KR101239340B1 - 휴대단말기와 무선 데이터 송수신이 가능한 패치형 센서를 이용한 실시간 건강관리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 휴대폰 또는 스마트폰과 무선통신이 가능한 휴대용 패치형 센서는, 검진종류에 맞는 센서를 측정하고자 하는 사용자의 신체부위에 부착하고, 센서를 통해 도출된 결과 값을 상기용도에 맞게 개발된 자가 건강검진 기능이 내제된 휴대폰 콘텐츠 또는 별도의 스마트폰 application(또는 통합형 application)을 이용하여 사용자가 시간과 장소에 구애받지 않고 간편히 건강검진을 행할 수 있도록 하기위한 휴대폰 또는 스마트폰과 무선통신이 가능한 휴대용 패치형 센서와 상기 센서를 이용한 자가 건강관리 시스템에 관한 것이다.

Description

휴대단말기와 무선 데이터 송수신이 가능한 패치형 센서를 이용한 실시간 건강관리 시스템{Portable pulse measuring device}

본 발명은 혈압, 맥박, 체지방, 혈류, 혈당, 알코올 농도, 체온, 콜레스테롤, 간수치, 철분수치 등의 측정을 통한 자가 실시간 건강관리를 위해 착안된 사항으로, 휴대폰 또는 스마트폰과 무선 데이터 송/수신이 가능한 휴대용 패치형 센서를 이용해 사용자가 직접 실시간으로 자신의 건강을 체크함으로서 불필요한 병원 방문을 줄이고 지속적인 자가 건강관리법을 제공하는 시스템에 관한 것이다.

현재의 의료 체계에서 환자의 건강관리는 환자 본인이 직접 의료 기관에 방문하여 각종 진료 및 신체 상태 측정을 통해 이루어지고 있다. 이는 전 세계적으로 변화되어 가고 있는 사회 구조, 즉 65세 이상의 인구가 차지하는 비율이 전체 인구의 20%이상인 고령화 사회에서는 국가에 의해 관리되어야 하는 고령 인구 증가와 이에 따른 국가의 의료 지원비 증가를 예측하게 한다. 우리나라의 경우 이러한 고령화 인구의 증가가 빠른 속도로 이루어지고 있다. 따라서 미래의 의료 시스템은 진료나 치료보다는 IT관련 기술혁신 및 인프라 확충을 통한 U-health care(원격건강관리)를 이용하여 고혈압, 당뇨병, 심장질환과 같은 성인병의 지속적인 생체모니터링 등 예방중심으로 변화할 것으로 예측할 수 있다.

휴대용 생체 모니터링 시스템에 대한 종래 기술을 살펴보면 공개 특허 공보 10-2006-0009035호, 10-2005-0099780호 및 등록 실용신안 번호 20-0305406호에 서술되어 있듯이 생체 측정의 한계를 맥박 혹은 혈압에 국한을 시키고 있고 신체 상태 측정을 기존의 휴대용 장치를 이용하거나 공개 번호 10-2006-0009035에 나타나는 것과 같이 센서의 인체와의 접촉을 위해 팔찌나 띠와 같은 외부 장치를 필요로 한다. 또한 통신 방법에 있어서는 전원부가 반드시 있어야 하는 active형으로 국한 되어 있다. 즉 센서의 사이즈 및 종류에 대한 한계를 두고 있다. 따라서 정확한 생체 모니터링을 위한 실시간성 및 다양성에 그 한계를 가지고 있다. 이의 극복을 위해서는 센서의 사이즈 및 측정 방법의 다양성이 반드시 필요할 것을 사료된다. 또한 센서의 통신 방식을 active뿐 아니라 passive 즉 에너지원을 필요하지 않는 방향으로의 모색이 필요할 것이다.

