KR102381649B1 - Bio sensor using array antenna - Google Patents
Bio sensor using array antenna Download PDFInfo
- Publication number
- KR102381649B1 KR102381649B1 KR1020200069613A KR20200069613A KR102381649B1 KR 102381649 B1 KR102381649 B1 KR 102381649B1 KR 1020200069613 A KR1020200069613 A KR 1020200069613A KR 20200069613 A KR20200069613 A KR 20200069613A KR 102381649 B1 KR102381649 B1 KR 102381649B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- biosensor
- antenna elements
- controller
- phase
- frequency
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
- A61B5/14532—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue for measuring glucose, e.g. by tissue impedance measurement
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
- A61B5/14503—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue invasive, e.g. introduced into the body by a catheter or needle or using implanted sensors
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/15—Devices for taking samples of blood
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/15—Devices for taking samples of blood
- A61B5/155—Devices specially adapted for continuous or multiple sampling, e.g. at predetermined intervals
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
- A61B5/7271—Specific aspects of physiological measurement analysis
- A61B5/7275—Determining trends in physiological measurement data; Predicting development of a medical condition based on physiological measurements, e.g. determining a risk factor
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2560/00—Constructional details of operational features of apparatus; Accessories for medical measuring apparatus
- A61B2560/02—Operational features
- A61B2560/0204—Operational features of power management
- A61B2560/0214—Operational features of power management of power generation or supply
- A61B2560/0219—Operational features of power management of power generation or supply of externally powered implanted units
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/0002—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves
- A61B5/0507—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves using microwaves or terahertz waves
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Emergency Medicine (AREA)
- Hematology (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Psychiatry (AREA)
- Physiology (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Details Of Aerials (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
일 실시예에 따르면 어레이 안테나를 이용한 바이오 센서는, 객체의 측면 둘레를 따라 서로 이격되어 배치되고, 객체의 내부를 향하는 지향성을 갖는 전자기파를 방사하고, 산란된 전자기장(scattered field)을 수신하는 적어도 두 안테나 소자들; 주파수 스윕(frequency sweep)에 따른 피딩 신호(feed signal)를 생성하는 신호 생성기(signal generator); 피딩 신호의 위상을 조절하여 적어도 두 안테나 소자들에 전달하는 위상 시프터(phase shifter); 및 피딩 신호의 주파수 및 위상을 스윕함으로써 방사된 전자기파에 대응하여 수신된 산란된 전자기장에 기초하여 객체 내부의 대상 부위(target part)의 위치를 검출하는 제어기를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the biosensor using the array antenna is disposed to be spaced apart from each other along the periphery of the side of the object, radiates electromagnetic waves having directivity toward the inside of the object, and at least two receiving a scattered electromagnetic field. antenna elements; a signal generator for generating a feed signal according to a frequency sweep; a phase shifter that adjusts the phase of the feeding signal and transmits it to at least two antenna elements; and a controller configured to detect a position of a target part inside the object based on the received scattered electromagnetic field corresponding to the emitted electromagnetic wave by sweeping the frequency and phase of the feeding signal.
Description
이하, 어레이 안테나를 이용한 바이오 센서에 관한 기술이 제공된다.Hereinafter, a technology related to a biosensor using an array antenna is provided.
최근 현대인들은 식생활습관 서구화로 인해 당뇨병, 고지혈증, 혈전환자 등 소위 성인 질환으로 고통받는 사람들이 늘고 있다. 이러한 성인 질환의 경중 여부를 알 수 있는 간단한 방법은 혈액 내의 생체 성분 측정이다. 생체 성분 측정은 혈당, 빈혈, 혈액응고 등 혈중에 포함된 여러 가지 성분의 양을 알 수 있어 특정 성분의 수치가 정상 영역에 있는지, 비정상 영역에 있는지 일반인도 병원에 가지 않고 쉽게 이상 여부의 판단이 가능하다는 장점이 있다.Recently, the number of people suffering from so-called adult diseases such as diabetes, hyperlipidemia, and blood-converted persons is increasing due to the westernization of eating habits. A simple way to determine the severity of these adult diseases is to measure biocomponents in the blood. Bio-component measurement can determine the amount of various components in the blood, such as blood sugar, anemia, and blood clotting, so that the level of a specific component is in the normal or abnormal region, making it easy for the general public to determine whether there is an abnormality without going to the hospital. The advantage is that it is possible.
생체 성분 측정의 손쉬운 방법 중 하나는 손가락 끝에서 채혈한 혈액을 테스트 스트립에 주입 후 전기화학적 혹은 광도법을 이용하여 출력신호를 정량 분석하는 것인데, 이러한 방법은 측정기에서 해당 성분량이 디스플레이될 수 있으므로 전문지식이 없는 일반인에게 적합하다.One of the easy methods for measuring biocomponents is to quantitatively analyze the output signal using electrochemical or photometric methods after injecting blood collected from the fingertip into a test strip. It is suitable for the general public who do not have it.
바이오 센서는 스마트 기기와 결합되어 사용될 수도 있는데, 생체 정보의 신속하고 정확한 측정이 요구된다.
[선행기술문헌]
한국공개특허 제10-2010-0007078호(2010.01.22.)The biosensor may be used in combination with a smart device, and rapid and accurate measurement of biometric information is required.
[Prior art literature]
Korean Patent Publication No. 10-2010-0007078 (2010.01.22.)
일 실시예에 따른 바이오 센서는 배열 모드로 전자기파를 방사하여 산란된 전자기장을 센싱함으로서 생체와 관련된 파라미터를 획득할 수 있다.The biosensor according to an embodiment may acquire a parameter related to a living body by emitting electromagnetic waves in an array mode and sensing the scattered electromagnetic field.
일 실시예에 따른 바이오 센서는 혈관을 향해 지향성이 개선된 빔 패턴으로 전자기파를 방사할 수 있다.The biosensor according to an embodiment may radiate electromagnetic waves in a beam pattern with improved directivity toward blood vessels.
일 실시예에 따른 바이오 센서는 단일 모드 및 배열 모드에서 각각 다른 특성을 갖는 파라미터 및 생체 정보를 획득할 수 있다.The biosensor according to an embodiment may acquire parameters and biometric information having different characteristics in a single mode and an array mode.
일 실시예에 따르면 어레이 안테나를 이용한 바이오 센서는, 객체의 측면 둘레를 따라 서로 이격되어 배치되고, 상기 객체의 내부를 향하는 지향성을 갖는 전자기파를 방사하고, 산란된 전자기장(scattered field)을 수신하는 적어도 두 안테나 소자들; 주파수 스윕(frequency sweep)에 따른 피딩 신호(feed signal)를 생성하는 신호 생성기(signal generator); 상기 피딩 신호의 위상을 조절하여 상기 적어도 두 안테나 소자들에 전달하는 위상 시프터(phase shifter); 및 상기 피딩 신호의 주파수 및 위상을 스윕함으로써 방사된 전자기파에 대응하여 수신된 상기 산란된 전자기장에 기초하여 상기 객체 내부의 대상 부위(target part)의 위치를 검출하는 제어기를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the biosensor using the array antenna is disposed to be spaced apart from each other along the periphery of the side of the object, radiates electromagnetic waves having directivity toward the inside of the object, and receives at least a scattered electromagnetic field. two antenna elements; a signal generator for generating a feed signal according to a frequency sweep; a phase shifter that adjusts the phase of the feeding signal and transmits it to the at least two antenna elements; and a controller configured to detect a position of a target part inside the object based on the scattered electromagnetic field received corresponding to the emitted electromagnetic wave by sweeping the frequency and phase of the feeding signal.
상기 제어기는, 상기 대상 부위의 위치가 검출되는 경우에 응답하여, 상기 대상 부위에 대한 생체 정보의 측정을 개시할 수 있다.The controller may initiate measurement of biometric information for the target site in response to detecting the location of the target site.
상기 제어기는, 상기 산란된 전자기장에 대한 주파수 응답 특성을 획득하고, 상기 주파수 응답 특성으로부터 시간 지연 프로필을 산출하며, 상기 시간 지연 프로필에 기초하여 상기 대상 부위의 위치를 결정할 수 있다.The controller may obtain a frequency response characteristic for the scattered electromagnetic field, calculate a time delay profile from the frequency response characteristic, and determine the location of the target site based on the time delay profile.
상기 제어기는, 상기 시간 지연 프로필로부터 대상 피크를 검출하고, 상기 시간 지연 프로필의 상기 대상 피크에 기초하여 상기 대상 부위의 위치를 결정할 수 있다.The controller may detect a target peak from the time delay profile and determine the location of the target site based on the target peak of the time delay profile.
상기 제어기는, 상기 대상 피크로서 2번째 피크가 미리 결정된 지연 시간 범위(delay range) 내에서 미리 결정된 크기 범위(amplitude range)를 갖는 경우에 응답하여, 상기 시간 지연 프로필에 대응하는 위상 차를 상기 적어도 두 안테나 소자들에 대해 유지할 수 있다.The controller, in response to a case in which a second peak as the target peak has a predetermined amplitude range within a predetermined delay range, generates a phase difference corresponding to the time delay profile at the at least It can hold for two antenna elements.
상기 제어기는, 상기 위상 시프터에 의해 선택 가능한 위상 차이들의 각각마다 상기 피딩 신호의 주파수를 스윕함으로써, 위상 차이별 주파수 응답 특성을 획득할 수 있다.The controller may obtain a frequency response characteristic for each phase difference by sweeping the frequency of the feeding signal for each of the phase differences selectable by the phase shifter.
상기 제어기는, 상기 바이오 센서를 기준으로 상기 대상 부위가 위치된 방향을 결정할 수 있다.The controller may determine a direction in which the target site is located based on the biosensor.
상기 적어도 두 안테나 소자들은, 단일 모드로 동작하는 경우에 응답하여 하나 이상의 안테나 소자가 전자기파를 방사하고 나머지 안테나 소자가 상기 전자기파에 의한 주변 장(fringing field)을 수신하고, 배열 모드로 동작하는 경우에 응답하여 상기 적어도 두 안테나 소자들 모두가 전자기파를 방사하고 상기 산란된 전자기장을 수신할 수 있다.When the at least two antenna elements operate in a single mode, one or more antenna elements radiate an electromagnetic wave and the other antenna elements receive a fringing field by the electromagnetic wave, and operate in an array mode. In response, both of the at least two antenna elements may emit an electromagnetic wave and receive the scattered electromagnetic field.
상기 단일 모드의 동작 시간은 상기 배열 모드의 동작 시간 보다 길 수 있다.The operation time of the single mode may be longer than the operation time of the array mode.
상기 단일 모드의 동작 시간 및 상기 배열 모드의 동작 시간은 서로 중첩되지 않을 수 있다.The operation time of the single mode and the operation time of the array mode may not overlap each other.
