KR101991625B1 - 체내 이식형 기기를 위한 에너지 송신 장치 및 에너지 공급 장치 - Google Patents

체내 이식형 기기를 위한 에너지 송신 장치 및 에너지 공급 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 체내 이식형 기기를 위한 에너지 송신 장치 및 에너지 공급 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 체내 이식형 기기를 위한 에너지 송신 장치는, 하우징, 상기 하우징 내부에 배치되며 정렬 확인 신호를 송신하는 제1 안테나, 상기 하우징 내부에 배치되며 미리 정해진 파장을 갖는 광을 출력하는 광원부, 체내에 배치된 제2 안테나가 상기 정렬 확인 신호에 대응하여 송신하는 응답 신호에 기초하여 체내에 배치된 광전지 및 상기 광원 간의 정렬 상태를 확인하고, 상기 정렬 상태에 기초하여 상기 광원부의 광 출력을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

체내 이식형 기기를 위한 에너지 송신 장치 및 에너지 공급 장치{ENERGY TRANSMITTING APPARATUS AND ENERGY SUPPLYING APPARATUS FOR IMPLANTABLE DEVICE}
본 발명은 체내 이식형 기기를 위한 에너지 송신 장치 및 에너지 공급 장치에 관한 것이다.
최근 고집적 회로 기술의 발전과 다양한 고분자 재료의 개발로 여러 분야에서 기기들의 소형화가 이루어지고 있다. 특히 의학 분야에서는 투약이나 수술법에 의해 치료가 불가능한 환자들의 체내에 소형화된 의료 기기를 이식하는 기술이 활용되고 있다. 체내 이식형 기기의 예로는 이식형 보청기(implantable hearing aids), 이식형 인공 심장 박동기(implantable cardiac pacemaker), 이식형 심장 충격기(implantable cardioverter defibrillator) 등을 들 수 있다.
이와 같은 체내 이식형 기기가 체내에 이식되어 정상적으로 동작하기 위해서는 에너지의 공급이 필수적이다. 대부분의 체내 이식형 기기는 전기 에너지, 즉 전력을 이용하여 동작한다. 체내 이식형 기기에 대한 전력을 공급하는 방법으로서 체내 이식형 기기에 부속되는 배터리를 함께 이식하는 방법을 고려할 수 있으나, 이러한 방법을 사용할 경우 배터리의 수명이 다할 때마다 수술을 통해 배터리를 교체해야 하는 문제가 있다.
국내특허공개공보 제10-2014-0034493호는 체내 이식형 기기에 대한 에너지 공급 방법을 개선하기 위한 내용을 개시하고 있다. 보다 구체적으로, 국내특허공개공보 제10-2014-0034493호는 체내 이식형 기기에 구비되는 타겟 공진기와 체외에 존재하는 단말, 예컨대 모바일 단말에 구비되는 소스 공진기 간의 공진 현상을 이용한 자기 유도 방식의 무선 전력 전송 기술을 이용하여 체내 이식형 기기에 전력을 공급하는 내용을 개시한다.
그러나 종래 기술과 같이 무선 전력 전송 기술을 이용하여 체내에 이식된 기기에 전력을 공급할 경우 다음과 같은 문제가 있다. 먼저 자기 유도 방식에 따른 무선 전력 전송 기술을 사용할 경우, 자기 유도로 인해서 타겟 공진기와 소스 공진기에 구비되는 코일에 발생하는 자계, 타겟 공진기와 소스 공진기에 발생하는 공진 현상, 또는 고조파의 영향으로 인하여 체내 이식형 기기가 오작동을 일으킬 수 있다. 이러한 체내 이식형 기기의 오작동은 사용자의 생명을 위협할 수 있으므로 매우 치명적이다.
또한 종래 자기 유도 방식을 이용한 무선 전력 전송 기술을 사용할 경우, 타겟 공진기와 소스 공진기가 공진을 일으키는 동안 각 공진기의 온도가 상승하게 된다. 이로 인해 타겟 공진기에서 발생하는 열이 신체에 그대로 흡수된다. 또한 무선으로 전력을 전송하는 과정에서 발생하는 전자파나 자기장에 의해서도 신체 내부에 열이 발생할 수 있다. 이와 같은 열 에너지의 발생으로 인하여 사용자는 전력 전송 과정에서 큰 불편함을 느끼게 되며, 체온 상승으로 인한 피부나 체내 장기의 손상이 발생할 수도 있다.
