KR100856460B1

KR100856460B1 - 센서 모듈 및 이를 포함하는 캡슐형 의료 장치

Info

Publication number: KR100856460B1
Application number: KR1020060044711A
Authority: KR
Inventors: 강만희; 박세광; 김성현
Original assignee: 강만희
Priority date: 2006-05-18
Filing date: 2006-05-18
Publication date: 2008-09-04
Also published as: KR20070111648A

Abstract

본 발명은 센서 모듈 및 이를 포함하는 캡슐형 의료 장치에 관한 발명으로서, 보다 구체적으로 산, 염기, 음식물 등이 있는 열악한 환경 속에서도 압력 또는 pH를 보다 정확히 측정할 수 있는 센서 모듈 및 이를 포함하는 캡슐형 의료 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 기판; 상기 기판상에 위치한 압력 센서; 상기 기판과 결합하여 상기 압력 센서를 봉하되, 외부의 압력을 내부로 전달하는 적어도 하나의 제1 개구부가 형성된 제1 하우징; 및 상기 압력 센서와 상기 제1 하우징 사이에 채워지며, 상기 제1 개구부를 통하여 내부로 전달된 압력을 상기 압력 센서로 전달하는 유동성 있는 충전물을 포함하는 센서 모듈을 제공한다.

또한, 본 발명은 기판; 상기 기판상에 위치하며, 소스, 드레인, 채널, 절연막 및 수소 이온 감지막을 포함하는 ISFET; 상기 기판상에 위치하는 금속 기준전극; 상기 기판과 결합하여 상기 ISFET 및 상기 금속 기준전극을 봉하되, 제1 및 제2 개구부가 형성된 제1 하우징; 상기 제1 하우징과 상기 ISFET 사이에 채워지되, 상기 제1 개구부와 함께 상기 수소 이온 감지막을 노출시키는 제3 개구부가 형성된 제2 하우징; 상기 제2 개구부에 채워진 다공성 세라믹; 및 상기 다공성 세라믹 및 상기 금속 기준전극 사이에 채워진 기준 용액을 포함하는 센서 모듈을 제공한다.

Description

센서 모듈 및 이를 포함하는 캡슐형 의료 장치{sensor module and capsule type medical device including the same}

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 센서 모듈(10)의 평면도를 나타내는 도면이다.

도 2는 도 1의 A-A' 단면을 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 캡슐형 의료 장치를 나타내는 도면이다.

도 4는 도3의 B-B' 단면을 나타내는 도면이다.

*도면의 주요 부호의 설명*

11, 56 : 기판 12 : 압력 센서

13 : 충전물 14 : 이온 감지 전계 효과 트랜지스터

15 : 금속 기준 전극 16 : 기준 용액

17 : 다공성 세라믹 18, 19, 20 : 하우징

21, 22, 23, 24 : 개구부 31 : 소스 영역

32 : 드레인 영역 33 : 채널 영역

34 : 절연막 35 : 수소 이온 감지막

36 : 소스 전극 37 : 드레인 전극

40 : 외장부재 51 : 증폭부

52 : CPU 53 : 메모리

54 : 송신부 55 : 배터리

57 : 와이어

본 발명은 센서 모듈 및 이를 포함하는 캡슐형 의료 장치에 관한 발명으로서, 보다 구체적으로 산, 염기, 음식물 등이 있는 열악한 환경 속에서도 압력 또는 수소 이온 농도 지수(이하 간략히 pH라 함)를 보다 정확히 측정할 수 있는 센서 모듈 및 이를 포함하는 캡슐형 의료 장치를 제공하는 것이다.

캡슐형 의료 장치는 진찰 또는 치료의 목적으로 사용되며, 신체에 삽입될 수 있는 캡슐 형태의 의료 장치를 의미한다. 캡슐형 의료 장치는 거부감을 주는 내시경을 대체할 목적, 정확한 장기에 대한 정보를 획득할 목적, 또는 수술 등을 수행하지 아니하고 장기를 치료할 목적 등으로 인하여 최근에 널리 연구되고 있다.

캡슐형 의료 장치의 종래기술로서 한국 공개 공보 제10-2006-0002449호에 공개된 기술이 있다. 상기 공보에는 정보를 수집하는 센서들(이미지 센서, 가속도 센서, 온도 센서, 압력 센서 및 pH 센서) 및 수집된 정보를 외부로 송신하는 송신부 를 포함하는 캡슐형 내시경이 공개되어 있다. 그러나, 상기 공보에는 압력 센서 및 pH 센서의 구체적 구조에 대해서는 기재하고 있지 아니하다.