현재의 반도체 기술은 나노 사이즈를 제어할 수 있는 기술적인 진보를 이루고 있다. 반도체 기술의 발달은 전기 전자 신호 처리에 의해 동작되는 센싱 시스템의 사이즈 및 기능의 진보적 발달에 큰 영향을 주었다. MEMS(Micro-Electri-Mechanical system) 기술은 기계적 전기적 특성을 갖는 초소형 장치 개발에 활용되는 기술로 센서 사이즈 및 다양한 기능을 보유하는 시스템의 구현에 적합한 기술이라고 칭할 수 있다. 특히 의료용으로 사용되어지는 시스템은 인간의 신체 즉 한정된 사이즈를 갖는 부위에 적합한 사이즈로 개발되어져야 하는 특수성을 가지고 있다. 따라서 인체에 부착 혹은 삽입되기 위해 초소형의 의료기기 개발은 매우 중요한 요소라 할 수 있다. 또한 환자 혹은 기기 사용자의 정확한 신체 상태 측정은 실시간적으로 측정하여야 한다. 이는 인체의 반응은 외부의 영향에 의해 변화를 받기 때문이다. 따라서 초소형 센서의 실시간 생체 모니터링은 환자가 병원에 직접 가지 않고 시간과 장소에 구애를 받지 않으면서 직접 자신의 건강 상태를 체크, 관리할 수 있는 시스템 개발을 가능하게 하였다. 상기한 초소형 측정기를 통해 체지방, 혈중 알코올 농도, 혈압, 맥박, 혈당, 콜레스테롤, 철분수치, 간수치, 혈류 등의 자가 측정 및 자가 건강검진이 가능하다. 신체 상태의 측정(알코올 농도, 혈당, 철분 수치, 콜레스테롤, 간수치등)을 위해 혈액 및 체액 채취가 필요한 경우가 있다. 이러한 경우 기존의 길이가 긴 주사 바늘의 대체용으로 MEMS기술을 이용한 마이크로니들(micro-needle)을 제작하여 센서부와 일체화 시켜 줄 수 있을 것이다. 마이크로 니들은 기존 주사 바늘이 주는 통증에 따른 거부감을 줄이기 위해 개발된 장치로서 외피로부터 약 500μm 이상의 깊이에 있는 신경 세포와의 접촉을 피함으로써 주사 바늘에 의해 발생되는 통증에 대한 두려움이 없도록 할 뿐 아니라 MEMS 기술을 사용함으로써 일괄 공정에 의한 제품 공정 비용을 획기적으로 줄일 수 있다. 그러나 인체 사이즈의 다양성에 따라 신경 세포의 위치는 정확하게 규정하기에 어려움이 있다. 따라서 본 특허에서는 마이크로니들의 사이즈를 500±200μm로 규정하고자 한다. 그러나 이러한 길이는 특수한 상황의 경우에는 신체 상태에 맞게 사이즈를 교체 할 수도 있다.

체지방은 주로 ‘전기저항 측정법(Bioelectrical Impedance Analysis; BIA)에 의해 측정된다. BIA는 인체에 250mA정도의 약한 전류를 통과시켜 체내 저항값(임피던스)을 측정한다. 인체의 구성 성분(물, 단백질, 무기질, 지방) 가운데 전류를 통과시키는 것은 전도성이 높은 물 밖에 없다. 따라서 인체에 적극을 접촉시켜 전류를 흘려주면 전류는 물을 따라 흐르게 된다. 몸 안에 물이 많으면 전기가 흐르는 통로가 넓어져 저항이 적고 물이 적으면 전기가 흐르는 통로가 좁아져 저항이 커진다. 이를 통해 몸속에 있는 물의 부피를 알아낼 수 있다. 몸속의 물 부피를 알아내면 지방을 제외한 근육량을 산출할 수 있다. 근육의 73.3%가 물이라는 게 생리학적으로 밝혀졌기 때문이다. 그 다음 몸무게에서 수분, 근육(단백질+무기질)을 모두 빼면 체지방량을 구할 수 있다.

혈중 알코올농도는 백금을 이용해 전류의 세기를 측정함으로서 확인할 수 있다. 종래에 혈중 알코올 농도를 측정하는 장비로는 전자식 음주측정기가 있다. 전자식 음주측정기는 날숨에서 나온 알코올이 연소 되면서 발생하는 전류의 크기를 측정하는 방식을 사용한다. 알코올 성분이 측정기 내부의 백금 양극판에 닿으면 아세트산으로 산화하면서 디스크에 전류가 발생하여 음극판으로 흐르게 된다. 이 전류의 양을 측정해 음주 측정 대상자의 혈중 알코올 농도를 알아내는데, 숨 속에 알코올 분자가 많을수록 전류가 많이 발생된다. 이러한 방식의 음주측정기는 알코올의 반응을 통해 전기를 만들어내는 일종의 연료 전지라고 볼 수 있다.

혈압은 압력을 조절할 수 있는 커프를 팔에 감고 공기를 주입하여 혈관의 흐름을 정지 시킨 후 점차 커프 압력을 감소시킬 때 발생하는 소리를 감지하여 측정하고 있다. 또한 소리뿐 아니라 외부에서 입력되는 압력에 따른 혈관의 기계적 진동에 의해서도 측정이 이루어지고 있다.

혈당은 전기 화학적 방식에 의해 측정 되어질 수 있다. 사용자로부터 혈액을 채취하여 얻어지는 혈액 샘플을 화학적 반응을 갖는 시편에 적용하면 혈액중의 혈당이 혈당산화효소에 의하여 산화되고, 혈당산화효소는 환원된다. 전자수용체는 혈당산화효소를 산화시키고 자신은 환원된다. 환원된 전자수용체는 일정 전압이 가해진 전극 표면에서 전자를 잃고 전기화학적으로 다시 산화된다. 혈액샘플 내의 글루코오스 농도는 전자 수용체가 산화되는 과정에서 발생하는 전류량에 비례하므로, 상기 전류량을 측정함으로서 혈당 농도를 측정할 수 있게 된다.

