KR20100036697A - 체내 이식형 혈압, 맥파 측정 센서와 수신 시스템 - Google Patents

Abstract

체내 이식형 혈압, 맥파 검사 장치가 개시된다. 혈압, 맥파 검사 장치는 감지부, 및 전송부를 포함한다. 감지부는 혈관에 흐르는 혈액의 압력을 감지하며, 전송부는 감지부에서 감지된 정보를 무선 전송한다. 혈압, 맥파 검사 장치가 체내에 이식되어 사용자에게 고통을 주지 않으면서도 용이하게 반복적인 검사를 수행할 수 있게 된다.

수신 시스템은 무선으로 정보를 제공받아 자동으로 저장을 하며 정보를 사용자가 바로 확인할 수 있도록 LCD 화면에 나타낸다.

압력센서, RFID 트랜스폰더, RFID 리더 IC , 웨이퍼, 다이아프레임

Description

체내 이식형 혈압, 맥파 측정 센서와 수신 시스템 { Implantable blood pressure testing apparatus in Body and Receiving System}

본 발명은 혈압, 맥파 측정 센서 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 심장에 의해서 혈관을 흐르는 혈압을 측정하고 맥파를 측정하는 센서 장치에 관한 것이다.

현대과학 기술의 급속한 발전은 눈부신 경제성장과 더불어 생활수준의 향상을 가져오면서 인스턴트 식품 및 고지방 음식에 의하여 고지혈증, 고혈압등 현대 병이 많이 발생함에 따라 현대인의 건강에 대한 관심이 증대되고 있으며, 사람들이 여러 장비의 도움으로 자가 진단 및 병원에서 정기적인 건강 상태를 검사를 하고 있는데 사람의 건강상태를 진단함에 있어서 혈압, 맥박수 및 맥파는 아주 중요한 요소이다.

혈압의 측정은 고혈압이나 심장 쇼크(shock)상태를 알아보기 위해 이루어지며, 혈압관리를 통한 치료는 높은 혈압을 단순히 감소되게 해주는 것을 넘어 합병증을 미리 예방케 해줄 수 있다. 또한 동맥경화의 발생이 억제되도록 동맥경화의 위험 요소인 당뇨, 흡연, 고지혈증 등을 동시에 관리하고 조절할 수 있도록 해준다. 맥파는 심혈관계통의 건강상태를 진단할 때 중요한 요소로 사용 되어지며, 한 의학에서도 한의사가 손가락을 이용한 맥진과 전자공학 기술을 이용한 진단 장비를 통해서 맥파를 체크함으로써 환자의 건강 상태를 진단한다.

만일 환자들의 혈압이나 맥박을 정확하게 측정할 수 있으며, 혈압 및 맥파를 지속적으로 체크할 필요가 있는 중환자들의 혈압 및 맥파를 상시 모니터링할 수 있다면 편리하고 효과적인 치료 서비스를 제공할 뿐만 아니라 응급상황 발생에 대해서도 즉각적인 조치를 취할 수 있을 것이다. 또한 응급차량으로 후송 중에 있는 응급환자의 혈압과 맥파를 자동 측정되게 하고 원격지에 있는 병원에서 바로 진단을 할 수 있다면, 응급환자를 실은 응급차량이 병원에 도착 시에 매우 효과적인 조치와 치료를 제공할 수 있을 것이므로, 이를 구현하는 시스템이 요망된다.

또한 가정 및 외출 시 혈압 및 맥파를 정확히 측정하고 인터넷 및 무선 휴대 통신을 통해서 병원에서 진단할 수 있도록 하는 시스템도 요망된다.

현재 혈압 및 맥박 등을 병원이 아닌 일반 가정이나 직장 등에서도 편리하게 측정할 수 있는 디지털 방식 혈압 및 맥박 측정기가 시중에 판매되고 있지만, 이러한 디지털 방식 혈압 및 맥박 측정기는 스스로 혈압 측정하기가 수동으로 압력을 가하여 측정하는 혈압계보다 훨씬 용이하여서 손쉽고 간단하게 건강관리를 할 수 있다는 장점이 있다.