상기 제어기는, 상기 단일 모드로 동작하는 동안 혈당 값 데이터를 결정하고, 상기 배열 모드로 동작하는 동안 상기 혈당 값 데이터의 시간 지연 관련 정보를 결정할 수 있다.The controller may determine blood glucose value data while operating in the single mode, and determine time delay related information of the blood glucose value data while operating in the array mode.
상기 적어도 두 안테나 소자들에 의해 방사되는 전자기파의 빔 패턴은, 상기 위상 시프터에 의해 조절된 위상 차이에 기초하여 결정될 수 있다.A beam pattern of electromagnetic waves emitted by the at least two antenna elements may be determined based on a phase difference adjusted by the phase shifter.
상기 적어도 두 안테나 소자들은, 상기 객체 내부에 배치된 내부 센서로부터 방사되는 신호를 수신하고, 상기 제어기는, 상기 적어도 두 안테나 소자들에 의해 수신된 신호들 간의 위상을 비교하여 상기 내부 센서 및 상기 바이오 센서 간의 정렬 여부를 판단할 수 있다.The at least two antenna elements receive a signal radiated from an internal sensor disposed inside the object, and the controller compares a phase between signals received by the at least two antenna elements to compare the phase between the internal sensor and the bio It is possible to determine whether the sensors are aligned.
바이오 센서는 상기 내부 센서 및 상기 바이오 센서가 비정렬 상태(misalignment state)인 경우에 응답하여 사용자에게 상기 바이오 센서의 착용 위치 변경을 위한 가이드 정보를 출력하는 출력부를 더 포함하고, 상기 제어기는, 상기 적어도 두 안테나 소자들에 의해 수신된 신호들의 위상이 동위상인 경우 정렬 상태인 것으로 판단하고, 상기 적어도 두 안테나 소자들에 의해 수신된 신호들의 위상이 다른 경우 상기 비정렬 상태인 것으로 판단할 수 있다.The biosensor further includes an output unit for outputting guide information for changing a wearing position of the biosensor to the user in response to the internal sensor and the biosensor being in a misalignment state, the controller comprising: When the phases of the signals received by the at least two antenna elements are in phase, it may be determined to be in the aligned state, and if the phases of the signals received by the at least two antenna elements are different, it may be determined to be in the unaligned state.
상기 적어도 두 안테나 소자들은 상기 객체의 표면에서의 곡률에 대응하는 곡면을 따라 배치될 수 있다.The at least two antenna elements may be disposed along a curved surface corresponding to a curvature of the surface of the object.
일 실시예에 따른 바이오 센서에 의해 수행되는 대상 부위 검출 방법은, 객체의 측면 둘레를 따라 서로 이격되어 배치되는 적어도 두 안테나 소자들을 위한 피딩 신호를 주파수 스윕에 따라 생성하는 단계; 상기 피딩 신호의 위상을 조절하여 상기 적어도 두 안테나 소자들에 전달하는 단계; 상기 피딩 신호에 응답하여 상기 적어도 두 안테나 소자들이 상기 객체의 내부를 향하는 지향성을 갖는 전자기파를 방사하고, 산란된 전자기장을 수신하는 단계; 및 상기 피딩 신호의 주파수 및 위상을 스윕함으로써 방사된 전자기파에 대응하여 수신된 상기 산란된 전자기장에 기초하여 상기 객체 내부의 대상 부위(target part)의 위치를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment, a method for detecting a target site performed by a biosensor includes: generating a feeding signal for at least two antenna elements arranged to be spaced apart from each other along a periphery of a side surface of an object according to a frequency sweep; adjusting the phase of the feeding signal and transmitting it to the at least two antenna elements; the at least two antenna elements emitting an electromagnetic wave having a directivity toward the inside of the object in response to the feeding signal, and receiving a scattered electromagnetic field; and detecting a position of a target part inside the object based on the scattered electromagnetic field received corresponding to the emitted electromagnetic wave by sweeping the frequency and phase of the feeding signal.
일 실시예에 따른 바이오 센서는 배열 모드에서 검출되는 산란된 전자기장을 이용하여 혈관이 위치되는 방향을 정확히 추정할 수 있다.The biosensor according to an embodiment may accurately estimate a direction in which blood vessels are located by using the scattered electromagnetic field detected in the array mode.
일 실시예에 따른 바이오 센서는 혈관을 향해 지향성이 개선된 빔 패턴으로 전자기파를 방사함으로써 최소한의 전력으로 혈관이 위치된 목표 깊이까지 전자기파를 침투시킬 수 있다.The biosensor according to an embodiment radiates electromagnetic waves in a beam pattern with improved directivity toward the blood vessels, thereby allowing the electromagnetic waves to penetrate to a target depth in which the blood vessels are located with minimal power.
일 실시예에 따른 바이오 센서는 단일 모드 및 배열 모드에서 각각 다른 특성을 갖는 파라미터 및 생체 정보를 획득함으로써, 데이터 다양성을 확보할 수 있다.The biosensor according to an embodiment may secure data diversity by acquiring parameters and biometric information having different characteristics in a single mode and an array mode.
일 실시에에 따른 바이오 센서는 단일 모드의 생체 정보 및 배열 모드의 생체 정보를 이용하여 시간 지연이 최소화되고 정확도가 개선된 혈당 수치를 추정할 수 있다.The biosensor according to an embodiment may estimate a blood sugar level with a minimized time delay and improved accuracy by using the biometric information in the single mode and the biometric information in the array mode.
도 1은 일 실시예에 따른 어레이 안테나를 이용한 바이오 센서를 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 바이오 센서의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 바이오 센서의 빔 스티어링 각도 조정을 설명하는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 복수의 안테나 소자들로 공급되는 피딩 신호의 위상 차이 및 어레이 안테나의 빔 스티어링 각도의 관계를 설명한다.
도 5는 일 실시예에 따라 배열 모드로 동작하는 바이오 센서의 회로도를 도시한다.
도 6은 일 실시예에 따른 위상 시프터의 예시적인 구성을 설명한다.
도 7 및 도 8은 일 실시예에 따른 바이오 센서에 의한 대상 부위 검출 방법을 설명한다.
도 9 및 도 10은 일 실시예에 따라 단일 모드로 동작하는 바이오 센서를 도시한다.
도 11 및 도 12는 일 실시예에 따른 바이오 센서 및 내부 센서 간의 위치 정렬 가이드 제공 방법을 설명한다.
도 13 및 도 14는 일 실시예에 따른 바이오 센서에 의해 센싱 가능한 깊이 및 센싱 결과를 도시한다.1 illustrates a biosensor using an array antenna according to an embodiment.
2 is a block diagram illustrating a configuration of a biosensor according to an exemplary embodiment.
3 is a diagram for explaining adjustment of a beam steering angle of a biosensor according to an exemplary embodiment.
4 illustrates a relationship between a phase difference of a feeding signal supplied to a plurality of antenna elements and a beam steering angle of an array antenna according to an exemplary embodiment.
5 is a circuit diagram of a biosensor operating in an array mode according to an exemplary embodiment.
6 illustrates an exemplary configuration of a phase shifter according to an embodiment.
7 and 8 illustrate a method for detecting a target site by a biosensor according to an exemplary embodiment.
9 and 10 illustrate a biosensor operating in a single mode, according to an exemplary embodiment.
11 and 12 illustrate a method of providing a position alignment guide between a biosensor and an internal sensor according to an exemplary embodiment.
13 and 14 illustrate a depth senseable by a biosensor and a sensing result according to an exemplary embodiment.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, since various changes may be made to the embodiments, the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. It should be understood that all modifications, equivalents and substitutes for the embodiments are included in the scope of the rights.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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.The terms used in the examples are used for the purpose of description only, and should not be construed as limiting. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or a combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the embodiment belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same components are given the same reference numerals regardless of the reference numerals, and the overlapping description thereof will be omitted. In describing the embodiment, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the embodiment, the detailed description thereof will be omitted.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. In addition, in describing the components of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only for distinguishing the elements from other elements, and the essence, order, or order of the elements are not limited by the terms. When it is described that a component is "connected", "coupled" or "connected" to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, but another component is between each component. It will be understood that may also be "connected", "coupled" or "connected".
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Components included in one embodiment and components having a common function will be described using the same names in other embodiments. Unless otherwise stated, descriptions described in one embodiment may be applied to other embodiments as well, and detailed descriptions within the overlapping range will be omitted.
도 1은 일 실시예에 따른 어레이 안테나를 이용한 바이오 센서를 도시한다.1 illustrates a biosensor using an array antenna according to an embodiment.
