KR20070111648A - Sensor module and capsule type medical device including the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 센서 모듈(10)의 평면도를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a plan view of a
도 2는 도 1의 A-A' 단면을 나타내는 도면이다.FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 1.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 캡슐형 의료 장치를 나타내는 도면이다.3 is a view showing a capsule-type medical device according to an embodiment of the present invention.
도 4는 도3의 B-B' 단면을 나타내는 도면이다. 4 is a cross-sectional view taken along the line B-B 'of FIG.
*도면의 주요 부호의 설명** Explanation of the main symbols in the drawings *
11, 56 : 기판 12 : 압력 센서11, 56: substrate 12: pressure sensor
13 : 충전물 14 : 이온 감지 전계 효과 트랜지스터13: Filler 14: Ion Sensing Field Effect Transistor
15 : 금속 기준 전극 16 : 기준 용액15
17 : 다공성 세라믹 18, 19, 20 : 하우징17:
21, 22, 23, 24 : 개구부 31 : 소스 영역21, 22, 23, 24: opening 31: source region
32 : 드레인 영역 33 : 채널 영역32: drain region 33: channel region
34 : 절연막 35 : 수소 이온 감지막34: insulating film 35: hydrogen ion detection film
36 : 소스 전극 37 : 드레인 전극36
40 : 외장부재 51 : 증폭부40: exterior member 51: amplification unit
52 : CPU 53 : 메모리52: CPU 53: Memory
54 : 송신부 55 : 배터리54: transmitter 55: battery
57 : 와이어57: wire
본 발명은 센서 모듈 및 이를 포함하는 캡슐형 의료 장치에 관한 발명으로서, 보다 구체적으로 산, 염기, 음식물 등이 있는 열악한 환경 속에서도 압력 또는 수소 이온 농도 지수(이하 간략히 pH라 함)를 보다 정확히 측정할 수 있는 센서 모듈 및 이를 포함하는 캡슐형 의료 장치를 제공하는 것이다. The present invention relates to a sensor module and a capsule-type medical device including the same. More specifically, the pressure or hydrogen ion concentration index (hereinafter simply referred to as pH) can be more accurately measured in a harsh environment including acids, bases, foods, and the like. It is to provide a sensor module and a capsule-type medical device including the same.
캡슐형 의료 장치는 진찰 또는 치료의 목적으로 사용되며, 신체에 삽입될 수 있는 캡슐 형태의 의료 장치를 의미한다. 캡슐형 의료 장치는 거부감을 주는 내시경을 대체할 목적, 정확한 장기에 대한 정보를 획득할 목적, 또는 수술 등을 수행하지 아니하고 장기를 치료할 목적 등으로 인하여 최근에 널리 연구되고 있다. Capsule-type medical device is used for the purpose of examination or treatment, and means a capsule-type medical device that can be inserted into the body. BACKGROUND OF THE INVENTION Capsule-type medical devices have recently been widely researched for the purpose of replacing endoscopy giving a sense of rejection, obtaining information on an accurate organ, or treating an organ without performing surgery.
캡슐형 의료 장치의 종래기술로서 한국 공개 공보 제10-2006-0002449호에 공개된 기술이 있다. 상기 공보에는 정보를 수집하는 센서들(이미지 센서, 가속도 센서, 온도 센서, 압력 센서 및 pH 센서) 및 수집된 정보를 외부로 송신하는 송신부 를 포함하는 캡슐형 내시경이 공개되어 있다. 그러나, 상기 공보에는 압력 센서 및 pH 센서의 구체적 구조에 대해서는 기재하고 있지 아니하다.There is a technique disclosed in Korean Laid-Open Publication No. 10-2006-0002449 as a prior art of a capsule medical device. The publication discloses a capsule endoscope comprising sensors for collecting information (image sensor, acceleration sensor, temperature sensor, pressure sensor and pH sensor) and a transmitter for transmitting the collected information to the outside. However, this publication does not describe the specific structures of the pressure sensor and the pH sensor.
