KR100953562B1

KR100953562B1 - 인체 통신 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR100953562B1
Application number: KR1020070132324A
Authority: KR
Inventors: 형창희; 강성원; 황정환; 김성은; 김진경; 강태욱; 김경수; 김정범; 박형일; 임인기; 박기혁; 심재훈
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2007-12-17
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2010-04-21
Also published as: KR20090064939A; JP5466171B2; JP2011507448A; CN101902949A; WO2009078557A1; US20100274083A1

Abstract

본 발명은 인체 통신을 이용한 감지 장치에 관한 것으로서, 인체의 내부에 투입되어 인체 내부의 영상 정보를 취득하고, 상기 취득한 정보에 대한 신호를 주파수 선택적 확산 방식에 의한 변조를 거쳐 동일한 위상을 갖는 디지털 신호를 하나 이상의 전극을 통해 인체 내부에서 외부로 전송하는 무선 캡슐; 및 인체의 외부에서 상기 인체를 매질로 상기 무선 캡슐과 무선 통신하여 인체와 접한 전극을 통해 상기 무선 캡슐로부터 전송되는 상기 디지털 신호를 수신하고, 수신된 상기 디지털 신호를 무선 데이터 처리하여 저장하는 휴대용 데이터 기록기를 포함하여 구성될 수 있으며, 인체를 매질로 주파수 변조 방식을 사용하지 않고 주파수 선택적 확산 방식을 사용함으로써 변복조 과정에서 필요로 하는 회로들을 제거하여 소비되는 전력을 줄일 수 있고, 광대역의 디지털 신호(기저대역 신호)를 직접 인체에 전송함으로써 높은 전송율을 얻을 수 있으며, 양 방향 통신을 통해 원하는 데이터를 안정적으로 확보할 수 있다.

인체 통신, 감지 장치, 전극, 정보 취득부, 무선 캡슐, 휴대용 데이터 기록기.

Description

인체 통신 시스템 및 방법{Human body communication system and method}

본 발명은 인체 통신 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히 인체 내에 투입한 무선 캡슐을 통해 인체 내에서 획득한 정보를 인체를 전송 매질로 하여 체외 기록 장치로 전송하기 위한 인체 통신 시스템 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 정보통신부 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호:2006-S-072-02, 과제명: 인체통신 컨트롤 SoC].

최근 피검자의 고통을 줄이고, 검사 시 원활한 활동을 보장하는 내시경 조사 및 치료를 자동적으로 수행할 수 있는 장치에 대한 관심이 증가하고 있다. 이러한 관심에 의해 최근에 자동화 비젼 장치와 무선 데이터 송신 장치를 작은 알약에 통합시킨 시스템이 개발되었으며, 이러한 시스템이 미합중국(US)의 의학적 평가에 대한 승인을 받았으며, 이러한 시스템을 적용한 고가의 제품들이 이미 출시되어 사용 중에 있다.

이와 같은 종래의 기술 중 하나로 미국특허(US5,604,531호)에는 입으로 삼키 는 캡슐형 무선 내시경 시스템이 개시되어 있다. 이러한 상기 캡슐형 무선 내시경 시스템은 촬상 장치(이미지 장치), 송신기, 조명 장치, 배터리로 된 전원으로 구성된다. 상기 촬상 장치는 캡슐 내의 마이크로 카메라로서, 이는 계속해서 위장관 내부의 명확한 이미지를 송신기를 통해 피검자의 허리에 고정된 이미지 기록 디바이스에 전송한다. 이에 따라 상기 기록 디바이스는 기록 후 저장된 데이터를 병원으로 보낸다. 그러면, 병원에서 의사는 컴퓨터의 도움으로 이미지 데이터를 판독하고 분석한다. 이를 통해 피검자의 장과 위의 상태를 알 수 있게 된다. 이러한 캡슐형 내시경은 피검자가 병원에 머물 필요가 없고, 고통을 경감시키며, 더욱이 한 번의 복용을 통해 전체 소화 기관을 확인할 수 있는 장점이 있다.

