KR102255447B1 - 복합 생체신호 측정을 위한 멀티센서 기반 유연 패치 장치 및 이를 이용한 복합 생체신호 측정방법 - Google Patents

복합 생체신호 측정을 위한 멀티센서 기반 유연 패치 장치 및 이를 이용한 복합 생체신호 측정방법 Download PDF

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Abstract

복합 생체신호 측정을 위한 멀티센서 기반 유연 패치 장치 및 이를 이용한 복합 생체신호 측정방법이 개시된다. 일 실시 예에 따른 멀티 센서 기반 유연 패치 장치는, 제1 센서가 집적화된 제1 유연 패치와, 제2 센서가 집적화된 제2 유연 패치와, 제1 유연 패치를 부착 시키기 위한 제1 부착부와, 제2 유연 패치를 부착 시키기 위한 제2 부착부를 포함하며, 각 유연 패치는 탈부착 가능하여 사용자 선택에 의해 유연 패치 장치 내에 조합되며, 사용자 선택을 통한 조합을 기반으로 사용자가 원하는 복합 생체신호를 측정한다.

Description

복합 생체신호 측정을 위한 멀티센서 기반 유연 패치 장치 및 이를 이용한 복합 생체신호 측정방법 {Flexible patch apparatus integrated with multi-sensors for multi-biological signal detection and method for detecting multi-biological signal using the flexible patch apparatus}
본 발명은 바이오센서 및 이를 이용한 생체신호 측정기술에 관한 것이다.
의료 서비스의 패러다임은 치료 중심에서 예방 중심으로 변화하고 있다. 이에 따라, ICT(Information and Communications Technologies)와 의료를 융합한 새로운 유형의 비즈니스 모델 창출 및 4차 산업 혁명을 선도할 원천 기술 개발이 요구된다. 질병예방을 위해서는 사용자가 언제 어디서나 건강관리를 할 수 있는 환경이 마련되어야 한다. 다양한 질환과 관련이 있는 건강지표를 한 가지가 아닌 두 가지 이상을 동시에 모니터링 하면, 보다 정확하고 효율적인 건강관리가 가능하다. 즉, 여러 생체신호, 예를 들어 포도당과 콜레스테롤 수치를 동시 검출하고 연속 모니터링 하는 경우 효율적인 건강관리와 질병예방 및 응급상황 대처가 가능하다.
한국공개특허공보 10-2015-0015301(공개일 2015년02월10일)
일 실시 예에 따라, 복합 생체신호 측정을 위한 멀티센서 기반 유연 패치 장치 및 이를 이용한 복합 생체신호 측정방법을 제안한다.
일 실시 예에 따른 멀티 센서 기반 유연 패치 장치는, 제1 센서가 집적화된 제1 유연 패치와, 제2 센서가 집적화된 제2 유연 패치와, 제1 유연 패치를 부착하기 위한 제1 부착부와, 제2 유연 패치를 부착하기 위한 제2 부착부를 포함하며, 각 유연 패치는 탈부착 가능하여 사용자 선택에 의해 유연 패치 장치 내에 조합되며, 사용자 선택을 통한 조합을 기반으로 사용자가 원하는 복합 생체신호를 측정한다.
각 유연 패치는, 부착 시 서로 위치가 중복되지 않을 수 있다. 적어도 하나의 유연 패치는, 사용자에 의해 다른 종류의 유연 패치로 교체됨에 따라 다른 생체신호를 측정할 수 있다. 각 유연 패치는, 체내의 체액을 이용하여 생체화학신호를 측정하는 삽입형 전기화학적 센서가 집적화된 유연 패치와, 체외의 체액을 이용하여 생체화학신호를 측정하는 부착형 전기화학적 센서가 집적화된 유연 패치와, 생리학적 전기신호를 측정하는 부착형 생체생리신호 센서가 집적화된 유연 패치 중 어느 하나일 수 있다.