하지만 디지털 방식 혈압 및 맥박 측정기는 측정할 때에 환자가 움직이게 되면 제대로 혈압을 측정할 수 없으며, 심장박동이 불규칙한 사람일 경우에는 혈압측정이 정확하게 이루어지지 않게 된다는 것이다.

그래서 현재 대형 병원이나 대부분의 일반병원에서는 다수 환자들의 혈압을 간호사들이 수동으로 압력을 가하여 측정하는 혈압 및 맥박 측정기를 사용하여 수시로 측정하는 실정이다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 사용자에게 불편을 주지 않으면서도 용이하고 안전하게 혈압 검사를 수행할 수 있는 맥파 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

현대인들의 바쁜 생활로 인하여 당뇨, 고혈압 및 고지혈증 환자들이 많이 발생하고 또 스트레스에 의한 심장병 환자들이 많이 발생하는데 이들 환자들의 건강 관리 요소 중에 지속적이고 정확한 시간 간격으로 혈압, 맥파등을 진단해야만 하는데 현재의 휴대용 혈압 측정기로는 매 시간 별 측정을 하기 위해서는 항상 정해진 측정 시간을 염두에 두고 있어야 되기 때문에 매우 불편할 뿐 아니라 이것 또한 스트레스의 요인이다.

또한 현재의 혈압 측정기는 팔에 압력 패드를 부착하여 외부에서 압력을 가하여 비교 측정하는 방식을 사용하고 있어서 아주 정확한 혈압을 측정할 수 없다. 그리고 이 장치는 혈압만 측정할 수 있을 뿐 심장의 박동상태를 체크할 수 없으며 심장 박동의 미세한 변화에 대해서는 측정할 수 없다.

본 발명에서는 상기 불편한 점을 고려하여 무전원으로 동작을 하는 압력 감 지부와 무선 전송부를 반도체 공정을 사용하여 하나의 통합형 칩(chip)을 만들어 체내에 이식하고 센서에서 측정한 정보를 수신, 저장할 수 있는 시스템을 제공하여 자동으로 정해진 시간에 사용자들의 건강을 체크하고 정보를 저장함으로써 편리함을 제공한다. 또한 응급 상황이 발생하기 전에 미리 측정된 정보를 분석하여 위험한 상황에 처할 수 있다고 판단될 경우는 경고음을 알려주도록 한다.

감지부에서 감지한 압력 변화를 계산하여 심장의 활동 상태를 체크할 수 있다.

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

이와 같은 구성은 혈압 및 맥파 검사 수행을 위해 요구되는 환자의 시간을 절약할 수 있고 스트레스를 감소시킬 수 있으며, 환자의 생체 정보를 손쉽게 얻을 수 있다.

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

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

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 체내 이식형 맥파 측정 장치는 감지부, 및 전송부를 포함한다. 감지부는 혈관을 흐르는 혈액의 압력을 감지하며, 전송부는 감지부에서 감지된 혈압 정보를 무선 전송한다. 맥파 측정 장치가 체내에 이식되어 사용자에게 고통을 주지 않으면서도 용이하게 반복적인 혈압 검사를 수행할 수 있게 된다.

감지부, 및 전송부는 반도체 공정에 의해 하나의 칩상에 형성될 수 있다. 맥파 측정 장치의 모든 구성 요소들을 반도체 공정에 의해 하나의 칩상에 형성시켜 맥파 측정 장치의 크기를 최소화하여 체내 이식이 매우 용이하며 생산비를 절감할 수 있게 된다.

전송부는 무전원 RFID 트랜스폰더를 포함할 수 있다. 무전원 RFID 트랜스폰더를 채용함으로써 전원이 필요가 없어져 맥파 측정 장치의 반영구적인 사용이 가능하며 체내 이식이 가능하게 된다.