측정을 위하여, 압력 센서 및 pH 센서는 캡슐형 의료 장치의 외부 일례로 소화액 및 음식물 등에 노출되어야 하며, 따라서, 소화액 및 음식물 등에 의하여 측정의 정확도가 떨어질 수 있다는 문제점이 있다. 보다 구체적으로, pH 센서의 기준 전극으로 사용될 수 있는 Ag/AgCl 전극은 위액과 같은 강산에 용해되어 위장을 통과한 후에는 pH 센서의 측정의 정확도가 떨어질 수 있다. 또한, 압력센서가 대장 또는 소장 등에 직접 접촉되는 경우, 대장 또는 소장 등의 연동 운동에 의한 충격이 그대로 압력 센서에 전달되어 측정의 정확도가 떨어지거나, 심하면 압력 센서에 포함된 다이아프램(diaphragm)이 파괴되어 측정이 불가능해질 수도 있다. 또한, 압력센서의 배선이나 전극 등이 소화액이나 음식물에 노출되는 경우, 잡음 등에 의하여 그 측정의 정확도가 떨어질 수도 있다. 따라서, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 구조를 가지는 센서 모듈 및 이를 포함하는 캡슐형 의료 장치의 개발을 필요로 한다.For the measurement, the pressure sensor and the pH sensor should be exposed to digestive fluids and foods as an external example of the capsule-type medical device, and thus there is a problem that the accuracy of the measurement may be degraded due to digestive fluids and foods. More specifically, the Ag / AgCl electrode, which may be used as a reference electrode of the pH sensor, may be insoluble in a strong acid such as gastric juice and pass through the gastrointestinal tract, thereby reducing the accuracy of the pH sensor measurement. In addition, when the pressure sensor is directly in contact with the large intestine or the small intestine, the shock caused by the peristalsis movement of the large intestine or the small intestine is transmitted to the pressure sensor as it is, and the accuracy of the measurement is reduced. It may be destroyed and impossible to measure. In addition, when the wiring or the electrode of the pressure sensor is exposed to the extinguishing fluid or food, the accuracy of the measurement may be lowered due to noise or the like. Therefore, there is a need for the development of a sensor module having a structure that can solve this problem and a capsule-type medical device including the same.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 산성 또는 염기성의 소화액 및 음식물에 노출되어도 측정의 정확도가 떨어지지 아니하는 센서 모듈 및 이를 포함하는 캡슐형 의료 장치를 제공한다. Accordingly, the technical problem to be achieved by the present invention is to solve the above problems, and to provide a sensor module and a capsule-type medical device including the same, the accuracy of the measurement even when exposed to acidic or basic digestive fluid and food.
상술한 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제1 측면은 기판; 상기 기판상에 위치한 압력 센서; 상기 기판과 결합하여 상기 압력 센서를 봉하되, 외부의 압력을 내부로 전달하는 적어도 하나의 제1 개구부가 형성된 제1 하우징; 및 상기 압력 센서와 상기 제1 하우징 사이에 채워지며, 상기 제1 개구부를 통하여 내부로 전달된 압력을 상기 압력 센서로 전달하는 유동성 있는 충전물을 포함하는 센서 모듈을 제공한다. As a technical means for achieving the above object, the first aspect of the present invention is a substrate; A pressure sensor located on the substrate; A first housing coupled to the substrate to seal the pressure sensor, the first housing having at least one first opening configured to transmit external pressure therein; And a flowable filler filled between the pressure sensor and the first housing and transferring the pressure transferred to the pressure sensor through the first opening.