일반적으로 정보 취득은 주기적으로 이루어지며, 캡슐 내의 통신 소자와 외부 기기간의 양방향 통신을 통해 보다 정확한 데이터의 획득이 가능하므로 이에 대한 기능들이 추가되고 있다. 또한, 자연스러운 소화관 내부의 연동 운동에 의한 이동뿐만 아니라 정확한 검사를 특정한 위치에 머무르거나 역으로 이동할 수 있도록 전기 추진 장치 및 전기 자극을 통한 위축 운동을 통한 전방 이동 및 후방 이동을 촉진한다.

그러나 이와 같은 종래의 기술은 캡슐 내의 통신 소자와 외부 기기간이 통신을 통해 체내에서 취득한 정보를 전송할 수 있으나, 이러한 체내에서 취득한 정보는 고해상도의 이미지로서, 이를 외부 기기로 전송하기 위해서는 많은 전력이 소모된다. 하지만, 종래의 기술은 캡슐 내부의 한정된 전원을 사용하므로 고해상도 이미지를 원활하게 전송하지 못할 수 있다.

또한, 첨부된 도 1에 도시된 바와 같은 기존의 인체 통신을 이용한 캡슐형 내시경(10)은 전위차를 갖는 두 개 이상의 전극(11)을 이용하기 때문에 체내에서 취득한 정보를 인체 외부의 기기(20)로 전송하기 위해서는 두 개 이상의 전극(11)이 안정적으로 인체와 접촉을 이루어져야 한다. 이를 위해 첨부된 도 3에 도시된 바와 같이, 종래의 캡슐형 내시경에서는 기존 전위차를 갖는 두 개의 전극을 필요로 하는 캡슐형 내시경의 전극 배치 예로 안정된 접점을 유지하기 위해 필요한 다양한 전극 배치를 보여주고 있다.

그러나 자체 동력을 갖고 있지 않은 캡슐형 내시경에 있어서 전위차를 갖는 두 개 이상의 전극을 안정적으로 유지하기 위한 제어는 어려운 점이 많다. 더욱이, 종래의 캡슐형 내시경이 외부의 기기와의 통신에 있어서 기존 RF 통신 장치를 사용할 경우, 고속의 데이터를 전송하기 위해서는 반송 주파수가 높아야 하고, 그에 따라 A/D 변환기(converter)들의 주변 회로들도 많은 소비 전력을 필요로 한다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 인체 내 무선 캡슐과 인체 외에 위치한 기록 장치 간 통신을 위해 사용되던 기존의 RF 방식을 대신하여 보다 양호한 품질의 정보를 장시간에 걸쳐 획득하기 위해 인체통신을 적용함으로써 소비 전력을 줄이면서 고속의 통신을 위한 인체 통신 시스템 및 방법을 제공한다.