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

또한, 무선 수신 시스템 장치는 프로그램으로 지정해 놓은 시간에 신호를 전송하여 센서를 동작시키고 센서에서 측정한 정보를 읽어 들이는 역활을 하며 감지된 정보를 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다. 저장부는 현재의 정보뿐만 아니라 과거의 정보도 이용할 수 있도록 해준다.

저장되는 정보는 외부 저장 장치인 메모리 카드, USB 저장장치 및 외장 하드 디스크에 저장된다. 그리고 얻어진 정보는 저장 장치에 저장되는 동시에 수신 시스 템에서 사용자가 정보를 쉽게 눈으로 확인할 수 있도록 LCD 를 더 포함할 수 있다. 이때 얻어진 정보가 사용자가 미리 지정해 놓은 정보와 비교해서 혈압이 위험한 정보의 범위에 포함되면 경고음을 알려주는 기능을 더 포함할 수 있다.

또한 수신 시스템에는 USN 방식의 무선 송수신 모듈이 내장되어 있어서 사용자가 병원에 가서 의사의 진단을 받을 경우 센서에서 얻어진 정보가 자동으로 의사의 컴퓨터에 전송이 되도록 하였다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1 은 본 발명에 따른 체내 이식형 맥파 측정 장치의 일 실시예의 개략적인 블록도이다.

도 1 에서 맥파 측정 장치는 감지부(100), 및 전송부(200)를 포함한다. 감지부(100)은 혈관에 흐르는 혈액의 압력을 감지하는 압력센서이며 전송부(200)은 무전원으로 전파에 의하여 유기되는 기전력으로 동작하는 RFID 트랜스폰더로 되어 있다.

도 2 는 무선 수신 시스템의 블록도를 도시한 도면이다.

도 2 에서, CPU(101)는 프로그램에 의해서 지정한 검사할 시간이 되면 RFID 리더 IC(102)에 신호를 전달한다. RFID 리더 IC(102)는 검사 신호를 보내면 출력 앰프(106)를 거쳐 신호가 증폭된 다음 안테나(108)를 거쳐서 체내에 이식되어 있는 일체형센서(300)에 전달된다. 일체형센서(300)에 의해서 측정된 정보는 수신 필터(107)을 거쳐서 RFID 리더 IC(102)로 전달된다. RFID 리더 IC(102)는 받은 정보를 CPU(101)로 보내면 CPU(101)는 외장형 저장장치(103)와 LCD(104)로 각각 보내어 저 장을 하고 또한 화면으로 나타내어 사용자가 확인할 수 있도록 한다. 이때 얻어진 정보가 CPU(101)에서 분속을 한 다음 위험한 정보로 판단될 경우는 신호를 스피커(105)로 보내어 경고음을 울려 사용자가 위험을 감지할 수 있도록 한다.

도 3 은 무선 수신 시스템의 정보 전달 방법 도시한 도면으로

도 3 에서 환자가 수신 시스템(500)을 소지하고 진단을 받기 위해 병원에 가면 의사는 USN(109) 방식에 의해서 무선 시스템으로 의사의 컴퓨터에 정보가 전달되어 편리하게 의사는 정보를 검색하여 환자의 상태를 확인할 수 있으며 만약에 USN 방식의 무선 시스템이 의사의 컴퓨터(303)에 설치되어 있지 않으면 외장형 저장장치(103)를 이용하여 의사는 환자의 정보를 컴퓨터(303)에 설치된 카드 리더기(301) 또는 USB 방식(302)을 통하여 확인하고 정확한 진찰을 할 수 있다.

도 4 는 무선 바이오센서의 원칩 구조도를 도시한 그림이다.

감지부(100)는 혈관에 흐르는 혈액의 압력을 감지한다. 감지부는 압력 센서로 구현될 수 있다.

도 4 에서 다이아 프레임(204)은 압력센서(203)의 배면에 설치된 아주 얇은 막으로서 혈관에 흐르는 혈액의 압력에 의해서 휨의 정도가 달라지는데 이 휨의 차이에 의해서 압력 센서(203)에 전달되는 전기적 신호가 변화된다.

