KR20100073843A - Apparatus for measuring bio-information using energy harvest - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 생체정보 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 생체의 움직임을 전기에너지로 저장해서 생체 움직임 측정의 에너지원으로 사용하는, 에너지 하베스트를 이용한 생체정보 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a biometric information measuring apparatus, and more particularly, to a biometric information measuring apparatus using an energy harvest, which stores the movement of a living body as electrical energy and uses it as an energy source for measuring the living body movement.
유헬스(U-Health) 서비스를 제공받기 위해, 환자들이 현재 사용하고 있는 생체정보 측정기는 일상적으로 볼 수 있는 가정용 의료기기 내/외부에 네트워크 모듈을 추가적으로 탑재하는 방식을 취하고 있으며, 이러한 생체정보 측정기에서 수집된 환자의 생체정보가 해당 생체정보 측정기에 부착된 네트워크 모듈을 통해 기설정된 원격지 서버로 전송된다.In order to provide U-Health service, the biometric information measuring instruments currently used by patients take a method of additionally installing a network module inside / outside home medical devices that are commonly seen. The patient's biometric information collected at is transmitted to a predetermined remote server through a network module attached to the biometric information measuring instrument.
이러한 생체정보 측정기와 관련하여 현재까지 개발되고 있는 사항을 살펴보면, 생체정보를 수집하기 위해 어떤 센서, 얼마나 정밀한 센서를 만들 것이냐 혹은 생체정보 측정기에 어떤 통신방식을 지원하는 네트워크 모듈을 탑재할 것이냐, 탑 재한다면 어떤 방식으로 탑재할 것이냐 등을 이슈로 하고 있다. Looking at the current developments related to such a biometric measuring device, what kind of sensor and how accurate sensor will be made to collect the biometric information, or what communication method will be equipped in the biometric information measuring instrument? If so, how do you mount it?
그러나, 유헬스 서비스가 안정적으로 제공되기 위해서는, 위에서 언급된 이슈들도 중요하지만, 생체정보 측정기가 구동되기 위해서 필요한 전원을 어떤 방식으로 공급할 것인가에 대한 기술개발도 그 못지 않게 중요하다.However, in order to provide stable U-health services, the above-mentioned issues are important, but technology development of how to supply the power necessary to operate the biometric measuring instrument is equally important.
현재까지 환자들이 사용하고 있는 대부분의 휴대형 생체정보 측정기는 일반 건전지(예를 들어, AA형, AAA형 등), 리튬셀전지 등과 같이 일정기간을 사용하면 교체해야 하는 특성을 갖는 전지로부터 필요 전원을 공급받는 방식을 취하거나, 충전기를 이용한 전기 충전방식을 취하고 있다.Most portable biometric measuring instruments used to date have been powered by batteries that have characteristics that need to be replaced after a certain period of time, such as ordinary batteries (for example, AA, AAA, etc.) or lithium cell batteries. It takes a method of receiving or an electric charging method using a charger.
상기와 같은 전지 공급 방식은 생체정보 측정기를 사용하는 사용자들이 주기적으로 전원을 확인하여, 새로운 건전지로 교체하거나 또는 충전해야 하기 때문에, 만약 사용자들이 전원부분을 확인해 주지 않는다면, 생체정보 측정을 시발점으로 하는 유헬스(u-health) 서비스의 근간이 흔들리는 문제가 있다.In the battery supply method as described above, users who use the biometric information device must periodically check the power supply and replace or recharge it with a new battery. There is a problem that the basis of u-health service is shaken.
특히, 유헬스(u-health) 서비스에 대해 상대적으로 높은 수용도를 지닌 관상동맥질환자들이 사용하는 휴대형 패치 심전도기에 있어서, 관상동맥질환자들이 일일히 자신이 사용하는 패치 심전도기의 전원을 확인해야 한다는 것은 유헬스 서비스의 활성화를 가로막는 장애 요소가 된다.In particular, in the portable patch electrocardiograph used by coronary artery disease patients with relatively high acceptance for u-health service, it is necessary for the coronary artery disease patients to check the power supply of the patch electrocardiograph used by them daily. It is an obstacle to the activation of u-health services.
상기와 같은 종래기술은 생체정보 측정 장치에서 건전지 등과 같은 별도의 에너지원을 이용함으로써 일정시간 경과 후에는 에너지원을 교체하거나 에너지를 보충(충전)해주어야 하는 문제점이 있으며, 이러한 문제점을 해결하고자 하는 것이 본 발명의 과제이다.The prior art as described above has a problem in that by using a separate energy source such as a battery in the biometric information measuring device to replace the energy source or replenish (charge) the energy after a certain time, to solve this problem It is a subject of the present invention.
