KR20080073546A - 체내 이식형 혈액 검사 장치 - Google Patents

Abstract

체내 이식형 혈액 검사 장치가 개시된다. 혈액 검사 장치는 검침부, 감지부, 및 전송부를 포함한다. 검침부는 혈관을 관통하여 혈관 내부로 삽입되어 혈관내 혈액을 내부로 유입하고, 감지부는 검침부로 유입되는 혈액의 성분을 감지하며, 전송부는 감지부에서 감지된 혈액 정보를 무선 전송한다. 혈액 검사 장치가 체내에 이식되어 사용자에게 고통을 주지 않으면서도 용이하게 반복적인 혈액 검사를 수행할 수 있게 된다.

바이오 센서, 트랜스폰더, RFID, 웨이퍼, 마이크로니들

Description

체내 이식형 혈액 검사 장치{Implantable blood testing apparatus}

도 1은 본 발명에 따른 체내 이식형 혈액 검사 장치의 일 실시예의 개략적인 블록도.

도 2는 도 1의 체내 이식형 혈액 검사 장치의 사용상태를 도시한 도면.

도 3은 도 1의 감지부와 검침부를 확대한 도면.

도 4는 도 1의 전송부의 개략적인 블록도.

도 5는 도 1의 전송부의 동작을 설명하기 위한 개략적인 블록도.

도 6은 도 1의 체내 이식형 혈액 검사 장치의 단면도.

본 발명은 센서 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 혈액 성분을 분석하는 혈액 센서 장치에 관한 것이다.

건강에 대한 관심이 증가함에 따라, 질병의 예방 또는 치료를 위해 혈액 검사가 많이 실시되고 있다. 혈액 검사란 질병의 진단이나 치료 및 예후 판정을 목적으로 혈액의 각종 성분을 검사하는 것을 말하며, 몸 전체의 장기나 조직에 병변이 있는 경우 혈액의 성분에 변화가 발생하므로 병변의 진단에 큰 도움을 준다.

혈액 검사를 위해 현재 일반적으로 사용되고 있는 방법은 채혈을 통해 획득한 혈액의 성분을 분석하는 방법이다. 그러나 이러한 방법은 바늘과 같은 기구를 이용하여 채혈자의 신체에 상처를 내어 혈액을 채취하므로 채혈자에게 고통을 야기하며 상처로 인한 감염도 발생할 수 있다.

또한, 이러한 검사 방법은 환자 본인이 직접 시행하기 어려우며, 본인이 시행할 수 있는 경우에도 장비의 가격에 대한 부담과 검사시마다 장비를 휴대하여야 하는 불편함이 따른다.

이러한 문제점은 당뇨병과 같은 만성 질환의 경우 더욱 증가하는데, 당뇨병 환자의 경우 혈당의 수치를 검사하기 위해서 하루에도 몇 번씩 채혈을 해야 하는 경우도 발생하기 때문이다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 사용자에게 고통을 주지 않으면서도 저렴하고 용이하게 혈액 검사를 수행할 수 있는 혈액 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 체내 이식형 혈액 검사 장치는 검침부, 감지부, 및 전송부를 포함한다. 검침부는 혈관을 관통하여 혈관 내부로 삽입되고, 혈관내 혈액을 내부로 유입하고, 감지부는 검침부로 유입되는 혈액의 성분을 감지하며, 전송부는 감지부에서 감지된 혈액 정보를 무선 전송한다. 혈액 검사 장치가 체내에 이식되어 사용자에게 고통을 주지 않으면서도 용이하게 반복적인 혈 액 검사를 수행할 수 있게 된다.

검침부에는 내부로 혈액이 유입되고 유출될 수 있는 복수의 홀이 형성될 수 있다. 검사 장치의 검침부가 혈관 내에 위치하고, 검침부의 복수의 홀을 통해 혈액이 자유롭게 검침부 내로 유입, 유출되므로 계속적인 혈류에 의하여 혈액의 응고를 방지할 수 있어 감지부의 손상을 막을 수 있으며 연속적으로 사용 가능하다.

검침부, 감지부, 및 전송부는 반도체 공정에 의해 하나의 칩상에 형성될 수 있다. 혈액 검사 장치의 모든 구성 요소들을 반도체 공정에 의해 하나의 칩상에 형성시켜 혈액 검사 장치의 크기를 최소화하여 체내 이식이 매우 용이하게 되며 생산비 또한 절감할 수 있게 된다.

전송부는 무전원 트랜스폰더를 포함할 수 있다. 무전원 트랜스폰더를 채용함으로써 전원의 교체 필요가 없어져 혈액 검사 장치의 반영구적인 사용이 가능하게 된다.