본 발명 감지부인 압력센서(203)는 FET 형 반도체 센서 구조로서, 반도체 웨이퍼(201)상에 전기적 신호를 감지할 수 있는 센서와 배면에 얇은 막인 다이아프레임으로 구성되어 있다. 압력센서(203)는 용량성 센서 또는 저항성 센서로 구분되는데 어느 방법을 사용하여도 무방하다.

압력센서(203)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(200)는 감지부(100)에서 감지된 정보를 무선 전송한다. 전송부(200)는 무전원 트랜스폰더를 포함하는데, 이로써 전원의 교체 필요가 없어져 혈액 검사 장치의 반영구적인 사용이 가능하게 된다.

전송부(200)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 공급 받을 수 있기 때문이다. 즉, 본 발명의 전송부(200)는 RFID 트랜스폰더(202)를 사용하며, 그 이유는 RFID 트랜스폰더(202)는 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 RFID 트랜스폰더(transponder)(202)는 기전력에 의해 에너지를 유도하여 마이크로 칩을 구동시키고 메모리에 기록된 정보를 리더기로 전송한다.

RFID 트랜스폰더(202)를 설계하기 위해서는 몇 가지 고려할 사항이 있는데 RFID 트랜스폰더(202) 내부에 배터리를 사용하면 인체 내에 삽입할 수 없으므로 내장된 배터리가 없는 수동형의 RFID 트랜스폰더(202)를 만들어야 하므로 자체 구동 전원의 역할을 할 수 있는 회로 설계와 전력소모가 적은 회로 설계를 해야 한다.

도 5 는 압력센서 제작 과정을 도시한 도면으로;

(a)단계는 RFID 회로와 압력센서 제작을 위하여 압저항(piezoresistor) 또는 압용량(piezocapacitor)및 웨이퍼 밑면에 산화막 형성한다.

(b) 단계는 웨이퍼 밑면 에칭을 위하여 이미 제작된 회로부를 보호막으로 보호한다

(c) 단계는 다이아프레임(diaphragm) 에칭을 위하여 웨이퍼 밑면의 산화막을 페터닝한다.

(d) 단계는 다이아프레임 에칭을 실시한다. 일반적으로 TMAH용액 등을 이용한 습식에칭(wet etching)을 사용하나, 경우에 따라서 건식에칭(dry etching)으로 제작할 수 있다.

(e) 단계는 보호막 및 산화막을 제거하고, 완성한다.

도 6 은 도 1 의 전송부의 개략적인 블록도이다.

기본적으로 저주파 대역의 RFID 트랜스폰더 IC 는 반도체 칩과 코일성분을 가지는 루프형 안테나로 구성되어 있다.

본 발명에서는 인체내 이식하는 구조로 되어 있으므로 루프형 안테나를 사용 할 수 없으므로 안테나가 필요없이 충분한 전력이 공급될 수 있는 초단파용 RFID 트랜스폰더 설계가 필요하다.

POR(power-on reset; 410)은 디지털 회로의 동작을 위한 리셋(reset)

기능으로 수신 시스템으로부터 신호를 받으면 센서를 구동시키는 회로이다. 메모리(450)는 사용자의 ID 또는 정보를 보관하기 위한 것으로 전원이 공급되는 동안은 반복적으로 저장 기능을 수행한다.

RFID 트랜스폰더(202)는 RFID 리더기를 근접시키면 전파를 수신한 트랜스폰더(202)에 위치한 송수신 모듈(420)에 유도 전류가 발생하여 소자를 동작시키므로 자체 배터리가 필요 없어 인체에 삽입하여 반영구적으로 사용할 수 있다.

이때, 기전력에 의해 발생한 유도 전류를 이용하여 압력 센서를 동작시켜 생체 정보를 얻은 다음 RFID 트랜스폰더(202)가 획득한 생체 정보를 외부로 전송한다.