따라서 본 발명은 생체의 움직임을 전기에너지로 저장해서 생체 움직임 측정의 에너지원으로 사용할 수 있게 하는, 에너지 하베스트를 이용한 생체정보 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a bioinformation measuring device using energy harvesting, which can store the movement of a living body as electric energy so that it can be used as an energy source for measuring living body movement.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention which are not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. Also, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.
본 발명은 상기와 같은 목적을 해결하기 위하여, 생체의 움직임을 전기에너지로 저장하고, 그 저장된 전기에너지를 이용하여 생체 움직임을 측정하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above object, the present invention is characterized by storing the movement of the living body as electrical energy, and measuring the movement of the living body using the stored electrical energy.
더욱 구체적으로 본 발명은, 에너지 하베스트를 이용한 생체정보 측정 장치 에 있어서, 생체의 운동에 따라 진동을 발생시키기 위한 측정 전극; 상기 발생한 진동을 전기에너지로 변환하기 위한 압전 수단; 상기 전기 에너지를 충전하기 위한 충전 수단; 및 상기 충전된 전기에너지를 에너지원으로 하여 생체 정보를 획득하기 위한 측정 수단을 포함한다.More particularly, the present invention provides a biometric information measuring apparatus using energy harvesting, comprising: a measuring electrode for generating a vibration in accordance with movement of a living body; Piezoelectric means for converting the generated vibration into electrical energy; Charging means for charging said electrical energy; And measurement means for acquiring biometric information using the charged electrical energy as an energy source.
상기와 같은 본 발명은, 패치형 심전도기에서 필요로 하는 전원을 자신의 심장박동으로 확보함으로써, 관상동맥질환자가 자신이 사용하는 패치형 심전도기의 전원을 주기적으로 검사하여 전원을 교체해야 하는 번거로움을 제거하는 효과가 있다. The present invention as described above, by securing the power required by the patch-type electrocardiograph with its own heart rate, the coronary artery disease patient to periodically check the power supply of the patch-type electrocardiogram used by the patient to eliminate the need to replace the power source It works.
또한, 본 발명은, 패치형을 지향하는 체온측정 장치나 태아 움직임 감지 장치 등에도 다양하게 적용할 수 있는 효과가 있다. In addition, the present invention, there is an effect that can be applied to a variety of body temperature measuring apparatus or fetal motion detection device for the patch type.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실 시예를 상세히 설명하기로 한다.The foregoing and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: There will be. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 관상동맥질환자를 대상으로 하는 유헬스 서비스 시스템의 구성예시도이다.1 is an exemplary configuration of a u-health service system for a coronary artery disease patient.
일반적인 u-Health 시스템은 패치형 심전도 측정장치(11), 헬스 게이트웨이(12), 유헬스 서비스 서버(13), 담당 주치의 단말(14), 환자 단말(15)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 유헬스 서비스 서버(14)는 원격 모니터링 시스템이라 할 수 있다.A general u-Health system includes a patch-
본 발명에서는 패치형 심전도 측정장치(11)의 전원공급방식을 새롭게 제안하는 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같은 각 컴포넌트 간의 연관관계에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. In the present invention, as a new power supply method of the patch-type
도 1에서 패치형 심전도 측정장치(11)는 파스와 같이 얇은 두께의 판상 형태를 갖는 생체정보 측정 장치의 일종으로서, 심장질환자의 가슴 중앙에 부착되어 심장질환자의 심박동 움직임을 센싱(측정)하고, 그 센싱된 데이터를 무선통신방식을 사용하여 헬스 게이트웨이(12)에 전달하는 기능을 담당한다. In FIG. 1, the patch-
유헬스 서비스 서버(14)는 헬스 게이트웨이(12)를 통하여 수신한 생체 정보를 담당 주치의사 단말(14)에 전달한다. 그러면, 담당 주치의사는 수집된 생체정보를 분석하고, 그 결과를 환자의 단말(15)에 전송하여 준다. The u-health service server 14 transmits the biometric information received through the
또한, 담당 주치의사는 수집된 생체정보를 분석하고, 그 결과에 기초하여 패치형 심전도 측정장치(11)의 전송 주기를 설정/변경할 수도 있다.In addition, the attending physician may analyze the collected biometric information and set / change the transmission cycle of the patch-
도 2는 본 발명에 따른 패치형 심전도 측정 장치의 일실시예 구성도로서, 심박동을 에너지원으로 하여, 유헬스 서비스와 연결되는 패치형 심전도 측정 장치를 나타낸다. Figure 2 is a configuration diagram of an embodiment of a patch-type electrocardiogram measuring apparatus according to the present invention, showing a patch-type electrocardiogram measuring apparatus connected to the U-health service using a heart rate as an energy source.