콜레스테롤은 콜레스테롤로부터 만들어지는 스테로이드 호르몬의 생합성에 관여하는 효소인 시토크롬 P450을 전극에 고정화하고, 분자 사이에서 전자의 주고받기가 이루어지게 된다. 이때의 전류의 양을 측정하여 콜레스테롤을 알 수 있다.

철분은 적혈구 혈색소로써 헤모글로빈의 구성 성분이고, 헤모글로빈은 적혈구내에 존재하는 색소 단백체이다. 혈액 중의 헤모글로빈은 페리시안화칼륨과 반응해서 메트헤모글로빈으로 전환되고, 이것이 다시 시안화칼륨과 반응하여 시안화헤모글로빈으로 전환된다. 이 반응액을 분광 광도계에 넣고 파장 540nm에서 흡광도를 측정하여 헤모글로빈의 양을 구한다. 헤모글로빈의 양을 구함으로써 철결핍성 빈혈인지 확인할 수 있다.

간수치는 간이 손상되었을 때 간에서 만들어내는 효소 AST 또는 ALT와 반응하는 정색시약 2,4 DNPH(2,4 Dinitrophenyl Hydrazine)를 넣고 발색 반응을 시킨다. 반응이 종료된 후 생성된 최종 물질 중 특정 파장의 빛을 잘 흡수하는 물질을 대상으로 해당하는 파장의 빛을 쏘여주어 분광광도계로 측정한다.

혈류의 측정은 초음파 측정에 의해 이루어진다. 초음파 송수신부에서 초음파 신호를 센서가 부착된 사용자의 혈관으로 송신하고 혈관 내에서 흐르는 혈액에서 반사된 초음파 신호를 샘플링 한다. 이 때, 혈액이 흐름에 따라 샘플링한 신호의 위상이 변하게 된다. 위상의 변화량으로부터 목표물의 이동속도를 계산할 수 있게 된다. 혈액의 이동 속도는 혈액에서 반사된 신호 위상의 변화량에 비례한다. 또한, 신호의 주파수 변이는 위상의 변화량에 비례하므로, 혈액의 이동속도는 반사 신호의 주파수 변이량에 비례한다. 따라서 혈액에서 반사된 신호의 주파수를 측정하여 혈액의 이동 속도를 계산할 수 있다. 또한 반사된 초음파 신호의 양을 통해 혈액의 양을 측정할 수 있다.

대부분의 직장인들은 불규칙한 식사 습관, 증가하는 패스트푸드 선호, 업무 스트레스, 운동 부족 등으로 건강관리가 적절히 이루어지지 않고 있는 실정이다. 종래에 자가진단을 위해 많은 제품이 시중에 출시되어 있지만 휴대가 용이하지 않고, 지속적인 실시간 데이터 관리가 원활하지 않은 문제점이 있다. 또한 휴대성을 높이기 위해 자가진단 측정기가 시중에 출시되어 있지만 측정된 데이터를 컴퓨터나 휴대폰에 전송하는 시스템 구축이 아직은 이루어지지 않을뿐더러 각각의 측정 목적을 위해 특수목적 측정기를 별도로 구매해야하는 단점이 있다. 혈액 채취가 필요한 건강 측정기의 경우 측정기 중복 사용에 따른 2차 감염의 우려가 있을 뿐 아니라 측정기를 구매해도 사용자 혼자서 측정하기 어려운 단점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 사용자의 혈압, 맥박, 체지방, 혈류, 혈당, 알코올 농도, 체온, 콜레스테롤, 간수치, 철분수치, 혈류 등을 휴대폰 또는 스마트폰과 무선 통신이 가능한 센서를 이용해 지속적으로 확인함으로써 집, 병원 등 장소의 구애를 받지 않고 어디서나 간편하게 사용자 스스로 건강검진을 할 수 있게 휴대용 무선 패치형 센서 및 이와 연동 되는 무선 통신 시스템을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 센서의 휴대 용이성을 위하여 MEMS기술을 사용 실시간 자가 진단용 패치형 센서의 크기를 최소화 하는 데 있다. 나아가 스마트폰에 탑재할 수 있는 자가 건강검진 application을 개발해 위에서 언급한 패치형 센서와 무선 통신에 의해 데이터를 받아들이고, 수신된 데이터에 따른 건강상태, 건강관리법등과 함께 해당 수치를 디스플레이 할 수 있도록 하는데 목적이 있다.