본 발명의 제2 측면은 기판; 상기 기판상에 위치하며, 소스, 드레인, 채널, 절연막 및 수소 이온 감지막을 포함하는 ISFET; 상기 기판상에 위치하는 금속 기준전극; 상기 기판과 결합하여 상기 ISFET 및 상기 금속 기준전극을 봉하되, 제1 및 제2 개구부가 형성된 제1 하우징; 상기 제1 하우징과 상기 ISFET 사이에 채워지되, 상기 제1 개구부와 함께 상기 수소 이온 감지막을 노출시키는 제3 개구부가 형성된 제2 하우징; 상기 제2 개구부에 채워진 다공성 세라믹; 및 상기 다공성 세라믹 및 상기 금속 기준전극 사이에 채워진 기준 용액을 포함하는 센서 모듈을 제공한다. A second aspect of the invention is a substrate; An ISFET positioned on the substrate and including a source, a drain, a channel, an insulating film, and a hydrogen ion sensing film; A metal reference electrode on the substrate; A first housing coupled to the substrate to seal the ISFET and the metal reference electrode and having first and second openings formed therein; A second housing filled between the first housing and the ISFET, the second housing having a third opening to expose the hydrogen ion sensing film together with the first opening; A porous ceramic filled in the second opening; And a reference solution filled between the porous ceramic and the metal reference electrode.
본 발명의 제3 측면은 센서 모듈 및 상기 센서 모듈과 결합하여 캡슐 형태를 이루는 외장부재를 포함하는 캡슐형 의료 장치에 있어서, 상기 센서 모듈은 본 발명의 제1 내지 제2 측면에 중 어느 한 측면에 의한 센서 모듈인 캡슐형 의료 장치를 제공한다. A third aspect of the present invention is a capsule type medical device including a sensor module and an outer member which is combined with the sensor module to form a capsule, wherein the sensor module is any one of the first to second aspects of the present invention. It provides a capsule-type medical device that is a sensor module.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인하여 한정되는 식으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in various forms, the scope of the present invention should not be construed in a way that is limited by the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 센서 모듈(10)의 평면도를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 A-A' 단면을 나타내는 도면이다.1 is a view showing a plan view of the
도 1 및 2를 참조하면, 센서 모듈은 기판(11), 압력 센서(12), 충전물(filler, 13), 이온 감지 전계 효과 트랜지스터(ion sensitive field effect transistor, 이하 간략히 ISFET이라 함, 14), 금속 기준 전극(15), 기준 용액(16), 다공성 세라믹(17) 및 제1 내지 3 하우징(housing, 18, 19, 20)을 포함한다. 제1 하우징(18)에는 제1 개구부(21)가 형성되어 있으며, 제2 하우징(19)에는 제2 개구부(22)와 다공성 세라믹(17)이 위치하는 제3 개구부(23)가 형성되어 있다. 제3 하우징(20)에는 제4 개구부(24)가 형성되어 있다.1 and 2, the sensor module includes a
기판(11)은 일례로 인쇄 회로 기판(printed circuit board, 이하 간략히 PCB라 함)일 수 있다. The
