KR20020089669A - 양방향 통신 텔레메트리 캡슐 - Google Patents

양방향 통신 텔레메트리 캡슐 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양방향 통신 텔레메트리 캡슐에 관한 것으로서, 체내에 투입할 수 있는 캡슐본체(10)에 설치된 렌즈(20); 캡슐본체(10) 내부에 설치되어 렌즈(20)에 의하여 투영된 영상이 촬상되는 영상센서(30); 캡슐본체(10) 전방으로 광을 조명하는 발광부(40); 영상센서(30)에서 발생된 영상신호를 무선으로 송신하기 위한 송신부(50); 외부에서의 제어 신호를 무선으로 수신하기 위한 수신부(60); 영상센서(30), 발광부(40), 송신부(50) 및 수신부(60)를 제어하는 제어부(110); 및 상기한 구성들로 전원을 공급하는 전원부(120);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

양방향 통신 텔레메트리 캡슐{Bi-directional communication telemetry capsule}
본 발명은 양방향 통신 텔레메트리 캡슐에 관한 것으로서, 상세하게는 사람의 체내에 투입되어 장의 상태를 외부로 무선으로 송신함은 물론 외부의 제어에 의하여 작동되는 양방향 통신 텔레메트리 캡슐에 관한 것이다.
사람의 소화기 내부를 진단하기 위한 장치로는 사람의 장에 직접 투입되어 그 상태를 영상으로 관찰할 수 있는 내시경이 광범위하게 사용되고 있다.
그러나, 이러한 내시경은 식도에 삽입할 때 환자의 고통이 매우 크고, 또한 소장이나 대장까지의 삽입하기가 곤란하여 관찰이 곤란하였다.
또한, 내시경은 장의 상태를 영상으로 100% 확실하게 진단할 수 없는데, 예를 들면 위장의 pH 농도의 이상이나 압력 이상을 영상으로 확인할 수 없고, 외부에서의 제어가 용이하지 않아 정확한 진단을 하기가 어려웠다.
본 발명은 사람의 장의 진단을 보다 정확하고 용이하게 할 수 있도록 하기 위하여 안출된 것으로서, 사람의 장내에 투입되어 장의 영상 상태를 무선으로 송신함은 물론 외부에서도 제어되어 작동되는 양방향 통신 텔레메트리 캡슐을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은, 기관의 pH 농도나 압력등을 측정할 수 있고, 장에 전기적 자극을 인가하여 이동을 유도할 수 있는 양방향 통신 텔레메트리 캡슐을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 양방향 통신 텔레메트리 캡슐의 사시도,
도 2는 도 1의 양방향 통신 텔레메트리 캡슐의 측단면도,
도 3은 도 1의 내부 구성을 도시한 블록도,
도 4는 도 3의 수신부를 발췌하여 도시한 블록도,
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
10 ... 캡슐본체 20 ... 렌즈
30 ... 영상센서 40 ... 발광부
42 ... 백색광 LED 44 ... 적외선 LED
50 ... 송신부 51 ... 안테나
60 ... 수신부 61 ... 안테나
62 ... 튜닝회로 63 ... 수신기칩
70 ... pH 센서 80 ... 생체전위 센싱전극
90 ... 자극전극 100 ... 압력센서
110 ... 제어부 111 ... 디코더 회로
112 ... 드라이버 회로 113 ... 멀티플렉서
120 ... 전원부
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 양방향 통신 텔레메트리 캡슐은, 체내에 투입할 수 있는 캡슐본체(10)에 설치된 렌즈(20); 상기 캡슐본체(10) 내부에 설치되어 상기 렌즈(20)에 의하여 투영된 영상이 촬상되는 영상센서(30); 상기 캡슐본체(10) 전방으로 광을 조명하는 발광부(40); 상기 영상센서(30)에서 발생된 영상신호를 무선으로 송신하기 위한 송신부(50); 외부에서의 제어 신호를 무선으로 수신하기 위한 수신부(60); 상기 영상센서(30), 발광부(40), 송신부(50) 및 수신부(60)를 제어하는 제어부(110); 및 상기한 구성들로 전원을 공급하는 전원부(120);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 발광부(40)는 백색광을 발생하는 백색광 LED(42) 및/또는 적외선을 발생하는 적외선 LED(44)를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 캡슐본체(10)의 외주에 설치되어 장의 pH농도를 측정하는 것으로서 상기 제어부(110)와 유기적으로 연결되는 pH센서(70)와, 상기 캡슐본체(10)의 외주에 설치되어 장의 근전도(EMG) 또는 심전도(ECG)를 측정하는 것으로서 상기 제어부(110)와 유기적으로 연결된 생체전위 센싱전극(80)을 더 포함한다. 