KR20040068424A - 인체통신시스템에서의 데이터 수신방법 및 수신장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인체통신시스템에서의 데이터 수신방법 및 수신장치에 관한 것으로서, 특히 복수의 수신전극을 사용함으로써 수신되는 정보의 질을 높이고 인체 내에 있는 감지장치의 위치정보를 알 수 있는 인체통신시스템에서의 데이터 수신방법 및 수신장치에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은 복수의 수신전극에서 수신전극쌍을 순차적으로 선택하는 단계와, 상기 선택된 수신전극쌍의 전압값을 처리하여 메모리에 저장하는 단계와, 상기 메모리에 저장된 값들에 대하여 소정의 연산을 수행하여 최적의 수신전극쌍을 선택하는 단계와, 상기 메모리의 저장된 값들 중 상기 최적의 수신전극쌍에 대응하는 값에 대하여 영상처리를 수행하는 단계를 포함한다.

Description

인체통신시스템에서의 데이터 수신방법 및 수신장치{DATA RECEIVING METHOD AND APPARATUS IN HUMAN BODY COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 인체통신시스템에서의 데이터 수신방법 및 수신장치에 관한 것으로서, 특히 복수의 수신전극을 사용하여 수신되는 정보의 질을 높이고 인체 내에있는 감지장치의 위치정보를 알 수 있는 인체통신시스템에서의 데이터 수신방법 및 수신장치에 관한 것이다.
인체 내부에서 의학적 정보를 수집하기 위한 여러 가지 감지장치가 개발되어 사용되고 있는데, 이러한 정보수집기술뿐만 아니라 수집된 정보를 인체외부로 전송하는 기술도 매우 중요하다.
일반적인 데이터전송방법으로는 위장의 내부 상태를 관찰하기 위한 목적으로 개발된 내시경에 적용되는 통신케이블 방식이 있다. 통신케이블 방식에서는 도선 또는 광섬유로 이루어진 케이블을 주로 환자의 목구멍을 통해 인체 내부로 삽입한다. 이러한 통신케이블 방식은 신뢰성이 높고 인체 내부에서 수집한 데이터의 품질이 우수하다는 장점이 있지만, 내시경 시술을 받는 환자에게 큰 고통을 준다는 심각한 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하고자 최근 이스라엘의 Given Imaging 사에서는 M2A라는 상품명의 캡슐형 내시경을 개발하였다. 이 캡슐형 내시경은 알약과 같이 환자가 삼키기만 하면 내시경의 카메라에서 포착된 인체 내부의 영상데이터가 외부의 수신장치로 전송되어 모니터에서 이를 재현할 수 있다.
그러나, 상기 캡슐형 내시경은 신호전송방식으로서 무선전파방식을 채용하고 있어서, 전력소모가 크고 이에 따라 동작시간이 짧아지고, 인체외부의 각종 전자파의 간섭을 받아 수신감도가 열화되며, 영상신호를 고주파 신호로 변환하는 변조회로, 신호전송을 위한 안테나 등 무선송신기를 구비하여야 하므로 부피가 커지고 생산비용이 상승하며, 고주파의 사용으로 인하여 인체에 유해한 영향을 끼칠 수 있다는 문제점들이 있었던 바, 본원의 출원인은 인체를 도체로 하여 저주파의 전류로 인체 내부의 데이터를 인체 외부로 전송할 수 있는 인체통신시스템을 개발하였다.
상기 인체통신시스템에서는 인체 내부에 투입된 캡슐형 내시경의 표면에 형성된 송신전극 사이의 전위차에 의해 전류가 발생하여 인체를 통해 전류가 흐르면 인체표면에 설치된 두 개의 수신전극 사이에 전압이 유기됨으로써 수신장치가 인체내부의 데이터를 수신할 수 있게 된다.