최근 각광을 받고 있는 에너지 하베스트(Energy Harvest) 기술은 주변에 존재하는 진동(생체 움직임에 의한 진동 포함), 열, 빛 등의 에너지를 변환 소재를 통하여 전기에너지로 변환하는 기술이며, 특히 진동 에너지는 압전 효과, 정전 효과 등을 이용하여 전기에너지로 변환하는 것이다. 여기서, 압전 효과 방식은 진동에 의하여 압력이 발생하면 전기가 유도되는 현상을 이용하는 것으로 압전 재료로는 고분자, 다결정, 단결정, 복합재료 등이 사용된다. 이러한 에너지 하베스트의 일환으로 본 발명은 탄생하게 되었다.Energy Harvest (Energy Harvest) technology, which has recently been in the spotlight, is a technology that converts energy such as vibration (including vibration caused by biological movement), heat, and light that exist in the surroundings into electrical energy through a conversion material. It converts into electrical energy using a piezoelectric effect, an electrostatic effect, or the like. Here, the piezoelectric effect method uses a phenomenon in which electricity is induced when a pressure is generated by vibration. As the piezoelectric material, a polymer, a polycrystal, a single crystal, a composite material, or the like is used. As part of this energy harvest, the present invention was born.
본 발명에 따른 패치형 심전도 측정 장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 인체접합부(20), 심전도 측정 전극(21), 압전 센서(22), 전지부(충전부)(23), 및 심전도 측정/전송부(24)를 포함하여 이루어진다.Patch electrocardiogram measuring apparatus according to the present invention, as shown in Figure 2, the
본 발명에서는 일반적인 패치 개념에 근접한 심전도 측정 장치를 구현하기 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 패치형 심전도 측정 장치를 3개의 단위 모듈과 1개의 전지부(충전부)로 구성한다. In the present invention, in order to implement an electrocardiogram measuring apparatus close to the general patch concept, as shown in Figure 2, the patch-type electrocardiogram measuring apparatus is composed of three unit modules and one battery unit (charge unit).
가슴 접합부(20)는 두께가 얇은 패치 형태의 부직포(예를 들어, 속칭 "파스"의 형태)로서, 환자의 심박동(생체 움직임, 즉 생체 운동)을 아날로그 신호(진동)로 감지하기 위해 적어도 3개의 심전도 측정 전극(21)을 패치의 일면에 포함하며, 심전도 측정 전극(21)이 있는 패치 면에는 생체적합성 접착제가 도포되어 있다.
이때, 심전도 측정 전극(21)은 일반적인 전극이 아닌 심박동(생체의 움직임)에 따라 진동(아날로그 신호)을 발생시키는 것으로서, 압력 센서 등과 같은 각종 생체 측정용 전극이 해당된다.In this case, the electrocardiogram measuring electrode 21 generates vibration (analog signal) according to the heartbeat (movement of a living body) instead of a general electrode, and corresponds to various biometric electrodes such as a pressure sensor.
본 발명은 심전도 측정 전극(21)을 통하여 발생시킨 진동(진동신호)을 전기에너지로 변환하고(압전 센서), 또한 그 진동을 통하여 해당 생체정보를 획득하는 것이다.The present invention converts the vibration (vibration signal) generated through the electrocardiogram measuring electrode 21 into electrical energy (piezoelectric sensor), and obtains the corresponding biometric information through the vibration.
먼저, 에너지 하베스트를 이용한 충전 기능에 대하여 설명하기로 한다.First, the charging function using the energy harvest will be described.
압전 센서(22)는 심전도 측정 전극(21)을 통하여 발생한 진동(진동신호)을 전기에너지로 변환하는 것으로서, 도 2에 도시된 바와 같이 감지부(221) 및 발전회로(222)를 포함하여 이루어진다. The
여기서, 감지부(221)는 심전도 측정 전극(21)을 통하여 발생한 진동(진동신호)에 대한 압력량을 감지하고, 발전회로(222)는 감지된 압력량에 기초하여 전기를 유도한다. 즉, 발전회로(222)는 진동(운동 에너지)을 전기 에너지로 변환한다.Here, the
그러면, 전지부(충전부)(23)는 발전회로(222)에서 출력되는 전기 에너지를 충전하며, 이렇게 충전된 전기 에너지는 심전도 측정/전송부(24)의 각 구성요소에 공급된다. 여기서, 전지부(충전부)(23)는 심전도 측정/전송부(24)에 전기에너지를 공급한다는 면에서는 전지부(전원부)이고 생체 운동에 따른 전기에너지를 저장한다는 면에서는 충전부라 할 수 있는 바, 충전부 또는 전지부 중 어느 것이라 칭할 수도 있다. Then, the battery unit (charge unit) 23 charges the electric energy output from the power generation circuit 222, the electric energy thus charged is supplied to each component of the ECG measurement /
상기와 같은 생체 움직임을 전기 에너지로 변환하여 사용함으로써, 전지를 교체 등과 같은 불편함을 해소할 수 있다.By converting and using the above-mentioned living body movement into electrical energy, inconvenience such as replacing the battery can be eliminated.