상기 이러한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 인체 통신 시스템은, 인체의 내부에 투입되어 인체 내부의 영상 정보를 취득하고, 상기 취득한 정보에 대한 신호를 주파수 선택적 확산 방식에 의한 변조를 거쳐 동일한 위상을 갖는 디지털 신호를 하나 이상의 전극을 통해 인체 내부에서 외부로 전송하는 무선 캡슐; 및 인체의 외부에서 상기 인체를 매질로 상기 무선 캡슐과 무선 통신하여 인체와 접한 전극을 통해 상기 무선 캡슐로부터 전송되는 상기 디지털 신호를 수신하고, 수신된 상기 디지털 신호를 무선 데이터 처리하여 저장하는 휴대용 데이터 기록기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 무선 캡슐은, 상기 영상 정보를 취득하는 정보 취득부; 상기 취득한 정보에 대한 신호를 주파수 선택적 확산 방식에 의해 변조하는 인체 통신부; 표면에 형성되어 상기 변조된 신호를 인체에 인가하여 외부로 전송하는 하나 이상의 전극; 및 전원을 공급하는 배터리를 포함하며, 상기 정보 취득부는 광원을 갖는 조광부와, 상기 영상 정보를 취득하기 위한 이미지 센서와, 상기 취득한 정보를 처리하는 마이크로프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 휴대용 데이터 기록기는, 인체 표면에 접촉하여 인체를 통해 전송되는 상기 디지털 신호를 수신하는 전극; 상기 전극을 통해 수신된 상기 디지털 신호를 복조하는 인체통신부; 및 상기 복조된 신호에 대한 데이터를 저장부에 기록하는 데이터 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이러한 본 발명의 과제를 달성하기 방법은, 인체의 내부에 투입되는 무선 캡슐과, 인체 외부에 형성되는 휴대용 기록 장치를 포함하는 인체 통신 시스템에서, 상기 무선 캡슐과 상기 휴대용 기록 장치간의 인체 통신을 위한 방법에 있어서, 상기 무선 캡슐에서 인체 내부에서 감지한 영상 정보를 취득하는 과정;
상기 무선 캡슐에서 주파수 선택적 확산 방식을 이용하여 상기 취득한 정보에 대한 신호를 변조하는 과정; 상기 무선 캡슐에서 상기 변조된 신호를 인체에 접촉한 동일 위상을 갖는 하나 이상의 전극을 통해 인체에 인가하는 과정; 상기 휴대용 기록 장치에서 인체에 인가된 신호를 인체를 매질로 하여 수신하는 과정; 및 상기 휴대용 기록 장치에서 상기 수신된 신호를 복조하여 저장 장치에 기록하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명은 인체를 매질로 주파수 변조 방식을 사용하지 않고 주파수 선택적 확산 방식을 사용함으로써 변복조 과정에서 필요로 하는 회로들을 제거하여 소비되는 전력을 줄일 수 있고, 광대역의 디지털 신호(기저대역 신호)를 직접 인체에 전송함으로써 높은 전송율을 얻을 수 있으며, 양 방향 통신을 통해 원하는 데이터를 안정적으로 확보할 수 있다.

또한, 인체 내부에 투입되는 무선 캡슐에 동일한 위상을 갖는 전극을 구성함으로써 기존의 다수의 전극을 형성하는 것보다 안정된 접점을 유지할 뿐만 아니라 동일한 위상을 갖는 전극의 다양한 배치를 통해 통신을 위한 안정된 접점 유지할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 실시예에 따른 인체 통신 시스템은 인체에 투입되는 캡슐형 내시경 등의 의료 장치에 적용될 수 있으며, 이러한 본 발명의 실시예에에 따른 인체 통신 시스템의 구조를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인체 통신 시스템의 구조를 도시한 도면이다.

상기 도 3을 참조하면, 인체 통신 시스템은 크게 인체에 투입되는 무선 캡슐(100)과, 인체 외부에서 데이터를 기록하는 휴대용 데이터 기록기(200)로 구분되어 구성될 수 있으며, 상기 무선 캡슐(100)과 상기 휴대용 데이터 기록기(200)는 인체를 매질로 하여 데이터를 송/수신하는 양방향 통신을 수행한다.

상기 무선 캡슐(100)은 정보 취득부(110)와, 인체 통신부(120)와, 전극(130) 과, 베터리(140)와, 스위치 모듈(150)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 정보 취득부(110)는 광원을 갖는 조광부(111)와, 상기 광원을 이용하여 상기 영상 정보를 취득하기 위한 이미지 센서(112)와, 상기 취득한 영상 정보를 처리하는 마이크로프로세서(113)를 포함한다.