측정을 위하여, 압력 센서 및 pH 센서는 캡슐형 의료 장치의 외부 일례로 소화액 및 음식물 등에 노출되어야 하며, 따라서, 소화액 및 음식물 등에 의하여 측정의 정확도가 떨어질 수 있다는 문제점이 있다. 보다 구체적으로, pH 센서의 기준 전극으로 사용될 수 있는 Ag/AgCl 전극은 위액과 같은 강산에 용해되어 위장을 통과한 후에는 pH 센서의 측정의 정확도가 떨어질 수 있다. 또한, 압력센서가 대장 또는 소장 등에 직접 접촉되는 경우, 대장 또는 소장 등의 연동 운동에 의한 충격이 그대로 압력 센서에 전달되어 측정의 정확도가 떨어지거나, 심하면 압력 센서에 포함된 다이아프램(diaphragm)이 파괴되어 측정이 불가능해질 수도 있다. 또한, 압력센서의 배선이나 전극 등이 소화액이나 음식물에 노출되는 경우, 잡음 등에 의하여 그 측정의 정확도가 떨어질 수도 있다. 따라서, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 구조를 가지는 센서 모듈 및 이를 포함하는 캡슐형 의료 장치의 개발을 필요로 한다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 산성 또는 염기성의 소화액 및 음식물에 노출되어도 측정의 정확도가 떨어지지 아니하는 센서 모듈 및 이를 포함하는 캡슐형 의료 장치를 제공한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제1 측면은 기판; 상기 기판상에 위치한 압력 센서; 상기 기판과 결합하여 상기 압력 센서를 봉하되, 외부의 압력을 내부로 전달하는 적어도 하나의 제1 개구부가 형성된 제1 하우징; 및 상기 압력 센서와 상기 제1 하우징 사이에 채워지며, 상기 제1 개구부를 통하여 내부로 전달된 압력을 상기 압력 센서로 전달하는 유동성 있는 충전물을 포함하는 센서 모듈을 제공한다.

본 발명의 제2 측면은 기판; 상기 기판상에 위치하며, 소스, 드레인, 채널, 절연막 및 수소 이온 감지막을 포함하는 ISFET; 상기 기판상에 위치하는 금속 기준전극; 상기 기판과 결합하여 상기 ISFET 및 상기 금속 기준전극을 봉하되, 제1 및 제2 개구부가 형성된 제1 하우징; 상기 제1 하우징과 상기 ISFET 사이에 채워지되, 상기 제1 개구부와 함께 상기 수소 이온 감지막을 노출시키는 제3 개구부가 형성된 제2 하우징; 상기 제2 개구부에 채워진 다공성 세라믹; 및 상기 다공성 세라믹 및 상기 금속 기준전극 사이에 채워진 기준 용액을 포함하는 센서 모듈을 제공한다.

본 발명의 제3 측면은 센서 모듈 및 상기 센서 모듈과 결합하여 캡슐 형태를 이루는 외장부재를 포함하는 캡슐형 의료 장치에 있어서, 상기 센서 모듈은 본 발명의 제1 내지 제2 측면에 중 어느 한 측면에 의한 센서 모듈인 캡슐형 의료 장치를 제공한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인하여 한정되는 식으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 센서 모듈(10)의 평면도를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 A-A' 단면을 나타내는 도면이다.

도 1 및 2를 참조하면, 센서 모듈은 기판(11), 압력 센서(12), 충전물(filler, 13), 이온 감지 전계 효과 트랜지스터(ion sensitive field effect transistor, 이하 간략히 ISFET이라 함, 14), 금속 기준 전극(15), 기준 용액(16), 다공성 세라믹(17) 및 제1 내지 3 하우징(housing, 18, 19, 20)을 포함한다. 제1 하우징(18)에는 제1 개구부(21)가 형성되어 있으며, 제2 하우징(19)에는 제2 개구부(22)와 다공성 세라믹(17)이 위치하는 제3 개구부(23)가 형성되어 있다. 제3 하우징(20)에는 제4 개구부(24)가 형성되어 있다.

기판(11)은 일례로 인쇄 회로 기판(printed circuit board, 이하 간략히 PCB라 함)일 수 있다.