또한, 스마트폰의 application에 의해 도출된 사용자의 건강데이터를 지속적으로 저장하고, 필요에 따라 의사 또는 보호자에게 전송하여 전문적인 건강관리가 이루어질 수 있도록 하는데 목적이 있다. 아울러, 무선 통신이 가능한 휴대용 패치형 센서와 일반 자가 건강검진 및 건강관리 기능이 내제된 휴대용 이동 통신 단말기, 고정식 유선 통신 단말기 및 컴퓨터등과 연동하여 실시간 자가 건강관리 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 측정하고자 하는 적절한 신체 부위에 부착되어 데이터를 측정하는 측정부;와 측정된 데이터를 저장하는 저장부; 휴대폰 또는 스마트폰을 포함한 통신 단말기와 데이터 송/수신이 가능한 통신부; 측정부와 제어부에 전원을 공급하기 위한 전원부; 측정부에서 측정된 데이터를 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D컨버터를 포함하고 전반적인 휴대용 패치형 센서의 측정과정을 제어하기 위한 마이크로컨트롤러;를 포함하여 구성된다.

상기 센서의 측정부는 측정과정이 지속되는 동안 측정부위에 센서가 고정되도록 하기 위한 패치를 포함할 수 있다.

상기 센서는 혈압, 맥박, 체지방, 혈류, 혈당 알콜 농도, 체온, 콜레스테롤, 간수치, 철분수치 중 측정하고자 하는 검진 종류에 따라 별도의 측정부로 구성될 수 있다.

상기 센서는 MEMS 기술을 이용해 센서의 크기를 최소화 할 수 있으며, 초소형 충/방전 배터리 또는 초소형 super-capacitor를 전원부로 사용하는 active 소자로 구성될 수 있다.

상기 센서는 휴대폰, 스마트폰 또는 기타 단말기 등과 센서의 자기 유도 결합(Inductive Coupling)방식을 이용한 무선 통신을 위해 passive 소자로도 구성될 수 있다.

상기 센서는 별도로 개발된 스마트폰의 application 또는 자가 건강검진 기능이 내제된 휴대폰 콘텐츠를 통해 수신된 각 센서의 데이터를 개별적 또는 통합적으로 받아들이고, 저장된 참조 데이터와 비교해 사용자의 상태를 출력할 수 있다.

상기 스마트폰의 application 또는 자가 건강검진 기능이 내제된 휴대폰 콘텐츠는 측정된 데이터를 지속적으로 저장하고, 최근 측정된 데이터를 표/그래프 등을 통해 사용자가 쉽게 확인할 수 있게 하며, 정상수치를 벗어나게 될 경우 사용자의 건강상태 및 건강관리법을 제공할 수 있다.

상기 센서의 측정부는 사용자의 혈액 혹은 체액을 채취해야 하는 경우 일반 주사 바늘이 아닌 마이크로니들을 사용하여 사용자가 느끼는 통증이나 불안함을 최소화 할 수 있다.

상기 마이크로 니들은 MEMS 기술을 이용하여 500±200μm 크기의 초소형으로 제작함으로써 사용자로부터 니들에 대한 두려움이 없도록 할 수 있고, 누구나 쉽게 사용할 수 있다. 또한 마이크로니들의 재질은 의료용 재질로서 인체에 무해하고, 비용이 적게 들어서 사용하기에 적합함을 알 수 있다.

상기 패치형 센서의 통신부는 지그비, 블루투스 등을 이용하여 구성되어질 수 있으며, 휴대폰 또는 스마트폰에 별도로 장착된 무선통신 모듈을 이용해 패치형 센서의 데이터를 송/수신할 수 있을 뿐 아니라 LC 회로를 이용한 자기 유도 결합 방식을 이용해 별도의 통신부 없이도 데이터를 송/수신할 수 있다.

본 발명에 의한 휴대폰 또는 스마트폰과 무선통신이 가능한 휴대용 패치형 센서는 무선 데이터 송/수신 기술을 이용해 혈압, 맥박, 체지방, 혈류, 혈당, 알코올 농도, 체온, 콜레스테롤, 간수치, 철분수치 등을 측정할 수 있다. 이때 하나하나 별도의 측정기를 모두 휴대 할 수 없는 문제점을 휴대용 패치형 센서를 이용해 극복할 수 있으며, 센서에 의해 측정된 데이터의 결과 값을 시간, 장소에 구애받지 않고 사용자의 필요에 따라 언제든지 확인할 수 있다. 또한 저장된 사용자의 검진 결과를 보호자 또는 의사에게 전송해 병원을 방문하지 않고도 전문적인 건강관리가 이루어지도록 할 수 있다.

여러 가지 센서를 이용할 경우 신체에서 발생 되는 신호를 활용하여 일반인과 만성질환자 및 관찰이 필요한 자 그리고 어린 자녀의 건강 혹은 신변에 대해서도 원거리 모니터링이 가능할 수 있다. 최근 사회문제가 되고 있는 초중등학교 학생들과 지적장애아의 납치와 성추행 또는 성폭행등 여러 가지 사회적 문제가 야기되고 있으며 이를 방지하기 위한 서비스 중에는 휴대폰을 활용하여 간단한 조작으로 부모나 공공기관에 알리고 GPS를 이용하여 위치를 추적하는 기술이 활용되고 있지만 급박한 상황에 스스로 대처하기에는 어려움이 있었고 대부분 스스로 자기를 보호할 수 없다는 것을 고려한다면 문제의 발생과 함께 신호가 보호자나 병원 그리고 관계기관 등에 전송될 수 있는 시스템이 필요하다. 일반적으로 개인의 신상에 문제가 생기면 보호가 필요한 사람들뿐만 아니라 모든 사람은 긴장을 하게 되고 맥박과 혈압등과 같은 신체 신호의 변화가 발생하게 된다.