멀티 센서 기반 유연 패치 장치는, 유연 패치 장치 내 부품들을 수용하기 위한 하우징과, 각 센서로부터 서로 다른 전기적 물리량을 가진 생체신호를 수신하는 신호 수신부와, 신호 수신부가 출력한 생체신호를 수신하고 수신된 생체신호의 전기적 물리량에 따라 생체신호를 신호처리하여 생체정보로 변환하는 신호 처리부를 포함하는 유연 소재의 유연 모듈과, 생체정보를 외부 디바이스에 송신하는 안테나를 더 포함할 수 있다. 안테나는, 저전력 근거리 무선통신 안테나일 수 있다. 각 유연 패치는 각 부착부를 통해 유연 모듈에 부착될 수 있다.
적어도 하나의 유연 패치는 체내 삽입 가능한 니들을 포함하며, 멀티 센서 기반 유연 패치 장치는 니들의 체내 삽입을 가이드하는 바늘 형태의 란셋을 가진 란셋 디바이스를 더 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 따른 멀티 센서 기반 유연 패치 장치를 이용한 생체신호 측정방법은, 제1 센서가 집적화된 제1 유연 패치가 사용자에 의해 선택되어 제1 부착부에 의해 유연 패치 장치 내에 부착되는 단계와, 제2 센서가 집적화된 제2 유연 패치가 사용자에 의해 선택되어 제2 부착부에 의해 유연 패치 장치 내에 부착되는 단계와, 부착된 유연 패치들을 포함한 유연 패치 장치가 조립되는 단계와, 유연 패치 장치를 통해 사용자가 원하는 복합 생체신호를 측정하는 단계를 포함한다. 각 유연 패치는 서로 위치가 중복되지 않도록 부착될 수 있다.
단순히 하나의 패치에 하나의 센서를 제작하여 사용하는 것뿐만 아니라, 여러 가지 센서가 집적화되어 있는 경우에도 센서가 미리 집적화되기 때문에 사용자 입장에서는 그 효용성이 많이 떨어진다. 이에 비해, 일 실시 예에 따른 멀티센서 기반 유연 패치 장치는 사용자가 원하는 종류의 센서를 가진 유연 패치를 선택 및 조립(assembly) 하여 사용할 수 있는 형태의 플랫폼을 제공한다. 사용의 편의성을 높이기 위해서 사용자로 하여금 필요한 센서를 가진 유연 패치를 취사선택하여 원하는 종류의 생체정보만 선택적으로 측정 가능함에 따라, 다양한 종류의 생체정보를 사용자가 쉽게 측정할 수 있다.
이러한 복합 생체신호 측정을 위한 유연 패치 장치는 대사증후군 관리 및 예방, 건강관리 및 질병예방 분야, 스마트 의료, 헬스케어, 웰빙산업, 스포츠 산업 관련 신산업 창출에 크게 기여할 것으로 예상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 멀티센서 기반 유연 패치 장치의 개념을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 니들을 포함한 멀티센서 기반 유연 패치 장치의 외관을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 니들이 없는 멀티센서 기반 유연 패치 장치의 외관을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 멀티센서 기반 유연 패치 장치의 레이어 별 구조를 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유연 패치 모듈을 밑에서 바라본 모습을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 5의 유연 패치 모듈을 분해한 모습을 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유연 패치 모듈을 밑에서 바라본 모습을 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 7의 유연 패치 모듈을 분해한 모습을 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 예는 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 멀티센서 기반 유연 패치 장치(이하, '유연 패치 장치'라 칭함)의 개념을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 유연 패치 장치(1)는 탈부착 가능한 다수의 유연 패치가 사용자 선택을 통해 조합된 패키지 구조이다. 조합된 각 유연 패치에는 생체신호 측정을 위한 센서가 집적화된다. 각 유연 패치는 각 유연 패치에 집적화된 센서의 센싱 전극을 통해 독립적으로 생체신호를 측정한다. 생체신호는 생체화학신호와 생리학적 전기신호를 포함하고, 측정은 생체신호 검출 및 모니터링을 포함한다. 유연 패치 장치(1) 내 각 유연 패치는 부착부를 통해 부착된다. 부착부는 각 유연 패치를 부착하기 용이하도록 생체 적합성을 가지는 점착 소재일 수 있다.