압력 센서(12)는 기판상에 위치하며, 소형화가 가능한 압력 센서이면 무엇이든 무방하다. 압력 센서(12)는 일례로, 압저항식(piezoresistive) 압력 센서 또는 정전용량식(capacitive) 압력 센서일 수 있다.

충전물(13)은 제1 하우징(18)과 압력 센서(12) 사이에 채워지며, 유동성이 있으며, 제1 개구부(21)를 통하여 제1 하우징(18)의 내부로 전달된 압력을 압력 센서(12)로 전달한다. 충전물은 제1 개구부(21)를 통하여 외부로 누설되지 아니하도록 비교적 높은 점도를 가지는 절연유인 것이 바람직하며, 일례로 실리콘 오일(silicone oil)일 수 있다.

제1 하우징(18)은 기판(11)과 결합하여 압력 센서(12)를 봉하되, 센서 모듈(10) 외부의 압력을 센서 모듈(10) 내부로 전달하는 적어도 하나의 제1 개구부(21)가 형성되어 있다. 제1 하우징(18)에는 도면과 같이 한 개의 제1 개구부(21)가 형성되어 있을 수도 있으며, 복수의 제1 개구부(21)가 형성되어 있을 수도 있다. 바람직하게, 제1 개구부(21)는 외부의 압력은 내부로 잘 전달되고 내부의 충전물(13)이 외부로 누설되지 아니하도록 슬릿(slit) 형상을 가진다. 또한, 제1 개구부(21)의 너비는 0.5 내지 2mm인 것이 바람직하다. 센서 모듈(10)이 캡슐형 의료 장치에 사용되는 경우, 제1 하우징(18)은 캡슐형 의료 장치의 외부에 노출되므로, 인체에 무해하여야 하며, 화학적으로 안정되어야 한다. 제1 하우징(18)은 일례로 테플론(teflon)으로 이루어질 수 있다.

이와 같이 압력 센서(12)가 충전물(13) 및 제1 하우징(18)에 의하여 보호됨으로써, 압력 센서(12)는 외부의 충격에서부터 보호되고 소화액 등에 노출되지 아니하면서도, 정확히 압력을 측정할 수 있다.

ISFET(14)은 소스 영역(31), 드레인 영역(32), 채널 영역(33), 절연막(34) 및 수소 이온 감지막(35)을 포함한다. 도면과 같이 채널 영역(33)은 P형으로 도핑된 실리콘 기판이고, 소스 영역(31) 및 드레인 영역(32)은 N+형으로 도핑된 영역일 수 있다. 소스 영역(31)에는 소스 전극(36)이 접속되어 있으며, 드레인 영역(32)에는 드레인 전극(36)이 접속되어 있다. 절연막(34)은 채널 영역 위에 형성되며, 일례로 산화막(SiO₂)일 수 있다. 수소 이온 감지막(35)은 이에 접촉된 피측정 용액(소화액 등)의 수소 이온(H⁺) 농도에 대응하는 전위차를 발생시키는 역할을 수행한다. 이 전위차는 네른스트(Nernst) 방정식을 따르는 것으로 알려져 있다. 수소 이온 감지막(35)은 일례로, Ta₂O₅, SiO₂, Si₃N₄, PtO₂, IrO₂, RuO₂, Al₂O₃ 또는 ZrO₂로 이루어질 수 있다. 수소 이온 감지막(35)은 절연막(34) 위에 위치한다.

금속 기준 전극(15)은 기준 용액(16)에 기준 전위를 인가하는 기능을 수행한다. 기준 전위는 기준 용액(16) 및 다공성 세라믹(17)을 경유하여 피측정 용액에 인가되어, 결과적으로 ISFET(14)의 게이트 전위는 근사적으로 [기준 전위 - 수소 이온 감지막의 전위차]가 된다. 금속 기준 전극(15)은 일례로 Ag/AgCl 전극 즉 Ag 표면에 AgCl 막이 형성된 전극일 수 있다. 금속 기준 전극(15)은 기판상에 위치한다.

기준 용액(16)은 다공성 세라믹(17)과 금속 기준전극(15) 사이에 채워지며, 일례로 AgCl 용액일 수 있다. 기준 용액(16)은 금속 기준 전극(15)과 함께 ISFET(14)의 기준 전극을 구성한다.