도 1은 캡슐형 내시경 및 2개의 수신전극을 갖는 수신장치를 포함하는 인체통신시스템을 나타낸다. 도 1에서 도시된 바와 같이, 캡슐형 내시경(10)은 인체 내부(1)에 위치하고, 수신장치(20)는 인체외부에 위치하고 있다. 캡슐형 내시경(10)의 양단 표면에 송신전극(11)이 형성되어 있고, 수신장치(20)는 인체표면에 접촉되어 있는 2개의 수신전극(30)과 연결되어 있다. 캡슐형 내시경(10)에서 수집된 의학적 정보는 신호처리된 후 두 개의 송신전극(11)에 전위차로 발생되면, 송신전극(11)이 체액으로 접촉되어 폐루프를 형성하고 있어서 인체(2)를 통해 전류가 흐르게 된다. 인체표면으로 흐르는 전류는 인체표면에 부착된 두 개의 수신전극(30) 사이에 수신전극(30) 사이의 거리 및 전류의 크기에 비례하는 전압을 유기함으로써, 인체내부에서 캡슐형 내시경이 송신한 신호가 인체외부의 수신장치에서 감지될 수 있다.
그러나, 상기와 같이 두 개의 수신전극만을 사용할 경우 전류의 방향이 수신전극 배치방향과 수직일 때, 수신전극에서 전압이 유기되지 않거나 작게 되어 인체 내부의 캡슐형 내시경이 송신한 신호를 인체외부의 수신장치가 정확히 수신할 수없다는 문제점이 있다.
즉, 도 1에서 (가) 방향으로 캡슐형 내시경(10)이 위치하고 있다면 두 개의 송신전극(30)이 배열된 방향과 송신전극(11)의 방향이 일치하여 두 개의 수신전극(30) 사이에는 최대의 전류가 흘러서 수신감도가 양호하나, 캡슐형 내시경(10)이 (나)방향으로 위치하게 되면 두 개의 송신전극(30)이 배열된 방향과 송신전극(11)의 방향이 수직으로 되어 두 개의 수신전극(30) 사이에는 전류가 흐르지 않아서 결국 캡슐형 내시경(10)이 송신한 신호를 수신장치(20)가 수신할 수 없게 된다. 따라서, 수신전극(30)은 고정되어 있고 송신전극(11)의 배열방향은 수시로 변경되므로 수신감도가 시간에 따라 변하여 송신된 신호가 소실되는 등 수신정보의 질이 떨어진다는 문제점이 있다.
또한, 두 개의 수신전극만을 사용할 경우 캡슐형 내시경이 인체 내부의 어느 위치에 있는지 그 위치정보를 알 수 없어서 캡슐형 내시경을 효율적으로 사용할 수 없다는 문제점이 있다. 예를 들어, 캡슐형 내시경이 소화기관 내의 이상 징후를 포착하였을 때 포착시점의 캡슐형 내시경의 위치를 알 수 있다면 정확한 시술이 가능할 것이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 인체통신시스템에서 최적의 수신감도로 데이터를 수신할 수 있고 인체 내에 있는 캡슐형 내시경의 위치정보를 추출하여 의학적 정보로 활용할 수 있는 인체통신시스템에서의 데이터 수신방법 및 수신장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 종래의 인체통신시스템에서 데이터 수신 시 발생되는 문제점을 나타내기 위한 설명도.
도 2는 본 발명에 따라서 인체표면에 설치된 복수의 수신전극을 나타내는 예시도.