압력 센서(12)는 기판상에 위치하며, 소형화가 가능한 압력 센서이면 무엇이든 무방하다. 압력 센서(12)는 일례로, 압저항식(piezoresistive) 압력 센서 또는 정전용량식(capacitive) 압력 센서일 수 있다. The
충전물(13)은 제1 하우징(18)과 압력 센서(12) 사이에 채워지며, 유동성이 있으며, 제1 개구부(21)를 통하여 제1 하우징(18)의 내부로 전달된 압력을 압력 센서(12)로 전달한다. 충전물은 제1 개구부(21)를 통하여 외부로 누설되지 아니하도록 비교적 높은 점도를 가지는 절연유인 것이 바람직하며, 일례로 실리콘 오일(silicone oil)일 수 있다.The
제1 하우징(18)은 기판(11)과 결합하여 압력 센서(12)를 봉하되, 센서 모듈(10) 외부의 압력을 센서 모듈(10) 내부로 전달하는 적어도 하나의 제1 개구부(21)가 형성되어 있다. 제1 하우징(18)에는 도면과 같이 한 개의 제1 개구부(21)가 형성되어 있을 수도 있으며, 복수의 제1 개구부(21)가 형성되어 있을 수도 있다. 바람직하게, 제1 개구부(21)는 외부의 압력은 내부로 잘 전달되고 내부의 충전물(13)이 외부로 누설되지 아니하도록 슬릿(slit) 형상을 가진다. 또한, 제1 개구부(21)의 너비는 0.5 내지 2mm인 것이 바람직하다. 센서 모듈(10)이 캡슐형 의료 장치에 사용되는 경우, 제1 하우징(18)은 캡슐형 의료 장치의 외부에 노출되므로, 인체에 무해하여야 하며, 화학적으로 안정되어야 한다. 제1 하우징(18)은 일례로 테플론(teflon)으로 이루어질 수 있다.The
이와 같이 압력 센서(12)가 충전물(13) 및 제1 하우징(18)에 의하여 보호됨으로써, 압력 센서(12)는 외부의 충격에서부터 보호되고 소화액 등에 노출되지 아니하면서도, 정확히 압력을 측정할 수 있다.As the
ISFET(14)은 소스 영역(31), 드레인 영역(32), 채널 영역(33), 절연막(34) 및 수소 이온 감지막(35)을 포함한다. 도면과 같이 채널 영역(33)은 P형으로 도핑된 실리콘 기판이고, 소스 영역(31) 및 드레인 영역(32)은 N+형으로 도핑된 영역일 수 있다. 소스 영역(31)에는 소스 전극(36)이 접속되어 있으며, 드레인 영역(32)에는 드레인 전극(36)이 접속되어 있다. 절연막(34)은 채널 영역 위에 형성되며, 일례로 산화막(SiO2)일 수 있다. 수소 이온 감지막(35)은 이에 접촉된 피측정 용액(소화액 등)의 수소 이온(H+) 농도에 대응하는 전위차를 발생시키는 역할을 수행한다. 이 전위차는 네른스트(Nernst) 방정식을 따르는 것으로 알려져 있다. 수소 이온 감지막(35)은 일례로, Ta2O5, SiO2, Si3N4, PtO2, IrO2, RuO2, Al2O3 또는 ZrO2로 이루어질 수 있다. 수소 이온 감지막(35)은 절연막(34) 위에 위치한다. The ISFET 14 includes a
금속 기준 전극(15)은 기준 용액(16)에 기준 전위를 인가하는 기능을 수행한다. 기준 전위는 기준 용액(16) 및 다공성 세라믹(17)을 경유하여 피측정 용액에 인가되어, 결과적으로 ISFET(14)의 게이트 전위는 근사적으로 [기준 전위 - 수소 이온 감지막의 전위차]가 된다. 금속 기준 전극(15)은 일례로 Ag/AgCl 전극 즉 Ag 표면에 AgCl 막이 형성된 전극일 수 있다. 금속 기준 전극(15)은 기판상에 위치한다. The
기준 용액(16)은 다공성 세라믹(17)과 금속 기준전극(15) 사이에 채워지며, 일례로 AgCl 용액일 수 있다. 기준 용액(16)은 금속 기준 전극(15)과 함께 ISFET(14)의 기준 전극을 구성한다. The
다공성 세라믹(17)은 제2 하우징(19)의 제3 개구부(23)에 채워져 있으며, 기준 용액(16)과 피측정 용액을 전기적으로 연결하는 염다리(salt bridge)의 기능을 수행한다.The porous ceramic 17 is filled in the
제2 하우징(19)은 기판(11)과 결합하여 ISFET(14) 및 금속 기준 전극(15)을 봉하되, 제2 및 제3 개구부(22, 23)가 형성되어 있다. 제2 개구부(22)는 제3 하우징(20)에 형성된 제4 개구부(24)와 함께 ISFET(14)의 수소 이온 감지막(35)이 피측정 용액에 노출되도록 한다. 제3 개구부(23)에는 다공성 세라믹(17)이 채워져 있다. 제2 하우징(19)은 제1 하우징(18)과 마찬가지로 테플론으로 이루어질 수 있다. 또한, 도면과 같이 제2 하우징(19)은 제1 하우징(18)과 일체로 형성될 수도 있으며, 도면과 달리 별도로 형성될 수도 있다.The