혈액 검사 장치는 감지부, 및 전송부를 외부와 절연시키는 절연부를 더 포함할 수 있다. 혈액 검사 장치의 구성 요소들을 외부와 절연시킴으로써 장치의 오작동을 방지하고 장치의 훼손을 방지할 수 있게 된다.

또한, 혈액 검사 장치는 감지된 혈액 정보를 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다. 저장부는 현재의 혈액 정보뿐만 아니라 과거의 혈액정보도 이용할 수 있도록 해준다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 체내 이식형 혈액 검사 장치의 일 실시예의 개략적인 블록도이다.

도 1에서 혈액 검사 장치는 검침부(100), 감지부(200), 및 전송부(300)를 포함한다. 검침부(100)는 혈관을 관통하여 혈관 내부로 삽입되어 혈관내 혈액을 내부로 유입한다.

도 2는 도 1의 체내 이식형 혈액 검사 장치의 사용상태를 도시한 도면이다.

도 2에서, 혈액 검사 장치의 검침부인 마이크로니들(100)이 혈관을 관통하여 혈관 내부로 삽입되어 있고, 전송부인 무선시스템(300)이 마이크로니들(100)에 고정되어 혈관 외부에 위치하고 있는 구성을 확인할 수 있다.

이와 같은 방식으로, 혈액 검사 장치를 체내에 이식함으로써 사용자에게 고통을 주지 않으면서도 용이하게 반복적인 혈액 검사를 수행할 수 있게 된다.

검침부(100)에는 내부로 혈액이 유입되고 유출될 수 있는 복수의 홀이 형성된다. 이와 같은 홀을 통해 혈액이 자유롭게 검침부 내로 유입, 및 유출되므로 감지부의 표면에 혈액이 응고되어 발생할 수 있는 검사 오작동을 방지할 수 있게 된다.

도 3은 도 1의 감지부와 검침부를 확대한 도면이다.

도 3에서 검침부인 마이크로니들(100)에는 혈액 입출구(110)가 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다. 본 발명에서는 이와 같이 형성된 마이크로니들(100)의 혈액 입출구(110)를 통해 형성된 미세한 통로를 통하여 혈액이 흐르게 된다.

마이크로니들(100)을 이용하여 혈관 외부에 부착된 센서를 통해 혈액을 측정함으로써, 혈관 내에는 혈액이 계속 흘러 혈액의 응고 현상이 생기지 않아 혈액 측 정을 연속적으로 수행할 수 있게 된다.

감지부(200)는 검침부(100)로 유입되는 혈액의 성분을 감지한다. 감지부는 바이오 센서(biosensor)로 구현될 수 있다.

바이오 센서는 생물이 갖추고 있는 반응계를 이용하여 물질, 특히 유기화합물의 상태나 농도를 측정하는 측정기를 말한다. 즉, 생물이 가지고 있는 기능, 특히 효소나 미생물 세포 등 생체 촉매가 특정한 물질하고만 반응을 하는 성질을 가려내 이용하는 센서이다.

바이오 센서의 메커니즘은 효소 등을 막 모양으로 고정시켜 이에 전극을 붙여 그 반응을 컴퓨터가 판독하도록 되어 있다. 용액 중의 화학물질에 효소 등이 반응하면 바이오센서 내에 준비된 단순한 화학물질의 양이 변화된다. 그 변화량을 전기신호로 바꿔 측정한다.

도 3에서 감응막(210)은 바이오센서(200)의 표면에 설치된 막으로서, 혈액과 반응하여 바이오센서(200)에 정보를 전달하는 화합물로 구성된다. 마이크로니들(100)의 미세한 통로를 통하여 혈액이 유입될 때 혈액이 바이오 센서의 감응막(210)과 반응하여 변화한 값을 센서가 감지하여 신호처리단으로 전달하게 된다.

본 발명 감지부인 바이오센서(200)는 FET형 반도체 센서 구조로서, 반도체 웨이퍼(400)상에 전극과 생체 관련 물질에 직접 반응하는 생체기능성 막으로 구성되어 있다.

바이오센서(200)는 집적회로 공정 기술을 이용하여 소형화, 규격화 및 양산화가 가능하며, 측정회로 및 무선 송신기를 함께 집적시킨 스마트 센서, 또는 여러 가지 생체 관련된 물질을 동시에 측정하기 위한 다기능 센서로도 제작할 수 있다.

전송부(300)는 감지부(200)에서 감지된 혈액 정보를 무선 전송한다. 전송부(300)는 무전원 트랜스폰더를 포함하는데, 이로써 전원의 교체 필요가 없어져 혈액 검사 장치의 반영구적인 사용이 가능하게 된다.