다음으로, 심전도 측정/전송부(24)는 심전도를 측정하고 그 측정 결과를 외부에 전송하는 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 심전도신호 증폭 회로(241), 신호잡음제거 필터 회로(242), 아날로그/디지털 변환기(AD 변환기)(243), 및 무선 전송 모듈(244)을 포함하여 이루어진다. 이하, 각각의 구성요소에 대하여 설명하면 다음과 같다.Next, the electrocardiogram measuring / transmitting
심전도신호 증폭 회로(241)는 심전도 측정 전극(21)을 통하여 발생한 진동(진동신호)을 증폭하는 기능을 수행하고, 신호잡음제거 필터 회로(242)는 심전도신호 증폭 회로(241)의 출력에서 잡음을 제거한다.The electrocardiogram
아날로그/디지털 변환기(AD 변환기)(243)는 신호잡음제거 필터 회로(242)에서 출력되는 신호(아날로그 신호)를 디지털 신호(생체정보 데이터)로 변환한다.An analog-to-digital converter (AD converter) 243 converts a signal (analog signal) output from the signal noise
그러면, 무선 전송 모듈(244)은 무선 통신 방식에 따라 헬스 게이트웨이(12)를 통하여 유헬스 서비스 서버(13)(더욱 구체적으로는, 하나의 기능 블록에 해당하는 원격모니터링부)로 생체정보 데이터(예를 들면, 심전도 데이터, 심박동 데이터 등)를 전송한다. 또한, 실시예에 따라서는 핸드폰, 홈게이트웨이 등으로 전송할 수도 있고, 직접 유헬스 서비스 서버(13)로 전송할 수도 있다.Then, the
무선 전송 모듈(244)은 환자별로 설정된 전송주기(전송 간격)에 따라 생체정보 데이터를 외부로 전송할 수 있는데, 이때 전송 주기는 담당 의사가 환자별로 설정할 수 있다. 이렇게 전송 주기를 조절함으로써 심장박동으로부터 충전되는 전력의 소모를 최소화할 수 있다.The
즉, 무선 전송모듈(244)에 설정되어 있는 환자별 전송주기는, 유헬스 서비스 서버(13)에서 관리하는 생체정보 데이터(예를 들어, 심박동 데이터 등)를 담당 주치의사 단말(14)에서 주기적으로 분석하고 그 분석 결과에 기초하여 담당 주치의가 재설정하는 것이다.That is, in the patient-specific transmission cycle set in the
위에서는 심장박동을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은, 각종 생체의 움직임을 통하여 전기에너지를 충전하고, 이를 다시 생체정보 측정(예를 들어, 체온 측정 등)에 이용할 수 있다. 또한, 제1 생체 움직임(예를 들어, 심장 박동)을 통하여 전기에너지를 충전하고, 이를 이용하여 다른 생체 정보(예를 들어, 체온 측정 등)를 측정하는데 이용할 수도 있다.를Although the above description has been made using a heartbeat as an example, the present invention may be used to charge electrical energy through the movement of various living bodies, and use it again for biometric information measurement (eg, body temperature measurement). In addition, it may be used to charge electrical energy through the first living body movement (for example, heart rate), and use it to measure other living body information (for example, body temperature measurement).
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.On the other hand, the method of the present invention as described above can be written in a computer program. And the code and code segments constituting the program can be easily inferred by a computer programmer in the art. In addition, the written program is stored in a computer-readable recording medium (information storage medium), and read and executed by a computer to implement the method of the present invention. The recording medium may include any type of computer readable recording medium.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited by the drawings.
도 1은 관상동맥질환자를 대상으로 하는 유헬스 서비스 시스템의 구성예시도, 1 is an exemplary configuration diagram of a U-health service system targeting a coronary artery disease patient,
도 2는 본 발명에 따른 패치형 심전도 측정 장치의 일실시예 구성도이다.Figure 2 is a configuration diagram of an embodiment of a patch-type electrocardiograph according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명* Explanation of symbols on the main parts of the drawings
11: 패치형 심전도 측정 장치 20: 인체 접합부11: patch-type electrocardiograph 20: human body junction
21: 심전도 측정 전극 22: 압전 센서21: ECG measuring electrode 22: piezoelectric sensor
23: 전지부(충전부) 23: battery part (charge part)
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---|---|---|---|---|
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-
2008
- 2008-12-23 KR KR1020080132623A patent/KR20100073843A/en not_active Application Discontinuation
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