도 3은 본 발명에 의한 수신장치의 내부구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>
21, 22 : 스위칭회로 23 : 차동증폭기
24 : 대역필터 25 : A/D 컨버터
26 : 영상처리회로 27 : 메모리
28 : 제어회로 29 : 비교 및 연산 회로
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 인체통신시스템에서의 데이터 수신방법은 복수의 수신전극에서 수신전극쌍을 순차적으로 선택하는 단계와, 상기 선택된 수신전극쌍의 전압값을 처리하여 메모리에 저장하는 단계와, 상기 메모리에 저장된 값들에 대하여 소정의 연산을 수행하여 최적의 수신전극쌍을 선택하는 단계와, 상기 메모리의 저장된 값들 중 상기 최적의 수신전극쌍에 대응하는 값에 대하여 영상처리를 수행하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 의한 인체통신시스템에서의 수신장치는 인체표면에 설치된 복수의 수신전극과, 상기 복수의 수신전극에서 수신전극쌍을 순차적으로 선택하는 스위칭수단과, 상기 스위칭수단에 의해 선택된 수신전극쌍의 전압값을 처리하는 처리수단과, 상기 처리된 값을 저장하는 메모리와, 상기 메모리에 저장된 값들에서 최대값을 산출하는 비교연산수단과, 상기 최대값을 이용하여 영상처리를 수행하는 영상처리수단과, 상기 스위칭수단 및 상기 비교연산수단을 제어하여 상기 최대값을 상기 영상처리수단에 제공하는 제어수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 인체표면에 부착된 복수의 수신전극들을 평면적으로 나타낸 것이다. 도 2에서 8개의 수신전극이 인체표면 예를 들어 가슴, 배꼽부위, 등위, 등아래, 양쪽 겨드랑이, 양쪽 옆구리에 각각 부착되어 있다. 상기한 바와 같이, 캡슐형 내시경(10)의 송신전극(11)간의 전위차에 의해 발생한 전류가 인체를 통하여 복수의 수신전극들에 도달하면 임의의 두 송신전극들 사이에 각각 전류의 크기와 송신전극간의 거리에 비례하여 전압이 유기된다.
만약 두 개의 수신전극쌍으로서 수신전극 1 및 수신전극 2를 고려하면, 캡슐형 내시경(10)의 송신전극(11)의 배열방향과 수신전극 1 및 수신전극 2의 배열방향이 일치하고 캡슐형 내시경(10)과의 거리가 가장 가까우므로 가장 큰 전압이 감지될 것이다. 반면, 수신전극쌍으로서 수신전극 3 및 수신전극 4 또는 수신전극 7 및 수신전극 8을 고려하면 송신전극의 배열방향과 수신전극의 배열방향이 수직으로 되어 있어 상기 수신전극들간에는 전압이 감지되지 않는다. 또한, 수신전극쌍으로서 수신전극 5 및 수신전극 6을 고려하면, 송신전극의 배열방향과 수신전극의 배열방향이 일치하지만 캡슐형 내시경과의 거리가 수신전극 1 및 수신전극 2에 비하여 멀기 때문에 수신전극 5와 수신전극 6 사이의 전압은 수신전극 1과 수신전극 2 사이의 전압보다는 작다.
이와 같이, 모든 경우의 수로 수신전극쌍을 고려하여 각 수신전극쌍간의 전압을 측정하여 비교해 보면, 수신전극 1과 2 사이의 전압이 가장 크고 수신전극 3과 4 및 수신전극 7과 8 사이의 전압이 가장 작다는 사실로부터, 수신전극 1과 2를 선택하여 캡슐형 내시경이 송신하는 정보를 가장 우수한 수신감도로서 수신할 수 있고, 또한 수신전극 1과 2의 전압이 수신전극 5와 6의 전압보다 크다는 사실로부터 캡슐형 내시경이 수신전극 1과 2에 더 가깝게 위치에 있음을 알 수 있다.
인체내부에서 캡슐형 내시경의 정확한 위치는 각 수신전극쌍에서 감지된 전압을 일정 시간 간격으로 비교 및 연산하여 추출할 수 있으며, 추출된 내시경의 위치를 연속적으로 표시함으로써 캡슐형 내시경이 인체 내부에서 움직인 경로, 속도 및 방향 등을 알 수 있게 된다.
본 발명의 실시예에서는 평면적으로 배열된 복수의 수신전극을 예로 들어 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며 복수의 수신전극을 인체의 상하, 전후, 좌우에 분포시킴으로써 캡슐형 내시경의 3차원적 위치 및 방향을 추출할 수 있다.