전송부(300)를 구현하기 위한 무선 송신기로는 여러 가지 방식을 고려할 수 있으나, 일반적으로 무선 송신기는 소자를 동작시키기 위한 전원용 배터리를 필요로 한다. 그러나 무선 송신기를 신체 내부에서 사용하기 위해서는 배터리를 사용할 수 없는 문제가 발생한다.

이를 극복하기 위하여 본 발명에서는 RFID 기술을 적용한다. RFID 기술을 적용하면 외부로부터 전파를 통해서 전력을 공급받을 수 있기 때문이다. 즉, 본 발명의 전송부(300)는 트랜스폰더 IC를 사용하며, 그 이유는 트랜스폰더 IC는 자체 전원용 배터리가 없어도 동작을 할 수 있기 때문이다.

RFID(Radio Frequency Identification)는 바코드, 마그네틱, IC 카드 등과 같은 자동인식의 한 분야로서 초단파(MHz, GHz)나 장파(KHz)를 이용하여 기록된 정보를 무선으로 인식한다.

마그네틱 코일과 송수신 장치로 결합된 리더(Reader)기는 전자기장을 형성하고 인식 범위 내에 도달한 코일과 마이크로 칩을 내장한 트랜스폰더(transponder) IC(300)는 기전력에 의해 에너지를 유도하여 마이크로 칩을 구동시키고 메모리에 기록된 정보를 리더기로 전송한다.

트랜스폰더 IC(300)를 설계하기 위해서는 몇 가지 고려할 사항이 있는데 트 랜스폰더 IC(300) 내부에 배터리를 사용하면 인체 내에 삽입할 수 없으므로 내장된 배터리가 없는 수동형의 트랜스폰더 IC를 만들어야 하므로 자체 구동 전원의 역할을 할 수 있는 회로 설계와 전력소모가 적은 회로 설계를 해야 한다.

도 4는 도 1의 전송부의 개략적인 블록도이다.

도 4에서 트랜스폰더 IC는 반도체 칩과 코일 성분을 가지는 루프형 안테나(320)로 구성되어 있다.

정류기(310)는 안테나(320)용 코일에서 형성된 교류 성분 전원을 직류 성분으로 변환한다. 리미터&댐핑 회로(330)는, 리더기(Reader)와 트랜스폰더(300)가 너무 가까워지는 경우 코일에 과전압이 생겨서 발생할 수 있는 내부 회로의 손상을 방지하기 위해 리미터를 사용하며, 감폭율을 조절하여 리미터의 동작을 조절하기 위해 댐핑을 사용한다.

POR(power-on reset; 340)은 디지털 회로의 동작을 위한 리셋(reset) 신호를 발생시키는 회로이다. 메모리(350)는 사용자의 ID 또는 정보를 보관하기 위한 것으로 전원이 공급되는 동안은 반복적으로 저장 기능을 수행한다.

트랜스폰더 IC(300)는 RFID 리더기를 근접시키면 전파를 수신한 트랜스폰더 IC(300)에 위치한 안테나(320)에 유도 전류가 발생하여 소자를 동작시키므로 자체 배터리가 필요 없어 인체에 삽입하여 반영구적으로 사용할 수 있다.

이때, 기전력에 의해 발생한 유도 전류를 이용하여 바이오 센서를 동작시켜 생체 정보를 얻은 다음 트랜스폰더 IC(300)가 획득한 생체 정보를 외부로 전송한다.

바이오 센서(200)와 트랜스폰더 IC(300)로 구성된 무선 인체 정보 센서를 동작시키기 위해서는 수백uW의 전력이 필요한데 본 발명에 의한 방법으로 무선 인체 정보 센서를 구동시키기 위한 충분한 전력을 얻을 수 있다.

무선 혈액 검사 장치에서 자체 전원을 만들기 위해 필요한 구성으로 기전력에 의한 유도 전류를 만들 수 있는 코일은 반도체 칩 위에 일체형으로 구성된다. 또한, 트랜스폰더의 안테나 역할도 수행한다.

도 5는 도 1의 전송부의 동작을 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.

도 5에서 먼저 리더기(Reader; 미도시)가 접근을 하면 안테나에서 에너지가 유도되어 바이오센서(200)와 트랜스폰더(300)를 구동시킨다.

이어서, 바이오센서(200)가 동작하여 인체 정보를 측정한 후 신호 처리부에서 아날로그 값을 디지털 값으로 변환한다. 이후, 변조기에서 받은 데이터를 변조한 후 내부에 구성된 메모리(450)에 저장되고 송신부(420)로 전달되어 외부로 송신한다.

이를 다시 설명하면, 먼저 외부에서 측정하기 위해서 리더기가 신호를 보내면 센서(200)가 동작하여 측정한 값을 비교기(480)로 보내어 혈당의 정상 수치와 측정한 값을 비교하고 변화량을 A/D 변환기(470)로 보낸다.