일 실시예에 따른 바이오 센싱 시스템은 바이오 센서(100) 및 내부 센서(150)를 포함할 수 있다.The biosensing system according to an embodiment may include a
어레이 안테나를 이용한 바이오 센서(100)는 전자기파를 이용하여 대상 피분석물(target analyte)(109)을 센싱하는 센서일 수 있다. 대상 피분석물(109)은 생체(living body)와 연관된 물질(material)로서, 생체 물질(analyte)이라고도 나타낼 수 있다. 참고로, 본 명세서에서 대상 피분석물(109)은 주로 혈당으로 설명하였으나, 이로 한정하는 것은 아니다.The
바이오 센서(100)는 배열 모드 및 단일 모드 중 한 모드에서 동작할 수 있다. 바이오 센서(100)의 어레이 안테나는 적어도 둘 이상의 안테나 소자들을 포함할 수 있다. 바이오 센서(100)가 배열 모드로 동작하는 동안, 어레이 안테나를 구성하는 각 안테나 소자는 서로 동일한 타이밍에 어레이 팩터(array factor)에 따른 방사 패턴(radiation pattern)으로 전자기파를 방사할 수 있다. 이때, 안테나 소자는 반사되거나 산란되는 전자기파를 수신할 수 있다. 예를 들어, 제1 안테나 소자(111) 및 제2 안테나 소자(112)는 객체의 피하층(120)을 향해 전자기파를 방사하고, 대상 피분석물(109) 등에 의해 산란된 전자기장(scattered field)을 수신할 수 있다. 본 명세서에서는 주로 바이오 센서(100)의 배열 모드 동작을 설명하며, 바이오 센서(100)의 단일 모드 동작은 하기 도 9에서 예시적으로 설명한다. 참고로, 어레이 안테나의 거리 분해능이 극대화되기 위해서는, 광대역으로 동작 가능한 안테나 소자가 사용될 수 있다.The
일 실시예에 따르면, 바이오 센서(100)는 배열 모드로 동작하는 동안 어레이 안테나를 통해 전자기파를 방사하고, 해당 방사된 전자기파가 반사된 산란된 전자기장을 수신함으로써, 대상 부위의 위치를 검출할 수 있다. 대상 부위의 검출은 하기 도 7에서 설명한다. 또한, 바이오 센서(100)는 배열 모드로 동작하는 동안 대상 부위를 향해 전자기파를 방사하고, 대상 부위에 대해 산란된 전자기장에 기초하여 대상 피분석물(109)과 연관된 파라미터를 결정할 수 있다.According to an embodiment, the
본 명세서에서 파라미터는 바이오 센서 및/또는 바이오 센싱 시스템을 해석하기 위해 사용되는 회로망 파라미터(circuit network parameter)를 나타낼 수 있고, 아래에서는 설명의 편의를 위해 주로 산란 파라미터를 예로 들어 설명하나 이로 한정하는 것은 아니다. 파라미터로서 예를 들어, 어드미턴스 파라미터, 임피던스 파라미터, 하이브리드 파라미터, 및 전송 파라미터 등이 사용될 수도 있다. 산란 파라미터의 경우 투과계수 및 반사계수가 사용될 수 있다. 참고로, 상술한 파라미터로부터 산출되는 어레이 안테나의 공진 주파수는 대상 피분석물(109)의 농도와 관련될 수 있고, 바이오 센서는 투과계수 및/또는 반사계수의 변화를 감지함으로써 혈당을 예측할 수 있다.In the present specification, the parameter may represent a circuit network parameter used to interpret a biosensor and/or a biosensing system, and scattering parameters are mainly described below for convenience of description, but limiting this not. As parameters, for example, an admittance parameter, an impedance parameter, a hybrid parameter, a transmission parameter, and the like may be used. For the scattering parameter, a transmission coefficient and a reflection coefficient may be used. For reference, the resonant frequency of the array antenna calculated from the above parameters may be related to the concentration of the
어레이 안테나의 공진 주파수는, 후술하는 바와 같이, 어레이 안테나의 주변에 존재하는 대상 피분석물(109)의 농도에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 공진 주파수는 하기 수학식 1과 같이 커패시턴스 성분 및 인덕턴스 성분으로 표현될 수 있다.The resonant frequency of the array antenna may vary depending on the concentration of the
[수학식 1][Equation 1]
상술한 수학식 1에서 f는 어레이 안테나의 공진 주파수, L은 어레이 안테나의 인덕턴스, C는 어레이 안테나의 커패시턴스를 나타낼 수 있다. 어레이 안테나의 커패시턴스 C는 아래 수학식 2와 같이 상대 유전율(relative dielectric constant) 에 비례할 수 있다.In
[수학식 2][Equation 2]
어레이 안테나의 상대 유전율 은 주변의 대상 피분석물(109)의 농도에 의해 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 배열 모드로 동작하는 어레이 안테나는 대상 부위, 예를 들어, 혈관(190)을 향해 전자기파를 방사할 수 있다. 이 때, 혈관(190)을 향해 방사된 전자기파는 주변에 존재하는 대상 피분석물(109)로 인해 산란될 수 있다. 산란되는 전자기장(scattered field)의 세기는 대상 피분석물(109)의 농도에 따라 달라질 수 있는데, 주로 대상 부위인 혈관(190) 내 포함된 대상 피분석물(109)의 농도에 따라 달라질 수 있다. 대상 피분석물(109)의 농도 변화에 따라 어레이 안테나의 상대 유전율 이 변하므로, 어레이 안테나의 공진 주파수도 함께 변화한다.Relative permittivity of array antenna may be affected by the concentration of the
예시적으로 도 1은 배열 모드로 동작하는 바이오 센서에서 대상 부위의 상대 유전율 별 산란 파라미터(scattering parameter)의 측정 결과로서 주파수 응답 특성(frequency response characteristic)(199)을 도시한다. 산란되는 전자기장(scattered field)의 세기는 예시적으로 제1 안테나 소자에서의 반사 계수(reflection coefficient) S11에 대응할 수 있다. 바이오 센서는 주파수 범위 내에서 반사 계수 S11을 측정함으로써 주파수 응답 특성(199)을 획득할 수 있다. 반사 계수 S11에서는 주파수 범위 내에서 가장 낮은 반사 계수를 나타내는 주파수가 공진 주파수일 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상대 유전율 이 증가할수록 어레이 안테나의 공진 주파수가 감소할 수 있다. 참고로, 도 1에 도시된 주파수 범위는 2.4GHz를 포함하는 것으로 도시되었으나, 이로 한정하는 것은 아니고, 설계에 따라 변경될 수 있다.Exemplarily, FIG. 1 shows a frequency response characteristic 199 as a measurement result of a scattering parameter for each relative permittivity of a target site in a biosensor operating in an array mode. The intensity of the scattered electromagnetic field may, for example, correspond to a reflection coefficient S 11 in the first antenna element. The biosensor may acquire the frequency response characteristic 199 by measuring the reflection coefficient S 11 within the frequency range. In the reflection coefficient S 11 , a frequency having the lowest reflection coefficient within the frequency range may be a resonance frequency. As shown in Figure 1, the relative permittivity As this increases, the resonant frequency of the array antenna may decrease. For reference, the frequency range shown in FIG. 1 is illustrated as including 2.4 GHz, but is not limited thereto, and may be changed according to design.
따라서, 일 실시예에 따른 바이오 센서(100)는 어레이 안테나의 공진 주파수에 기초하여 혈관(190)에 내 대상 피분석물(109)에 대한 생체 정보를 직접적으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 바이오 센서(100)는 공진 주파수 별로 대응하는 대상 피분석물의 농도 값(예를 들어, 혈당 수치)이 매핑된 매핑 테이블(예를 들어, 룩업테이블(LUT, look up table))로부터, 측정 시점에서 측정된 공진 주파수에 의해 지시되는 농도 값을 결정할 수 있다. 다만, 생체 정보의 결정을 이로 한정하는 것은 아니고, 설계에 따라 변경될 수 있다.Accordingly, the
본 명세서에서 생체 정보는 대상자의 생체 성분과 관련된 정보로서, 예를 들어, 피분석물의 농도, 수치, 및 간질액의 혈당 변화와 혈관의 혈당 변화 간의 시간 지연 관련 정보 등을 포함할 수 있다. 피분석물이 혈당인 경우, 생체 정보는 혈당 수치를 포함할 수 있다.In the present specification, the biometric information is information related to the subject's biocomponent, and may include, for example, the concentration and level of the analyte, and information related to the time delay between the blood sugar change in the interstitial fluid and the blood sugar change in the blood vessels. When the analyte is blood sugar, the biometric information may include a blood sugar level.
내부 센서(150)는 피부(191) 아래의 피하층에 삽입 및/또는 이식(implanted)될 수 있다. 바이오 센서(100)는 내부 센서(150)와 무선으로 통신을 수립할 수 있다. 피하에 이식된 내부 센서(150)는 혈관(190) 및 피하층(120)에 존재하는 대상 피분석물(109)을 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 내부 센서(150)는 주변 대상 피분석물(109)의 농도 변화에 따라 공진 주파수가 변화하는 공진기 조립체를 포함할 수 있고, 공진기 조립체의 공진 주파수를 모니터링함으로써 대상 피분석물(109)과 연관된 추가 생체 데이터(additional bio-metric data)를 결정할 수 있다. 내부 센서(150)는 대상 피분석물(109)의 농도에 대응하는 추가 생체 데이터를 체내에서 획득 및 수집할 수 있고, 추가 생체 데이터를 체외의 바이오 센서(100)로 전송할 수 있다. 추가 생체 데이터는 대상 피분석물(109)의 농도 및/또는 양과 관련된 데이터로서, 예를 들어, 상술한 바와 같이 피분석물의 농도에 대응하는 상대 유전율과 관련된 파라미터일 수 있다. 다만, 이로 한정하는 것은 아니고, 생체 데이터는 피분석물의 농도에 대응하는 공진 주파수, 공진 주파수를 산출하기 위한 산란 파라미터, 및 산란 파라미터에 대응하는 주파수 응답 특성 등을 포함할 수도 있다. 내부 센서(150)는 무선 통신을 통해 바이오 센서(100)로 추가 생체 데이터를 전송할 수 있다. 더 나아가, 바이오 센서(100)는 내부 센서(150)로부터 전력을 무선으로 공급할 수 있다. 내부 센서(150)는 무선 전송된 전력을 이용하여 생체 데이터를 모니터링할 수 있다.The
도 2는 일 실시예에 따른 바이오 센서의 구성을 도시한 블록도이다.2 is a block diagram illustrating a configuration of a biosensor according to an exemplary embodiment.
일 실시예에 따른 바이오 센서(200)는 어레이 안테나(210), 위상 시프터(220), 신호 생성기(230), 및 제어기(240)를 포함할 수 있다. 바이오 센서(200)는 객체의 표면(예를 들어, 피부)에 부착 가능할 수 있다.The
어레이 안테나(210)는 적어도 두 안테나 소자들을 포함할 수 있고, 배열 모드 및 단일 모드 중 하나로 동작할 수 있다. 배열 모드에서는 각 안테나 소자가 전자기파를 동시에 방사할 수 있다. 단일 모드에서는 적어도 한 안테나 소자가 전자기파를 방사하고, 나머지 안테나 소자 중 적어도 하나가 해당 방사된 전자기파를 수신할 수 있다.The
일 실시예에 따르면 적어도 두 안테나 소자들은 객체의 측면 둘레를 따라 서로 이격되어 배치될 수 있다. 객체는 생체 및/또는 생체의 일부(예를 들어, 신체 부위(body part))일 수 있다. 예를 들어, 객체는 사람의 상완 및/또는 하완일 수 있고, 안테나 소자들은 사람의 팔의 측면 둘레를 따라 이격되어 배치될 수 있다. 바이오 센서는 팔에서도 이두근 및/또는 삼두근에 대응하는 부분 상에 배치될 수 있다. 다시 말해, 안테나 소자들은 대상 부위(예를 들어, 혈관)의 길이 방향에 대해 교차하는 축(예를 들어, 수직하는 축)을 따라 서로 이격되어 배치될 수 있다. 안테나 소자들은 객체의 내부를 향하는 지향성을 갖는 전자기파를 방사하고, 산란된 전자기장(scattered field)을 수신할 수 있다.According to an embodiment, at least two antenna elements may be disposed to be spaced apart from each other along the periphery of the side surface of the object. The object may be a living body and/or a part of the living body (eg, a body part). For example, the object may be an upper arm and/or a lower arm of a person, and the antenna elements may be disposed spaced apart along the perimeter of the side of the person's arm. The biosensor may also be disposed on a portion corresponding to the biceps and/or triceps in the arm. In other words, the antenna elements may be disposed to be spaced apart from each other along an axis (eg, an axis perpendicular to) that intersects the longitudinal direction of the target site (eg, blood vessel). The antenna elements may emit electromagnetic waves having a directivity toward the inside of the object and receive a scattered field.