이때, 상기 pH센서와 생체전윈 센싱전극은, 부피를 작게 차지하고 전극용 전해액이 불필요한 ISFET(Ion Sensitive Field Effect Transistor)인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 캡슐본체(10)의 외주에 설치되어 장에 전기적인 자극을 주는 것으로서 상기 제어부(110)와 유기적으로 연결된 자극전극(90)을 더 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 캡슐본체(10)의 외주에 설치되어 장의 압력을 측정하는 것으로서 상기 제어부(110)와 유기적으로 연결되는 압력센서(100)를 더 포함한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 양방향 통신 텔레메트리 캡슐의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 양방향 통신 텔레메트리 캡슐의 사시도이고, 도 2는 도 1의 양방향 통신 텔레메트리 캡슐의 측단면도이며, 도 3은 도 1의 내부 구성을 도시한 블록도이고, 도 4는 도 3의 수신부를 발췌하여 도시한 블록도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 양방향 통신 텔레메트리 캡슐은, 체내로 투입할 수 있는 캡슐본체(10)에 설치된 렌즈(20)와, 캡슐본체(10) 내부에 설치되어 렌즈(20)에 의하여 투영된 영상이 촬상되는 영상센서(30)와, 캡슐본체(10) 전방으로 광을 조명하는 발광부(40)와, 영상센서(30)에서 발생된 영상신호를 무선으로 송신하기 위한 송신부(50)와, 외부에서의 제어 신호를 무선으로 수신하기 위한 수신부(60)와, 장의 pH 농도를 측정하는 pH 센서(70)와, 장의 근전도(EMG) 또는 심전도(ECG)를 측정하는 생체전위 센싱전극(80)과, 장에 전기적인 자극을 주는 자극전극(90)과, 장의 압력을 측정하는 압력센서(100)를 포함한다. 또한, 상기한 영상센서(30), 발광부(40), 송신부(50), 수신부(60), pH 센서(70), 생체전위 센싱전극(80), 자극전극(90) 및 압력센서(100) 등을 제어하는 제어부(110)와, 상기한 구성으로 전원을 공급하는 전원부(120)를 포함한다. 그리고, 캡슐본체(10) 내부에는 송신부(50) 및 수신부(60)의 무선 효율을 높이기 위하여 공지의 루프코일 안테나 또는 나선으로 감은 안테나(51)(61)가 설치된다. 51 안테나와 61 안테나는 공통으로 사용할 수 있음은 물론이다.
캡슐본체(10)는 체내에 투입되어 장을 경유할 수 있도록 길이가 3cm 미만이고, 직경이 0.7cm ∼ 1cm 정도의 통형상으로 되어 있다.
렌즈(20)는 영상센서(30)에 장의 영상을 맺히게 하는 것이다. 이때, 렌즈(20)는 점액으로 뒤덮일 경우가 있으므로, 점액을 닦을 수 있는 와이퍼(미도시)가 설치되는 것이 바람직하다.
영상센서(30)는 공지의 CCD 소자이나 CMOS 소자로서, 칼라영상의 구현이 가능하다.
발광부(40)는 백색광을 발생하는 백생광 LED(42) 및/또는 적외선을 발생하는 적외선 LED(44)를 포함한다. 백색광 LED(42)는 영상센서(30)에 컬러 영상이 맺힐 수 있도록 어두운 장 내에 백생광을 조사한다. 이때, 장의 내표면의 바로 아래에 병변(종양이나 염증)이 있는 경우 영상으로 나타나지 않을 경우가 있다. 병변이 있는 경우 통상적으로 다른 부위보다 온도의 변화가 있으므로, 적외선 LED(44)에서 적외선을 조사함으로써 병변 여부를 쉽게 판단할 수 있다. 이러한 영상센서(30)나 발광부(40)는 항상 온(on)되어 있는 것은 아니고, 외부의 신호에 의하여 선택적으로 온(on)/오프(off) 된다. 따라서, 불필요하게 작동되어 전력이 소모되는 것을 최소화할 수 있다.
송신부(50)는, 제어부의 멀티플렉서(113)를 통하여 전송된 정보, 즉 영상센서(30)나 pH 센서(70), 또는 생체전위 센싱전극(80), 압력센서(100) 등을 통하여 획득한 정보를 다중화시켜 UHF 변조하고 증폭 후 송출한다. 본원의 양방향 통신 텔레메트리 캡슐이 초소형이기 때문에 그 내부에 설치되는 안테나 역시 초소형일 수밖에 없으므로, 안테나의 크기가 작아도 정보 전송 효율이 높도록 송신부(50)는 UHF 주파수 대역을 사용한다. 이때, 사용되는 주파수가 너무 높으면 생체 흡수 및 주파수 대역 퍼짐(frequency dispersion)에 의해 영상의 열화가 나타나므로 300 ∼ 500MHz가 사용됨이 바람직하다.