본 발명은 광을 이용한 에너지 전송 방식을 통해 체내 이식형 기기의 동작을 위한 에너지를 제공함으로써 에너지를 전송하는 과정에서 발생하는 체내 이식형 기기의 오동작 및 체온 상승으로 인한 사용자의 불편함이나 피부 또는 체내 장기 손상을 방지할 수 있는 체내 이식형 기기를 위한 에너지 송신 장치 및 에너지 공급 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 사용자가 체내 이식형 기기에 에너지를 전송할 때 체내 이식형 기기와의 정렬 여부를 손쉽게 확인함으로써 에너지 공급 시간을 단축시키고 에너지 공급 효율을 높일 수 있는 체내 이식형 기기를 위한 에너지 송신 장치 및 에너지 공급 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에서는 종래 자기 유도 방식을 이용한 체내 이식형 기기의 에너지 공급에 따른 문제점들을 극복하기 위하여, 광 에너지를 이용하여 체내 이식형 기기에 에너지를 공급한다.
본 발명에 따른 체내 이식형 기기에 대한 에너지 공급은 에너지 송신 장치 및 에너지 수신 장치에 의해서 이루어진다. 에너지 송신 장치는 광원부를 통해 미리 정해진 파장을 갖는 광을 방출한다. 에너지 수신 장치는 체내 이식형 기기와 함께 체내에 이식되며, 에너지 송신 장치로부터 방출되는 광을 수신하여 전기 에너지로 변환한다. 변환된 전기 에너지는 에너지 송신 장치에 저장되며, 필요에 따라 체내 이식형 기기로 공급된다.
이와 같은 광 에너지를 이용한 에너지 공급에 있어서 가장 중요한 것은 에너지 송신 장치의 광원부와 에너지 수신 장치의 광전지 간의 정렬이다. 에너지 송신 장치에 의해서 방출되는 광 에너지가 에너지 수신 장치로 효율적으로 공급되기 위해서는 광원부에 의해서 방출되는 광의 광 경로 상에 에너지 수신 장치의 광전지가 위치해야 한다.
본 발명에서는 이와 같은 광원부와 광전지 간의 정렬 상태를 에너지 송신 장치에 구비되는 제1 안테나 및 에너지 수신 장치에 구비되는 제2 안테나 간의 신호 송수신을 이용하여 확인한다. 본 발명에서 제1 안테나는 광원부와 인접하도록 배치되고, 제2 안테나는 광전지와 인접하도록 배치된다. 제2 안테나가 송신하여 제1 안테나에 의해서 수신되는 응답 신호의 세기가 클수록 광원부와 광전지의 정렬이 보다 잘 이루어진 것을 의미하므로, 본 발명에서는 응답 신호의 세기를 기초로 광원부와 광전지의 정렬 상태를 확인한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 체내 이식형 기기를 위한 에너지 송신 장치는, 하우징, 상기 하우징 내부에 배치되며 정렬 확인 신호를 송신하는 제1 안테나, 상기 하우징 내부에 배치되며 미리 정해진 파장을 갖는 광을 출력하는 광원부, 체내에 배치된 제2 안테나가 상기 정렬 확인 신호에 대응하여 송신하는 응답 신호에 기초하여 체내에 배치된 광전지 및 상기 광원 간의 정렬 상태를 확인하고, 상기 정렬 상태에 기초하여 상기 광원부의 광 출력을 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 응답 신호의 세기가 미리 정해진 기준값 이상일 경우 상기 광전지와 상기 광원부의 정렬 상태가 정상인 것으로 판단한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 응답 신호의 세기가 미리 정해진 기준값 미만이거나 상기 응답 신호가 수신되지 않을 경우 상기 광전지와 상기 광원부의 정렬 상태가 정상이 아닌 것으로 판단한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 제2 안테나에 의해서 송신되는 상기 광전지의 충전 상태 정보에 기초하여 상기 광원부의 광 출력을 제어한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 광전지의 충전이 완료되거나 상기 광전지가 과충전 상태일 경우 상기 광원부의 광 출력을 중단시킨다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 광원부로부터 출력되는 광의 파장은 650 내지 1350 나노미터의 범위 내에서 설정된다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 광원부의 광 출력 시간이 미리 정해진 기준 시간 이상이면 상기 광원부의 광 출력을 중단시킨다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 체내 이식형 기기를 위한 에너지 공급 장치는, 피부 표면으로부터 미리 정해진 거리 이내에서 체내에 배치되며 제1 안테나로부터 송신되는 정렬 확인 신호에 대응하여 응답 신호를 송신하는 제2 안테나, 피부 표면으로부터 미리 정해진 거리 이내에서 체내에 배치되며 피부 바깥의 광원으로부터 출력되는 광을 수신하여 전력을 생산하는 광전지 및 상기 광전지의 충전 상태를 확인하여 충전 상태 정보를 생성하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 미리 정해진 송신 주기에 따라서 상기 제2 안테나를 통해 상기 충전 상태 정보를 송신한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 체내 이식형 기기를 위한 에너지 공급 장치는 상기 광전지에 의해서 생산되는 전력을 변환하여 체내 이식형 기기에 전력을 공급하는 전력 공급부를 더 포함한다.