유연 패치 장치(1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 인체의 피부에 부착되는 형태이다. 사용자는 측정 목적에 맞게 유연 패치들 중에서 원하는 종류의 유연 패치를 선택할 수 있다. 사용자는 환자 또는 의사일 수 있다. 측정 목적은 의사의 권고에 따라 또는 자신이 얻고자 하는 생체정보의 종류에 따라 결정될 수 있다. 각 유연 패치는 서로 다른 모양을 가지기 때문에, 사용자가 적절한 모양을 선택하여 필요에 따라 동일 종류 또는 상이한 종류의 센서를 가진 유연 패치를 교체 사용하는 것이 가능하다.
유연 패치 장치(1)를 통해 측정된 생체신호는 신호 처리 이후 사용자가 이해할 수 있는 생체정보로 변환된다. 변환된 생체정보는 사용가 소지한 모니터링 단말(2)에 전달될 수 있다. 신호 처리는 유연 패치 장치(1)의 신호 처리회로 또는 유연 패치 장치(1)와 연결된 외부의 신호 처리 디바이스에서 이루어질 수 있다. 모니터링 단말(2)은 스마트폰(2-1), 태블릿 PC, 스마트 워치(2-2) 등일 수 있다. 모니터링 단말(2)은 무선 통신을 통해 유연 패치 장치(1)의 신호 처리회로 또는 신호 처리 디바이스와 무선으로 정보를 송수신할 수 있다. 무선 통신은 NFC, 블루투스 등과 같은 저전력 근거리 무선통신일 수 있다. 사용자는 모니터링 디바이스(2)를 통해 생체정보를 편리하게 실시간으로 연속 모니터링할 수 있다. 저전력 근거리 무선통신을 이용하는 경우, 전력 소모를 최소화할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 니들을 포함한 유연 패치 장치의 외관을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 니들이 없는 유연 패치 장치의 외관을 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 유연 패치 장치(1)는 체내에 삽입 가능한 니들을 포함할 수 있다. 니들은 체내 삽입을 위해 마이크로(micro) 단위의 크기를 가진 마이크로 니들(micro-needle) 일 수 있다. 니들은 유연 패치에 마련되고, 플렉시블한 형태로 체내에 삽입되며, 니들에 센싱 전극이 집적화되어 삽입 시 센싱 전극을 통해 생체신호를 측정할 수 있다. 바늘 형태의 란셋을 가진 란셋 디바이스를 통해 니들의 체내 삽입을 도울 수 있다. 이 경우, 니들이 란셋과 함께 혈관 등에 삽입된 후, 니들은 체내에 삽입된 채 란셋은 제거된다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유연 패치 장치의 레이어 별 구조를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 유연 패치 장치(1)는 란셋 디바이스(11), 하우징(12), 안테나(13), 유연 모듈(14), 제1 부착부(15-1), 제2 부착부(15-2), 제1 유연 패치(16-1), 제2 유연 패치(16-2) 및 피부 부착부(17)를 포함한다.
하우징(12)은 유연 패치 장치(1) 내 부품들을 수용한다. 제1 유연 패치(16-1)에는 제1 센서가 집적화되고, 제2 유연 패치(16-2)에는 제2 센서가 집적화되어 서로 독립적으로 생체신호를 측정한다. 제1 부착부(15-1)는 제1 유연 패치(16-1)를 부착시키고, 제2 부착부(15-2)는 제2 유연 패치(16-2)를 부착 시킨다. 각 유연 패치(16-1, 16-2)는 탈부착 가능하여 사용자 선택에 의해 유연 패치 장치(1) 내에 조합되며, 사용자 선택을 통한 조합을 기반으로 사용자가 원하는 복합 생체신호를 측정한다.