A/D 변환기(470)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 센서에서 받은 신호는 아날로그 형태이므로 다음 단의 신호 처리기에서 신호를 처리하기 위해서는 디지털 신호가 필요하기 때문이다.

A/D 변환기(470)에서 받은 신호는 마이크로 프로세서(490)로 전달되어 메모 리(450)에 저장되어 있는 환자의 정보 및 신호처리 정보에 의하여 신호 처리를 한 다음 송신부(490)로 보낸다. 송신부(490)는 신호를 외부의 리더기로 보낸다.

검침부(100), 감지부(200), 및 전송부(300)는 반도체 공정에 의해 하나의 칩상에 형성될 수 있다. 이와 같이, 혈액 검사 장치의 모든 구성 요소들을 반도체 공정에 의해 하나의 칩상에 형성시키는 경우 혈액 검사 장치의 크기를 최소화하고 생산비를 절감할 수 있게 된다.

검침부(100), 및 전송부(200)를 외부와 절연시키는 절연부를 더 포함할 수 있다. 절연부는 혈액 검사 장치의 구성 요소들을 외부와 절연시킴으로써 장치의 오작동을 방지하고 장치의 훼손을 방지할 수 있도록 한다.

도 6은 도 1의 체내 이식형 혈액 검사 장치의 단면도이다.

도 6에서 웨이퍼(400) 상에 바이오센서(200), RFID 트랜스폰더(200)가 형성되어 있고, 바이오센서(200) 상에는 마이크로니들(100)이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다.

또한, 바이오센서(200)와 RFID 트랜스폰더(300)는 절연층(500)으로 외부와 절연되어 있으며, 마이크로니들(100)만 절연층(500)을 관통하여 외부로 돌출되어 있는 것을 확인할 수 있다.

도 6의 혈액 검사 장치는 반도체 제작 기술을 이용하여 마이크로니들(100), 바이오 센서(200), 및 트랜스폰더 IC(300)를 반도체 웨이퍼(400) 상에 일체화하여 제작할 수 있다.

도 6에서와 같이, 반도체 제작 기술을 이용하여 마이크로니들(100), 바이오 센서(200), 및 RFID 트랜스폰더(300)를 SOC(system on chip) 형태로 제작하는 경우 혈액 검사 장치의 크기를 매우 작게 구현할 수 있다.

본 발명은 환자가 채혈을 하지 않고서도 반복적으로 용이하게 혈액 정보를 얻을 수 있도록 인체 내에 측정 센서를 삽입하여 사용하는 구성을 가진다.

본 발명은 바이오센서와 마이크로 프로세서를 겸비한 트랜스폰더로 구성되어 있으며 반도체 제조 공법의 회로 설계로 하나의 반도체 칩으로 구현될 수 있다.

본 발명은 장기간 사용할 수 있는 마이크로니들이 포함된 바이오 센서와 무선 송신기를 하나의 IC 칩으로 만들어 체내에 삽입할 수 있는 무선 바이오 센서 시스템을 제공한다.

이와 같은 구성은 혈액 검사 수행을 위해 요구되는 환자의 고통을 감소시킬 수 있으며, 환자의 생체 정보를 손쉽게 얻을 수 있다.

또한, 환자 자신이 생체 정보를 별도로 기록할 필요 없이 편리하게 생체 정보를 저장하여 병원에서 진찰시 환자의 상태를 손 쉽게 파악할 수 있도록 한다.

본 발명이 비록 일부 바람직한 실시예에 의해 설명되었지만, 본 발명의 범위는 이에 의해 제한되어서는 아니 되고, 특허청구범위에 의해 뒷받침되는 상기 실시예의 변형이나 개량에도 미쳐야 할 것이다.

Claims (6)

1. 혈관을 관통하여 혈관 내부로 삽입되어 혈관내 혈액을 내부로 유입하는 검침부;

   상기 검침부로 유입되는 혈액의 성분을 감지하는 감지부; 및

   상기 감지부에서 감지된 혈액 정보를 무선 전송하는 전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 체내 이식형 혈액 검사 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 검침부에는 내부로 혈액이 유입되고 유출될 수 있는 복수의 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 체내 이식형 혈액 검사 장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 검침부, 감지부, 및 전송부는 반도체 공정에 의해 하나의 칩상에 형성되는 것을 특징으로 하는 체내 이식형 혈액 검사 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 전송부는 무전원 트랜스폰더를 포함하는 것을 특징으로 하는 체내 이식형 혈액 검사 장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 감지부, 및 전송부를 외부와 절연시키는 절연부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 체내 이식형 혈액 검사 장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 감지된 혈액 정보를 저장하는 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 체내 이식형 혈액 검사 장치.

Images