상기 인체 통신부(120)는 상기 마이크로프로세서(113)로부터 전달 받은 상기 취득한 정보에 대한 신호를 변조하여 전극(130)을 통해 인체에 인가하도록 한다. 그리고 상기 인체 통신부(120)는 다양한 주변 전자 기기로부터의 전자파 간섭 하에서 안전한 통신을 이룰 수 있을 뿐만 아니라, 제한된 배터리(140)에서 보다 높은 데이터 전송율을 얻기 위해 연속 주파수 변조를 하지 않고 주파수 선택적 확산 방식을 사용하여 변조함으로써 광대역의 디지털 신호(기저대역 신호)를 RF 변조 없이 인체를 통해 상기 휴대용 데이터 기록기와 통신할 수 있다.

상기 전극(130)은 무선 캡슐(100)의 표면에 형성되고, 상기 인체에 접촉하여 상기 신호를 상기 인체에 인가한다. 본 발명의 실시예에서는 전극(130)을 하나로 구성한 것을 예를 들어 설명하였으나, 체내에서 안정된 접점을 유지하기 위해 동일한 위상을 갖는 여러 개의 전극으로 구성될 수도 있다. 이러한 무선 캡슐(100)에 형성된 전극의 예는 첨부된 도 4에 도시된 바와 같으며, 상기 도 4의 (a) 및 (b)는 하나의 전극으로 구성된 것을 보여주며, 상기 도 4의 (c) 및 (d)는 동일한 위상을 갖는 여러 개의 전극의 배치 예를 보여준다. 그리고 전극은 첨부된 도 5에 도시된 바와 같은 형태로도 가변이 가능하다.

한편, 상기 휴대용 데이터 기록기(200)는 표면에 형성되어 상기 인체에 인가 된 상기 신호를 수신하는 전극(210)과, 상기 전극을 통해 수신된 상기 신호를 복조하는 인체통신부(220)와, 상기 복조된 신호에 대한 데이터를 기록하는 데이터 처리부(230)와, 내부 또는 외부에 형성된 저장부(240)와, 전원부(250)를 포함한다.

이와 같이 구성된 인체 통신 시스템은 인체 내부의 무선 캡슐과 외부의 휴대용 데이터 기록기의 통신을 통해 인체 내부에서 취득한 정보를 높은 전송률로 안정적으로 확보할 수 있다. 그러면 이러한 상기 인체 통신 시스템에서 인체 통신을 위한 방법에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

상기 무선 캡슐(100)이 인체에 투입되어 상기 스위치 모듈(150)이 작동하여 ON 상태가 되면, 상기 베터리(140)를 통해 전원이 인가되어 무선 캡슐(100)이 동작하게 된다.

상기 전원이 인가되면, 상기 조광부(111)에서 광원이 발생되고, 이러한 광원을 이용하여 상기 이미지 센서(112)는 인체 내부에서 필요한 영상 정보를 취득하여 상기 마이크로프로세서(113)로 전달한다. 이에 따라 상기 마이크로프로세서(113)는 전달된 영상 정보를 처리하여 상기 인체 통신부(120)로 전달한다.

상기 인체 통신부(120)는 상기 전달된 영상 정보를 주파수 선택적 확산 방식을 이용하여 상기 영상 정보를 변조한 후, 변조된 신호를 상기 전극(130)으로 전달하여 상기 전극(130)에 접촉된 인체에 인가되도록 한다. 이렇게 상기 전극(130)을 통해 나온 변조 신호는 위장 관 내부에서 인체를 통해 인체 외부에 위치한 상기 휴대용 데이터 기록기(200)로 전송된다.

그러면 상기 휴대용 데이터 기록기(200)는 인체에 접촉되어 있는 전극(210)을 통해 신호를 수신한다. 이때, 수신되는 신호는 미약한 신호로서, 상기 인체 통신부(220)로 전달된다. 이에 따라 상기 인체 통신부(220)는 상기 수신된 미약한 신호를 복원하여 데이터 처리부(230)로 전달한다.