위상 시프터(220)(phase shifter)는 피딩 신호의 위상을 조절하여 적어도 두 안테나 소자들에 전달할 수 있다. 위상 시프터(220)는 각 안테나 소자로 공급되는 신호들 간의 위상 차이를 조절할 수 있다. 위상 시프터(220)의 예시적인 구성은 하기 도 6에서 설명한다.The
신호 생성기(230)(signal generator)는 주파수 스윕(frequency sweep)에 따른 피딩 신호(feed signal)를 생성할 수 있다. 신호 생성기(230)는 예를 들어, 인젝션 락킹 발진기(injection locked oscillator)를 포함할 수 있다. 신호 생성기(230)는 미리 정의된 주파수 범위 내의 주파수를 스윕하면서, 피딩 신호를 생성할 수 있다. 예시적으로 피딩 신호의 캐리어 주파수는 점진적으로 변화할 수 있다. 주파수 범위는 제1 주파수 이상 제2 주파수 이하의 주파수들을 포함할 수 있고, 신호 생성기(230)는 제1 주파수로부터 제2 주파수까지 주파수를 순차적으로 증가시키면서 피딩 신호를 생성할 수 있다. 다만, 이로 한정하는 것은 아니고, 신호 생성기(230)는 제2 주파수로부터 제1 주파수까지 주파수를 순차적으로 감소시키면서 피딩 신호를 생성할 수도 있다.The
제어기(240)는 피딩 신호의 주파수 및 위상을 스윕함으로써 방사된 전자기파에 대응하여 수신된 산란된 전자기장에 기초하여 객체 내부의 대상 부위(target part)의 위치를 검출할 수 있다.The
도 3은 일 실시예에 따른 바이오 센서의 빔 스티어링 각도 조정을 설명하는 도면이다.3 is a diagram for explaining adjustment of a beam steering angle of a biosensor according to an exemplary embodiment.
일 실시예에 따른 바이오 센서는 복수의 안테나 소자들(311, 312, 313, 314)을 통해 객체 내부로 전자기파를 방사하면서, 전자기파의 빔 스티어링 각도를 변경할 수 있다. 예를 들어, 바이오 센서는 복수의 안테나 소자들(311, 312, 313, 314)에 피딩 신호의 세기 및 위상을 어레이 팩터를 따라 조절함으로써, 어레이 안테나에 의한 방사 패턴을 변경할 수 있다. 예를 들어, 복수의 안테나 소자들(311, 312, 313, 314) 각각의 방사 패턴이 어레이 팩터에 따라 중첩됨으로써, 특정 방향으로 전자기파 방사가 집중될 수 있다. 이러한 배열 모드에서는 바이오 센서가 단일 모드에 비해 비교적 적은 전력으로 보다 깊이 전자기파를 투과시킬 수 있다. 또한, 빔 스티어링에 따른 방향으로 전자기파 방사가 집중되므로, 생체 영향도 최소화될 수 있다. 참고로, 도 3에서 복수의 안테나 소자들(311, 312, 313, 314)이 4개 도시되었으나, 이로 한정하는 것은 아니다.The biosensor according to an embodiment may change the beam steering angle of the electromagnetic wave while emitting the electromagnetic wave into the object through the plurality of
바이오 센서는 빔 스티어링 각도를 변경할 때마다, 바이오 센서를 기준으로 해당 빔 스티어링 각도에 대응하는 방향에 대상 부위의 탐지를 시도할 수 있다. 대상 부위는 예를 들어, 혈관(390)일 수 있다. 대상 부위의 상대 유전율은 예를 들어 80 이상이고, 피하층(320)의 상대 유전율은 대략적으로 5일 수 있다. 대상 부위의 상대 유전율이 피하층(320)의 상대 유전율보다 크므로, 대상 부위를 향해 전자기파가 방사될 경우 강한 반사파에 의한 산란이 발생할 수 있다. 예를 들어, 제1 스티어링 각도(381)에 대해 전자기파가 방사된 경우, 산란되는 전자기장의 세기가 작을 수 있다. 제2 스티어링 각도(382)에 대해 전자기파가 방사된 경우, 대상 부위(390) 및 피하층(320) 간의 급격한 상대 유전율 차이로 인해 산란되는 전자기장의 세기가 클 수 있다. 따라서 바이오 센서는 개별 빔 스티어링 각도마다 산란되는 전자기장을 모니터링함으로써, 해당 빔 스티어링 각도에 대응하는 위치에 대상 부위가 존재하는지 여부를 결정할 수 있다. 대상 부위의 탐지는 하기 도 7에서 상세히 설명한다.Whenever the beam steering angle is changed, the biosensor may attempt to detect the target site in a direction corresponding to the beam steering angle with respect to the biosensor. The target site may be, for example, a
일 실시예에 따르면 복수의 안테나 소자들(311, 312, 313, 314)이 배치되는 면은 곡률을 가질 수 있다. 복수의 안테나 소자들(311, 312, 313, 314)은 객체의 표면에서의 곡률에 대응하는 면(예를 들어, 곡면)을 따라 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수의 안테나 소자들(311, 312, 313, 314)은 객체의 길이 방향에 수직하는 외주(outer circumference)의 곡면에 피팅되는 면을 따라 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 3은 객체의 길이방향 축에 수직하는 단면도로서, 복수의 안테나 소자들(311, 312, 313, 314)이 객체의 표면에 밀착되어 배치된 것이 도시된다. 복수의 안테나 소자들(311, 312, 313, 314)은 개별적으로 및/또는 통합적으로 하우징 내에 수용될 수도 있고, 이 경우, 하우징에서 객체에 접하는 면도 곡률을 가질 수 있다. 유사하게, 하우징에서 객체에 접하는 면은, 객체의 길이 방향에 수직하는 외주의 곡면과 동일 또는 유사한 곡률을 가질 수 있다. 도 1에서도 안테나 소자가 배치되는 면이 곡면인 형상으로 도시된다. 따라서, 안테나 소자 및 안테나 소자를 수용하는 하우징이 객체의 표면(예를 들어, 피부)에 밀착되므로, 에어 갭이 최소화되어, 방사 손실이 최소화될 수 있다.According to an embodiment, a surface on which the plurality of
도 4는 일 실시예에 따른 복수의 안테나 소자들로 공급되는 피딩 신호의 위상 차이 및 어레이 안테나의 빔 스티어링 각도의 관계를 설명한다.4 illustrates a relationship between a phase difference of a feeding signal supplied to a plurality of antenna elements and a beam steering angle of an array antenna according to an exemplary embodiment.
어레이 안테나(410)는 M개의 안테나 소자들을 포함할 수 있고, 여기서, M은 2이상의 정수일 수 있다. 바이오 센서의 어레이 안테나(410)에서 빔 스티어링 각도 는 어레이 안테나(410)에 의한 스티어링 범위의 중심축(490)을 기준으로 하는 각도일 수 있다. 빔 스티어링 각도 에 대한 안테나 소자들 간의 위상 차이 는 아래 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.The
[수학식 3][Equation 3]
상술한 수학식 3에서, 는 방사되는 전자기파의 파장, d는 안테나 소자들 간의 간격, k는 상술한 파장 및 간격에 의해 결정되는 상수를 나타낼 수 있다. 바이오 센서는 중심축(490)을 기준으로 빔 스티어링 각도 를 향하는 방사 패턴(480)으로 전자기파를 방사하기 위해, 개별 안테나 소자들 간 위상 차이 로 각 안테나 소자에 피딩 신호를 공급할 수 있다. 예를 들어, 제1 안테나 소자(421)에 공급되는 피딩 신호를 기준으로, 위상 시프터(420)는 제2 안테나 소자에 대해 , 제3 안테나 소자에 대해 2, 제M 안테나 소자에 대해 (M-1)만큼 각각 신호를 지연시켜 공급할 수 있다. 하기 도 7에서 후술하겠으나, 각도 해상도(angle resolution)에 따라 정의된 빔 스티어링 각도들마다 복수의 위상 차이들이 결정될 수 있고, 바이오 센서는 복수의 위상 차이들을 순차적으로 선택하여 선택된 위상 차이에 따른 피딩 신호를 안테나 소자들에 공급할 수 있다.In Equation 3 above, may represent a constant determined by the wavelength of the radiated electromagnetic wave, d is an interval between antenna elements, and k is the above-described wavelength and interval. The biosensor has a beam steering angle with respect to the
도 5는 일 실시예에 따라 배열 모드로 동작하는 바이오 센서의 회로도를 도시한다.5 is a circuit diagram of a biosensor operating in an array mode according to an exemplary embodiment.
바이오 센서(500)는 어레이 안테나(510), 위상 시프터(520), 신호 통합부(540), 및 신호 생성기(530)를 포함할 수 있다. 어레이 안테나(510)는 예시적으로 제1 안테나 소자 및 제2 안테나 소자를 포함할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 신호 생성기(530)는 피딩 신호를 생성할 수 있다. 위상 시프터(520)는 제1 안테나 소자에 대해 w1에 대응하는 위상, 제2 안테나 소자에 대해 w2에 대응하는 위상만큼 피딩 신호를 지연하여 각 안테나 소자에 제공할 수 있다. 각 위상은 아래 수학식 4와 같은 관계에 있다.The
[수학식 4][Equation 4]
상술한 위상 급전에 의해 제1 안테나 소자 및 제2 안테나 소자는 빔 스티어링 각도 를 향해 전자기파를 방사할 수 있다. 이 때, 대상 부위(590)가 해당 방향에 존재하는 경우, 강한 산란되는 전기장 ESF이 발생할 수 있다. 제1 안테나 소자 및 제2 안테나 소자에 대응하는 파라미터는 예시적으로 각각 하기 수학식 5 및 수학식 6와 같이 나타낼 수 있다.By the above-described phase feeding, the first antenna element and the second antenna element have a beam steering angle. It can radiate electromagnetic waves toward In this case, when the
[수학식 5][Equation 5]
[수학식 6][Equation 6]
상술한 수학식 5에서 은 제1 안테나 소자의 총 반사 계수로서, 제1 안테나 소자 자체 반사 계수 및 산란되는 전기장 ESF의 합일 수 있다. 유사하게, 상술한 수학식 6에서 은 제2 안테나 소자의 총 반사 계수로서, 제2 안테나 소자 자체 반사 계수 및 산란되는 전기장 ESF의 합일 수 있다. 바이오 센서(500)는 위상 시프터(520)에 의한 위상 지연으로 인해, 하기 수학식 7과 같은 반사 계수를 획득할 수 있다.In
[수학식 7][Equation 7]
바이오 센서(500)는 어레이 안테나(510)의 각 안테나 소자를 통해 개별적으로 수신된 신호를 위상 시프터(520)를 거쳐 신호 통합부(540)에 의해 통합된 신호를 획득할 수 있다. 상술한 수학식 7에서 y는 어레이 안테나(510)를 통해 수신되어 통합된 신호에 대한 파라미터(예를 들어, 반사계수)를 나타낼 수 있다. 바이오 센서(500)는 개별 안테나 소자 별로 파라미터를 측정하는 대신, 어레이 안테나에 포함된 복수의 안테나 소자들에 대해 통합된 파라미터를 측정할 수 있다. 바이오 센서(500)는 각 빔 스티어링 각도 마다, 피딩 신호의 주파수를 스윕하면서 상술한 수학식 7에 따른 파라미터를 측정함으로써 산란된 전자기장에 대한 주파수 응답 특성을 획득할 수 있다.The
도 6은 일 실시예에 따른 위상 시프터의 예시적인 구성을 설명한다.6 illustrates an exemplary configuration of a phase shifter according to an embodiment.
