉식•비침습식 자기장 인공망막자극기의 개념을 제안하고 제작하였다. 인공망막자극기는 DC-DC buck boost converter 회로에 의해 storage capacitor에 전압이 충전되고 이를 stimulating coil에 방전시켜 순간적으로 시변(time-varying) 자기장을 형성하여 망막세포를 자극하는 방식이다. 먼저 본 자기장 인공망막자극기의 전기적 특성을 평가한 후 rd1 mice의 망막을 이용하여 in vitro 실험을 진행하였다. 실험결과 rd1 mice의 망막의 경우 자기장의 세기가 약 30 mT부터 신경절세포에서 자극이 유발됨을 확인하였다. 위의 결과들을 토대로 본 논문에서 제안한 자기장 인공망막자극기가 인공망막시스템에 적용가능함을 확인하였다.초 록 i 목 차 iii 표 목차 vi 그림 목차 vii 제１장 서 론 1 제１절 연구 배경 2 제１항 시각 체계 2 제２항 망막 질환 6 제３항 통상적인 인공망막시스템 개요 10 제４항 통상적인 인공망막시스템 분류 12 제５항 인공망막자극기의 선행연구결과 15 제６항 고해상도 인공망막자극기 구현의 필요성 17 제７항 고해상도 인공망막자극시스템 구현을 위한 당면과제 19 제２장 본 론 21 제１절 연구 동기 및 설계 21 제１항 연구 동기 21 제２항 자기장 자극기 개요 23 제３항 신개념 자기장을 이용한 인공망막자극기 제안 25 제４항 제안한 인공망막자극기 디자인을 위한 유한요소 해석 29 제２절 제작 및 평가 35 제１항 제안한 인공망막자극기 제작 35 제２항 제안한 인공망막자극기의 전기적 특성 39 제３항 In vitro 실험환경 44 제４항 In vitro 실험 (Patch #1) 49 제５항 In vitro 실험 (Patch #2) 65 제６항 In vitro 실험 (Patch #3) 94 제３장 결 론 123 제１절 향후 계획 124 제４장 별 첨 125 제１절 2D 전극 크기별 집적화 분석 125 제１항 2D 전극 크기별 집적화 분석 125 제２절 NML에서 제작한 인공망막자극기칩 131 제１항 16 채널 저전압 자극칩 131 제２항 채널공유기법을 적용한 512 채널 자극칩 136 제３항 나노와이어 PD를 이용한 인공망막 전류 자극칩 141 제４항 전자기장을 이용한 인체 내 코일 삽입형 자극기 145 제５항 나노와이어 PD와 3D 화살촉 전극을 집적한 자극기 148 제６항 CMOS Photodiode를 이용한 자극기 149 제７항 Period Modulation 방식의 자극기 153 참고 문헌 155 Abstract 162Docto