감지부(100)와 전송부(200)로 구성된 무선 인체 정보 센서를 동작시키기 위해서는 수백 uW 의 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 6 에서 먼저 수신 시스템이 접근을 하면 안테나에서 에너지가 유도되어 감지부(100)와 전송부(200)를 구동시킨다.

이어서, 감지부(100)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 감지부(100)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 처리 하기 위해서는 디지털 신호가 필요하기 때문이다.

A/D 변환기(470)에서 받은 신호는 마이크로 프로세서(490)로 전달되어 메모리(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.

감지부(100), 및 전송부(200)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.

감지부(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 7 은 무선 바이오센서 활용 방법을 도시한 도면이다.

(a)로 도시한 도면은 인체의 혈관(601)에 일체형 센서(300)를 부착하여 정보를 얻는 방법을 나타낸 것이며 (b)에 도시한 도면은 많이 활용되고 있는 인공 혈관(602)을 이용하는 것으로 인공 혈관(602) 가공시 일체형 센서(300)을 튜브 형태의 혈관 내부에 장착을 한 후 인체에 있는 기존의 혈관에 이식하여 사용하는 것을 제시하는 방법이며 의료 기술 및 전자 기술의 발달로 인하여 여러가지 더 좋은 방법은 계속해서 생겨날 것으로 예상된다.

도 4 의 혈압, 맥파 검사 장치는 반도체 제작 기술을 이용하여 압력센서(203), RFID 트랜스폰더(202) 및 다이아프레임(204)을 반도체 웨이퍼(201) 상에 일체화하여 제작할 수 있다.

SOC(system on chip) 형태로 제작하는 경우 혈액 검사 장치의 크기를 매우 작게 구현할 수 있다.

본 발명은 환자가 직접 진단을 하지 않고서도 반복적으로 용이하게 혈압 및 맥파 정보를 얻을 수 있도록 인체 내에 측정 센서를 삽입하여 사용하는 구성을 가진다.

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

도 1 은 본 발명에 따른 체내 이식형 혈압,맥파 측정 센서의 일 실시예의 개략적인 블록도.

도 2 는 도 1 에서의 센서 정보를 수신할 수 있는 무선 수신 시스템의 개략적인 블록도.

도 3 은 무선 수신 시스템의 정보 전달 방법 도시도.

도 4 는 무선 바이오센서의 원칩 구조도.

도 5 은 압력센서 제작 과정도.

도 6 는 RFID 트랜스폰더 블록도.

도 7 은 무선 바이오센서 활용 방법의 예를 도시한 도면

Claims (4)

1. 혈압, 맥파를 측정할 수 있는 감지부;

   상기 감지부에서 감지된 정보를 무선 전송하는 전송부를 포함하되 반도체 공정에 의해 하나의 칩상에 형성되는 혈압,맥파 측정 센서;

   상기 센서로부터 정보를 읽을 수 있는 RFID 리드기로 구성되어 있는 무선 수신 시스템;

   상기 수신 시스템에 정보가 저장되는 장소가 이동 저장 장치이고 측정된 정보가 LCD 화면에 나타나고 또한 위급한 상황일 경우 경고음을 울릴 수 있도록 스피커를 더 포함하는 것 특징으로 하는 체내 이식형 혈압,맥파 측정 센서와 수신 시스템
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 감지부는 혈관에 흐르는 혈액의 압력을 측정할 수 있는 압력센서를, 상기 전송부는 무전원 RFID 트랜스폰더를 포함하는 것을 특징으로 특징으로 하는 체내 이식형 혈압, 맥파 측정 센서와 수신 시스템
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 감지부, 및 전송부를 외부와 절연시키는 절연부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 체내 이식형 혈압, 맥파 측정 센서와 수신 시스템
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 저장된 정보가 무선 송수신 시스템에 장치된 USN 모듈을 통하여 무선으로 컴퓨터에 전송되는 것을 특징으로 하는 체내 이식형 혈압, 맥파 측정 센서와 수신 시스템

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