상기 데이터 처리부(230)는 상기 복원된 신호를 내부 또는 외부 저장부(240)에 기록한다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 발명청구의 범위뿐 만 아니라 이 발명청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 종래의 캡슐형 내시경과 외부 장치간의 통신을 도시한 도면,

도 2는 종래의 캡슐형 내시경의 전극 배치 구조를 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인체 통신을 이용한 감지 장치의 구조를 도시한 도면,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 캡슐의 전극 배치도를 도시한 도면,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무선 캡슐의 전극 배치도의 다른 예를 도시한 도면.

Claims

인체의 내부에 투입되어 인체 내부의 영상 정보를 취득하고, 상기 취득한 정보에 대한 신호를 주파수 선택적 확산 방식에 의한 변조를 거쳐 동일한 위상을 갖는 디지털 신호를 하나 이상의 전극을 통해 인체 내부에서 외부로 전송하는 무선 캡슐; 및

인체의 외부에서 상기 인체를 매질로 상기 무선 캡슐과 무선 통신하여 인체와 접한 전극을 통해 상기 무선 캡슐로부터 전송되는 상기 디지털 신호를 수신하고, 수신된 상기 디지털 신호를 무선 데이터 처리하여 저장하는 휴대용 데이터 기록기를 포함하는 것을 특징으로 하는 인체 통신 시스템.
제1항에 있어서, 상기 무선 캡슐은,

상기 영상 정보를 취득하는 정보 취득부;

상기 취득한 정보에 대한 신호를 주파수 선택적 확산 방식에 의해 변조하는 인체 통신부;

표면에 형성되어 상기 변조된 신호를 인체에 인가하여 외부로 전송하는 하나 이상의 전극; 및

전원을 공급하는 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는 인체 통신 시스템.
제2항에 있어서,

상기 정보 취득부는 광원을 갖는 조광부와, 상기 영상 정보를 취득하기 위한 이미지 센서와, 상기 취득한 정보를 처리하는 마이크로프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 인체 통신 시스템.
제1항에 있어서, 상기 휴대용 데이터 기록기는,

인체 표면에 접촉하여 인체를 통해 전송되는 상기 디지털 신호를 수신하는 전극;

상기 전극을 통해 수신된 상기 디지털 신호를 복조하는 인체통신부; 및

상기 복조된 신호에 대한 데이터를 저장부에 기록하는 데이터 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인체 통신 시스템.
인체의 내부에 투입되는 무선 캡슐로서,

인체 내부의 영상 정보를 취득하는 정보 취득부;

상기 취득한 정보에 대한 신호를 주파수 선택적 확산 방식에 의해 변조하는 인체 통신부;

표면에 형성되어 상기 변조된 신호를 인체에 인가하여 외부로 전송하는 동일한 위상을 갖는 하나 이상의 전극; 및

전원을 공급하는 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 캡슐.
제5항에 있어서,

상기 정보 취득부는 광원을 갖는 조광부와, 상기 영상 정보를 취득하기 위한 이미지 센서와, 상기 취득한 정보를 처리하는 마이크로프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 캡슐.
인체의 내부에 투입되는 무선 캡슐과, 인체 외부에 형성되는 휴대용 기록 장치를 포함하는 인체 통신 시스템에서, 상기 무선 캡슐과 상기 휴대용 기록 장치간의 인체 통신을 위한 방법에 있어서,

상기 무선 캡슐에서 인체 내부에서 감지한 영상 정보를 취득하는 과정;

상기 무선 캡슐에서 주파수 선택적 확산 방식을 이용하여 상기 취득한 정보에 대한 신호를 변조하는 과정;

상기 무선 캡슐에서 상기 변조된 신호를 인체에 접촉한 동일 위상을 갖는 하나 이상의 전극을 통해 인체에 인가하는 과정;

상기 휴대용 기록 장치에서 인체에 인가된 신호를 인체를 매질로 하여 수신하는 과정; 및

상기 휴대용 기록 장치에서 상기 수신된 신호를 복조하여 저장 장치에 기록하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 인체 통신 시스템에서의 인체 통신 방법.
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