위상 시프터(620)는 신호 생성기(630)에 의해 생성된 피딩 신호를 지연시킴으로써, 제1 안테나 소자(611) 및 제2 안테나 소자(612) 간의 위상 차이를 제공할 수 있다. 예를 들어, 위상 시프터(620)는 제어기의 위상 제어 신호에 의해 선택 가능한 복수의 신호 경로들(621, 622, 623)을 포함할 수 있다. 신호 생성기(630)로부터 각 안테나 소자 간에 선택된 신호 경로의 길이에 따라, 해당 안테나 소자로 공급되는 피딩 신호의 위상이 달라질 수 있다. 따라서, 제어기는 위상 제어 신호를 통해 각 안테나 소자에 대한 위상 시프터(620)의 신호 경로를 선택함으로써, 해당 안테나 소자에 대한 위상 지연을 조절할 수 있다.The
참고로, 바이오 센서가 배열 모드로 동작하는 동안, 경로 선택부(640)는 배열 모드에서는 도 6에 도시된 바와 같이 신호 생성기(630)로부터 각 안테나 소자까지의 경로를 형성할 수 있다. 따라서 배열 모드에서는, 경로 선택부(640)가 도 5에서 상술한 신호 통합부로서 동작할 수 있다. 바이오 센서가 단일 모드로 동작하는 동안, 경로 선택부(640)는 전송 안테나(예를 들어, 제1 안테나 소자) 및 신호 생성기(630)를 연결하고, 수신 안테나(예를 들어, 제2 안테나 소자) 및 신호 생성기(630)를 분리할 수 있다. 다만, 경로 선택부(640)의 구성을 이로 한정하는 것은 아니고, 설계에 따라 변경될 수 있다.For reference, while the biosensor operates in the array mode, the
도 7 및 도 8은 일 실시예에 따른 바이오 센서에 의한 대상 부위 검출 방법을 설명한다.7 and 8 illustrate a method for detecting a target site by a biosensor according to an exemplary embodiment.
우선, 단계(710)에서 바이오 센서는 위상 별 주파수 응답 특성(810)을 스캔할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제어기는 위상 시프터에 의해 선택 가능한 위상 차이들의 각각마다 피딩 신호의 주파수를 스윕함으로써, 위상 차이별 주파수 응답 특성(810)을 획득할 수 있다.First, in
예를 들어, 어레이 안테나에 의한 스티어링 가능 범위 내에서 각도 분해능(angle resolving power) 에 따라 선택 가능한 빔 스티어링 각도들(예를 들어, 제1 각도 , 제2 각도 , 내지 제K 각도 , 여기서, K는 2이상의 정수)이 미리 정의될 수 있다. 위상 시프터는 미리 정의된 복수의 빔 스티어링 각도들에 대한 위상 차이를 제공할 수 있다. 제어기는 위상 시프터에 의해 선택 가능한 복수의 위상 차이들 중 한 위상 차이를 선택할 수 있다. 위상 시프터가 선택된 위상 차이로 어레이 안테나에 피딩함으로써, 제어기는 대응하는 빔 스티어링 각도로 방사된 전자기파에 대해 산란된 전자기장에 관한 파라미터를 측정할 수 있다. 제어기는 해당 빔 스티어링 각도에 대해 주파수를 스윕하면서 파라미터를 측정함으로써, 해당 빔 스티어링 각도의 산란된 전자기장에 대한 주파수 응답 특성(810)을 획득할 수 있다.For example, angle resolving power within the steerable range by the array antenna. Selectable beam steering angles according to (eg, the first angle , second angle , to Kth angle , where K is an integer of 2 or more) may be predefined. The phase shifter may provide a phase difference for a plurality of predefined beam steering angles. The controller may select one of a plurality of phase differences selectable by the phase shifter. By feeding the phase shifter to the array antenna with a selected phase difference, the controller can measure a parameter regarding the scattered electromagnetic field for the electromagnetic wave radiated at the corresponding beam steering angle. The controller may acquire the
그리고 단계(720)에서 바이오 센서는 시간 지연 프로필(820)을 산출할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 주파수 응답 특성(810)으로부터 시간 지연 프로필(820)을 산출할 수 있다. 제어기는 주파수 응답 특성(810)을 시간 도메인으로 변환(예를 들어, FFT(fast fourier transform)의 역변환)함으로써 시간 지연 프로필(820)을 산출할 수 있다. 주파수 응답 특성(810)은 도 8에 도시된 바와 같이 산란 파라미터 중 반사 계수 S11일 수 있다.And in
이어서 단계(730)에서 바이오 센서는 대상 피크를 검출할 수 있다. 제어기는 시간 지연 프로필(820)에 기초하여 대상 부위의 위치를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 시간 지연 프로필(820)로부터 대상 피크를 검출하고, 시간 지연 프로필(820)의 대상 피크에 기초하여 대상 부위의 위치를 결정할 수 있다. 제어기는 대상 피크로서 2번째 피크(892)를 검출할 수 있다. 2번째 피크(892)는, 시간 지연 프로필(820)에서 검출되는 피크들 중 내림차순으로 2번째로 큰 세기를 갖는 피크를 나타낼 수 있다. 1번째 피크(891)(예를 들어, 가장 큰 세기의 피크)는 안테나 소자의 자체 반사에 의해 발생할 수 있다. 2번째 피크(892)는 산란된 전자기장에 의해 발생하는 것으로서, 안테나 소자로부터 대상 부위(예를 들어, 혈관)에 전자기파 도달 후 반사되어 수신되기까지 지연이 발생하므로 1번째 피크(891)보다 늦은 시점에 나타날 수 있다.Subsequently, in
예시적으로 단계(731)에서 제어기는 임계 값(821) 이상의 대상 피크가 검출되었는지 판단할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 시간 지연 프로필(820)에서 1번째 피크(891)를 제외하고, 임계 값(821)을 초과하는 지점을 검색할 수 있다. 1번째 피크(891)를 제외하고 임계 값(821) 미만의 값들만 검출되는 경우, 단계(732)에서 제어기는 임계 값(821)을 조정할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 임계값을 감소키고 단계(731)에 따른 동작을 수행할 수 있다. 따라서, 제어기는 2번째 피크(892)가 검출될 때까지 임계값을 점진적으로 감소시킬 수 있다.Exemplarily, in
단계(740)에서 바이오 센서는 대상 피크에 기초하여 대상 부위의 위치를 결정할 수 있다. 제어기는 대상 피크로서 2번째 피크(892)가 미리 결정된 지연 시간 범위(delay range)(822) 내에서 미리 결정된 크기 범위(amplitude range)를 갖는 경우에 응답하여, 해당 대상 피크가 검출된 시간 지연 프로필(820)에 대응하는 빔 스티어링 각도에 대상 부위가 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 피부로부터 혈관까지의 깊이를 고려하면, 혈관에 대한 2번째 피크(892)는 지연 시간 범위 내 및 크기 범위 내에서 발생할 수 있다. 따라서, 제어기는 지연 시간 범위(822) 또는 크기 범위를 벗어나는 피크는 대상 부위 결정으로부터 배제할 수 있다. 제어기는 바이오 센서를 기준으로 대상 부위가 위치된 방향을 결정할 수 있다.In
일 실시예에 따른 제어기는 대상 부위가 위치된 방향이 결정된 경우에 응답하여, 대상 부위가 검출된 시간 지연 프로필(820)에 대응하는 위상 차를 적어도 두 안테나 소자들에 대해 유지할 수 있다. 상술한 바와 같이, 적어도 두 안테나 소자들에 의해 방사되는 전자기파의 빔 패턴은, 위상 시프터에 의해 조절된 위상 차이에 기초하여 결정될 수 있다. 따라서, 바이오 센서는 대상 부위를 바라보는 방향으로 어레이 안테나의 빔 패턴을 형성하여 유지할 수 있다.The controller according to an embodiment may maintain a phase difference corresponding to the
제어기는 대상 부위의 위치가 검출되는 경우에 응답하여, 대상 부위에 대한 생체 정보의 측정을 개시할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 생체 정보로서 혈관 내 혈당 수치 및/또는 간질액과 혈관 간 혈당 변화의 시간 지연 관련 정보를 측정할 수 있다. 혈관 내 혈당 수치 측정은 도 1에서 상술하였으며, 시간 지연 관련 정보는 하기 도 14에서 설명한다.The controller may initiate measurement of biometric information for the target site in response to detecting the location of the target site. For example, the controller may measure an intravascular blood glucose level and/or time delay related information of a blood glucose change between an interstitial fluid and a blood vessel as biometric information. Measurement of blood glucose level in blood vessels is described above with reference to FIG. 1 , and information related to time delay will be described with reference to FIG. 14 below.
참고로, 도 7에서는 제어기는 한 스티어링 각도에 대한 주파수 응답 특성(810)을 획득하여 나머지 동작을 수행하고, 대상 부위의 위치가 검출되지 않는 경우 빔 스티어링 각도를 변경하여 단계(710)부터 재시작하는 예시를 설명하였다. 다만, 이로 한정하는 것은 아니고, 제어기는 빔 스티어링 각도를 순차적으로 변경하면서 모든 빔 스티어링 각도에 대한 주파수 응답 특성(810)을 획득하고 나머지 동작들(예를 들어, 720 내지 740)을 수행할 수도 있다.For reference, in FIG. 7, the controller acquires the
도 9 및 도 10은 일 실시예에 따라 단일 모드로 동작하는 바이오 센서를 도시한다.9 and 10 illustrate a biosensor operating in a single mode, according to an exemplary embodiment.