수신부(60)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 안테나(61)와 연결된 튜닝회로(62)는 송신되는UHF 주파수에 맞추기 위한 LC 탱크회로이다. 또, 수신부(60)의 면적을 최소한으로 줄이기 위하여, 수신기칩(63)으로서 최근 발매되고 있는 MICREL사의 one chip OOK용 SMD형 헤테로다인 수신기칩을 이용한다. 이 칩은 8 pin으로 되어 있어서 가로 4mm 세로 6mm 정도의 면적만 차지한다. OOK의 출력 신호는 3kHz까지 신호 대역으로 변조가 가능하므로 8채널로 부하를 구동할 경우 각 채널당 375Hz의 속도로 텔레메트리 내부의 각종 부하의 제어가 가능하다.
이러한 수신부의 주파수 대역으로서 VHF 또는 UHF 대역을 선택적으로 사용할 수 있다. 이는, 외부에서의 제어 신호에 대응하는 정보량은 실제로 송신부(50)에 의하여 송출되는 영상 신호에 비하여 매우 작기 때문에 어떠한 주파수 대역을 사용해도 되는 것이다. 참고적으로, 현재 일반인들이 사용할 수 있는 주파수 대역으로 27.125Mhz, 315MHz, 433MHz 등이 있다. 이와 같이, 수신부의 통신 및 변조 방식은공지의 OOK(ON-OFF Keying) 방식이 적합하다.
pH 센서(70)는 캡슐본체(10)의 외주에 설치되어 장의 pH 농도를 측정한다. pH 센서(70)는 캡슐본체의 크기가 작기 때문에 더더욱 작아야 하며, 이를 위하여 체적을 가장 작게 차지하는 센서인 ISFET(Ion Sensitive Field Effect Transistor)를 사용하는 것이 바람직하다. ISFET 는 일반적인 pH 센서에서 필요한 KCl등의 전해 용액을 사용하지 않기 때문에 더더욱 편리하다. pH 센서(70)는 위산의 분비 정도나 소화과정을 살필 수 있는 척도가 되기 때문에 매우 유용하다.
생체전위 센싱전극(80)은 캡슐본체(10)의 외주에 설치되어 장의 근전도(EMG) 또는 심전도(ECG)를 측정한다. 생체전위 센싱전극(80)에 의하여 측정되는 근전도는 장의 수축력을, 그리고 심전도는 체내 심리의 전위를 제공해주어 심장의 정밀 진단에 도움을 준다.
자극전극(90)은 캡슐본체(10)의 외주에 설치되어 장에 전기적인 자극을 준다. 자극전극(90)이 장에 전기적인 자극을 줄 경우에, 장의 강제 운동이 유도되어 본원의 양방향 통신 텔레메트리 캡슐이 쉽게 이동되며, 필요한 경우에는 빨리 항문으로 빠져나오게 할 수 있다.
여기서, 생체전위 센싱전극(80)과 자극전극(90)을 설명을 보다 용이하게 위하여 분리하여 설명하였지만, 하나의 전극으로도 구현 가능함은 물론이다.
압력센서(100)는 캡슐본체(10)의 외주에 설치되어 장의 압력을 측정하는 것이다. 압력센서(100)는 장은 운동 상태에 대한 지표를 제공해준다.
제어부(110)는, 수신부에서 수신된 여러 채널의 신호중에서 고유의 채널 신호를 찾아내기 위한 디코더 회로(111)와, 자극전극(90) 또는 발광부로 목적에 맞는 전력을 공급하는 드라이버 회로(112)와, 상기한 센서들을 통하여 입력되는 여러 신호중 특정 신호를 분리하기 위한 멀티플렉서(113)등을 포함한다. 이러한 제어부(110)는 영상센서(30), 송신부(50), 수신부(60), pH 센서(70), 생체전위 센싱전극(80), 자극전극(90) 및 압력센서(100) 등과 유기적으로 연결되어 각각의 구성을 제어하며, 외부에서의 무선신호에 의하여도 상기한 구성들을 제어하게 된다.
상기한 구조의 양방향 통신 텔레메트리 캡슐의 동작을 설명한다.
양방향 통신 텔레메트리 캡슐은 식도를 통하여 삼킬 경우에 장 내부로 이동하게 된다. 양방향 통신 텔레메트리 캡슐이 소정의 위치에 도달하면, 외부로부터 무선으로 수신하는 신호에 의하여 제어부(110)는 전원을 온(on) 시켜 작동케 한다.
