초록 ▼

■ 다채널, 고선택비를 갖고 생체적합성 조건을 만족하는 장기 이식용 양방향 신경전극 구현을 위한 소동물과 중동물용 신개념 말초신경용 신경전극을 개발 및 신경신호 획득에 성공하였고, 소동물과 중동물 전임상 실험을 위한 이식 수술법 확립과 생체적합성 검증을 통한 장기간 이식의 안정성을 확보하였으며, 유연한 몸체를 갖는 신경전극용 삽입 보조 기구를 개발함.
■ 인체삽입형 양방향 다채널 무선 신경신호 처리 시스템의 구성 및 동작 등에 관한 상세 설계를 완료하였고, 신경신호 기록 회로, 신경 자극 회로, 무선 통신 회로, 무선 전력전송

■ 다채널, 고선택비를 갖고 생체적합성 조건을 만족하는 장기 이식용 양방향 신경전극 구현을 위한 소동물과 중동물용 신개념 말초신경용 신경전극을 개발 및 신경신호 획득에 성공하였고, 소동물과 중동물 전임상 실험을 위한 이식 수술법 확립과 생체적합성 검증을 통한 장기간 이식의 안정성을 확보하였으며, 유연한 몸체를 갖는 신경전극용 삽입 보조 기구를 개발함.
■ 인체삽입형 양방향 다채널 무선 신경신호 처리 시스템의 구성 및 동작 등에 관한 상세 설계를 완료하였고, 신경신호 기록 회로, 신경 자극 회로, 무선 통신 회로, 무선 전력전송 회로의 설계를 모두 완료하였으며, 소동물 모델을 대상으로 동작 의도 인식 및 촉감정보 전달 가능성을 검증함.

(출처 : 보고서 요약서 3p)

Abstract ▼

The goal of this research is to develop a neural interface electrode capable of receiving and transmitting neural signals to realize a bionic arm that can be naturally controlled and feel. Previously existing neural interface electrodes have the trend of increasing invasiveness in increasing signal

The goal of this research is to develop a neural interface electrode capable of receiving and transmitting neural signals to realize a bionic arm that can be naturally controlled and feel. Previously existing neural interface electrodes have the trend of increasing invasiveness in increasing signal selectivity, have limitation due to the formation of scar tissue that makes acquiring signals difficult in the cases of chronic implantation. Therefore, this research intend to develop a novel neural interface electrode based on spiral shaped neural electrode array that has minimally invasive and highly selective characteristics with application of natural neural regeneration inducing methods and neural regeneration guide via neural growth factor loaded micro-channels.

Total three types of peripheral nerve interface electrode is researched; the high porosity sieve electrode, the spiral sieve electrode, and the neurotrophic electrode. Also two different animal model was used to evaluate the electrodes;rat model and rabbit model. The high porosity sieve electrode is an improvement over existing sieve electrodes by increasing the porosity to 50% and 70%, greatly aiding the natural regeneration capability of the peripheral nerve. The spiral sieve electrode is and array of 4 probes each with 8 electrodes per probe. The array is designed so that the probes can be spirally inserted around the peripheral nerve greatly reducing the damage to the nerve while maintaining the neural signal selectivity in comparison to existing neural electrodes such as Utah slanted electrode array. The electrodes on the probes are sieve hole types, and thus allows natural regeneration of the nerve axons through the probes. Finally, the neurotrophic electrode is designed to have microchannels within which the neural growth factor can be loaded, which induces nerve axons to regenerate into the channels and make secure contact with the electrodes within the channels. These peripheral nerve interface electrodes were designed, fabricated and evaluated via preclinical animal trials with rat and rabbit models.