제3 하우징(20)은 제2 하우징(19)과 ISFET(14) 사이에 채워지되, ISFET(14)의 수소 이온 감지막(35)을 노출시키는 제4 개구부(24)가 형성되어 있다. 물론, 제3 하우징(20)은 기준 용액(16)이 제2 개구부(22)를 통하여 누설되지 않도록 기준 용액(16)과 제2 개구부(22)를 격리한다. 또한, 제3 하우징은 ISFET(14)의 소스 전극(36) 및 드레인 전극(37)을 노출시키지 아니한다. 제3 하우징(20)은 제1 및 제2 하우징(18, 19)과 일체로 형성될 수도 있고, 별도로 형성될 수도 있다. 제3 하우징(20)은 일례로 PDMS(Polydimethylsiloxane)로 이루어질 수 있다. The
이와 같이 구성됨으로써, 기준 전극은 피측정 용액으로부터 격리되어 보다 정확한 pH 측정이 가능하며 소형화 또한 가능하다. With this configuration, the reference electrode is isolated from the solution to be measured, which enables more accurate pH measurement and miniaturization.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 캡슐형 의료 장치를 나타내는 도면이고, 도 4는 도3의 B-B' 단면을 나타내는 도면이다. 3 is a view showing a capsule-type medical device according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a view showing a cross-sectional view BB 'of FIG.
도 3 및 4를 참조하면, 캡슐형 의료 장치는 도 1 및 2에 표현된 센서 모 듈(10) 및 센서 모듈(10)과 결합하여 캡슐 형태를 이루는 외장부재(40)를 포함한다. 외장부재(40)는 인체에 무해하여야 하며, 화학적으로 안정되어야 한다. 외장 부재(40)는 일례로 테플론일 수 있다. 3 and 4, the capsule-type medical device includes a
캡슐형 의료 장치는 증폭부(51), CPU(52), 메모리(53), 송신부(54) 및 배터리(55) 등을 더 포함할 수도 있다. 증폭부(51)는 센서 모듈(10)에서 출력되는 측정값을 증폭하여 출력한다. CPU(52)는 캡슐형 의료 장치의 내부에 위치한 구성요소들을 제어하는 기능을 수행한다. 메모리(53)는 CPU(52)의 연산에 필요한 데이터를 저장하거나, 증폭된 측정값을 저장하는 기능을 수행한다. 송신부(54)는 증폭된 측정값을 신체의 외부로 무선으로 송신하는 기능을 수행한다. 만일, 측정값이 메모리(53)에 저장되고, 캡슐형 의료 장치가 인체에서 배출된 후에 메모리(53)에 저장된 측정값이 독출되는 경우, 송신부(54)는 캡슐형 의료 장치에 포함되지 아니할 수도 있다. 배터리(55)는 증폭부(51), CPU(52), 메모리(53), 송신부(54) 및 센서 모듈(10)에 필요한 전력을 공급한다. 만일, 전력이 무선으로 공급되는 경우, 캡슐형 의료 장치는 배터리(55)를 필요로 하지 아니할 수도 있다. The capsule medical device may further include an
증폭부(51), CPU(52), 메모리(53) 및 송신부(54)는 별도의 기판(56)에 형성될 수 있으며, 기판(56)끼리는 와이어(57)에 의하여 연결될 수 있다. The
본 발명에 의한 센서 모듈 및 이를 포함하는 캡슐형 의료 장치는 산성 또는 염기성의 소화액 및 음식물에 노출되어도 측정의 정확도가 떨어지지 아니한다는 장 점이 있다. The sensor module and the capsule-type medical device including the same according to the present invention have an advantage that the accuracy of the measurement does not decrease even when exposed to acidic or basic digestive fluid and food.
또한, 본 발명에 의한 센서 모듈 및 이를 포함하는 캡슐형 의료 장치는 소형화가 가능하다는 장점이 있다. In addition, the sensor module and the capsule-type medical device including the same according to the present invention has the advantage that it can be miniaturized.
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