도 3은 본 발명에 의한 복수의 수신전극을 갖는 수신장치의 내부구성도를 나타낸다. 도 3에서 n개의 수신전극이 수신장치(30)의 제 1스위칭회로(21)와 제 2스위칭회로(22)에 각각 연결되어 있다. 제 1스위칭회로(21)의 출력선은 차동증폭기(23)의 +단자에 연결되고, 제 2스위칭회로(22)의 출력선은 차동증폭기(23)의 -단자에 연결되어 있다. 스위칭회로(22, 23)는 각각 제어회로(28)의 제어 하에서 n개의 수신전극으로부터의 입력 중 한 개만을 선택하게 된다.
상기 수신장치의 동작을 상세히 설명하기로 한다. 우선, 제 1스위칭회로(21)에서 수신전극 1을 선택하고 제 2스위칭회로(22)에서 수신전극 2를 선택하면, 수신전극 1과 2간의 신호전압은 차동증폭기(23)에 입력되어 증폭된다. 증폭된 신호는 대역필터(24)를 통과하면서 노이즈가 제거되고 A/D 컨버터(25)에서 디지털신호로 바뀌어 메모리(27)에 저장된다. 다음 제 1스위칭회로(21)는 수신전극 1의 선택을 유지하고 제 2스위칭회로(22)는 수신전극 3을 선택하여 상기의 과정을 통해 수신전극 1과 3간의 신호전압에 대한 디지털값이 메모리(27)의 다른 주소에 저장된다. 계속하여 제 1스위칭회로(21)는 수신전극 1의 선택을 유지한 채 제 2스위칭회로(22)가 수신전극 4, 5, ..., n을 선택함으로써 수신전극 1과 나머지 다른 수신전극간의 신호전압에 대한 디지털값이 메모리(27)에 저장된다.
마찬가지로 제 1스위칭회로(21)가 수신전극 2를 선택하고, 제 2스위칭회로(22)가 나머지 다른 수신전극들을 순차적으로 선택해 나가면서 수신전극 2와 다른 수신전극간의 신호전압에 대한 디지털값이 메모리(27)에 저장된다. 이와 같이 제 1스위칭회로(21)가 순차적으로 수신전극 3, 4, ..., n을 선택하고 제 2스위칭회로(22)가 나머지 다른 수신전극들을 선택해 나간다면 최종적으로 (n-1)2개의 신호전압이 메모리(27)에 저장된다. 물론 수신전극들간의 신호전압은 여러 번(2회 이상) 샘플링되어 평균값으로 저장되거나 일정시간 동안 전압파형의 평균값으로 저장될 수도 있다. 또한, 메모리의 용량과 시간을 절약하기 위해 한 번 선택된 수신전극쌍은 더 이상 선택되지 않도록 하여nC2개의 수신전극쌍을 선택할 수도 있다.
비교 및 연산 회로(29)에서는 메모리(27)에 저장된 신호전압값들을 비교하여 가장 큰 값을 찾아냄으로써 캡슐형 내시경의 방향이 가장 큰 값이 발생된 수신전극쌍의 배열방향과 동일하다는 것을 알 수 있게 된다. 또한, 비교 및 연산회로(29)는 저장된 신호전압값을 비교 및 연산하여 캡슐형 내시경의 3차원적인 위치를 추출하고 이를 다시 메모리(27)에 저장할 수 있다.
제어회로(28)는 최대의 수신전압이 발생된 수신전극쌍을 통신용 전극으로 선택하여 가장 양호한 수신감도로 인체내부의 캡슐형 내시경이 송신하는 신호를 수신하도록 한다. 즉, 최대의 수신전압이 발생된 수신전극쌍의 신호가영상처리회로(26)에서 처리되도록 한다.
상기 설명한 수신전극쌍 조합과정, 신호전압의 처리과정, 비교 및 연산 과정, 최적의 수신전극쌍 선택과정 등은 매우 빠른 속도(10msec 이내)로 진행되고, 일정시간 간격(5초마다)으로 반복 수행됨으로써 캡슐형 내시경이 송신하는 정보는 항상 최적의 수신전극쌍을 통하여 수신될 수 있고, 계산된 위치정보를 메모리(27)에 순차적으로 저장함으로써 이를 나열하면 캡슐형 내시경의 인체 내에서 움직이는 경로, 속도 빛 방향을 알아 낼 수 있다.
