KR101455269B1

KR101455269B1 - 박막형 압력 센서를 이용한 손목형 혈압측정장치

Info

Publication number: KR101455269B1
Application number: KR1020130043046A
Authority: KR
Inventors: 김태원; 김주민
Original assignee: 주식회사 비젼스케이프
Priority date: 2013-04-18
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2014-10-31
Also published as: KR20140125193A

Abstract

본 발명은 박막형 압력 센서를 이용한 손목형 혈압측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 측정대상 압력 전달원(혈관 등)의 표면이 평탄하지 않는 인체의 손목 같은 곳에 적용하기 위해 하나의 기구안에 일체화 및 소형화되고, 자체적으로 내부 전원 및 구동부를 포함하여 언제 어디서나 보다 편리하게 혈압 측정을 수행할 수 있는 박막형 압력 센서를 이용한 손목형 혈압측정장치에 관한 것이다.
본 발명은 공기의 강제 유입과 유출을 위한 에어펌프와, 상기 에어펌프의 개폐 상태를 제어하기 위한 솔레노이드밸브와, 상기 에어펌프와 상기 솔레노이드밸브와 상기 압력센서를 제어하는 제어부로 이루어지는 메인부; 상기 에어펌프에 의해 공기가 주입되고 솔레노이드밸브의 작동으로 배기되는 플렉시블한 공기주머니; 상기 메인부의 저면에 설치되는 제1도전체, 상기 제1도전체 하측에서 상기 공기주머니의 상측면에 부착되는 제2도전체 및 상기 제1도전체와 제 2전극 사이에 설치되는 탄성유도절연체를 포함하여 이루어진 압력센서; 및 상기 메인부에 연장 형성되어 손목에 상기 공기주머니가 밀착되도록 고정하는 밴드부를 포함한다.

Description

박막형 압력 센서를 이용한 손목형 혈압측정장치{DEVICE WHICH MEASURES BLOOD PRESSURE FROM A WRIST USING THIN FILM PRESSURE SENSOR}

본 발명은 박막형 압력 센서를 이용한 손목형 혈압측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 측정대상 압력 전달원(혈관 등)의 표면이 평탄하지 않는 인체의 손목 같은 곳에 적용하기 위해 하나의 밴드 형태의 기구안에 박막형 압력 센서를 일체화 및 소형화시키고, 자체적으로 내부 전원 및 구동부를 포함하여 언제 어디서나 보다 편리하게 혈압 측정을 수행할 수 있는 박막형 압력 센서를 이용한 손목형 혈압측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 혈압측정장치로는 아네로이드혈압계나 수은혈압계가 많이 사용되며, 최근에는 사용이 간편한 디지털방식의 전자식 혈압계도 사용되고 있다. 상기 수은혈압계는 코르트코프(korotokoff) 방법을 이용한 것으로, 맥소리나 맥진동을 이용하여 혈압을 측정하게 된다.

또한 전자식 혈압계는 완대에 가압과 감압을 하여 오실로메트릭(oscillometric) 방식으로 혈압을 측정하게 된다.

상기 수은혈압계는 혈압측정의 표준이 되는 생체계측기로 정확도가 가장 뛰어나기 때문에 병의원이나 정확한 혈압을 측정해야 하는 곳에서 주로 사용된다.

상기 두 가지 방법을 각각 혹은 혼합하여 혈압측정을 하는 장치는 통상 측정 부위를 감아 압박을 가하는 완대(cuff)와, 완대에 공기를 공급 또는 배기시키는 펌프, 혈압을 눈금이나 수치로 표시하는 계측기로 구성된다.

또한 혈압을 측정하기 위해서는, 완대를 측정부위에 감은 후 펌프를 이용하여 완대에 공기를 주입하여 측정부위의 동맥의 혈류 흐름을 완전히 차단한다. 이후 완대의 공기를 배기시키면 혈류의 흐름이 재개된다. 이때 발생되는 코르트코프음을 측정하여 들리기 시작하는 시점을 수축기 혈압, 음이 감지되지 않는 시점을 이완기 혈압으로 하여 계측기를 통해 측정값이 확인된다.

여기서 상기 완대로 공기를 공급하고 배기시키는 펌프는 수동식인 경우 측정자가 직접 펌프질을 하는 구조로 되어 있다. 이에 작업이 힘들고 불편하며 시간이 많이 걸린다. 또한, 펌핑에 의한 운동량의 증가로 측정자의 혈압 상승을 초래할 수 있다. 특히 연속으로 손을 이용하여 가압 사용하는 경우 사용자의 피로도가 손과 전신에 가중되어 사용자의 주위를 산만하게 하는 단점이 있다.

또한, 펌프를 전기적으로 구동시키는 구조의 경우 종래에는 그 부피가 커서 사용이 불편하고, 고가이며, 보관에 어려움이 있었다.

도 1과 도 2에서 보는 바와 같이 최근 휴대용 혈압측정장치의 압력센서는 기체나 액체를 포함하는 공기주머니(4)의 압력변화를 감압소자에서 전기신호로 변환하여 압력에 맞는 아날로그 전기신호를 출력하는 반도체 트랜스듀서(transducer; 2)를 사용한다.

기체나 액체로부터 전달되어오는 유체의 압력을 감지하며 감지 원리로서는 기체나 액체가 1차적으로 다이어프레임(Diaphram; 1)의 변형을 일으키고 상기 다이어프레임(1)에 부착되어 있는 스트레인게이지, 혹은 다이어프레임과 일체형으로 제작된 변형률을 측정할 수 있는 스트레인게이지로부터 신호변화를 감지하는 방식이 주류를 이루고 있다.

스테인레스 다이어프레임(1)에서 압력을 받아 변형된 것을 다이아프레임 뒷면에 접착된 접착형 반도체 트랜스듀서(2)에서 전기신호로 변환하고, 앰프와 출력회로에서 신호를 처리하는 방식이 상용 압력센서의 대표적인 예라 할 수 있겠다.

그러나 상기방식의 압력센서들은 압력원천의 지로에서 압력을 인지하는 방식이므로 전체 센서모듈의 소형화에 적합하지 않은 문제점이 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 공기주머니 하부의 전 면적 또는 일부 면적에만 설치되는 박막형 압력 센서 구조(제1도전체, 탄성유도절연체, 제2도전체)를 포함하는 메인부와 이에 연장 현성된 밴드부로 이루어져, 언제 어디서나 편리하게 손목에 밴드 형식으로 착용하여 혈압 측정을 수행할 수 있는 휴대용 박막형 압력 센서를 이용한 손목형 혈압측정장치를 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 공기의 강제 유입과 유출을 위한 에어펌프와, 상기 에어펌프의 개폐 상태를 제어하기 위한 솔레노이드밸브와, 상기 에어펌프와 상기 솔레노이드밸브와 상기 압력센서를 제어하는 제어부로 이루어지는 메인부; 상기 에어펌프에 의해 공기가 주입되고 솔레노이드밸브의 작동으로 배기되는 플렉시블한 공기주머니; 상기 메인부의 저면에 설치되는 제1도전체, 상기 제1도전체 하측에서 상기 공기주머니의 상측면에 부착되는 제2도전체 및 상기 제1도전체와 제 2도전체 사이에 설치되는 탄성유도절연체를 포함하여 이루어진 압력센서; 및 상기 메인부에 연장 형성되어 손목에 상기 공기주머니가 밀착되도록 고정하는 밴드부를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 탄성유도절연체는 탄성체이면서 절연특성을 동시에 갖는 재료로서, 폴리우레탄(polyurethane), 폴리에틸렌(Polyethylene), 실리콘(Silicone ) 등을 적용할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 에어펌프를 제어하는 에어 펌프 제어 모듈과, 상기 솔레노이드 밸브를 제어하는 솔레노이드 밸브 제어 모듈과, 상기 압력 센서를 제어하는 센서 모듈과, 상기 각 모듈들을 제어하는 제어모듈과 근거리 통신모듈과 배터리의 전력 등을 제어하고 유지하는 배터리 모듈로 구성된다.

일 실시예에 있어서, 상기 압력 센서의 제1도전체와 제 2도전체는 강성회로 기판, 연성인쇄회로기판 또는 은, 구리세사(細絲)를 이용한 연성 전도성 섬유, 또는 전도성 박막으로 구성된다.

일 실시예에 있어서, 상기 메인부에 구동전원을 공급하기 위한 배터리부가 포함된다.

일 실시예에 있어서, 상기 밴드부의 일측에는 밴드부의 길이를 조정할 수 있는 길이조절부재가 설치된다.

본 발명에 따르면 일정 곡률을 가지는 하우징 및 센서 구조로 제작이 가능하여, 혈압측정 장치가 소형화되고, 자체적으로 내부 전원 및 구동부를 포함하여 언제 어디서나 보다 편리하게 혈압 측정을 수행할 수 있다.

본 발명에 따르면 측정대상 압력 전달원의 표면이 평탄하지 않는 인체의 피부 같은 곳에 적용할 수 있다.

본 발명에 따르면 공기주머니 하부의 일부 면적에만 센싱 구조(제1도전체, 탄성유도절연체, 제2도전체)를 형성하여, 여기에만 압력이 전달되어도 파스칼의 원리에 따라 공기 주머니 내부의 공기압은 일정하므로 소형, 경박, 및 단소형태로 제작할 수 있다.

도 1은 종래 발명에 따른 혈압 측정 장치의 개념을 보여주는 도면이다.
도 2는 종래 발명에 따른 혈압 측정 장치의 공기 분자의 운동과 이를 감지하는 센서를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 박막형 압력 센서를 이용한 손목형 혈압측정장치에 부착되는 압력 센서의 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 박막형 압력 센서를 이용한 손목형 혈압측정장치가 손목 또는 팔뚝에 부착된 개념을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 박막형 압력 센서를 이용한 손목형 혈압측정장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 박막형 압력 센서를 이용한 손목형 혈압측정장치의 내부 모습을 보여주는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 박막형 압력 센서를 이용한 손목형 혈압측정장치의 절단면도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 박막형 압력 센서를 이용한 손목형 혈압측정장치의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 박막형 압력 센서를 이용한 손목형 혈압측정장치의 사용 상태를 보여주는 도면이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 3의 (a)와 (b)에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 박막형 압력 센서를 이용한 손목형 혈압측정장치에 부착되는 압력 센서의 개념도를 보면, 본 발명은 공기주머니(40)까지 감싸는 구조인 하우징(1)에 연성인쇄회로기판(FPCB; FLEXIBLE PRINTED CIRCUITS BOARD)로 제작되며 여러 개의 단위셀 단위로 나누어지고, 상기 하우징에 부착되는 제1도전체(32)와, 탄성계수를 가지는 다양한 형태의 물질(Polyurethane, Polyethylene, Silicone 등)로서 제1도전체와 제 2도전체 사이에 형성되며 유전율을 가지고 있는 탄성유도절연체(34)와, 회로적으로 그라운드(GND)에 연결되며, 공기주머니(40)의 상측면에 부착되는 제2도전체(36)와, 실리콘, 라텍스, 섬유, 고무 중 어느 하나로 이루어지는 플렉시블한 공기주머니(40)로 구성된다.

여기에서 상기 탄성유도절연체(34)는 폴리우레탄(polyurethane), 폴리에틸렌(Polyethylene), 실리콘(Silicone)을 포함하는 기저 재료를 바탕으로 한, 탄성체이면서 절연특성을 동시에 갖는 것을 특징으로 하는 박막형 압력센서를 이용한 손목형 혈압측정장치.

또한 본 발명에 따른 압력 센서는 도 3의 (b)에서 처럼 연성인쇄회로기판으로 일정 곡률을 가지도록 제작이 가능하다.

이 외에도 상기 압력 센서의 제1도전체와 제 2도전체는 강성회로 기판, 연성인쇄회로기판 또는 은, 구리세사(細絲)를 이용한 연성 전도성 섬유, 또는 전도성 박막으로 구성된다.

그리고 도 3의 (c)에서 본 발명에 따른 압력 센서의 개념도를 보면, 외부 압력 발생에 의한 공기주머니(40)의 팽창과 이에 의한 압력 센서의 압력 측정 방법을 알 수 있다.

구체적으로 살펴보면, 압력은 단위면적에 작용하는 힘을 의미하며 크기만을 갖는 스칼라 물리량 (scholar quantity)으로서, 압력(P)=힘(F)/면적(A)으로 표시된다.

공기주머니(40)가 가지고 있는 초기 공기 압력을 P_i라고 하면 이는 공기주머니(40)의 내부에 동일한 압력으로 형성되며, 이를 유체 정압력(Hydrostatic Pressure)라 한다. 즉 공기주머니(40) 내부의 표면을 따라 형성되는 단위 면적당 작용하는 힘은 동일하다.

공기주머니(40) 하부면의 일부분에 외부로부터 압력이 인가되면 공기주머니(40) 내부의 압력은 증가(P_i → P_f )하게 되어, 아래 수학식 1과 같은 △P가 발생한다.

(여기에서 P_f: 측정하고자하는 압력, P_i : 초기 압력)

상기 △P 는 공기주머니(40) 상측면과 전체를 구속하고 있는 하우징 사이에 변위를 발생시킨다.

공기주머니(40) 상부면과 하우징 사이에 형성되어있는 제1도전체, 탄성유도절연체, 제2도전체의 구조를 통하여 △P → △d 가 발생하고, △d → △C가 발생한다.

(여기에서 △d 는 제1도전체와 제2도전체 사이의 거리 변화이고, △C 는 제1도전체와 제2도전체 사이의 정전용량의 변화)

즉 △P ∝ △C 가 되어 캘리브레이션을 통하여 압력 센서가 △P 및 P_f 를 측정할 수 있다.

(여기에서 △C = ε A/(△d)이고, ε : 상대유전율, A : 두 도전체의 마주보는 면적, d : 두 도전체사이의 거리)

즉 도 3의 (c)와 도 4에서 보는 바와 같이 측정대상의 일부 면적에만 설치된 압력 센서를 통해 표면이 평탄하지 않은 인체의 피부 같은 곳에 적용할 수 있어, 측정대상 압력의 발생 부위가 임의의 위치에서 발생하더라도 동일한 측정결과를 얻을 수 있다.

도 5 내지 도8에서 보는 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 박막형 압력 센서를 이용한 손목형 혈압측정장치는 크게 손목에 끼이도록 힌지에 따라 결합이 가능하도록 걸림턱과 걸림홈(미도시)으로 이루어진 결합부(62)를 포함하는 밴드부(50)와 내부에 공간부가 형성되어 PCB판(22) 등이 삽입되는 메인부(20)와 공기주머니(40)와 충전용 배터리를 포함하고, 상기 메인부(20) 또는 밴드부(50)에 상기 압력센서(30)에 전력을 공급하기 위한 배터리부(60)로 나누어진다.

여기에서 배터리는 소형 리튬배터리와 같은 1회용 배터리 또는 리튬 폴리머, 리튬이온배터리와 같은 충전지일 수도 있으며, 상기 충전기를 적용하는 경우, 외부에 micro USB 단자를 통하여 충전할 수 있거나 파워 잭(Power jack)이 포함될 수 있다.

그리고 상기 밴드부(50)는 사용자의 손목에 밀착되어 장착될 수 있도록 길이를 조절할 수 있는 길이조절부재(미도시)를 포함한다.

상기 메인부(20)는 상기 공기주머니(40)와 공기유출입관(12a)을 통해 연결되고, 공기의 강제 유입과 유출을 위한 에어펌프(12)와, 상기 에어펌프(12)의 개폐 상태를 제어하기 위한 솔레노이드밸브(14)와, 상기 에어펌프(12)와 솔레노이드밸브(14)를 제어하기 위한 제어부(16)가 상기 PCB판(22)에 실장되어 형성된다.

상기 제어부(16)는 상기 에어펌프(12)를 제어하는 에어 펌프 제어 모듈(162)과, 상기 솔레노이드 밸브(14)를 제어하는 솔레노이드 밸브 제어 모듈(164)과, 상기 압력 센서(30)로부터 감지신호를 수신하는 센서 모듈(165)과, 상기 각 모듈을 제어하는 제어모듈(166)과 근거리 통신모듈(168)과 배터리의 전력 등을 제어하고 유지하는 배터리 모듈(169)로 구성된다.

상기 근거리 통신모듈(168)은 상기 센서 모듈(165)에서 전송된 혈압 등의 정보를 스마트폰 등에 블루투스 통신 방식 등으로 전달하여 디스플레이하도록 한다.

상기 배터리부(60)는 밴드부(50)의 내부 공간을 통해 전선으로 상기 PCB판(22)과 연결되어 상기 각 모듈들에 전원을 공급한다.

도 9에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 박막형 압력 센서를 이용한 손목형 혈압측정장치는 상기 배터리부(60)의 일단에 힌지를 두어, 상기 힌지를 중심으로 벌어진 후 손목에 끼워 상기 공기주머니(40)에 손목의 일정 부분이 밀착되도록 상기 배터리부(60)를 끼워 결합시킬 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 박막형 압력 센서를 이용한 손목형 혈압측정장치의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다.

그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1 : 하우징
12 : 에어펌프
12a : 공기유출입관
14 : 솔레노이드밸브
16 : 제어부
20 : 메인부
22 : PCB판
32 : 제1도전체
34 : 탄성유도절연체
36 : 제2도전체
40 : 공기주머니
50 : 밴드부
60 : 배터리부
62 : 결합부
162 : 에어 펌프 제어 모듈
164 : 솔레노이드 밸브 제어 모듈
165 : 센서 모듈
166 : 제어모듈
168 : 근거리 통신모듈
169 : 배터리 모듈

Claims

공기의 강제 유입과 유출을 위한 에어펌프와, 상기 에어펌프의 개폐 상태를 제어하기 위한 솔레노이드밸브와, 상기 에어펌프와 상기 솔레노이드밸브를 제어하는 제어부를 포함하는 메인부;
하부면이 손목의 표면에 밀착되며, 상기 에어펌프에 의해 공기가 주입되고 상기 솔레노이드밸브의 작동으로 배기되는 플렉시블한 공기주머니;
상기 제어부에 의해 제어되고 상기 메인부와 상기 공기주머니 사이에 배치되며, 상기 메인부의 저면에 설치되는 제1도전체와, 상기 제1도전체 하측에서 상기 공기주머니의 상부면에 부착되는 제2도전체와, 상기 제1도전체와 제2도전체 사이에 설치되는 탄성유도절연체를 포함하는 정전용량 방식의 압력센서; 및
상기 메인부에서 연장 형성되어 손목에 상기 공기주머니의 하부면이 밀착되도록 고정하는 밴드부를 포함하는 박막형 압력 센서를 이용한 손목형 혈압측정장치.
제1항에 있어서,
상기 탄성유도절연체는,
폴리우레탄(polyurethane), 폴리에틸렌(Polyethylene), 실리콘(Silicone) 중 하나를 포함하는 기저 재료를 바탕으로 한, 탄성체이면서 절연특성을 동시에 갖는 것을 특징으로 하는 박막형 압력센서를 이용한 손목형 혈압측정장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 에어펌프를 제어하는 에어 펌프 제어 모듈과, 상기 솔레노이드 밸브를 제어하는 솔레노이드 밸브 제어 모듈과, 상기 압력 센서로부터 감지신호를 수신하는 센서 모듈과, 상기 각 모듈들을 제어하는 제어모듈과 근거리 통신모듈과 배터리의 전력을 제어하고 유지하는 배터리 모듈로 구성되는 것을 특징으로 하는 박막형 압력 센서를 이용한 손목형 혈압측정장치.
제1항에 있어서,
상기 압력 센서의 제1도전체와 제 2도전체는,
강성회로 기판, 연성인쇄회로기판(FPCB), 은/구리세사(細絲)를 이용한 연성 전도성 섬유(conductive fabric), 또는 전도성 박막(conductive thin film)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 압력 센서를 이용한 손목형 혈압측정장치.
제1항에 있어서,
상기 메인부 또는 밴드부에는,
상기 메인부에 구동전원을 공급하기 위한 배터리부가 포함되는 것을 특징으로 하는 박막형 압력 센서를 이용한 손목형 혈압측정장치.
제1항에 있어서,
상기 밴드부의 일측에는 밴드부의 길이를 조정할 수 있는 길이조절부재가 설치된 것을 특징으로 하는 박막형 압력 센서를 이용한 손목형 혈압측정장치.