이러한 신체 신호 변화를 자연스럽게 측정하고 수신 가능하다면 보호가 필요한 이들에게 발생할 수 있는 문제에 좀 더 쉽게 접근할 수 있을 것으로 생각된다. 또한 실버타운, 학교, 유치원, 병원등과 같이 긴급 상황 발생시 신속한 대처가 필요한 기관내에서는 사용자가 착용하고 있는 휴대용 센서와의 통신이 가능한 범위에 다수의 통신 단말기를 설치하고 센서와 단말기의 연동을 통한 응급 상활 발생을 실시간으로 인지함으로서 빠른 조치를 취할 수 있는 시스템의 구축에도 그 가능성을 가질 수 있을 것이다. IT기술의 발달과 함께 사용자의 센서와 단말기 사이이 무선통신 가능범위는 달라질 수 있으나 정밀한 측정을 위해 약 105m의 거리에 단말기가 설치되는 것이 신뢰성이 있다할 수 있다.

또한 차량과 선박 및 비행기 등의 운전자와 승무원들의 피로와 운전중 사고를 방지하기 위하여 차량과 선박 및 비행기 내부에 단말기를 설치하고 운전자의 생체상태를 실시간 체크하고 운전자의 생체리듬을 판단하여 알려줌으로서 운전중 발생할 수 있는 여러 가지의 사고를 줄일 수 있을 것으로 판단된다.

도 1. 휴대용 패치형 센서의 사시도.
도 2a)와 2b). 혈액 및 체액 채취형 센서의 분해도.
도 3a), 3b), 3c). 상기 패치용 센서의 올바른 부착위치 예.
도 4a). 휴대용 패치형 센서와의 무선통신을 위해 단말기에 내제된 안테나 시스템.
도 4b), 4c). 휴대용 패치형 센서와의 무선통신을 위한 지그비, 블루투스 등의 내부/외부 통신 모듈.
도 5. 자기 유도 결합 방식을 이용한 센서와 통신단말기에 관한 구성도.
도 6. 본 발명의 휴대용 패치형 센서의 시스템 구성도.도 7. 본 발명의 휴대용 패치형 센서의 동작 예를 설명하기 위한 플로 차트.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하, 본 발명에 의한 휴대폰 또는 스마트폰과 같은 단말기(100)와 무선 데이터 송수신이 가능한 휴대용 패치형 센서(101)와 이를 이용한 건강관리 시스템의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시 형태에 따른 휴대용 패치형 센서(101)와 휴대폰 및 스마트폰과 같은 단말기(100) 통신의 사시도이다.

도 2a, 도2b는 혈액 및 체액을 채취하여 사용자의 상태를 확인하는 경우의 휴대용 패치형 센서를 나타낸 분해도이다. 휴대용 패치형 센서(101)는 패치부(10), 제어부(11), 검출부(17), 측정부(18)을 포함한다. 패치부(10)는 상기 센서를 사용하는 과정에서 측정이 지속되는 동안 센서의 신체 부착위치를 고정하고 외부의 영향을 최소화시키기 위해 필요하다. 또한 상기 패치부(10)는 측정이 지속되는 동안 환자의 움직임이 자유로울 수 있도록 가급적 단단한 재질을 피하며, 일상생활에 지장이 없도록 하기 위해 방수 재질로 구성되어진다. 센서의 위치는 도 3a, 도 3b, 도 3c에 도시한 바와 같이 사용자의 목, 손목, 발목에 부착되어질 수 있으며, 필요에 따라 사용자가 측정해야 하는 부위 또는 측정이 보다 원활이 이루어질 수 있는 부위에 부착되어 질 수 있다.

제어부(11)에는 마이크로컨트롤러(13)와 일부 측정부(18)에 전원을 공급하기 위한 전원부(12)가 구비된다. 제어부(11)에는 그 외에도 증폭기(14), 통신부(15), A/D컨버터(16)가 내장되며, 이들에 대해서는 후술한다.