The results of this research established the design and fabrication method of high porosity sieve electrode, the proposed spiral sieve neural electrode for the peripheral nerve, and the neurotrophic electrode with loaded neural growth factors. The regenerative capability of the sieve electrode and its biocompatibility up to 6 months has been confirmed via animal motor function recovery and the immunohistochemistry. Additionally, sympathetic nerve signal was acquired using the sieve electrode. The electrical characteristic of the spiral sieve neural electrode has been confirmed and its manual and device aided insertion method established. The neural signal was acquired through the spiral sieve electrode via rat and rabbit clinical trials. The neural growth factor loading method onto the cone shaped neurotrophic electrode has been established, and the neural signal was acquired periodically. The single probed micro-fabricable neurotrophic electrode was additionally designed and its fabrication feasibility confirmed and the process was optimized. Through these results, all of the goals of this research has been more than achieved.

This project aims to develop a wireless nerve signal processing system for implantable bidirectional multichannel nerve interface that enables both the recognition of motional intention and the delivery of sensory feedback.

The system consists of a nerve signal recording circuit, an electrical nerve stimulation circuit, a wireless communication circuit, a wireless power transfer circuit, as well as signal processing algorithms for nerve signal analysis and stimulation signal pattern generation.

In the first year of the project, the detailed design of the implantable wireless nerve signal processing system has been completed by defining the structure, operation and required performance of the system. The design of all the constituting circuits have also been completed, including the low-power low-noise nerve signal recording circuit, high-efficiency safety-guaranteed nerve stimulation circuit, low-power high-speed body-channel communication circuit, and high-efficiency wireless power transfer circuit. All the target operation features and performance targets have been successfully achieved. In addition, core techniques and technologies for the analysis of efferent motor activity as well as the synthesis of afferent sensory activity have been firmly established, meeting all the goals and targets set for the first year execution.

(출처 : SUMMARY 10p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• S U M M A R Y ... 10
• C O N T E N T S ... 12
• 목차 ... 14
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 15
• 제 1 절 연구개발의 목적 ... 15
• 제 2 절 연구개발의 최종목표 ... 17
• 제 3 절 연구개발의 필요성 ... 22
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 32
• 제 1 절 세계적 기술개발 현황 ... 32
• 제 2 절 국내 기술개발 수준 ... 35
• 제 3 절 국내외 연구현황 ... 38
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 51
• 제 1 절 소동물용 양방향 신경 전극 개발 ... 51
• 제 2 절 중동물용 양방향 신경 전극 개발 ... 90
• 제 4 장 연구개발수행 내용 및 결과 – 2세부 ... 96
• 제 1 절 인체삽입형 양방향 다채널 무선 신경신호 처리 시스템 설계 ... 96
• 제 2 절 초저잡음 극소전력 신경신호 기록 회로 설계 ... 99
• 제 3 절 고효율 생체안전 신경 자극 회로 설계 ... 103
• 제 4 절 저전력 고속 인체채널 통신 회로 설계 ... 107
• 제 5 절 고효율 적응형 무선 전력전송 회로 설계 ... 109
• 제 6 절 원심성 운동 신경신호 분석 기술 개발 (위탁) ... 114
• 제 7 절 구심성 감각 자극신호 생성 기술 개발 (위탁) ... 128
• 제 5 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 131
• 제 1 절 연구개발목표의 달성도 ... 131
• 제 2 절 관련분야에의 기여도 ... 137
• 제 6 장 연구개발결과의 활용계획 ... 139
• 제 1 절 실험 동물의 상태에 따른 운동/감각 신호 전달 검증을 통한 임상 적용 가능성 타진 ... 139
• 제 2 절 적용 환자의 상태에 따른 적용 위치와 수술 기법, 적용 최적화 ... 141
• 제 3 절 말초신경별 운동 신호 획득 및 감각 신호 되먹임 방안 연구 ... 143
• 제 4 절 생체외 환경 플랫폼을 통한 말초신경 재생기술 ... 144
• 제 5 절 나노구조를 이용한 전극 표면 개질 기술 개발 및 고민감도 신경 전극 구현 기술 ... 145
• 제 6 절 주요 연구 분야 및 산업 분야 ... 145
• 제 7 장 참고문헌 ... 146
• 끝페이지 ... 148