바이오 센서(900)의 적어도 두 안테나 소자들(911, 912)은, 배열 모드 또는 단일 모드로 동작할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 적어도 두 안테나 소자들(911, 912)은 배열 모드로 동작하는 경우에 응답하여 적어도 두 안테나 소자들(911, 912) 모두가 전자기파를 방사하고 산란된 전자기장을 수신할 수 있다. 도 9 및 도 10에서는 단일 모드 동작을 설명한다.At least two
적어도 두 안테나 소자들(911, 912)은 단일 모드로 동작하는 경우에 응답하여 하나 이상의 안테나 소자가 전자기파를 방사하고 나머지 안테나 소자가 전자기파에 의한 주변 장(950)(fringing field)을 수신할 수 있다. 예를 들어, 제1 안테나 소자(911)가 전자기파를 방사하고, 제2 안테나 소자(912)는 주변 장(950)을 수신할 수 있다. 바이오 센서(900)는 제1 안테나 소자(911)로부타 방사된 신호 세기 대비 제2 안테나 소자(912)에서 수신된 세기에 기초하여, 산란 파라미터로서 투과 계수(990) S21을 측정할 수 있다. 바이오 센서(900)의 투과 계수(990) S21는 특정 주파수 범위 내에서 공진 주파수에 대해 가장 높은 값을 나타낼 수 있다. 어레이 모드와 유사하게, 단일 모드로 동작하는 바이오 센서(900)의 공진 주파수는 대상 피분석물(909)의 농도에 대응하는 상대 유전율에 따라 변화할 수 있다. 참고로, 공진 주파수를 탐색하는 범위는 도 9에서는 13.56MHz를 포함하는 범위로 도시되었으나, 이로 한정하는 것은 아니고, 설계에 따라 변경될 수 있다.At least two
단일 모드로 동작하는 어레이 안테나(1010)에서는 도 10에서 도시된 바와 같이 제1 안테나 소자(911)와 제2 안테나 소자(912)의 전기적 경로가 분리될 수 있다. 제1 안테나 소자(911)는 신호 생성기(1030)에 의해 생성된 피딩 신호에 응답하여 전자기파를 방사할 수 있다. 제2 안테나 소자(912)는 주변 장(950)을 수신할 수 있다.In the
일 실시예에 따르면 단일 모드의 동작 시간은 배열 모드의 동작 시간 보다 길 수 있다. 단일 모드의 동작 시간 및 배열 모드의 동작 시간은 서로 중첩되지 않을 수 있다. 바이오 센서(900)는 단일 모드 동안 제1 생체 정보를 획득하고, 배열 모드 동안 제2 생체 정보를 획득할 수 있다. 제1 생체 정보 및 제2 생체 정보는 동일한 대상 피분석물에 관련되고, 서로 다른 특성을 나타내는 데이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 생체 정보는 피하층의 간질액에 존재하는 대상 피분석물(예를 들어, 혈당)의 농도 수치에 관한 데이터를 포함할 수 있다. 제2 생체 정보는 혈관 내 존재하는 대상 피분석물의 농도 수치에 관한 데이터를 포함할 수 있다. 혈관 내 농도 변화가 피하층에 영향을 주는데 시간이 다소간 지연되므로, 제2 생체 정보는 제1 생체 정보 대비 농도 변화에 민감한 특성을 나타낼 수 있다. 제1 생체 정보는 제2 생체 정보 대비 높은 혈당 측정 정확도를 나타낼 수 있다. 따라서 바이오 센서(900)는 제1 생체 정보 및 제2 생체 정보를 융합(fuse)하여, 정밀하면서도 정확한 생체 측정 결과를 결정할 수 있다. 제1 생체 정보 및 제2 생체 정보의 융합은 베이지안(Bayesian) 필터 기반 알고리즘을 따른 연산에 의해 수행될 수 있으나, 이로 한정하는 것은 아니다. 제1 생체 정보 및 제2 생체 정보의 특성은 하기 도 14에서 설명한다.According to an embodiment, the operation time of the single mode may be longer than the operation time of the array mode. The operation time of the single mode and the operation time of the array mode may not overlap each other. The
도 11 및 도 12는 일 실시예에 따른 바이오 센서 및 내부 센서 간의 위치 정렬 가이드 제공 방법을 설명한다.11 and 12 illustrate a method of providing a position alignment guide between a biosensor and an internal sensor according to an exemplary embodiment.
우선, 단계(1110)에서 바이오 센서(1210)는 어레이 안테나의 각 안테나 소자를 통해 내부 센서(1230)로부터 방사된 신호를 수신할 수 있다. 내부 센서(1230)는 객체 내부에 배치될 수 있고, 위치 정렬을 위한 전자기파 신호를 방사할 수 있다.First, in
그리고 단계(1120)에서 바이오 센서(1210)는 수신된 신호들의 위상을 비교할 수 있다. 예를 들어, 제어기는, 적어도 두 안테나 소자들에 의해 수신된 신호들 간의 위상을 비교하여 내부 센서(1230) 및 바이오 센서(1210) 간의 정렬 여부를 판단할 수 있다.And in
이어서 단계(1130)에서 제어기는 수신된 신호들의 위상이 동위상인 지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 도12에서 바이오 센서(1210)의 어레이 안테나가 제1 안테나 소자(1211) 및 제2 안테나 소자(1212)를 포함하고, 내부 센서(1230)가 제3 안테나 소자를 포함하는 것을 가정할 수 있다. 제1 안테나 소자(1211) 및 제2 안테나 소자(1212)는 각각 제3 안테나 소자에 의해 방사된 위치 정렬용 전자기파 신호를 수신할 수 있다. 정렬 상태에서는 내부 센서(1230)로부터 제1 안테나 소자(1211)까지의 거리 및 내부 센서(1230)로부터 제2 안테나 소자(1212)까지의 거리가 동일하므로, 위상이 동일할 수 있다. 비정렬 상태에서는 내부 센서(1230)로부터 바이오 센서(1210)의 각 안테나 소자까지의 거리가 다르므로, 수신된 신호의 위상이 다를 수 있다. 예를 들어, 위상 그래프(1290)에 도시된 바와 같이, 정렬 상태의 위상 및 비정렬 상태의 위상이 다르므로 측정 정확도에서 열화가 발생할 수 있다. 바이오 센서(1210)는 제3 안테나 소자로부터 방사되어 제1 안테나 소자(1211)에서 수신된 신호에 관한 투과 계수 S13의 위상 및 제3 안테나 소자로부터 방사되어 제2 안테나 소자(1212)에서 수신된 신호에 관한 투과 계수 S23의 위상을 비교하여 동일한 지 여부를 판단할 수 있다. 제어기는, 적어도 두 안테나 소자들에 의해 수신된 신호들의 위상이 동위상인 경우 정렬 상태인 것으로 판단하고, 위치 정렬 프로세스를 종료할 수 있다.Subsequently, in
단계(1140)에서 제어기는 적어도 두 안테나 소자들에 의해 수신된 신호들의 위상이 다른 경우 비정렬 상태인 것으로 판단할 수 있다. 일 실시예에 따른 바이오 센서(1210)는 위치 정렬 관련된 정보를 출력하기 위한 출력부를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 출력부는 내부 센서(1230) 및 바이오 센서(1210)가 비정렬 상태(misalignment state)인 경우에 응답하여 사용자에게 바이오 센서(1210)의 착용 위치 변경을 위한 가이드 정보를 출력할 수 있다. 가이드 정보는 바이오 센서(1210)가 정렬되기 위해 요구되는 객체 표면 상에서의 위치 변경 방향에 관한 정보를 포함할 수 있다. 따라서, 바이오 센서(1210)는 내부 센서(1230)에 대한 위치 정렬을 위한 가이드 정보를 제공함으로써, 비정렬에 의한 성능 열화를 최소화할 수 있다.In
도 13 및 도 14는 일 실시예에 따른 바이오 센서에 의해 센싱 가능한 깊이 및 센싱 결과를 도시한다.13 and 14 illustrate a depth senseable by a biosensor and a sensing result according to an exemplary embodiment.
도 13은 단일 모드에서 동작하는 바이오 센서(1310) 및 배열 모드에서 동작하는 바이오 센서(1320)의 전자기파 침투 깊이를 설명한다. 배열 모드에서 동작하는 바이오 센서(1320)의 어레이 안테나는 대상 부위(예를 들어, 체내 혈관)를 향하는 빔 스티어링 각도로 집중된 빔 패턴의 전자기파를 방사함으로써, 단일 모드 대비 큰 침투 깊이를 나타낼 수 있다. 배열 모드의 전자기파는 단일 모드의 전자기파 대비 지향성이 개선될 수 있다. 배열 모드의 바이오 센서(1320)에서는 최소한의 전력으로 전자파 투과 깊이가 개선되므로, 피부층의 고유전율로 인한 전자파 손실이 최소화되고, 더 나아가 체내 전자파 적합성 테스트도 만족될 수 있다.13 illustrates the electromagnetic wave penetration depth of the
팔의 단면을 형상화한 다중 레이어 모델링에서 단일 모드에서 동작하는 바이오 센서(1310)에 비해 배열모드의 바이오 센서(1320)는 혈관까지의 전자파 투과를 제공할 수 있다. 배열 모드의 바이오 센서(1320)에 의해 방사된 전자기파의 도달 가능한 지점 및 혈관 간의 거리가 단일 모드에서 도달 가능한 지점 및 혈관 간의 거리보다 짧으므로, 배열 모드의 바이오 센서(1320)는 혈당의 급격한 변화를 감지할 수 있다. 예를 들어, 도 13을 참조하면, 배열 모드의 바이오 센서(1320)에 의해 센싱된 생체 정보에 기초한 혈당 변화 추이(1420)가 단일 모드의 혈당 변화 추이(1410)보다 혈당의 실제 변화 추이(1490)를 민감하게 따라갈 수 있다.Compared to the
따라서 바이오 센서는 단일 모드에서 간질액 기반 생체 정보를 결정하고, 배열 모드에서 혈관 기반 생체 정보를 결정하며, 서로 다른 특성을 가지는 생체 정보를 복합적으로 융합함으로써, 혈당 측정에서 발생하는 시간 지연을 최소화하고, 혈당 측정 정확도도 유지할 수 있다. 예시적으로 바이오 센서의 제어기는, 단일 모드로 동작하는 동안 제1 생체 정보로서 혈당 값 데이터를 결정하고, 배열 모드로 동작하는 동안 제2 생체 정보로서 상술한 혈당 값 데이터의 시간 지연 관련 정보를 결정할 수 있다. 제어기는 단일 모드에서 추정된 간질액 기반 혈당 수치의 변화 개시 시점 및 배열 모드에서 추정된 혈관 기반 혈당 수치의 변화 개시 시점 간의 차이(예를 들어, 시간 지연 관련 정보)를 산출할 수 있다. 이후, 제어기는, 배열 모드에서 추정된 혈관 기반 혈당 수치의 변화가 임의의 시점에서 감지되는 경우, 이전에 기록된 간질액 기반 혈당 수치 변화 및 시간 지연 관련 정보를 이용하여 해당 시점에서의 혈당 수치를 정확하고 신속하게 추정할 수 있다.Therefore, the biosensor minimizes the time delay in blood glucose measurement by determining interstitial fluid-based biometric information in single mode, determining blood vessel-based biometric information in array mode, and complexly fusing biometric information with different characteristics. , the blood glucose measurement accuracy can also be maintained. Exemplarily, the controller of the biosensor may determine the blood sugar value data as the first biometric information while operating in the single mode, and determine the time delay related information of the aforementioned blood sugar value data as the second biometric information while operating in the array mode. can The controller may calculate a difference (eg, time delay related information) between a change start time of the interstitial fluid-based blood glucose level estimated in the single mode and a change start time of the blood vessel-based blood glucose level estimated in the array mode. Thereafter, when a change in the blood vessel-based blood sugar level estimated in the array mode is detected at an arbitrary point in time, the controller calculates the blood sugar level at that point in time by using previously recorded interstitial fluid-based blood sugar level change and time delay related information. It can be estimated accurately and quickly.