예를 들면, 위 내부를 단순히 보고자 할 때에는 백생광 LED(42)를 작동시켜 영상센서(30)를 통하여 관찰한다. 이때, 위벽 내부의 변병 여부를 알고자 할 때에는 적외선 LED(44)를 작동시켜 영상센서(30)로 투영된 적외선의 반응 특성을 이용하여 위벽 내부를 관찰한다. 한편, 위 내부의 상태를 구체적으로 알고자 할 경우에는, pH 센서(70)를 작동하여 pH 농도를 측정하고, 압력센서(100)를 작동하여 압력을 측정하며, 생체전위 센싱전극(80)을 작동하여 근전도 및 심전도와 같은 생체적 신호를 검출한다. 상기한 영상신호나 측정신호는 송신부(50)에서 UHF 대역의 주파수에 실려 외부로 송출된다.
또, 양방향 통신 텔레메트리 캡슐을 이동하고자 할 경우에는, 캡슐본체(10) 외주에 설치된 2 개의 자극전극(90)에 전기적 펄스를 인가하여 소화기의 유문 운동을 촉진시킨다. 그러면, 양방향 통신 텔레메트리 캡슐은 소화기의 유문 운동에 의하여 필요한 장소로 이동될 수 있고, 필요한 경우에는 체외(항문)로 배출시킬 수 있다.
또한, 자극전극(90)을 통하여 전기적인 자극을 주는 것은, 특정 치료를 하기 위한 방법으로도 응용할 수 있다. 예를 들면, 소화불량, 변비 등의 치료에 필요한 전기적 자극을 줄 수 있는 것이다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 알 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 양방향 통신 텔레메트리 캡슐은 장내의 영상은 물론 pH 논도 및 압력을 동시에 모니터링 가능하므로 보다 정확한 진단을 할 수 있다.
또, 장에 전기적인 자극을 줌으로서 관찰하고자 하는 곳을 골라서 이동할 수 있다.
그리고, 본원의 양방향 통신 텔레메트리 캡슐은 외부의 제어에 의하여 전원을 온/오프 할 수 있으므로 소모되는 전력을 최소화할 수 있다.

Claims (7)

  1. 체내에 투입할 수 있는 캡슐본체(10)에 설치된 렌즈(20);
    상기 캡슐본체(10) 내부에 설치되어 상기 렌즈(20)에 의하여 투영된 영상이 촬상되는 영상센서(30);
    상기 캡슐본체(10) 전방으로 광을 조명하는 발광부(40);
    상기 영상센서(30)에서 발생된 영상신호를 무선으로 송신하기 위한 송신부(50);
    외부에서의 제어 신호를 무선으로 수신하기 위한 수신부(60);
    상기 영상센서(30), 발광부(40), 송신부(50) 및 수신부(60)를 제어하는 제어부(110); 및
    상기한 구성들로 전원을 공급하는 전원부(120);을 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 통신 텔레메트리 캡슐.
  2. 체1항에 있어서,
    상기 발광부(40)는 백색광을 발생하는 백색광 LED(42) 및/또는 적외선을 발생하는 적외선 LED(44)를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 통신 텔레메트리 캡슐.
  3. 체1항에 있어서,
    상기 캡슐본체(10)의 외주에 설치되어 장의 pH 농도를 측정하는 것으로서, 상기 제어부(110)와 유기적으로 연결되는 pH 센서(70)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 통신 텔레메트리 캡슐.
  4. 체1항에 있어서,
    상기 캡슐본체(10)의 외주에 설치되어 장의 근전도(EMG) 또는 심전도(ECG)를 측정하는 것으로서, 상기 제어부(110)와 유기적으로 연결된 생체전위 센싱전극(80)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 통신 텔레메트리 캡슐.
  5. 체3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 pH 센서와 센서전극은, 부피를 작게 차지하고 전극용 전해액이 불필요한 ISFET(Ion Sensitive Field Effect Transistor)인 것을 특징으로 하는 양방향 통신 텔레메트리 캡슐.
  6. 체1항에 있어서,
    상기 캡슐본체(10)의 외주에 설치되어 장에 전기적인 자극을 주는 것으로서, 상기 제어부(110)와 유기적으로 연결된 자극전극(90)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 통신 텔레메트리 캡슐.
  7. 체1항에 있어서,
    상기 캡슐본체(10)의 외주에 설치되어 장의 압력을 측정하는 것으로서, 상기 제어부(110)와 유기적으로 연결되는 압력센서(100)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 통신 텔레메트리 캡슐.
KR10-2001-0028687A 2001-05-24 2001-05-24 양방향 통신 텔레메트리 캡슐 KR100399572B1 (ko)

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