각 유연 패치(16-1, 16-2)는 사용자에 의해 다른 종류의 유연 패치로 교체됨에 따라 다른 생체신호를 측정할 수 있다. 각 유연 패치(16-1, 16-2)는, 체내의 체액을 이용하여 생체화학신호를 측정하는 삽입형 전기화학적 센서가 집적화된 유연 패치, 체외의 체액을 이용하여 생체화학신호를 측정하는 부착형 전기화학적 센서가 집적화된 유연 패치, 생리학적 전기신호를 측정하는 부착형 생체생리신호 센서가 집적화된 유연 패치 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 사용자는 삽입형 전기화학적 센서가 집적화된 유연 패치와, 부착형 생체생리신호 센서가 집적화된 유연 패치를 취사선택하여 조합할 수 있다. 다른 예로, 사용자는 부착형 전기화학적 센서가 집적화된 유연 패치와, 부착형 전기화학적 센서가 집적화된 유연 패치를 취사선택하여 조립할 수 있다. 생체화학신호는 체내 각종 전해질(Na, K, Cl, Mg, PO4- 등), pH, 단백질, 요소, 포도당, 콜레스테롤 등일 수 있고, 생리학적 전기신호는 ECG, EMG, EEG 등이 있다. 각 유연 패치(16-1, 16-2)는 센싱 전극, 전극 패드 및 라인을 포함한다. 유연 패치가 니들을 가지는 경우, 도 4의 제2 유연 패치(16-2)와 같이 니들에 센싱 전극이 집적화될 수 있다.
유연 모듈(14)은 유연 소재로서, 생체신호 수신 및 처리를 위한 회로로 구성된다. 예를 들어, 멀티센서로부터 서로 다른 전기적 물리량을 가진 생체신호를 수신하는 신호 수신부와, 신호 수신부가 출력한 생체신호를 수신하고 수신된 생체신호의 전기적 물리량에 따라 생체신호를 신호처리하여 생체정보로 변환하는 신호 처리부를 포함한다. 신호 수신부는 유연 패치(16-1, 16-2)의 센서 종류에 따른 서로 상이한 신호를 수신하기 위한 여러 입력부를 포함할 수 있다. 신호 처리부는 증폭회로와 필터회로를 포함할 수 있다. 안테나(13)는 생체정보를 외부 디바이스에 송신한다. 안테나(13)는 저전력 근거리 무선통신 안테나일 수 있다. 예를 들어, NFC 태그를 통해 신호를 송수신하는 NFC 안테나일 수 있고 블루투스(BLE)를 통해 신호를 송수신하는 블루투스(BLE) 안테나일 수 있다.
제1 부착부(15-1)는 제1 유연 패치(16-1)를 부착하고, 제2 부착부(15-2)는 제2 유연 패치(16-2)를 부착한다. 각 부착부(15-1, 15-2)는 각 유연 패치(16-1, 16-2)를 유연 모듈(14)에 부착할 수도 있고, 각 유연 패치(16-1, 16-2) 간을 부착할 수 있다. 다만, 각 유연 패치(16-1, 16-2) 간에 위치가 서로 중복되지 않음을 유의한다. 예를 들어, 제1 유연 패치(16-1)와 제2 유연 패치(16-2)의 센싱 전극을 포함한 니들은 서로 위치가 겹치지 않는다. 피부 부착부(17)는 유연 패치 장치(1)를 피부에 부착하기 위해 사용된다.
적어도 하나의 유연 패치는 체내 삽입 가능한 니들을 포함할 수 있는데, 도 4에서는 제2 유연 패치(16-2)에 니들이 집적화되어 있다. 란셋 디바이스는 니들의 체내 삽입을 가이드하는 바늘 형태의 란셋을 가진다. 도 4에서, 니들이 없는 유연 패치 장치의 경우, 란셋 디바이스와 유연 패치 니들이 없는 경우도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유연 패치 모듈을 밑에서 바라본 모습을 도시한 도면이고, 도 6은 도 5의 유연 패치 모듈을 분해한 모습을 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 유연 패치 모듈을 구성하는 각 유연 패치(16-1, 16-2, 16-3, 16-4)를 각 부착부(15-1, 15-2, 15-3, 15-4)를 이용하여 위치가 서로 중복되지 않도록 유연 모듈(14)에 부착하면, 각 유연 패치(16-1, 16-2, 16-3, 16-4)를 이용하여 독립적인 생체신호를 획득할 수 있다. 각 유연 패치(16-1, 16-2, 16-3, 16-4)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 중심은 서로 동일하되 서로 크기가 다른 동심원 모양을 가진 튜브 모양일 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유연 패치 모듈을 밑에서 바라본 모습을 도시한 도면이고, 도 8은 도 7의 유연 패치 모듈을 분해한 모습을 도시한 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 유연 패치 모듈을 구성하는 각 유연 패치(16-1, 16-2, 16-3, 16-4)는 도 5 및 도 6을 참조로 하여 전술한 유연 패치와는 다르게 중심이 서로 다를 수 있다. 