일 실시예에 따른 바이오 센서는 외부 환경에 의한 성능 변화를 차단하여 정확도의 지속성을 확보할 수 있다. 또한, 바이오 센서는 간질액 기반 특성 및 혈관 기반 특성의 생체 정보 등을 수집하고, 더 나아가 내부 센서의 정보도 수집함으로써 데이터 다양성을 확보할 수 있다. 예시적으로 바이오 센서는 다중모드(예를 들어, 단일 모드 및 배열 모드)에서 획득된 생체 정보들, 및 체외 환경(예를 들어, 온도, 습도, 압력, 관성 등)과 연관된 측정 데이터에 베이지안(Bayesian) 필터 기반 알고리즘을 적용함으로써 실시간으로 정확한 혈당 수치를 모니터링할 수 있다.The biosensor according to an embodiment may secure continuity of accuracy by blocking a change in performance due to an external environment. In addition, the biosensor can secure data diversity by collecting biometric information of interstitial fluid-based characteristics and blood vessel-based characteristics, and furthermore, by collecting information from internal sensors. Illustratively, the biosensor is a Bayesian (Byesian (eg, temperature, humidity, pressure, inertia, etc.) measurement data associated with biometric information acquired in multi-mode (eg, single mode and array mode), and external environment (eg, temperature, humidity, pressure, inertia, etc.) By applying a Bayesian filter-based algorithm, accurate blood sugar levels can be monitored in real time.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with reference to the limited drawings, those skilled in the art may apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in an order different from the described method, and/or the described components of the system, structure, apparatus, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components Or substituted or substituted by equivalents may achieve an appropriate result.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.
Claims (16)
객체의 측면 둘레를 따라 서로 이격되어 배치되고, 상기 객체의 내부를 향하는 지향성(directivity)을 갖는 전자기파를 방사하고, 산란된 전자기장(scattered field)을 수신하는 적어도 두 안테나 소자들;
주파수 스윕(frequency sweep)에 따른 피딩 신호(feed signal)를 생성하는 신호 생성기(signal generator);
상기 피딩 신호의 위상을 조절하여 상기 적어도 두 안테나 소자들에 전달하는 위상 시프터(phase shifter); 및
상기 피딩 신호의 주파수 및 위상을 스윕함으로써 방사된 전자기파에 대응하여 수신된 상기 산란된 전자기장에 기초하여 상기 객체 내부의 대상 부위(target part)의 위치를 검출하는 제어기
를 포함하고,
상기 적어도 두 안테나 소자들은,
상기 객체 내부에 배치된 내부 센서로부터 방사되는 신호를 수신하고,
상기 제어기는,
상기 적어도 두 안테나 소자들에 의해 수신된 신호들 간의 위상을 비교하여 상기 내부 센서 및 상기 바이오 센서 간의 정렬 여부를 판단하는, 바이오 센서.In the biosensor using an array antenna,
at least two antenna elements arranged to be spaced apart from each other along the periphery of the side of the object, radiating an electromagnetic wave having a directivity toward the inside of the object, and receiving a scattered field;
a signal generator for generating a feed signal according to a frequency sweep;
a phase shifter that adjusts the phase of the feeding signal and transmits it to the at least two antenna elements; and
A controller that detects a position of a target part inside the object based on the scattered electromagnetic field received corresponding to the emitted electromagnetic wave by sweeping the frequency and phase of the feeding signal
including,
The at least two antenna elements,
Receiving a signal radiated from an internal sensor disposed inside the object,
The controller is
A biosensor that compares phases between signals received by the at least two antenna elements to determine whether alignment between the internal sensor and the biosensor is performed.
상기 제어기는,
상기 대상 부위의 위치가 검출되는 경우에 응답하여, 상기 대상 부위에 대한 생체 정보의 측정을 개시하는,
바이오 센서.According to claim 1,
The controller is
In response to detecting the position of the target site, starting measurement of biometric information for the target site,
biosensor.
상기 제어기는,
상기 산란된 전자기장에 대한 주파수 응답 특성을 획득하고, 상기 주파수 응답 특성으로부터 시간 지연 프로필을 산출하며, 상기 시간 지연 프로필에 기초하여 상기 대상 부위의 위치를 결정하는,
바이오 센서.According to claim 1,
The controller is
obtaining a frequency response characteristic for the scattered electromagnetic field, calculating a time delay profile from the frequency response characteristic, and determining a position of the target site based on the time delay profile;
biosensor.
상기 제어기는,
상기 시간 지연 프로필로부터 대상 피크를 검출하고, 상기 시간 지연 프로필의 상기 대상 피크에 기초하여 상기 대상 부위의 위치를 결정하는,
바이오 센서.4. The method of claim 3,
The controller is
detecting a target peak from the time delay profile and determining the location of the target site based on the target peak in the time delay profile;
biosensor.
상기 제어기는,
상기 대상 피크로서 2번째 피크가 미리 결정된 지연 시간 범위(delay range) 내에서 미리 결정된 크기 범위(amplitude range)를 갖는 경우에 응답하여, 상기 시간 지연 프로필에 대응하는 위상 차를 상기 적어도 두 안테나 소자들에 대해 유지하는,
바이오 센서.5. The method of claim 4,
The controller is
In response to a case in which a second peak as the target peak has a predetermined amplitude range within a predetermined delay range, a phase difference corresponding to the time delay profile is measured by the at least two antenna elements. to keep about,
biosensor.
상기 제어기는,
상기 위상 시프터에 의해 선택 가능한 위상 차이들의 각각마다 상기 피딩 신호의 주파수를 스윕함으로써, 위상 차이별 주파수 응답 특성을 획득하는,
바이오 센서.4. The method of claim 3,
The controller is
By sweeping the frequency of the feeding signal for each of the phase differences selectable by the phase shifter, a frequency response characteristic for each phase difference is obtained,
biosensor.
상기 제어기는,
상기 바이오 센서를 기준으로 상기 대상 부위가 위치된 방향을 결정하는,
바이오 센서.According to claim 1,
The controller is
determining the direction in which the target site is located based on the biosensor,
biosensor.
상기 적어도 두 안테나 소자들은,
단일 모드로 동작하는 경우에 응답하여 하나 이상의 안테나 소자가 전자기파를 방사하고 나머지 안테나 소자가 상기 전자기파에 의한 주변 장(fringing field)을 수신하고,
배열 모드로 동작하는 경우에 응답하여 상기 적어도 두 안테나 소자들 모두가 전자기파를 방사하고 상기 산란된 전자기장을 수신하는,
바이오 센서.According to claim 1,
The at least two antenna elements,
In response to operating in a single mode, one or more antenna elements radiate an electromagnetic wave and the remaining antenna elements receive a fringing field by the electromagnetic wave,
in response to operating in an array mode, both the at least two antenna elements radiate electromagnetic waves and receive the scattered electromagnetic fields;
biosensor.
상기 단일 모드의 동작 시간은 상기 배열 모드의 동작 시간 보다 긴,
바이오 센서.9. The method of claim 8,
The operation time of the single mode is longer than the operation time of the array mode,
biosensor.
상기 단일 모드의 동작 시간 및 상기 배열 모드의 동작 시간은 서로 중첩되지 않는,
바이오 센서.9. The method of claim 8,
The operation time of the single mode and the operation time of the array mode do not overlap each other,
biosensor.
상기 제어기는,
상기 단일 모드로 동작하는 동안 혈당 값 데이터를 결정하고, 상기 배열 모드로 동작하는 동안 상기 혈당 값 데이터의 시간 지연 관련 정보를 결정하는,
바이오 센서.9. The method of claim 8,
The controller is
determining blood glucose value data while operating in the single mode, and determining time delay related information of the blood glucose value data while operating in the array mode;
biosensor.
상기 적어도 두 안테나 소자들에 의해 방사되는 전자기파의 빔 패턴은, 상기 위상 시프터에 의해 조절된 위상 차이에 기초하여 결정되는,
바이오 센서.According to claim 1,
The beam pattern of the electromagnetic wave radiated by the at least two antenna elements is determined based on the phase difference adjusted by the phase shifter,
biosensor.
상기 내부 센서 및 상기 바이오 센서가 비정렬 상태(misalignment state)인 경우에 응답하여 사용자에게 상기 바이오 센서의 착용 위치 변경을 위한 가이드 정보를 출력하는 출력부
를 더 포함하고,
상기 제어기는,
상기 적어도 두 안테나 소자들에 의해 수신된 신호들의 위상이 동위상인 경우 정렬 상태인 것으로 판단하고,
상기 적어도 두 안테나 소자들에 의해 수신된 신호들의 위상이 다른 경우 상기 비정렬 상태인 것으로 판단하는,
바이오 센서.According to claim 1,
An output unit for outputting guide information for changing a wearing position of the biosensor to a user in response to a case in which the internal sensor and the biosensor are in a misalignment state
further comprising,
The controller is
If the phases of the signals received by the at least two antenna elements are in phase, it is determined that the alignment state is
When the phases of the signals received by the at least two antenna elements are different, it is determined that the non-aligned state is
biosensor.
상기 적어도 두 안테나 소자들은 상기 객체의 표면에서의 곡률에 대응하는 곡면을 따라 배치되는,
바이오 센서.According to claim 1,
wherein the at least two antenna elements are disposed along a curved surface corresponding to a curvature at the surface of the object,
biosensor.