다공성 세라믹(17)은 제2 하우징(19)의 제3 개구부(23)에 채워져 있으며, 기준 용액(16)과 피측정 용액을 전기적으로 연결하는 염다리(salt bridge)의 기능을 수행한다.

제2 하우징(19)은 기판(11)과 결합하여 ISFET(14) 및 금속 기준 전극(15)을 봉하되, 제2 및 제3 개구부(22, 23)가 형성되어 있다. 제2 개구부(22)는 제3 하우징(20)에 형성된 제4 개구부(24)와 함께 ISFET(14)의 수소 이온 감지막(35)이 피측정 용액에 노출되도록 한다. 제3 개구부(23)에는 다공성 세라믹(17)이 채워져 있다. 제2 하우징(19)은 제1 하우징(18)과 마찬가지로 테플론으로 이루어질 수 있다. 또한, 도면과 같이 제2 하우징(19)은 제1 하우징(18)과 일체로 형성될 수도 있으며, 도면과 달리 별도로 형성될 수도 있다.

제3 하우징(20)은 제2 하우징(19)과 ISFET(14) 사이에 채워지되, ISFET(14)의 수소 이온 감지막(35)을 노출시키는 제4 개구부(24)가 형성되어 있다. 물론, 제3 하우징(20)은 기준 용액(16)이 제2 개구부(22)를 통하여 누설되지 않도록 기준 용액(16)과 제2 개구부(22)를 격리한다. 또한, 제3 하우징은 ISFET(14)의 소스 전극(36) 및 드레인 전극(37)을 노출시키지 아니한다. 제3 하우징(20)은 제1 및 제2 하우징(18, 19)과 일체로 형성될 수도 있고, 별도로 형성될 수도 있다. 제3 하우징(20)은 일례로 PDMS(Polydimethylsiloxane)로 이루어질 수 있다.

이와 같이 구성됨으로써, 기준 전극은 피측정 용액으로부터 격리되어 보다 정확한 pH 측정이 가능하며 소형화 또한 가능하다.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 캡슐형 의료 장치를 나타내는 도면이고, 도 4는 도3의 B-B' 단면을 나타내는 도면이다.

도 3 및 4를 참조하면, 캡슐형 의료 장치는 도 1 및 2에 표현된 센서 모 듈(10) 및 센서 모듈(10)과 결합하여 캡슐 형태를 이루는 외장부재(40)를 포함한다. 외장부재(40)는 인체에 무해하여야 하며, 화학적으로 안정되어야 한다. 외장 부재(40)는 일례로 테플론일 수 있다.

캡슐형 의료 장치는 증폭부(51), CPU(52), 메모리(53), 송신부(54) 및 배터리(55) 등을 더 포함할 수도 있다. 증폭부(51)는 센서 모듈(10)에서 출력되는 측정값을 증폭하여 출력한다. CPU(52)는 캡슐형 의료 장치의 내부에 위치한 구성요소들을 제어하는 기능을 수행한다. 메모리(53)는 CPU(52)의 연산에 필요한 데이터를 저장하거나, 증폭된 측정값을 저장하는 기능을 수행한다. 송신부(54)는 증폭된 측정값을 신체의 외부로 무선으로 송신하는 기능을 수행한다. 만일, 측정값이 메모리(53)에 저장되고, 캡슐형 의료 장치가 인체에서 배출된 후에 메모리(53)에 저장된 측정값이 독출되는 경우, 송신부(54)는 캡슐형 의료 장치에 포함되지 아니할 수도 있다. 배터리(55)는 증폭부(51), CPU(52), 메모리(53), 송신부(54) 및 센서 모듈(10)에 필요한 전력을 공급한다. 만일, 전력이 무선으로 공급되는 경우, 캡슐형 의료 장치는 배터리(55)를 필요로 하지 아니할 수도 있다.

증폭부(51), CPU(52), 메모리(53) 및 송신부(54)는 별도의 기판(56)에 형성될 수 있으며, 기판(56)끼리는 와이어(57)에 의하여 연결될 수 있다.

본 발명에 의한 센서 모듈 및 이를 포함하는 캡슐형 의료 장치는 산성 또는 염기성의 소화액 및 음식물에 노출되어도 측정의 정확도가 떨어지지 아니한다는 장 점이 있다.

또한, 본 발명에 의한 센서 모듈 및 이를 포함하는 캡슐형 의료 장치는 소형화가 가능하다는 장점이 있다.