상기 휴대용 패치형 센서는 MEMS 기술을 이용해 센서의 크기를 최소화 할 수 있으며, 일반건전지를 사용하거나 초소형 충/방전 배터리 또는 초소형 super-capacitor를 전원부(12)로 사용하는 active소자로 구성될 수 있다. 또한, 센서의 통신부가 인덕터와 캐패시터로 이루어진 LC공진을 이용한 수동형의 경우에는 휴대폰 또는 스마트폰과 같은 통신 단말기(100)에 수동형 센서와 무선 통신이 가능한 안테나(200)를 내재하여야 한다. 수동형 센서를 사용할 경우 센서와 통신 단말기는 자기 유도 결합 방식에 의해 무선 통신이 이루어진다. 즉 외부 단말기의 안테나 (200)에서 발생된 기전력을 이용해 센서에 전력을 공급 하는 원리를 이용하며 별도의 전원부(12)를 갖지 않는 회로로 구성되어 질 수 있다.

상기 전원부(12)를 이용하여 마이크로컨트롤러(13)를 동작시킬 수 있으며, 별도의 전원를 필요로 하는 측정부(18)의 경우 또한 전원을 공급받을 수 있다. 일례로 체지방 측정의 경우 한 쌍을 이루는 전극을 사용자의 손가락 또는 발바닥 등의 위치에 통전시킨 후 추출된 값의 임피던스 값을 계산하므로 측정부에 전원이 공급되어져야 한다.

마이크로컨트롤러(13)는 센서의 종류에 따라 별도의 측정과정을 메모리에 저장하고 있으며, 측정하고자 하는 데이터의 종류에 따라 개별적으로 프로그래밍된 절차에 따라 측정과정이 진행된다. 초기상태는 대기상태로 마이크로컨트롤러(13)에 전원이 공급되지 않으며 외부 장치로부터 wake-up신호가 들어오면 대기상태에서 측정을 시작한다.

측정부는 혈액 및 체액 채취를 필요로 하는 경우 마이크로 니들(19)을 포함한다. 이때 마이크로니들(19)은 500±200μm 크기로 사용자가 통증을 느끼지 못하게 하며, 생산 단가가 낮고 인체에 무해한 의료용 재질로 구성되어 진다. 체지방 측정의 경우 측정부에 한 쌍을 이루는 전극을 포함해 사용자의 몸 안에 미세한 전류를 통전시킬 수 있는 전기적 구조로 구성되어 지며, 사용자의 신체를 통과한 전류의 임피던스 값을 통해 사용자의 체지방측정이 이루어지도록 할 수 있다. 맥박 측정의 경우 널리 사용 되고 있는 압전 센서 또는 캐패시터형 압력센서, Piezoresistive 압력센서등을 이용할 수 있으며, 혈압을 측정하기 위한 센서에는 별도의 소형 공기펌프와 음향 센서를 부착할 수 있다. 소형 공기펌프로 공기를 주입하여 음향 센서가 혈관의 개폐의 진행 과정에 따라 발생하는 소리의 구분에 따라 최고, 최저 혈압을 측정 할 수 있다. 혈류 측정의 경우 광학적 구조로 이루어진 측정부로 구성되어지며, 발광/수광 센서를 이용해 사용자의 혈류량과 혈류의 속도를 알아 낼 수 있다.

혈액 및 체액 채취를 필요로 하는 측정부의 경우 센서에 별도로 내재된 검출부(17)의 특정 효소와의 반응 및 시약검사를 통해 분자사이에 전자의 이동이 발생되며, 그로인한 화학적, 전기적, 광학적 변화가 생긴다. 이때 제어부(11)에서 화학적, 전기적, 광학적 변화를 측정하며 측정부에 의해 도출된 화학적, 전기적, 광학적 변화는 증폭기(14)를 통해 그 신호가 증폭되고 A/D컨버터(16)를 통해 디지털 신호로 변환된다.

또한 효소반응 및 시약검사를 필요로 하지 않는 측정부의 경우 별도의 검출부(18)를 필요로 하지 않으며, 측정부(18)와 제어부(11)가 직접적으로 연결되어 전기적, 광학적 데이터가 증폭기(14)와 A/D컨버터(16)를 통해 마이크로컨트롤러(13)에 전달된다.

도 4a, 도 4b, 도 4c는 휴대용 패치형 센서와 단말기의 무선 통신을 위한 안테나 시스템(200) 및 통신 모듈(200a, 200b)의 위치를 나타낸다.

센서로부터 측정된 정보는 통신부(15)를 통해서 휴대폰 또는 스마트폰에 전달된다. 측정된 정보의 송/수신은 센서와 휴대폰 또는 스마트폰 사이의 무선통신 기술을 이용하여 이루어진다. 이때 센서의 통신부가 인덕터와 캐패시터로 이루어진 LC공진을 이용한 수동형의 경우에는 센서와 휴대폰 또는 스마트폰과 같은 통신 단말기(100)에 수동형 센서와 무선 통신이 가능한 안테나(200)를 내재하여야 한다. 수동형 센서를 사용할 경우 센서와 통신 단말기는 자기 유도 결합방식에 의해 무선 통신이 이루어진다. 자기유도결합방식을 이용하여 데이터를 송/수신 하는 경우 그림 5와 같이 단말기와 센서를 일직전상에 놓고 적정거리 내에 단말기를 위치시켜야만 한다. 또한 지그비 통신, 블루투스 통신을 위한 별도의 통신 모듈(200b)을 단말기와 센서에 한 쌍으로 내제하여 무선으로 데이터를 송/수신 할 수 있을 뿐 아니라, 단말기 외부에 별도의 통신 모듈(200a)을 장착시켜 무선통신이 이루어지도록 할 수도 있다. 이때 무선통신 모듈을 사용하는 경우 10±5m내에선 센서와 단말기의 위치에 상관없이 데이터 송/수신이 이루어질 수 있다.