본 발명에 따르면 광을 이용한 에너지 전송 방식을 통해 체내 이식형 기기의 동작을 위한 에너지를 제공함으로써 에너지를 전송하는 과정에서 발생하는 체내 이식형 기기의 오동작 및 체온 상승으로 인한 사용자의 불편함이나 피부 또는 체내 장기 손상을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에 따르면 사용자가 체내 이식형 기기에 에너지를 전송할 때 체내 이식형 기기와의 정렬 여부를 손쉽게 확인함으로써 에너지 공급 시간을 단축시키고 에너지 공급 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 체내 이식형 기기 및 체내 이식형 기기를 위한 에너지 공급 장치가 체내에 이식된 상태를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 체내 이식형 기기를 위한 에너지 송신 장치를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 체내 이식형 기기를 위한 에너지 공급 장치의 구성을 간략하게 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 체내 이식형 기기를 위한 에너지 송신 장치의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 에너지 송신 장치와 에너지 공급 장치의 정렬 상태가 정상일 때를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서 에너지 송신 장치와 에너지 공급 장치의 정렬 상태가 정상이 아닐 때를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 체내 이식형 기기를 위한 에너지 송신 장치의 광원부로부터 출력되는 광의 파장 길이에 따른 피부 투과율을 나타내는 그래프이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 체내 이식형 기기 및 체내 이식형 기기를 위한 에너지 공급 장치가 체내에 이식된 상태를 나타내는 도면이다.
도 1에는 본 발명이 적용되는 체내 이식형 기기의 예시로서 인공 심장 박동기(102)가 도시되어 있다. 인공 심장 박동기(102)는 도선을 통해 심장(104)과 전기적으로 연결된다. 인공 심장 박동기(102)는 심장(104)의 박동을 지속적으로 확인하고, 심장(104)의 박동이 불규칙하거나 이상이 생기면 도선을 통해 심장(104)에 전기 자극을 전달하여 심장(104)이 규칙적으로 박동할 수 있도록 제어한다.
이와 같은 인공 심장 박동기(102)를 체내에 이식할 때에는 먼저 좌측 또는 우측 상대정맥을 통하여 심장(104) 내(우심실, 또는 우심실과 우심방)에 도선을 삽입한다. 그 후 피부, 즉 피하지방 아래에 인공 심장 박동기(102)를 삽입하고 도선과 전기적으로 연결함으로써 인공 심장 박동기(102)의 체내 이식이 완료된다.
이와 같이 체내에 이식되는 인공 심장 박동기(102)가 심장(104)의 박동을 지속적으로 확인하고 심장(104)에 전기 자극을 전달하기 위해서는 인공 심장 박동기(102)에 전기 에너지, 즉 전력이 공급되어야 한다. 본 발명에 따른 에너지 공급 장치(30)는 도선을 통해 인공 심장 박동기(102)와 전기적으로 연결되어 인공 심장 박동기(102)에 전력을 공급하기 위한 장치이다.
본 발명에 따른 에너지 공급 장치(30)는 인공 심장 박동기(102)와 함께 피부, 즉 피하지방 아래에 삽입된 후 인공 심장 박동기(102)와 도선을 통해 전기적으로 연결된다. 본 발명에 따른 에너지 공급 장치(30)는 후술하는 바와 같이 에너지 송신 장치로부터 출력되는 광을 수신하여 전기 에너지를 생성하므로, 피부 표면으로부터 미리 정해진 거리 이내, 즉 광 수신이 가능한 거리 이내에 배치된다.
또한 체내 이식 후 신체에 미치는 부정적인 영향을 최소화하기 위하여, 본 발명에 따른 에너지 공급 장치(30)는 신체에 무해하면서도 후술하는 광수신을 위한 투명한 특성을 갖는 소재(예컨대, 실리콘)로 코팅될 수 있다.
본 발명에 따른 에너지 공급 장치(30)는 후술하는 에너지 송신 장치로부터 출력되는 광을 수신하고, 수신된 광을 전기 에너지로 변환한다. 이와 같이 변환되는 전기 에너지는 에너지 공급 장치(30) 내에 충전될 수 있다. 에너지 공급 장치(30)는 충전된 전기 에너지를 체내 이식형 기기, 예컨대 인공 심장 박동기(102)에 공급하여 체내 이식형 기기의 동작을 가능하게 한다.
참고로 도 1에는 체내 이식형 기기의 예시로서 인공 심장 박동기(102)가 도시되어 있으나, 본 발명에 따른 에너지 공급 장치 및 후술하는 에너지 송신 장치는 인공 심장 박동기(102) 뿐만 아니라 전기 에너지로 동작하는 다른 체내 이식형 기기(예컨대, 보청기 또는 심장 충격기 등)에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 체내 이식형 기기를 위한 에너지 송신 장치를 나타낸다. 또한 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 체내 이식형 기기를 위한 에너지 공급 장치의 구성을 간략하게 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(202)은 에너지 송신 장치(20)의 외관을 형성한다. 도 2에는 하우징(202)의 형상이 육면체로 도시되어 있으나, 하우징(202)은 실시예에 따라서 원통형 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 하우징(202)은 체내 이식형 기기에 대한 에너지 공급을 사용자가 용이하게 수행할 수 있도록 사용자가 파지하기에 적합한 형상 및 크기를 가질 수 있다.