Claims

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기판;

상기 기판상에 위치된 압력 센서;

슬릿 형상의 제1 개구부를 포함하고, 상기 기판과 결합되며 상기 압력 센서를 감싸 상기 압력 센서를 보호하는 제1 하우징; 및

상기 압력 센서와 상기 제1 하우징 사이에 상기 제1 개구부를 통하여 외부로 누설되지 않도록 절연유로 채워지고, 상기 제1 개구부를 통하여 전달된 압력을 상기 압력 센서로 전달하는 충전물;

상기 기판상에 위치하며, 소스, 드레인, 채널, 절연막 및 수소 이온 감지막을 포함하는 ISFET(Ion Sensitive Field Effect Transistor);

상기 기판상에 위치하는 금속 기준전극;

상기 기판과 결합하여 상기 ISFET 및 상기 금속 기준전극을 봉하되, 제2 및 제3 개구부가 형성된 제2 하우징;

상기 제2 하우징과 상기 ISFET 사이에 채워지되, 상기 제2 개구부와 함께 상기 수소 이온 감지막을 노출시키는 제4 개구부가 형성된 제3 하우징;

상기 제3 개구부에 채워진 다공성 세라믹; 및

상기 다공성 세라믹 및 상기 기준전극 사이에 채워진 기준 용액을 포함하는 센서 모듈.
제6 항에 있어서,

상기 수소 이온 감지막은 상기 절연막 상에 위치하며,

상기 수소 이온 감지막은 Ta₂O₅, SiO₂, Si₃N₄, PtO₂, IrO₂, RuO₂, Al₂O₃ 또는 ZrO₂로 이루어지며,

상기 금속 기준전극은 Ag/AgCl로 이루어지며,

상기 기준 용액은 AgCl 용액인 센서 모듈.
제6 항에 있어서,

상기 제2 하우징은 상기 제1 하우징과 일체로 형성되며,

상기 제3 하우징은 PDMS(Polydimethylsiloxane)로 이루어진 센서 모듈.
기판;

상기 기판상에 위치하며, 소스, 드레인, 채널, 절연막 및 수소 이온 감지막을 포함하는 ISFET(Ion Sensitive Field Effect Transistor);

상기 기판상에 위치하는 금속 기준전극;

상기 기판과 결합하여 상기 ISFET 및 상기 금속 기준전극을 봉하되, 제1 및 제2 개구부가 형성된 제1 하우징;

상기 제1 하우징과 상기 ISFET 사이에 채워지되, 상기 제1 개구부와 함께 상기 수소 이온 감지막을 노출시키는 제3 개구부가 형성된 제2 하우징;

상기 제2 개구부에 채워진 다공성 세라믹; 및

상기 다공성 세라믹 및 상기 금속 기준전극 사이에 채워진 기준 용액을 포함하는 센서 모듈.
제9 항에 있어서,

상기 수소 이온 감지막은 상기 절연막 상에 위치하며,

상기 수소 이온 감지막은 Ta₂O₅, SiO₂, Si₃N₄, PtO₂, IrO₂, RuO₂, Al₂O₃ 또는 ZrO₂로 이루어지며,

상기 기준전극은 Ag/AgCl로 이루어지며,

상기 기준 용액은 AgCl 용액인 센서 모듈.
제9 항에 있어서,

상기 제1 하우징은 테플론으로 이루어지며,

상기 제2 하우징은 PDMS(Polydimethylsiloxane)로 이루어진 센서 모듈.
센서 모듈 및 상기 센서 모듈과 결합하여 캡슐 형태를 이루는 외장부재를 포함하는 캡슐형 의료 장치에 있어서,

상기 센서 모듈은 제6항 내지 제11항 중 어느 한 항에 의한 센서 모듈인 캡슐형 의료 장치.
제12 항에 있어서,

상기 센서 모듈에서 측정된 측정값을 증폭하여 출력하는 증폭부;

상기 증폭부에서 출력되는 측정값을 저장하는 메모리 및 상기 증폭부에서 출력되는 측정값을 무선으로 전송하는 송신부 중 적어도 어느 하나; 및

상기 메모리 및 상기 송신부 중 적어도 어느 하나와 상기 증폭부와 상기 센 서 모듈에 전력을 공급하는 배터리를 더 포함하는 캡슐형 의료 장치.