센서를 이용하여 자가 건강검진이 이루어지는 모든 과정은 휴대폰 또는 단말기의 콘텐츠, 스마트폰의 application에 의해 시작된다. 콘텐츠 또는 application은 특정센서와만 연동이 가능하도록 개별적으로 구성되어질 수 있으며, 모든 센서와 연동이 가능한 통합형 콘텐츠, application으로도 구성되어 질 수 있다. 상기 콘텐츠 및 application에서 측정하고자 하는 센서의 종류를 선택하고 개인정보를 입력 후 시작버튼을 누르면 센서에 wake-up 신호를 보내게 된다. Wake-up 신호에 의해 센서의 측정이 시작되며 통신부(15)를 통해 수신된 데이터 값에 따른 결과 값을 기존의 참조 데이터와 비교하여 사용자의 현 상태를 디스플레이 해주며, 이 때 사용자의 건강상태가 정상범위를 벗어나면 간단한 건강관리법을 제공함과 동시에 사용자가 보호자 및 의사에게 데이터를 송신할 수 있도록 정보를 제공한다. 이때 사용자의 측정부위와 센서의 부착이 원활하지 않아 신호가 미약하거나, 센서와 단말기의 접촉이 잘 이루어지지 않아 신호가 미약한 경우 사용자에게 문제점을 전달하여 원활한 측정이 이루어지도록 한다.

수신된 데이터는 지속적으로 별도의 메모리에 저장되고, 표/그래프를 통해 사용자가 측정 결과 값의 변화를 쉽게 확인할 수 있도록 하며 지속적인 건강관리가 이루어질 수 있도록 측정 주기일에 맞춰 사용자로부터 측정이 이루어지게끔 알림 메시지를 출력한다.

도 6은 상기한 기술을 사용하여 구성된 센서의 시스템 구성도이다. 상기 센서는 전원부(12)에 의해 전력을 공급받는 마이크로 컨트롤러(13)에 의해 전체적인 측정과정이 진행된다. 우선 측정부(18)에 의해 측정된 사용자의 데이터는 증폭기(14)를 통해 그 신호가 증폭되고, A/D컨버터(16)를 통해 디지털화된 신호로 변환된다. 이 신호는 마이크로 컨트롤러(13)에 전달됨과 동시에 통신부(15)를 통해 사용자가 소지하고 있는 휴대폰 또는 스마트폰과 같은 단말기로 전송되어 패치형 센서와 단말기를 이용하여 실시간으로 건강관리가 이루어지도록 할 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 휴대폰 또는 스마트폰과 무선 데이터 송수신이 가능한 휴대용 패치형 센서의 작동순서를 도시한 흐름도이다. 사용자가 측정하고자 하는 신체 부위에 특정 센서(101)를 부착한 뒤 휴대폰 또는 스마트폰(100)을 이용하여 측정 시작 버튼을 누름과 동시에 센서의 마이크로 컨트롤러(13)는 이를 wake-up 신호로 받아들여 측정을 시작한다. 혈액 혹은 체액 채취를 필요로 하는 경우 측정부(18)에 부착된 마이크로니들(19)을 이용하여 혈액을 채취하게 되고, 채취된 혈액은 검출부(17)를 통해 혈액 혹은 체액 샘플링 채취와 효소 반응 및 시약검사가 이루어진다. 체지방, 혈류, 혈압 등 혈액 및 체액 채취를 필요로 하지 않는 경우 각각의 상황에 맞게 제작된 센서의(101) 측정부(18)에 의해 측정이 이루어진다. 측정부에 의해 도출된 데이터는 증폭기(14) 및 A/D컨터버(16)를 통해 마이크로 컨트롤러(13)에 전달되고, 마이크로 컨트롤러는 통신부(15)를 이용하여 측정된 데이터 값을 휴대폰 또는 스마트폰, 기타 단말기의 통신부에 데이터를 전달한다. 사용자는 측정이 진행되는 과정을 단말기를 통해 지속적으로 확인할 수 있으며, 측정결과를 단말기 디스플레이부를 통해 확인할 수 있다.