상기와 같이 본 발명은 복수의 수신전극을 갖는 수신장치를 사용하여 인체를 통신용 도체로 하는 캡슐형 내시경이 송신하는 정보를 최적의 수신감도로 수신할 수 있어서 정보의 질을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 인체 내에 있는 캡슐형 내시경의 인체내부에서의 위치, 방향, 속도 및 움직인 경로를 알 수 있어서 이를 유용한 의학적 정보로 활용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 복수의 수신전극에서 수신전극쌍을 순차적으로 선택하는 단계와,
    상기 선택된 수신전극쌍의 전압값을 처리하여 메모리에 저장하는 단계와,
    상기 메모리에 저장된 값들에 대하여 소정의 연산을 수행하여 최적의 수신전극쌍을 선택하는 단계와,
    상기 메모리의 저장된 값들 중 상기 최적의 수신전극쌍에 대응하는 값에 대하여 영상처리를 수행하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 인체통신시스템에서의 데이터 수신방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 선택된 수신전극쌍의 전압값을 처리하는 단계는
    상기 전압값을 증폭하는 단계와,
    상기 증폭된 신호에서 노이즈를 제거하는 단계와,
    노이즈가 제거된 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인체통신시스템에서의 데이터 수신방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 메모리에 저장된 값들은 2회 이상 샘플링하여 얻은 전압값들의 평균 또는 소정의 시간 동안의 전압파형의 평균에 기초한 것을 특징으로 하는 인체통신시스템에서의 데이터 수신방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 메모리에 저장된 값들 중 최대값에 대응하는 수신전극쌍을 상기 최적의 수신전극쌍으로 선택하는 것을 특징으로 하는 인체통신시스템에서의 데이터 수신방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 최적의 수신전극쌍의 위치로부터 감지장치의 위치정보를 계산하여 상기 메모리에 순차적으로 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인체통신시스템에서의 데이터 수신방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 위치정보로부터 상기 감지장치의 이동경로, 속도 및 방향을 추출할 수 있는 것을 특징으로 하는 인체통신시스템에서의 데이터 수신방법.
  7. 인체표면에 설치된 복수의 수신전극과,
    상기 복수의 수신전극에서 수신전극쌍을 순차적으로 선택하는 스위칭수단과,
    상기 스위칭수단에 의해 선택된 수신전극쌍의 전압값을 처리하는 처리수단과,
    상기 처리된 값을 저장하는 메모리와,
    상기 메모리에 저장된 값들에서 최대값을 산출하는 비교연산수단과,
    상기 최대값을 이용하여 영상처리를 수행하는 영상처리수단과,
    상기 스위칭수단 및 상기 비교연산수단을 제어하여 상기 최대값을 상기 영상처리수단에 제공하는 제어수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 인체통신시스템에서의 데이터 수신장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 스위칭수단은 상기 복수의 수신전극이 각각 연결된 제 1스위칭회로 및 제 2스위칭회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 인체통신시스템에서의 데이터 수신장치.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 처리수단은 상기 스위치수단에서 출력된 전압값을 증폭하는 차동증폭기와, 증폭된 신호에서 노이즈를 제거하는 대역필터와, 노이즈가 제거된 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키는 A/D 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 인체통신시스템에서의 데이터 수신장치.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 메모리에 저장된 값들은 2회 이상 샘플링하여 얻은 전압값들의 평균 또는 소정의 시간 동안의 전압파형의 평균에 기초한 것을 특징으로 하는 인체통신시스템에서의 데이터 수신장치.
  11. 제 7항에 있어서, 상기 비교연산수단은 상기 최대값에 대응하는 수신전극쌍의 위치로부터 감지장치의 위치정보를 계산하여 상기 메모리에 순차적으로 저장하는 것을 특징으로 하는 인체통신시스템에서의 데이터 수신장치.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 위치정보로부터 상기 감지장치의 이동경로, 속도 및 방향을 추출할 수 있는 것을 특징으로 하는 인체통신시스템에서의 데이터 수신장치.
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