하우징(202)의 일 측면에는 전원 버튼(204)이 배치된다. 사용자는 전원 버튼(204)을 눌러 에너지 송신 장치(20)의 전원을 온(on) 또는 오프(off)시킬 수 있다.
또한 하우징(202)의 일 측면에는 디스플레이부(206)가 배치된다. 디스플레이부(206)는 에너지 송신 장치(20)의 동작 과정에서 에너지 송신 장치(20) 또는 에너지 공급 장치(30)의 동작과 관련된 정보를 표시한다. 예를 들어 디스플레이부(206)는 에너지 공급 장치(30)에 포함된 광전지의 충전량이나 에너지 송신 장치(20)의 동작 상태, 또는 에너지 송신 장치(20)와 에너지 공급 장치(30)의 정렬 상태를 표시할 수 있다.
또한 하우징(202)의 일 측면에는 스피커(208)가 배치된다. 스피커(208)는 에너지 송신 장치(20)의 동작 과정에서 에너지 송신 장치(20) 또는 에너지 공급 장치(30)의 동작 상태를 알리기 위한 음향을 출력한다. 예를 들어 스피커(208)는 에너지 송신 장치(20)와 에너지 공급 장치(30)의 정렬 상태를 알리기 위한 알람음이나 에너지 공급 장치(30)의 충전이 완료되었음을 알리기 위한 알람을을 출력할 수 있다.
또한 하우징(202)의 내부에는 제1 안테나(210)가 배치된다. 제1 안테나(210)는 제어부(미도시)의 제어에 따라서 특정 신호를 송신하거나, 외부로부터 송신되는 특정 신호를 수신할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 제1 안테나(210)는 에너지 송신 장치(20)와 에너지 공급 장치(30)의 정렬 상태를 확인하기 위한 정렬 확인 신호를 송신한다. 또한 제1 안테나(210)는 정렬 확인 신호를 수신한 에너지 공급 장치(30)의 제2 안테나(310)가 정렬 확인 신호에 대응하여 송신하는 응답 신호를 수신한다.
도면에는 제1 안테나(210)의 예시로서 무선 통신 방식 중 하나인 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC)에 사용되는 안테나가 도시되어 있다. 그러나 본 발명의 에너지 송신 장치(20) 및 에너지 공급 장치(30) 간의 통신 방식은 실시예에 따라 달라질 수 있으며, 제1 안테나(210) 또한 에너지 송신 장치(20) 및 에너지 공급 장치(30) 간의 통신 방식에 따라서 다르게 구성될 수 있다.
또한 하우징(202)의 내부에는 광원부(212)가 배치된다. 광원부(212)는 에너지 공급 장치(30)에 에너지를 전달하기 위하여 미리 정해진 파장을 갖는 광을 출력한다. 광원부(212)에 의해서 출력되는 광의 광 에너지는 에너지 공급 장치(30)에 의해서 전기 에너지로 변환된다. 광원부(212)에 의해서 출력되는 광은 에너지 공급 장치(30)에 곧바로 도달하는 것이 아니라 에너지 공급 장치(30) 상부의 피부를 투과해야 한다. 따라서 광원부(212)에 의해서 출력되는 광의 파장은 피부에 대한 투과율이 가장 높은 근적외선(Near Infrared)의 파장과 일치하도록 설정될 수 있다.
도 2의 실시예에서 광원부(212)는 제1 안테나(210)의 중앙 영역에 배치된다. 그러나 광원부(212)의 위치는 실시예에 따라서 달라질 수 있다. 본 발명에서는 후술하는 바와 같이 제1 안테나(210)와 제2 안테나(310) 간의 신호 송수신에 의해서 에너지 송신 장치(20)와 에너지 공급 장치(30)의 정렬 상태가 확인된다. 여기서 에너지 송신 장치(20)와 에너지 공급 장치(30)의 정렬 상태는 광원부(212)와 광전지(312)의 정렬 상태를 의미한다. 따라서 광원부(212)와 제1 안테나(210)의 상대적인 위치가 변경됨에 따라서 광전지(312)와 제2 안테나(310)의 상대적인 위치도 변경될 수 있다.
한편 도면에는 도시되지 않았으나 에너지 송신 장치(20)의 하우징(202) 내부에는 제어부(미도시)가 구비된다. 제어부(미도시)는 에너지 공급 장치(30)의 제2 안테나(310)가 정렬 확인 신호에 대응하여 송신하는 응답 신호에 기초하여 광전지(312) 및 광원부(212) 간의 정렬 상태를 확인하고, 확인된 정렬 상태에 기초하여 광원부(212)의 광 출력을 제어한다.
본 발명의 일 실시예에서, 제어부(미도시)는 제1 안테나(210)에 의해서 수신되는 응답 신호의 세기가 미리 정해진 기준값 이상일 경우 광전지(312)와 광원부(212)의 정렬 상태가 정상인 것으로 판단한다. 광전지(312)와 광원부(212)의 정렬 상태가 정상일 경우 제어부(미도시)는 광원부(212)가 에너지 공급을 위한 광을 출력하도록 제어하여 에너지 공급 장치(30)로 광 에너지를 전달한다.
또한 제어부(미도시)는 응답 신호의 세기가 미리 정해진 기준값 미만이거나 응답 신호가 수신되지 않을 경우 광전지(312)와 광원부(212)의 정렬 상태가 정상이 아닌 것으로 판단한다. 광전지(312)와 광원부(212)의 정렬 상태가 정상이 아닐 경우, 제어부(미도시)는 광전지(312)와 광원부(212)의 정렬 상태가 정상이 될 때까지 광원부(212)의 광 출력을 중단시킬 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 제어부(미도시)는 제2 안테나(310)에 의해서 송신되는 광전지(312)의 충전 상태 정보에 기초하여 광원부(212)의 광 출력을 제어한다. 광전지(312)의 충전 상태 정보를 확인한 결과 광전지(312)의 충전이 완료되거나 광전지(312)가 과충전 상태일 경우 제어부(미도시)는 광원부(212)의 광 출력을 중단시킨다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 제어부(미도시)는 광원부(212)의 광 출력 시간이 미리 정해진 기준 시간 이상이면 광원부(212)의 광 출력을 중단시킨다. 광원부(212)에 의해서 출력되는 광은 피부를 투과하여 광전지(312)에 도달하므로 에너지 송신 장치(20)에 의해서 에너지가 공급되는 동안 피부가 광원부(212)의 광에 노출된다.
본 발명에 따른 제어부(미도시)는 광원부(212)의 광 출력 시간이 미리 정해진 기준 시간 이상이면 광원부(212)의 광 출력을 중단시킴으로써, 광에 대한 장시간 노출로 인하여 피부가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 기준 시간은 광원부(212)에 의해서 출력되는 광의 파장이 길수록 길게 설정될 수 있다.
다음으로 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 공급 장치(30)는 제2 안테나(310), 광전지(312), 제어부(304), 전력 공급부(306)를 포함한다.
제2 안테나(310)는 피부 표면으로부터 미리 정해진 거리 이내에서 체내에 배치되며 특정 신호를 수신하거나 송신한다. 제2 안테나(310)는 제1 안테나(210)로부터 송신되는 정렬 확인 신호를 수신하고, 이에 대한 응답으로 응답 신호를 송신한다.
광전지(312)는 피부 표면으로부터 미리 정해진 거리 이내에서 체내에 배치되며 광원부(212)로부터 출력되는 광을 수신하여 전기 에너지, 즉 전력으로 변환한다. 광전지(312)에 의해서 생성된 전기 에너지는 광전지(312)에 저장되고, 체내 이식형 기기(102)에 공급된다.
제어부(304)는 특정 신호 또는 정보의 송신 또는 수신을 위하여 제2 안테나(310)의 동작을 제어한다. 또한 제어부(304)는 광전지(312)의 충전 상태를 확인하고, 확인된 충전 상태를 기초로 광전지(312)의 충전 상태 정보를 생성한다. 충전 상태 정보는 광전지(312)의 현재 충전량(State of Charge, SOC), 잔존 수명(State of Health, SOH)에 대한 정보를 적어도 포함할 수 있다.
제어부(304)는 제2 안테나(310)를 통해서 충전 상태 정보를 에너지 송신 장치(20)로 송신한다. 본 발명의 일 실시예에서, 제어부(304)는 미리 정해진 송신 주기에 따라서 제2 안테나(310)를 통해서 충전 상태 정보를 에너지 송신 장치(20)로 송신할 수 있다.
전력 공급부(306)는 광전지(312)에 의해서 생산되는 전력을 체내 이식형 기기(102)에 적합한 전력으로 변환하여 체내 이식형 기기(102)에 전력을 공급한다. 전력 공급부(306)는 광전지(312)에 의해서 생산되는 전력을 정류하기 위한 정류기 또는 광전지(312)에 의해서 생산되는 전력을 변환하기 위한 컨버터 회로 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시예에 따라서는 전력 공급부(306)가 생략되고 광전지(312)에 저장된 전력이 체내 이식형 기기(102)로 직접 공급될 수도 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 에너지 송신 장치가 에너지 공급 장치에 에너지를 전달하는 실시예를 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 체내 이식형 기기를 위한 에너지 송신 장치의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
사용자가 에너지 송신 장치(20)의 전원 버튼(204)를 누르면 에너지 송신 장치(20) 내부에 전원이 인가된다. 전원이 인가되면 에너지 송신 장치(20)의 제어부는 먼저 제1 안테나(210)를 통해서 정렬 확인 신호를 송신한다(402).
사용자는 에너지 송신 장치(20)에 전원을 인가한 후 에너지 송신 장치(20)를 파지한 상태로 에너지 공급 장치(30)가 이식되어 있는 위치의 피부 근처에 에너지 송신 장치(20)를 접근시킨다. 에너지 송신 장치(20)가 에너지 공급 장치(30)가 이식되어 있는 위치로 접근함에 따라서 제1 안테나(210)가 송신하는 정렬 확인 신호가 에너지 공급 장치(30)의 제2 안테나(310)에 의해서 수신된다.
제2 안테나(310)에 의해서 정렬 확인 신호가 수신되면, 에너지 공급 장치(30)의 제어부(304)는 정렬 확인 신호를 수신했음을 알리기 위한 응답 신호를 제2 안테나(310)를 통해 송신한다. 제2 안테나(310)에 의해서 송신되는 응답 신호는 제2 안테나(310)와 근접한 제1 안테나(210)에 의해서 수신된다.
정렬 확인 신호가 제1 안테나(210)에 의해서 송신된 이후, 에너지 송신 장치(20)의 제어부는 제1 안테나(210)를 통해서 응답 신호가 수신되었는지 여부를 확인한다(404). 응답 신호가 수신되지 않은 것은 광원부(212)와 광전지(312)의 정렬이 이루어지지 않아 광원부(212)로부터 출력되는 광이 광전지(312)에 도달할 수 없는 상태를 의미한다. 따라서 에너지 송신 장치(20)의 제어부는 응답 신호가 수신될 때까지 계속해서 정렬 확인 신호를 송신(402)하도록 제1 안테나(210)를 제어한다.
제1 안테나(210)를 통해서 응답 신호가 수신되었더라도 광전지(312)에 의해서 수신되는 광량이 전력을 생산하기에 충분한 정도까지 확보되기 위해서는 광원부(212)와 광전지(312)의 정렬이 정확하게 이루어질 필요가 있다. 본 발명에서 에너지 송신 장치(20)의 제어부는 광원부(212)와 광전지(312)의 정렬 상태를 정상인 상태와 그렇지 않은 상태로 구별하고, 광원부(212)와 광전지(312)의 정렬 상태가 정상일 경우에만 광원부(212)가 광을 출력하도록 제어한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 에너지 송신 장치와 에너지 공급 장치의 정렬 상태가 정상일 때를 나타내는 도면이다. 또한 도 6은 본 발명의 일 실시예에서 에너지 송신 장치와 에너지 공급 장치의 정렬 상태가 정상이 아닐 때를 나타내는 도면이다.
예컨대 도 5에 도시된 바와 같이 광원부(212)에 의해서 출력되는 광의 광 경로(510) 상에 광전지(312)가 위치하는 상태가 될 경우, 에너지 송신 장치(20)의 제어부는 광원부(212)와 광전지(312)의 정렬 상태가 정상인 것으로 판단한다.
반면에 도 6에 도시된 바와 같이 제1 안테나(310)와 제2 안테나(210)가 어느 정도 근접한 상태에서 제1 안테나(310)가 제2 안테나(210)에 의해서 송신되는 응답 신호를 수신하더라도, 광전지(312)가 광원부(212)에 의해서 출력되는 광의 광 경로(510)를 벗어난 위치에 자리할 경우 광전지(312)의 전력 생산량이 매우 낮거나 전력 생산이 불가능하다. 따라서 본 발명에 따른 에너지 송신 장치(20)의 제어부는 도 6과 같은 광원부(212)와 광전지(312)의 정렬 상태가 정상이 아닌 것으로 판단한다.
이와 같은 광원부(212)와 광전지(312)의 정렬 상태를 판별하기 위하여, 제1 안테나(210)를 통해서 응답 신호가 수신된 이후, 에너지 송신 장치(20)의 제어부는 제1 안테나(210)를 통해서 수신된 응답 신호의 세기를 미리 정해진 기준값과 비교한다(406). 비교(406) 결과 응답 신호의 세기가 기준값 미만이면, 에너지 송신 장치(20)의 제어부는 광원부(212)와 광전지(312)의 정렬 상태가 정상이 아닌 것으로 판단하고 계속해서 제1 안테나(210)를 통해 정렬 확인 신호를 송신한다(402).
비교(406) 결과 응답 신호의 세기가 기준값 이상이면, 에너지 송신 장치(20)의 제어부는 광원부(212)와 광전지(312)의 정렬 상태가 정상인 것으로 판단한다. 광원부(212)와 광전지(312)의 정렬 상태가 정상이면, 에너지 송신 장치(20)의 제어부는 충전이 시작됨을 알리는 제1 알람음을 스피커(208)를 통해 출력하거나, 디스플레이부(206)를 통해 광원부(212)와 광전지(312)의 정렬이 정상임을 알리는 메시지를 표시할 수 있다.
광원부(212)와 광전지(312)의 정렬 상태가 정상이면 에너지 송신 장치(20)의 제어부는 에너지 공급 장치(30)의 제2 안테나(310)로부터 송신되는 충전 상태 정보를 제1 안테나(210)를 통해 수신한다. 충전 상태 정보는 에너지 공급 장치(30)의 제어부(304)에 의해서 생성되는 정보로서 광전지(312)의 현재 충전량, 잔존 수명에 대한 정보를 적어도 포함한다.
에너지 송신 장치(20)의 제어부는 수신된 충전 상태 정보에 포함된 광전지(312)의 현재 충전량을 기초로 광전지(312)의 충전이 필요한지 여부를 판단한다. 예컨대 에너지 송신 장치(20)의 제어부는 광전지(312)의 현재 충전량이 미리 설정된 제1 기준 충전량(예컨대, 70%) 이하일 경우 광전지(312)의 충전이 필요한 것으로 판단할 수 있다. 또 다른 예로 에너지 송신 장치(20)의 제어부는 광전지(312)의 현재 충전량이 미리 설정된 제2 기준 충전량(예컨대, 90%) 이하일 경우 광전지(312)의 충전이 필요하지 않은 것으로 판단할 수 있다.
판단(410) 결과 광전지(312)의 충전이 필요한 것으로 판단되면, 에너지 송신 장치(20)의 제어부는 광원부(212)를 구동시켜 광원부(212)로부터 에너지 전달을 위한 광이 출력되도록 제어한다(412). 이에 따라서 광원부(212)로부터 출력되는 광이 광전지(312)에 도달하여 광전지(312)가 전력을 생성하고 저장한다.
한편, 에너지 송신 장치(20)의 제어부는 광원부(212)가 광을 출력하고 있는 동안에도 앞서 설명된 단계(402) 내지 단계(406)을 수행하여 광원부(212)와 광전지(312)의 정렬 상태를 계속해서 확인한다. 광원부(212)가 광을 출력하고 있는 동안에 이루어지는 광원부(212)와 광전지(312)의 정렬 상태에 대한 확인은 연속적으로 수행될 수도 있고, 미리 정해진 주기에 따라서 반복적으로 수행될 수도 있다. 광원부(212)가 광을 출력하고 있는 동안 광원부(212)와 광전지(312)의 정렬 상태가 정상이 아닌 것으로 판단되면 에너지 송신 장치(20)의 제어부는 스피커(208)를 통해 제2 알람음을 출력하거나 디스플레이부(206)를 통해 광원부(212)와 광전지(312)의 정렬 상태가 정상이 아님을 알리는 메시지를 표시할 수 있다.
또한 에너지 송신 장치(20)의 제어부는 광원부(212)가 광을 출력하고 있는 동안 광원부(212)를 통해 광이 출력된 시간, 즉 광 출력 시간을 미리 정해진 기준 시간과 비교한다(414). 비교(414) 결과 광 출력 시간이 기준 시간 이상일 경우, 에너지 송신 장치(20)의 제어부는 광원부(212)의 구동을 종료시킨다.
비교(414) 결과 광 출력 시간이 기준 시간 미만인 경우, 에너지 송신 장치(20)의 제어부는 충전 상태 정보에 기초하여 광전지(312)의 충전 상태를 확인한다(416). 확인(416) 결과 광전지(312)의 충전이 완료되었거나 광전지(312)가 과충전 상태인 것으로 확인되면 에너지 송신 장치(20)의 제어부는 광원부(212)의 구동을 종료시킨다.
확인(416) 결과 광전지(312)의 충전이 완료되지 않았거나 광전지(312)가 과충전 상태가 아니면 에너지 송신 장치(20)의 제어부는 계속해서 광원부(212)를 통해 광이 출력되도록 제어한다.
광전지(312)의 충전이 완료되었는지 또는 광전지(312)가 과충전 상태인지 여부를 판단하기 위하여 에너지 송신 장치(20)의 제어부는 광전지(312)의 현재 충전량을 미리 정해진 제3 기준 충전량(예컨대, 95%)과 비교할 수 있다. 에너지 송신 장치(20)의 제어부는 광전지(312)의 현재 충전량이 제3 기준량 미만이면 광전지(312)의 충전이 아직 완료되지 않은 것으로 판단하고, 그렇지 않으면 광전지(312)의 충전이 완료되거나 광전지(312)가 과충전 상태인 것으로 판단할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 체내 이식형 기기를 위한 에너지 송신 장치의 광원부로부터 출력되는 광의 파장 길이에 따른 피부 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 광원부(212)로부터 출력되는 광의 파장 길이(Wavelength)가 변화함에 따라서 광원부(212)로부터 출력되는 광이 피부를 침투하는 깊이(Effective penetration depth)가 변화함을 알 수 있다. 특히 광원부(212)로부터 출력되는 광의 파장이 650(W1) 내지 1350(W2) 나노미터(nm) 범위 내로 설정될 때, 광원부(212)로부터 출력되는 광이 피부를 침투하는 깊이가 가장 깊다. 따라서, 본 발명에 따른 광원부(212)로부터 출력되는 광의 파장 길이는 650 내지 1350 나노미터(nm) 범위 내에서 설정된다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이 광의 파장 길이는 650 내지 1350 나노미터(nm)일 때 광의 파장 길이가 길수록 광원부(212)로부터 출력되는 광이 피부를 침투하는 깊이가 짧아지는 경향이 나타난다. 이에 따라서 650 내지 1350 나노미터의 범위 내에서 파장 길이가 상대적으로 짧은 광은 파장 길이가 상대적으로 긴 광보다 피부에 더 깊숙이 침투한다.
광이 피부로 침투하는 깊이가 길수록 광전지(312)에 보다 많은 양의 광이 전달될 수 있으나, 피부 또는 피부 근처의 장기 등이 손상될 가능성도 높아진다. 이에 따라서, 본 발명에 따른 에너지 송신 장치(20)의 제어부는 광원부(212)의 광 출력 시간이 미리 정해진 기준 시간 이상이면 광원부(212)의 광 출력을 중단시킴으로써, 광에 대한 장시간 노출로 인하여 피부가 손상되는 것을 방지한다.
이 때, 제어부에 의해서 참조되는 기준 시간은 광원부(212)에 의해서 출력되는 광의 파장이 길수록 길게 설정될 수 있다. 전술한 바와 같이 광원부(212)에 의해서 출력되는 광의 파장이 길수록 광이 피부로 침투하는 깊이가 짧아지므로, 본 발명에서는 광원부(212)에 의해서 출력되는 광의 파장이 상대적으로 길수록 광의 파장이 짧을 때에 비해 상대적으로 긴 시간동안 광 출력을 허용한다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (10)

  1. 하우징;
    상기 하우징 내부에 배치되며 정렬 확인 신호를 송신하는 제1 안테나;
    상기 하우징 내부에 배치되며 미리 정해진 파장을 갖는 광을 출력하는 광원부;
    체내에 배치된 제2 안테나가 상기 정렬 확인 신호에 대응하여 송신하는 응답 신호에 기초하여 체내에 배치된 광전지 및 상기 광원부 간의 정렬 상태를 확인하고, 상기 정렬 상태에 기초하여 상기 광원부의 광 출력을 제어하는 제어부를 포함하는
    체내 이식형 기기를 위한 에너지 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 응답 신호의 세기가 미리 정해진 기준값 이상일 경우 상기 광전지와 상기 광원부의 정렬 상태가 정상인 것으로 판단하는
    체내 이식형 기기를 위한 에너지 송신 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 응답 신호의 세기가 미리 정해진 기준값 미만이거나 상기 응답 신호가 수신되지 않을 경우 상기 광전지와 상기 광원부의 정렬 상태가 정상이 아닌 것으로 판단하는
    체내 이식형 기기를 위한 에너지 송신 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제2 안테나에 의해서 송신되는 상기 광전지의 충전 상태 정보에 기초하여 상기 광원부의 광 출력을 제어하는
    체내 이식형 기기를 위한 에너지 송신 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 광전지의 충전이 완료되거나 상기 광전지가 과충전 상태일 경우 상기 광원부의 광 출력을 중단시키는
    체내 이식형 기기를 위한 에너지 송신 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광원부로부터 출력되는 광의 파장은 650 내지 1350 나노미터의 범위 내에서 설정되는
    체내 이식형 기기를 위한 에너지 송신 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 광원부의 광 출력 시간이 미리 정해진 기준 시간 이상이면 상기 광원부의 광 출력을 중단시키는
    체내 이식형 기기를 위한 에너지 송신 장치.
  8. 피부 표면으로부터 미리 정해진 거리 이내에서 체내에 배치되며 제1 안테나로부터 송신되는 정렬 확인 신호에 대응하여 응답 신호를 송신하는 제2 안테나;
    피부 표면으로부터 미리 정해진 거리 이내에서 체내에 배치되며 피부 바깥의 광원으로부터 출력되는 광을 수신하여 전력을 생산하는 광전지; 및
    상기 광전지의 충전 상태를 확인하여 충전 상태 정보를 생성하는 제어부를 포함하는
    체내 이식형 기기를 위한 에너지 공급 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는
    미리 정해진 송신 주기에 따라서 상기 제2 안테나를 통해 상기 충전 상태 정보를 송신하는
    체내 이식형 기기를 위한 에너지 공급 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 광전지에 의해서 생산되는 전력을 변환하여 체내 이식형 기기에 전력을 공급하는 전력 공급부를 더 포함하는
    체내 이식형 기기를 위한 에너지 공급 장치.
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