10:패치부 11:제어부
12:전원부 13:마이크로프로세서
14:증폭기 15:통신부
16:A/D컨버터 17:지시약 및 효소
18:측정부 19:마이크로니들

Claims (18)

1. 자가 건강검진 기능이 내제된 휴대단말기와 무선 통신이 가능한 휴대용 패치용 센서에 있어서,
   혈액 및 체액 채취를 위하여 500±200㎛ 크기의 초소형 마이크로니들을 포함하고, 상기 채취된 혈액 및 체액이 효소 반응 후 전류의 세기를 측정하고, 상기 채취된 혈액 및 체액 속의 헤모글로빈의 양을 광학적 방법에 의해 철분 수치로 측정할 수 있는 제1센서를 포함하고, 간수치 측정을 위해 간에서 생성되는 효소의 화학적 반응을 광학적으로 측정할 수 있는 제2센서를 포함하고, 초음파 송/수신을 통해 혈관의 혈류량을 측정할 수 있는 초음파 센서를 포함하고, 소형 공기펌프와 음향 센서를 내제하여 사용자의 혈압을 측정하도록 구성되어, 사용자의 신체 특정 부위에 패치형으로 부착되어 사용자의 생체상태의 변화를 측정하는 측정부;
   상기 측정부에서 측정된 데이터를 저장하는 저장부;
   측정된 데이터를 휴대단말기로 송신하기 위한 통신부;
   상기 측정부, 저장부, 통신부를 매개로 하는 측정 과정 전체를 제어하는 제어부;
   상기 제어부와 상기 측정부에 필요한 전력을 공급하기 위한 전원부; 및
   상기 센서에서 측정된 데이터를 휴대단말기를 통해 확인할 수 있는 확인부;를 포함하는 휴대용 패치형 센서를 이용한 자가 건강관리 시스템.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 측정부는,
   체지방 측정의 경우 한 쌍을 이루는 전극을 통하여 사용자의 몸 안에 미세한 전류를 통전하여 측정하는 것을 특징으로 하는 휴대용 패치형 센서를 이용한 자가 건강관리 시스템.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 제 1항에 있어서,
   상기 건강관리시스템은,
   상기 측정부에 의해 측정된 신호를 증폭하기 위한 증폭기;
   상기 증폭기에서 증폭된 신호를 디지털화 하기위한 A/D컨버터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 패치형 센서를 이용한 자가 건강관리 시스템.
   
10. 제 1항에 있어서,
    상기 측정부는 사용자의 측정부위로부터 지속적으로 탈부착할 수 있는 패치를 더 포함하는 것을 특징하는 휴대용 패치형 센서를 이용한 자가 건강관리 시스템.
    
11. 제 1항에 있어서,
    상기 측정부는,
    광, 전기, 음향, 효소 중 어느 하나 또는 둘이상의 측정방식을 구현하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 패치형 센서를 이용한 자가 건강관리 시스템.
    
12. 
    제 1항에 있어서,
    상기 전원부는,
    초소형 충/방전 배터리 또는 초소형 슈퍼캐퍼시터(super capacitor)를 전원부로 사용하는 능동(active) 소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 패치형 센서를 이용한 자가 건강관리 시스템.
    
13. 제 1항에 있어서,
    상기 전원부는,
    측정부와 휴대 단말기등에 LC 회로를 내제하여 별도의 전원부 없이 자기 유도 결합 방식을 이용한 수동(passive) 소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 패치형 센서를 이용한 자가 건강관리 시스템.
    
14. 제 1항에 있어서,
    상기 통신부는,
    블루투스, 지그비 통신을 이용하여 휴대단말기와 무선통신을 수행하며 휴대단말기에 장착된 무선통신 모듈을 이용해 데이터를 송/수신하는 것을 특징으로 하는 휴대용 패치형 센서를 이용한 자가 건강관리 시스템.
    
15. 제 1항에 있어서,
    상기 통신부는,
    LC회로를 이용해 별도의 자기 유도 결합 방식을 이용해 데이터를 송/수신 하는 것을 특징으로 하는 휴대용 패치형 센서를 이용한 자가 건강관리 시스템.
    
16. 제 1 항에 있어서,
    상기 통신부는,
    일정한 간격 (10±5m)을 두고 설치된 단말기를 통해 사용자의 부착 센서와 직접 통신이 가능한 것을 특징으로 하는 휴대용 패치형 센서를 이용한 자가 건강관리 시스템.
    
17. 제 1 항에 있어서,
    상기 통신부는,
    이동용 수단의 내부에 설치된 단말기를 통해 사용자의 부착 센서와 직접 통신이 가능한 것을 특징으로 하는 휴대용 패치형 센서를 이용한 자가 건강관리 시스템.
    
18. 제 14항 또는 제17항에 있어서,
    상기 통신부는,
    사용자의 위급상황 발생 시 보호자 또는 관계기관에 자동으로 측정신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 휴대용 패치형 센서를 이용한 자가 건강관리 시스템.
    

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