또한 도 5 및 도 6을 참조로 하여 전술한 유연 패치와는 다르게 크기가 서로 동일할 수도 있다. 단, 서로 중복되는 부분 없이 각 각 유연 패치(16-1, 16-2, 16-3, 16-4)를 배치하는 원리는 동일하다. 각 유연 패치(16-1, 16-2, 16-3, 16-4)를 각 부착부(15-1, 15-2, 15-3, 15-4)를 이용하여 위치가 서로 중복되지 않도록 유연 모듈(14)에 부착하면, 각 유연 패치(16-1, 16-2, 16-3, 16-4)를 이용하여 독립적인 생체신호를 획득할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 멀티센서 기반 유연 패치 장치 11: 란셋 디바이스
12: 하우징 13: 안테나
14: 유연 모듈 15-1: 제1 부착부
15-2: 제2 부착부 15-3: 제3 부착부
15-4: 제4 부착부 16-1: 제1 유연 패치
16-2: 제2 유연 패치 16-3: 제3 유연 패치
16-4: 제4 유연 패치 17: 피부 부착부

Claims (10)

  1. 제1 센서가 집적화된 제1 유연 패치;
    제2 센서가 집적화된 제2 유연 패치;
    제1 유연 패치를 부착 시키기 위한 제1 부착부;
    제2 유연 패치를 부착 시키기 위한 제2 부착부; 및
    각 센서로부터 생체신호 수신 및 처리를 위한 회로로 구성된 유연 소재의 유연 모듈; 을 포함하며,
    각 유연 패치는 탈부착 가능하여 사용자 선택에 의해 유연 패치 장치 내에 조합되며, 사용자 선택을 통한 조합을 기반으로 사용자가 원하는 복합 생체신호를 측정하는 것을 특징으로 하고,
    유연 모듈에 중심은 서로 동일하고 서로 크기가 상이한 동심원 모양을 가진 유연 패치가 부착되어 각 유연 패치로부터 생체신호를 획득하며,
    유연 모듈에, 센싱 전극이 집적화된 체내 삽입형 니들을 통해 체내의 체액으로부터 생체화학신호를 측정하는 삽입형 전기화학적 센서가 집적화된 유연 패치와, 체외의 체액으로부터 생체화학신호를 측정하는 부착형 전기화학적 센서가 집적화된 유연 패치와, 생리학적 전기신호를 측정하는 부착형 생체생리신호 센서가 집적화된 유연 패치를 포함하는 서로 상이한 종류의 유연 패치가, 사용자가 얻고자 하는 생체정보의 종류에 따라 선택되어 부착되는 것을 특징으로 하는 멀티 센서 기반 유연 패치 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 각 유연 패치는
    부착 시 서로 위치가 중복되지 않는 것을 특징으로 하는 멀티 센서 기반 유연 패치 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 유연 패치는
    사용자에 의해 다른 종류의 유연 패치로 교체됨에 따라 다른 생체신호를 측정하는 것을 특징으로 하는 멀티 센서 기반 유연 패치 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 멀티 센서 기반 유연 패치 장치는
    유연 패치 장치 내 부품들을 수용하기 위한 하우징; 및
    생체정보를 외부 디바이스에 송신하는 안테나; 를 더 포함하며,
    유연 모듈은
    각 센서로부터 서로 다른 전기적 물리량을 가진 생체신호를 수신하는 신호 수신부와, 신호 수신부가 출력한 생체신호를 수신하고 수신된 생체신호의 전기적 물리량에 따라 생체신호를 신호처리하여 생체정보로 변환하는 신호 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 센서 기반 유연 패치 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 안테나는
    저전력 근거리 무선통신 안테나인 것을 특징으로 하는 멀티 센서 기반 유연 패치 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 각 유연 패치는
    각 부착부를 통해 유연 모듈에 부착되는 것을 특징으로 하는 멀티 센서 기반 유연 패치 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 멀티 센서 기반 유연 패치 장치는
    니들의 체내 삽입을 가이드하는 바늘 형태의 란셋을 가진 란셋 디바이스;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 센서 기반 유연 패치 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
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