객체의 측면 둘레를 따라 서로 이격되어 배치되는 적어도 두 안테나 소자들을 위한 피딩 신호를 주파수 스윕에 따라 생성하는 단계;
상기 피딩 신호의 위상을 조절하여 상기 적어도 두 안테나 소자들에 전달하는 단계;
상기 피딩 신호에 응답하여 상기 적어도 두 안테나 소자들이 상기 객체의 내부를 향하는 지향성을 갖는 전자기파를 방사하고, 산란된 전자기장을 수신하는 단계; 및
상기 피딩 신호의 주파수 및 위상을 스윕함으로써 방사된 전자기파에 대응하여 수신된 상기 산란된 전자기장에 기초하여 상기 객체 내부의 대상 부위의 위치를 검출하는 단계
를 포함하고,
상기 적어도 두 안테나 소자들은,
상기 객체 내부에 배치된 내부 센서로부터 방사되는 신호를 수신하고,
상기 위치를 검출하는 단계는,
상기 적어도 두 안테나 소자들에 의해 수신된 신호들 간의 위상을 비교하여 상기 내부 센서 및 상기 바이오 센서 간의 정렬 여부를 판단하는, 대상 부위 검출 방법.In the method for detecting a target site performed by a biosensor,
generating a feeding signal for at least two antenna elements spaced apart from each other along a periphery of a side surface of the object according to a frequency sweep;
adjusting the phase of the feeding signal and transmitting it to the at least two antenna elements;
the at least two antenna elements emitting an electromagnetic wave having a directivity toward the inside of the object in response to the feeding signal, and receiving a scattered electromagnetic field; and
detecting the position of the target part inside the object based on the scattered electromagnetic field received in response to the emitted electromagnetic wave by sweeping the frequency and phase of the feeding signal;
including,
The at least two antenna elements,
Receiving a signal radiated from an internal sensor disposed inside the object,
The step of detecting the position comprises:
Comparing phases between signals received by the at least two antenna elements to determine whether alignment between the internal sensor and the biosensor is performed.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/KR2020/008014 WO2020256499A1 (en) | 2019-06-21 | 2020-06-19 | Biosensor using array antenna |
EP20826115.6A EP3988021A1 (en) | 2019-06-21 | 2020-06-19 | Biosensor using array antenna |
CA3139921A CA3139921A1 (en) | 2019-06-21 | 2020-06-19 | Biosensor using array antenna |
JP2021568672A JP2022537642A (en) | 2019-06-21 | 2020-06-19 | Biosensor using array antenna |
CN202080036377.6A CN113950286A (en) | 2019-06-21 | 2020-06-19 | Biosensor using array antenna |
US17/526,934 US11398671B2 (en) | 2019-06-21 | 2021-11-15 | Biosensor using array antenna |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR20190074031 | 2019-06-21 | ||
KR1020190074031 | 2019-06-21 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20200145694A KR20200145694A (en) | 2020-12-30 |
KR102381649B1 true KR102381649B1 (en) | 2022-04-05 |
Family
ID=74088303
Family Applications (4)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020200053397A KR102378779B1 (en) | 2019-06-21 | 2020-05-04 | Resonator assembly for bio sensing and bio sensor using electromagnetic wave |
KR1020200069613A KR102381649B1 (en) | 2019-06-21 | 2020-06-09 | Bio sensor using array antenna |
KR1020200072552A KR102381650B1 (en) | 2019-06-21 | 2020-06-15 | Antenna device comprising folded arm for measuring biometric information using electromagnetic wave |
KR1020200073518A KR102381648B1 (en) | 2019-06-21 | 2020-06-17 | Antenna device for measuring biometric information using magnetic dipole resonance |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020200053397A KR102378779B1 (en) | 2019-06-21 | 2020-05-04 | Resonator assembly for bio sensing and bio sensor using electromagnetic wave |
Family Applications After (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020200072552A KR102381650B1 (en) | 2019-06-21 | 2020-06-15 | Antenna device comprising folded arm for measuring biometric information using electromagnetic wave |
KR1020200073518A KR102381648B1 (en) | 2019-06-21 | 2020-06-17 | Antenna device for measuring biometric information using magnetic dipole resonance |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
KR (4) | KR102378779B1 (en) |
CA (3) | CA3139918A1 (en) |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20220156198A (en) * | 2021-05-18 | 2022-11-25 | 주식회사 에스비솔루션 | System and method for measuring biometric information |
KR20220162995A (en) * | 2021-06-02 | 2022-12-09 | 주식회사 에스비솔루션 | Method and system for continuously measuring animal body temperature |
KR102474118B1 (en) * | 2021-06-02 | 2022-12-05 | 주식회사 에스비솔루션 | Method and system for detecting analyte concentration based on oscillator with selective frequency characteristic |
KR20230013535A (en) * | 2021-07-19 | 2023-01-26 | 주식회사 에스비솔루션 | Calibration of continuous biometric information monitoring system |
KR20230013534A (en) * | 2021-07-19 | 2023-01-26 | 주식회사 에스비솔루션 | Device and method for driving biometric information sensor using electromagnetic scheme |
KR20230025624A (en) * | 2021-08-13 | 2023-02-22 | 주식회사 에스비솔루션 | External device, biometric information measuring device, implant sensor and implant device for measuring biometric information |
KR20230025285A (en) * | 2021-08-13 | 2023-02-21 | 주식회사 에스비솔루션 | Antenna device for measuring biometric information using leaky wave |
KR20230027468A (en) | 2021-08-19 | 2023-02-28 | 주식회사 에스비솔루션 | Method and system for smart livestock management based on internet of things |
KR20230027469A (en) * | 2021-08-19 | 2023-02-28 | 주식회사 에스비솔루션 | Electromagnetic near field resonator as sensor for analyte detection |
KR20230118349A (en) * | 2022-02-04 | 2023-08-11 | 주식회사 에스비솔루션 | Electromagnetic based implantable sensor |
US20240108238A1 (en) * | 2022-10-03 | 2024-04-04 | Know Labs, Inc. | Analyte sensors with position adjustable transmit and/or receive components |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014090877A (en) * | 2012-11-02 | 2014-05-19 | Yupiteru Corp | Displacement measuring method and displacement measuring device |
JP2015154930A (en) * | 2009-06-26 | 2015-08-27 | シアナ メディカル,インク. | Apparatus, system, and method for localizing markers or tissue structures within a body |
JP2019511267A (en) * | 2016-02-17 | 2019-04-25 | オルサス メディカル リミテッド | Method and apparatus for measuring concentration of target substance in blood |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3915499B2 (en) * | 2000-12-12 | 2007-05-16 | 松下電器産業株式会社 | Resonator and antenna using TEM mode transmission line |
US7551144B2 (en) * | 2005-04-29 | 2009-06-23 | Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) | Triple polarized clover antenna with dipoles |
KR100856507B1 (en) * | 2007-02-12 | 2008-09-04 | (주)안테나 텍 | Multiband imbedded antenna for tele-communicating terminal and method for manufacturing the same |
KR101003509B1 (en) * | 2008-07-11 | 2010-12-30 | 한국전자통신연구원 | Apparatus and Method for Cancer Detection Using Electromagnetic wave |
US8325101B2 (en) * | 2009-08-03 | 2012-12-04 | Venti Group, LLC | Cross-dipole antenna configurations |
KR101184420B1 (en) * | 2011-03-29 | 2012-09-20 | 서강대학교산학협력단 | Apparatus and method of sensing glucose using non-invasive sensor |
US9236653B2 (en) * | 2011-05-17 | 2016-01-12 | Kuang-Chi Innovative Technology Ltd. | Antenna device |
WO2013113017A1 (en) * | 2012-01-26 | 2013-08-01 | Witricity Corporation | Wireless energy transfer with reduced fields |
JP6697130B2 (en) * | 2016-09-07 | 2020-05-20 | フラウンホファー‐ゲゼルシャフト・ツア・フェルデルング・デア・アンゲヴァンテン・フォルシュング・エー・ファウ | Terahertz transceiver |
KR101925632B1 (en) * | 2017-01-26 | 2018-12-05 | 울산과학기술원 | In vivo glucose sensing microsystem and apparatus |
KR101953293B1 (en) * | 2017-03-14 | 2019-03-04 | 서강대학교산학협력단 | Apparatus and method of sensing glucose using electromagnetic wave and multi cavity resonance |
KR101952908B1 (en) * | 2018-03-08 | 2019-03-05 | 울산과학기술원 | Apparatus and method for wireless communications |
-
2020
- 2020-05-04 KR KR1020200053397A patent/KR102378779B1/en active IP Right Grant
- 2020-05-13 CA CA3139918A patent/CA3139918A1/en active Pending
- 2020-06-09 KR KR1020200069613A patent/KR102381649B1/en active IP Right Grant
- 2020-06-15 KR KR1020200072552A patent/KR102381650B1/en active IP Right Grant
- 2020-06-17 KR KR1020200073518A patent/KR102381648B1/en active IP Right Grant
- 2020-06-19 CA CA3139920A patent/CA3139920A1/en active Pending
- 2020-06-19 CA CA3139921A patent/CA3139921A1/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015154930A (en) * | 2009-06-26 | 2015-08-27 | シアナ メディカル,インク. | Apparatus, system, and method for localizing markers or tissue structures within a body |
JP2014090877A (en) * | 2012-11-02 | 2014-05-19 | Yupiteru Corp | Displacement measuring method and displacement measuring device |
JP2019511267A (en) * | 2016-02-17 | 2019-04-25 | オルサス メディカル リミテッド | Method and apparatus for measuring concentration of target substance in blood |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20200145694A (en) | 2020-12-30 |
KR102378779B1 (en) | 2022-03-25 |
KR20200145664A (en) | 2020-12-30 |
KR102381650B1 (en) | 2022-04-05 |
CA3139920A1 (en) | 2020-12-24 |
CA3139921A1 (en) | 2020-12-24 |
CA3139918A1 (en) | 2020-12-24 |
KR20200145728A (en) | 2020-12-30 |
KR102381648B1 (en) | 2022-04-05 |
KR20200145710A (en) | 2020-12-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102381649B1 (en) | Bio sensor using array antenna | |
US8594961B2 (en) | Remote interrogation of a passive wireless antenna sensor | |
US20130289375A1 (en) | Armband for a Detection Device for the Detection of a Blood Count Parameter | |
US11398671B2 (en) | Biosensor using array antenna | |
JP5990182B2 (en) | Detection device for detecting blood cell count parameters | |
JP5990183B2 (en) | Detection device for detecting blood cell count parameter | |
US6773159B2 (en) | Non-invasive apparatus for measuring a temperature of a living body and method therefor | |
US11234595B2 (en) | Resonator assembly for biometric sensing and biosensor using electromagnetic waves | |
RU2510236C2 (en) | Applicator array and measuring device for temperature changes of biological object's internal tissues by simultaneous noninvasive measurement of radiance temperature at various depths | |
US10292659B2 (en) | Vehicle operating element and method for noninvasively measuring biomolecules | |
KR102519262B1 (en) | Implant sensor operated by alignment key, implant device including the implant sensor and system for measuring biometrics information including the implant device | |
KR102530361B1 (en) | System and method for measuring biometrics information | |
KR102474119B1 (en) | Biosensor to sense biometric information using electromagnetic wave through superstrate | |
CN115361906A (en) | Biological information measurement system and method | |
US20230052649A1 (en) | External device, biometric information measuring device, implant sensor and implant device for measuring biometric information | |
US20230048490A1 (en) | Antenna device for measuring biometric information by using leaky wave | |
US11529066B1 (en) | Antenna device for measuring biometric information by using dark mode excitation | |
KR20240100198A (en) | Method and system for measuring biometric information using hybrid structure for multiple sensing | |
KR20230123171A (en) | Reader antenna for bioimplants | |
KR20230092753A (en) | Smart watch for detecting biometric information based on sensing permittivity | |
KR20230027469A (en) | Electromagnetic near field resonator as sensor for analyte detection | |
KR20230081634A (en) | Relay apparatus in form of accessory and relay method capable of extending recognition distance of rfid and/or nfc of smart device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |