KR102144678B1 - 인체 모니터링 신호를 실시간으로 송수신하기 위한 무선 통신 방법 및 이를 이용하는 장치 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인체에 부착되는 센서를 통하여 감지될 수 있는 바이오 신호에 기초하여 질병의 진단이나 위험을 감지하기 위한 장치 및 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은, 무선 통신부, 인체의 코를 통해 삽입되어 인후두 부근에서 pH를 측정하는 센서, 및 상기 센서로부터 측정되는 결과를 송신하도록 상기 무선 통신부를 제어하는 제어부를 포함하는, 무선 송수신 장치에 관한 것이다.

Description

인체 모니터링 신호를 실시간으로 송수신하기 위한 무선 통신 방법 및 이를 이용하는 장치 및 시스템{WIRELESS TRANSMIT APPARATUS AND SYSTEM FOR MONITORING HUMAN BODY SIGNAL AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 인체 바이오 신호를 실시간으로 측정하고 이에 대한 경고를 출력해 주는 장치 및 시스템에 관한 것으로, 실시간으로 측정되는 인체 신호를 측정하고 분석하여 신체 건강 상 위급한 상황이라고 판단될 경우 경고를 출력해주기 위한 시스템에 관한 것이다.

세계적으로 스포츠와 레저 문화의 활성화로 신체운동에 대한 관심이 지속적으로 증가되고 있는 상황이다. 그리고, 보다 구체적이며 정확한 신체운동에 대한 데이터 수집 및 활용의 요구가 증가되고 있다. 또한 안전사고의 예방차원에서 운동 중 심박 및 체온 등의 신체변화를 실시간으로 모니터링하고, 신체의 위험상황을 알리는 장치에 대한 필요성이 높아지고 있다.

인후두 역류증은 위산이나 위 내용물이 식도로 넘어와 후두와 인두로 역류하여 후두와 인두의 만성염증 또는 손상과 변화를 일으키는 질환을 의미하며, 인후두 역류증은 유병률이 증가 추세이며 삶의 질에 영향을 미치는 질환임. 환자의 전형적인 증상으로는 가슴앓이, 이물감, 역류, 오심, 구토 등이 존재한다.

이와 같은 인후두 역류증을 치료하기 위해서는 제산제(위산억제제) 등의 약물을 처방하게 되는데, 증상에 따라 그 양을 충분히 제어할 필요성이 존재한다. 왜냐하면, 이와 같은 약물은 과용할 경우 골다공증이나 위암 등의 부작용이 발생할 수 있기 때문이다. 따라서, 실제로 위산이 역류하는지 센서 등을 통하여 지속적으로 모니터링 할 필요성이 있으며, 의료전문가는 실시간 모니터링 결과에 따라서 투약해야 하는지 여부와 투약하는 정도를 정확하게 결정할 수 있을 것이다.

위와 같이 위산을 모니터링하는 경우 뿐만 아니라 신체운동 활동에 있어서 기본적으로 측정되어야 할 항목으로 심박수가 있으며, 이를 측정하기 위해서 다양한 신체부위에 접합되는 장치를 이용하여 측정하고 있다.

정해진 심장박동 이상이나 이하 시, 소리나 불빛으로만 경고를 주는 단순한 기능만을 가지고 있어, 격렬한 운동을 하는 사람만 제한적으로 사용이 가능했는데, 고혈압이나 심장질환자(부정맥, 심근 협심증, 심근경색)들은 특히 가벼운 운동이나 일상적인 생활에서도 심장마비 등이 올 수 있기에 이러한 사용자들에겐 무용지물과 같은 장치가 되었다.

즉, 심장마비의 전구증상이나 심장기능 이상을 느낄때는 심박동수의 변화도 있지만, 부정맥(불규칙한 심장 박동)이 나타나는데, 이러한 기존의 장치들에서는 심장박동수만 체크하기에 정상 심박동수의 심장기능 이상은 알 수 없다는 단점이 있었다.

또한, 인체를 24시간 지속적으로 모니터링 하기 위해서는 전력관리가 가장 중요한 요소인데, 실시간으로 모니터링 결과를 전송할 경우 전력 소모량이 많아 이를 관리하기 어렵다는 문제점이 존재하였다.

이에 따라, 실시간 모니터링 결과를 지속적으로 무선 전송할 수 있으면서도 동시에 전력 소모량을 낮출 수 있는 무선 통신 방법에 대한 연구가 요구되는 실정이다.

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 실시간으로 위산이 역류하는 것을 감지하고, 지속적으로 감지 결과를 분석하여 위산억제제 투여에 대한 분석 정보를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또 다른 목적은, 실시간으로 대상자의 심박상태를 모니터링하고, 부정맥 등 빠른 대처가 요구되는 심장 관련 질환을 신속하게 감지하여, 위험 상황 시 신속하게 주변 사람이나 의료기관에게 경고를 보내는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 무선 통신부; 인체의 코를 통해 삽입되어 인후두 부근에서 pH를 측정하는 센서; 및 상기 센서로부터 측정되는 결과를 송신하도록 상기 무선 통신부를 제어하는 제어부를 포함하는, 무선 송수신 장치를 제공한다.

상기 측정되는 결과는 상기 인후두 부근의 실시간 pH 정보일 수 있다.

그리고 상기 송신된 결과는, 저장 장치에 저장되어 인후두 역류증 증상을 진단하는데 사용될 수 있을 것이다.

또한 상기 저장 장치에 저장된 결과는, 컴퓨터나 이동 단말기등을 통하여 결과를 모니터링할 수 있다.

본 발명에 따른 무선 통신 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 실시간으로 대상 환자의 인후두 부근의 pH를 감지하고, 이를 기초로 인후두 역류증의 진단 및 심한 정도를 감지할 수 있는 데이터를 확보할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 대상 환자의 심장 관련 신호 감지를 통하여, 실시간으로 심장 관련 위험을 측정하고 경고해 줄 수 있다는 장점이 있다.

본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 송수신 장치(10)의 블록도를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시에에 따른 센서 유닛(100)에서부터 호스트 유닛(200)으로 전달되기 위한 BLE 패킷 구조를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 BLE 패킷 구조에서 전달되는 데이터를 생성하도록 동작하는 센서 유닛(100)의 신호 처리 구성 요소의 블록도를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 pH 센서(100)의 단면도를 도시하는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

BLE(Bluetooth Low Energy)는 Bluetooth 4.0 프로토콜에 정의 된 하위 프로토콜로, 클라이언트 장치(예: 하기에서 설명할 센서 유닛)와 서버 장치(예 : 휴대폰 또는 개인용 컴퓨터과 같은 호스트 유닛)간에 에너지를 효율적으로 전송한다. BLE는 전력 소비를 최소화하는 것이 중요 할 수 있는 배터리 작동 장치에 특히 유용할 수 있다.

Bluetooth의 보급과 BLE의 전력 효율은 많은 이점을 제공하지만, 일부 의료 기기의 경우 특히 일부 기기 유형에서는 표준 Bluetooth 구현으로는 만족스럽지 못한 통신 요구 사항이 발생한다.

예를 들어, 많은 유형의 계측에는 전통적으로 다수의 유선 또는 다수의 무선 채널에 의해 전달되는 다수의 신호 유형의 전송이 필요할 수 있다. 그러나, 소비자들이 사용하게 되는 전자 장치가 제공 받을 수 있는 무선 채널의 수가 제한적일 뿐만 아니라, 다중 무선 채널을 유지하기엔 전력 소모량 측면에서도 바람직하지 못하다.

한편, BLE 대역폭 제한은 센서 성능에 영향을 줄 수 있습니다. 예를 들어, 인간의 가청 주파수 대역은 약 20Hz 내지 약 20kHz 범위이지만, BLE는 작은 패킷 크기 및 느린 패킷 속도로 인해 인간 가청 주파수 전체를 전송하기에 충분한 대역폭을 갖지 않는다. 전통적인 블루투스 및 BLE 구현은 무선 심장 장치와 같은 의료 장치에 대해 특히 불리하거나 제한적일 수 있다.

인체로부터 측정되는 결과를 실시간으로 모니터링하기 위해서는, 전력 소모량의 관리가 필수적이다. 왜냐하면, 인체를 실시간 모니터링하기 위해서는 휴대성이 필수적인데, 무선 통신을 수행하는 휴대용 기기들은 많은 전력을 소모하기 때문에 오랜 시간 동안 동작을 유지시키는 것이 쉽지 않기 때문이다.

따라서, 본 발명에서는, 실시간 모니터링 결과를 무선으로 전송할 때 전력 관리를 보다 효율적으로 수행할 수 있는 무선통신 방법에 대해서 제안한다. 특히, 본 발명에서는 1) 인후두 역류증을 진단/모니터링하기 위한 케이스와 2) 부정맥을 모니터링하기 위한 케이스를 위한 무선 통신 방법을 제안한다.

인후두 역류증을 진단하거나 모니터링할 때, 24시간 동안 환자 인후두 인근의 pH 값의 변화를 기초로 판단할 수 있다.

하지만, 본 발명자들이 인후두 인근의 pH만으로 판단해 본 결과, 역류되는 위산이 인후두까지 올라오는 양은 소량이 불과하며, 직접적으로 위산 역류를 측정하기 위해서는 식도와 위장이 만나는 지점의 pH 수치가 요구되었다. 센서를 위장 바로 직전까지 삽입한 상태로 24시간을 유지하는 것은 환자에게 상당한 불편함과 고통을 줄 수 있기 때문에, 본 발명에서는 인후두의 pH를 측정하되, 이를 보완할 수 있는 추가적인 정보를 더 센싱하도록 제안하는 것이다.

일반적으로 위산이 역류하는 경우, 역류된 위산에 의해서 목소리가 칼칼해지도록 변화된다. 그렇기 때문에 목소리의 변화를 측정할 경우, 단순 인후두 인근의 pH 만을 가지고 진단하는 것 보다 정확한 결과를 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명의 일실시예에서는, 인후두 인근의 pH 센싱과 함께, 환자의 목소리 변화를 분석하기 위한 오디오를 함께 감지하도록 제안한다.

하지만, 이하에서 보다 상세히 후술하겠지만, pH 센싱 결과와 오디오 신호를 동시에 BLE 통신을 활용한 무선 송수신을 하기에는, 허용되는 무선 데이터 자원이 한정적이라는 문제점이 존재한다. 따라서, 본 발명에서 제안하고자 하는 바는, 위와 같이 pH 센싱 결과와 오디오 신호를 함께 전송하면서도, 저전력과 높은 무선 안정도를 가질 수 있는 통신 방법이다.

이와 같은 내용은 부정맥을 모니터에도 마찬가지로 적용된다. 일반적으로 ECG 신호를 감지하는데 있어서, 단순 ECG 신호만으로는 모든 부정맥 케이스를 정확하게 감지해 내는 것은 쉽지 않을 것이다. 특히, 부정맥의 경우 환자의 생명과 연관성이 높기 때문에, 그 경고에 있어서 신뢰도가 매우 중요하다. 잦은 경고의 오류는 결국 실제 위험 상황에서 대처를 늦출 수 있기 때문이다.

결론적으로 본 발명에서 부정맥을 모니터링하기 위하여 단순 ECG 신호의 센싱뿐만 아니라 오디오 신호를 함께 무선으로 송신하도록 제안하는 것이며, 이 경우에도 마찬가지로 ECG 신호와 오디오 신호를 동시 전송하면서도 저전력과 높은 무선 안정도가 요구될 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 송수신 장치(10)의 블록도를 도시하는 도면이다.

도시된 무선 송수신 장치(10)는, 센서 유닛(100)과 호스트 유닛(200)을 포함하도록 구성될 수 있으며, 센서 유닛(100)과 호스트 유닛(200)은 무선 통신을 통하여 연결되도록 구성될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 이 무선 통신은 저전력 블루투스(BLE, Bluetooth Low Energy) 기술을 활용한 통신일 수 있다.

센서 유닛(100)은, 트랜스듀서(120)에서 처리하는 신호를 처리하고, 처리된 신호를 메모리(170)에 저장하도록 구성될 수 있다. 트랜스듀서(120)는 오디오 트랜스듀서(121)와 역류되는 위산을 감지하기 위한 pH 신호 트랜스듀서(122), 심장 관련 신호를 감지하기 위한 ECG 신호 트랜스듀서(123)을 포함할 수 있다.

이때 인후두 역류증을 진단/모니터링 하기 위한 pH를 감지하기 위한 센서 유닛(100)은 인체의 코를 통해 삽입되어 인후두 부근에서 pH를 측정하도록 구성될 수 있다.

메모리(170)는, 처리된 신호를 임시 또는 영구적으로 저장하도록 구성될 수 있을 것이다.

마찬가지로 호스트 유닛(200)은 통신부(210)를 통하여 상기 센서 유닛(100)으로부터의 신호를 수신 받을 수 있을 것이다.

호스트 유닛(200)은, 어떠한 형태의 단말기라도 상관 없으며, 예를 들면 스마트폰과 같은 이동 단말기와 컴퓨터와 같은 고정식 단말기일 수도 있다. 호스트 유닛(200)의 제어부(280)는 통신부(210)를 통하여 수신되는 신호를 메모리(270)에 저장하거나 출력부(250)를 통하여 출력해 줄 수 있을 것이다. 호스트 유닛(200)은 전원부(290)를 제어하여 필요한 요소에 전력을 공급해 줄 수 있을 것이다.

BLE 프로토콜에 의한 무선 데이터 송수신 동작은, 에너지 소비를 최소화하고 센서 유닛(100) 및 호스트 유닛(200)의 배터리 수명을 연장시키기 위해 무선 통신의 구현에 바람직할 수 있다.

하지만 상술한 바와 같이, BLE는 일반적으로 구현되는 바와 같이 실시간 모니터링 신호를 무선을 송수신하는 환경에서 상당한 제한을 나타낸다. 그러한 제한 중 하나는 대역폭이다.

일반적인 이동 단말기를 포함하는 호스트 유닛(200)은 무선 통신을 위한 BLE 프로토콜을 이용하는 경우 패킷 레이트(packet rate)의 제한을 갖는다. 예를 들어, 일부 스마트폰들은 하나의 BLE 패킷이 5 ms마다 수용될 수 있는 최소 패킷 간격을 가질 수 있다.

높은 데이터 무결성과 신뢰성이 요구되는 의료 응용 분야에서는 이러한 한계를 더욱 극복해야 할 필요성이 있다. 이론적으로 제시되어 있는 최대 패킷 레이트를 넘을 수준으로 전송하는 방식으로 데이터의 무결성이나 무선 통신의 안정성을 해쳐버리는 것은 바람직하지 않다.

패킷 레이트를 낮추게 되면 더 여유 있는 패킷 간격을 제공 할 수 있겠지만, 대역폭은 더 제한될 수 밖에 없을 것이다.

그뿐만 아니라, BLE는 패킷 크기 역시 제한된다. 패킷 크기에 대한 프로토콜 제약에 관계없이, 전력 소비를 감소시키기 위해 패킷 크기를 감소시키는 것이 더 바람직할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서는 오디오 및 ECG 데이터/pH 데이터를 모두 제공하는 효과적인 센서 유닛(100)을 구현하기 위해, 패킷은 바람직하게는 오디오 트랜스듀서(121)로부터의 오디오 데이터, pH 신호 트랜스듀서(122)로부터의 pH 데이터, ECG 신호 트랜스듀서(123)로부터의 ECG 데이터 및 명령 및 제어 데이터와 같은 다수의 데이터 스트림을 수용하는 방식을 통하여 패킷 효율을 달성하도록 제안한다.

도 2는 본 발명의 일실시에에 따른 센서 유닛(100)에서부터 호스트 유닛(200)으로 전달되기 위한 BLE 패킷 구조를 도시한다. 도 2의 패킷 구조는 일반적인 스마트 폰, 태블릿 또는 다른 전자 장치에 의해 신뢰성있게 송수신 될 수 있는 비교적 낮은 대역폭 및 저전력 BLE 통신을 통해 다수의 의료 기기 및 제어 데이터를 전달하도록 최적화 되어있다. 구체적으로 도 2의 패킷 구조는 하나의 표준 BLE 무선 세트를 사용하여 단일 BLE 패킷 내에서 임상 충실도로 오디오 데이터, pH/ECG 데이터 및 명령/제어 데이터를 동시에 전달한다.

즉, 단일 BLE 패킷(290)은 헤더(291), 제어 데이터(292) 및 센싱 데이터(280)를 포함하도록 구성될 수 있을 것이다. 일반적으로 BLE 패킷(290)은 20 바이트로 구성되긴 하지만, 이에 한정되지는 않을 것이다.

센싱 데이터(280)는 오디오 페이로드(281) 및 pH/ECG 페이로드(282)를 동시에 포함하도록 구성된다.

도 2의 각 패킷(200)은 바람직하게는 BLE 표준에 의해 제공된 바이트 길이 및 바람직하게는 상품 BLE 칩셋 및 컴퓨팅 장치와 호환 가능한 패킷 간격을 갖도록 형성된다. 이러한 데이터 구조는 대략 20kbps의 유효 비트 레이트를 제공할 수 있다.

오디오 페이로드(281)는 오디오 트랜스듀서(121)에 의해 기록된 오디오 데이터를 전송하는데 이용된다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 BLE 패킷 구조에서 전달되는 데이터를 생성하도록 동작하는 센서 유닛(100)의 신호 처리 구성 요소의 블록도를 도시하는 도면이다.

오디오 센서(300)는 오디오 신호를 아날로그 전자 신호로 변환한다. ADC(Analog to Digital Converter)(310)는 오디오 센서(300)의 출력을 샘플링하고 디지털 데이터 스트림(311)을 생성시킨다. ADC(310)는 약 4kHz 샘플링 레이트, 샘플 당 16비트로 샘플링을 수행하여, 64kbps를 생성 오디오 스트림을 생성시킨다. 생성된 오디오 스트림은 ADPCM(Adaptive Differential Pulse-code Modulation) 인코더(330)에 의해 압축되어 4kHz 속도로 4비트 오디오 스트림(즉, 0.25ms마다 하나의 4비트 샘플)(332)을 생성한다. 따라서, 8ms 패킷 간격으로, 각 패킷 (200)은 32개의 4비트 오디오 샘플을 갖는 오디오 페이로드(281)를 포함한다.

상술한 인코더(330)에서의 압축 프로세스 시 발생할 수 있는 아티팩트 및 왜곡을 감소시키기 위해 인코더(330) 이전에 ADC(310)의 출력(311)에 디지털 필터 (320)가 적용될 수 있다. 특히, 필터(320)는 2kHZ 범위 이상의 고주파 성분을 제거하거나 현저하게 감쇠시키기 위해 강한 저역 통과 필터를 포함할 수 있다.

도 2에서 상술한 BLE 패킷 구조의 다른 장점으로 호스트 유닛(200)로서 이용 될 수 있는 일반적인 스마트 폰 및 다른 모바일 장치에서 패킷 간격에 대한 제한을 요구할 경우, 단일 BLE 패킷 내에서 오디오 데이터와 pH 데이터를 결합한다는 것이다.

도 3을 참조하여, 센서 유닛(100) 상에 구현될 수 있는 pH 데이터 처리 과정에 대해서 설명한다.

pH 센서(340)는 환자에 연결되고, 환자의 인후두 상에서 측정되는 pH에 대한 pH 전기 신호(341)를 출력한다. pH 전기 신호(341)는 ADC(350)에 의해 샘플링된다. 본 발명의 일실시예에서, ADC(350)는 500Hz 샘플링 레이트에서 16비트 샘플을 생성 할 수 있다. 이것은 필터(360)가 적용될 수 있는 8kbps의 데이터 레이트를 갖는 디지털 pH 데이터 스트림(351)을 산출한다. pH 데이터 스트림(351)은 8ms BLE 패킷 간격을 이용하여 각 BLE 패킷 내에 8 바이트를 필요로 한다.

그러나, 오디오 데이터에 할당된 패킷(200)의 양에 따라 pH 데이터 스트림을 압축하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서 본 발명의 일실시예에서는 오디오 데이터를 인코딩하는데 사용된 동일한 인코더(330)가 pH 데이터 대역폭을 감소시키기 위해 사용하도록 제안한다. 500Hz 샘플 레이트를 선택함으로써, 전형적인 디지털화 된 pH 신호에서 인접 샘플들 사이의 측정 차이는 인코더(330)에 의해 pH 데이터 스트림(351)이 효과적으로 인코딩되어, 결론적으로 pH 페이로드(282)의 크기를 감소시키는 인코딩된 pH 데이터 스트림(334)을 생성할 수 있도록 한다.

더 나아가, 본 발명에서는 효율적인 제어 데이터(292)에 대한 아이디어를 더 제안하고자 한다.

예를 들어, 8ms 간격으로 패킷이 전송되는 경우, 매 패킷에 제어 데이터(명령 제어 데이터)를 전송할 필요는 없을 수 있다. 더 긴 간격으로 제어 데이터를 보낸다고 해도 충분할 것이다. 따라서, 어떤 패킷의 경우에는 배러티 레벨과 관련된 제어 데이터를 보낼 수 있고, 다른 패킷에서는 볼륨 레벨과 관련된 제어 데이터를 보낼 수도 있을 것이다.

따라서, 본 발명에서는 헤더 비트(들)를 활용하여 복수 개의 제어 데이터 타입들을 식별하도록 제안하는 것이다. 즉, 헤더 비트(들)은 명령 제어 데이터에 포함되어 있는 데이터가 어떤 명령 제어 데이터인지를 식별하기 위한 식별데이터를 포함할 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 일실시예에 따른 헤더(291)는, 무결성을 증명하기 위한 데이터를 더 포함하도록 제안한다.

의료 관련 센서 데이터의 경우, 무선으로 인한 편의성 역시 중요하지만, 그 데이터의 신뢰성이 가장 중요하다. 따라서, 도 2의 패킷 구조를 통하여 데이터의 신뢰성을 확인하기 위한 구성을 제안한다.

이를 위한 본 발명의 일실시에예에 따른 헤더(210)는, 기설정된 순서로 증가하는 시퀀스 인디케이터를 포함하도록 제안한다. 센서 유닛(100)에 의해 센싱 결과가 무선으로 전송 될 때, 제어부(180)는 시퀀스 인디케이터의 값이 순차적으로 증가하도록 송신한다. 호스트 유닛(200)는 패킷 내의 시퀀스 인디케이터 값을 디코딩하여 연속적인 패킷이 순차적으로 증가하는 값으로 수신되는지 확인할 수 있다. 시퀀스 인디케이터 값이 인접 패킷에서 순차적이지 않은 경우, 호스트 유닛(200)는 데이터의 신뢰성이 손상되었다고 판단하고, 적절한 경고 표시를 표시함으로써 사용자에게 신뢰성 훼손 문제를 경고할 수 있다.

일반적으로 역류성 식도염을 진단하기 위한 pH 센서는 식도와 위장이 만나는 인근에 위치한다. 그래야 정확한 위산 역류를 측정할 수 있기 때문이다. 하지만, 역류성 식도염을 진단하기 위해서는 약 24시간 동안 해당 pH 값을 측정하고 데이터화 시켜야 하는데, 환자에게 pH 센서를 해당 위치에 24시간 동안 착용시키는 것은 큰 불편함을 초래할 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명에서는, 간편하게 코를 통하여 삽입될 수 있는 역류성 식도염 진단용 pH 센서를 제안하는 것이다. 이렇게 삽입된 pH 센서는, 환자의 인후두 인근에서 pH 값을 측정하게 된다.

하지만, 인후두 인근에서 pH를 측정하게 되면, 위장 인근에서 측정되는 값보다 정확도가 떨어지게 된다. 왜냐하면, 식도의 위쪽으로 올라올 수록 pH의 농도가 낮아지고, 공기에 함유된 위산을 간접적으로 측정해야 하는 수 밖에 없다. 그렇기 때문에, 본 발명에서는 인후두 인근에서도 보다 정확하게 측정할 수 있는 pH 센서 구조를 제안한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 pH 센서(100)의 단면도를 도시하는 도면이다. 도시된 바와 같이 기판(112, substrate) 상에 ITO 필름(111, indium tin oxide film)을 형성된다. 그리고 센싱 필름(110, sensing film)이 상기 ITO 필름(111) 상에 형성된다.

본 발명의 일실시예에서는, 보다 pH 센서의 측정 정확도를 높이기 위해서, ITO 필름(111)의 두깨가 180 ~ 190 Å이 되도록 제안한다. 또한, 상술한 기판(112)의 경우 유리 기판으로 형성되도록 제안한다. 왜냐하면, 기판으로서 절연성능이 중요할 뿐만 아니라, 환자의 인후두에 삽입되었을 때의 부작용을 최소화 시켜야 하기 때문이다.

특히, 본 발명에서는 센싱 필름(110)을 형성시키기 위하여 RF(Radio Frequency) 기상 증착법을 활용하도록 제안한다. 즉, 센싱 필름(110)은 ITO 필름(111) 상에 산화 주석을 RF 기상 증착시켜 형성된다. RF 기상 증착 시, 아르곤과 산소가 혼합된 가스 환경에서 기판(112)이 소정 온도(180℃)로 유지될 수 있다. 센싱 필름(110)의 두께는 약 2000 Å, RF 전력은 60 ~ 70W, 그리고 증착 압력은 15 ~ 25 mTorr로 유지되는 것이 바람직하다.

상술한 pH 센서(100)를 통하여 측정된 결과는 증폭기(미도시)를 통하여 신호가 증폭될 수 있으며, pH 측정을 위한 기준 전극을 더 포함할 수 있을 것이다.

이상으로 본 발명에 따른 장치 및 제어 방법의 실시예를 설시하였으나 이는 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이에 의하여 본 발명의 기술적 사상과 그 구성 및 작용이 제한되지는 아니하는 것으로, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 도면 또는 도면을 참조한 설명에 의해 한정／제한되지는 아니하는 것이다. 또한 본 발명에서 제시된 발명의 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로써 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 사용되어질 수 있을 것인데, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의한 수정 또는 변경된 등가 구조는 청구범위에서 기술되는 본 발명의 기술적 범위에 구속되는 것으로서, 청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능한 것이다.

Claims (4)

1. 무선 통신부;
   인체의 코를 통해 삽입되어 인후두 부근에서 pH를 측정하고 오디오 신호를 센싱하는 센서; 및
   상기 센서로부터 측정되는 결과를 송신하도록 상기 무선 통신부를 제어하는 제어부를 포함하되,
   상기 무선 통신부는,
   상기 측정되는 결과는 저전력 BLE(Bluetooth Low Energy) 프로토콜에 기초하여 BLE 패킷을 통하여 전송되며,
   상기 전송되는 BLE 패킷의 길이는 8ms이고,
   상기 전송되는 BLE 패킷은, 헤더, 제어 데이터 및 센싱 데이터를 포함하도록 구성되고,
   상기 제어 데이터는 복수 개의 제어 데이터 타입으로 구분되며,
   상기 헤더는 상기 복수 개의 제어 데이터 타입을 구분하기 위한 식별 데이터를 포함하고,
   상기 센싱 데이터는, 오디오 페이로드와 pH 페이로드를 포함하며,
   상기 제어부는 상기 오디오 신호를 4kHz 샘플링 레이트와 샘플 당 16비트로 샘플링하여 64kbps의 오디오 스트림을 생성하고, 상기 생성된 오디오 스트림에 2kHz 이상의 고주파 성분을 감쇠시키는 저역 통과 필터를 적용한 후, ADPCM(Adaptive Differential Pulse-code Modulation) 인코더에 의해 4kHz의 4비트 오디오 스트림으로 압축하며,
   상기 8ms 길이의 BLE 패킷 각각에 포함되는 상기 오디오 페이로드는, 상기 압축된 4비트 오디오 스트림을 32개씩 포함하고,
   상기 제어부는 상기 측정되는 pH 신호를 500Hz 샘플링 레이트에서 16비트로 샘플링하여 8kbps의 pH 데이터 스트림으로 변환하고,
   상기 ADPCM 인코더는 상기 오디오 페이로드에 포함되는 오디오 스트림의 용량에 기초하여 pH 데이터 대역폭이 감소되도록, 상기 변환된 pH 데이터 스트림을 인코딩하며,
   상기 헤더는, 기설정된 순서로 증가하는 시퀀스 인디케이터를 더 포함하며,
   상기 시퀀스 인디케이터는, 인접한 패킷 간에 기설정된 순서인지 여부에 기초하여 데이터의 신뢰성을 판단하기 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는,
   무선 송수신 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 측정되는 결과는 상기 인후두 부근의 실시간 pH 정보인 것을 특징으로 하는,
   무선 송수신 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 송신된 결과는, 저장 장치에 저장되어 인후두 역류증 증상을 진단하는데 사용되는 것을 특징으로 하는,
   무선 송수신 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 저장 장치에 저장된 결과는, 컴퓨터나 이동 단말기을 통하여 결과를 모니터링할 수 있는 것을 특징으로 하는,
   무선 송수신 장치.

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