KR20110110544A

KR20110110544A - 인체 이식형 무선 통신 시스템

Info

Publication number: KR20110110544A
Application number: KR1020100029925A
Authority: KR
Inventors: 김영환; 정하중; 박창원; 송종익
Original assignee: 전자부품연구원
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2010-04-01
Publication date: 2011-10-07
Also published as: KR101121611B1

Abstract

본 발명은 인체 이식형 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 인체이식형 의료장치(100)와 인체 외부장치(200) 간에 양방향 통신을 이루는 인체 이식형 무선 통신 시스템에 있어서, 상기 인체 이식형 의료장치(100) 또는 인체 외부장치(200)로부터 전송된 제1 RF 신호를 수신하는 수신부(310)와, 수신된 제1 RF 신호를 증폭하는 제1 증폭기(320)와, 증폭된 제1 RF 신호에서 데이터신호를 검출하는 FM 디텍터(330)와, 검출된 데이터 신호를 전송지연 시간 후에 설정된 공간 시간 코드기법으로 인코딩하는 인코더(340)와, 인코딩된 데이터 신호를 전송가능한 제2 RF 신호로 변조하는 전송 모듈레이터(350)와, 변조된 제2 RF 신호의 전력을 증폭하는 제2 증폭기(360)와, 증폭된 제2 RF 신호를 송신하는 송신부(370)가 구비된 인체부착형의 외부 RF 모듈(300)을 더 포함하되, 상기 인체이식형 의료장치(100)와 인체 외부장치(200)는 각각, 데이터 신호 전송 시 전송할 데이터 신호를 제1 RF 신호로 변조할 수 있도록 공간 시간 코드(space time code)기법으로 인코딩하며, 데이터 신호 수신 시 전송된 제1 RF 신호와 제2 RF 신호를 행렬 연산식에 의한 알라무티 기법으로 디코딩하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 인체이식형 무선 통신 시스템에서 인체부착형의 외부 RF 모듈을 더 구비하여 공간 시간 코드 기법과, 심볼의 딜레이를 적용함으로써, 송신시 2개의 안테나를 사용하는 효과를 얻을 수 있고, 수신시 전송오류에 의한 전력손실을 줄일 수 있다. 또한, 외부 RF 모듈이 전송신호의 전력를 증폭하여 송신함으로써, 원거리의 인체 외부장치와도 통신이 가능하다. 이에 따라, 저전력인 인체이식형 의료장치의 단점을 극복하여, 의료정보에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.

Description

인체 이식형 무선 통신 시스템{Medical Implant Communications System}

본 발명은 공간 시간 코드(Space time code)기법을 이용한 인체 이식형 무선 통신 시스템에 관한 것이다.

의료전용 무선통신 기술에 사용되는 통신망(WBAN : Wireless Body Area Network)은 인체 내부에 이식한 장비를 인체 외부에서 모니터링하는 인체 이식형(In-body) 의료분야에서 사용되는 통신망과, 인체 표면이나 3~5미터내 인체의 주변에서 일어나는 인체 부착형(on/out-body) 의료분야에서 사용되는 통신망으로 정의할 수 있다.

여기서, 인체 이식형 의료분야에 적용되는 인체 이식형 무선 통신 시스템(MICS : Medical Implant Communications System)은, 도 1에서와 같이, 인체 내부의 인체 이식형 의료 장치(100)와 인체 외부장치(200) 간에 양방향 통신을 제공한다. 인체 이식형 의료장치(100)로는 이식형 제세동기(Implantable Cardioverter Defibrillator), 심장 박동기(Pacemaker), 드러그 딜리버리(Drug Delivery), 뇌심부 자극기(Deep Brain Stimulator) 등을 예로 들 수 있다. 이러한 인체 이식형 의료 장치(100)들은 사람의 생체 신호를 측정하여 인체 외부장치(200)인 코디네이터(coordinator)와 무선으로 데이터를 주고 받는다. 또한, 인체 외부장치(200)는 프로그램된 시스템에 의해서 정기적 추적치료(Clinic Follow up), 중앙 감시(Central Monitoring), 긴급호출 및 관리 등을 하는 관리 장치(미도시)와 통신함으로써, 사람의 심장 박동조절, 통증 조절, 약물 투여, 요실금 조절, 당뇨병 인슐린 조절 등과 같은 광범위한 치료적 기능을 수행하게 된다.

그런데, 인체 이식형 의료장치는 인체 이식에 따른 특성상 배터리의 사용이 반영구적으로 요구되며, 이에 따라 저전력 통신을 이용한다. 저전력 통신을 하기 위해서는 주파수 편이 방식 혹은 진폭 편이 방식의 변복조 방식이 사용된다.

한편, 인체는 물, 섬유질 및, 뼈와 같은 다양한 성분으로 구성되어 있어 공기보다 전파의 감쇄가 크게 일어난다. 이에 따라, 인체 이식형 의료 장치(100)와, 인체 외부장치(200) 간의 통신시 인체 특성에 따른 전파의 감쇄로 인해 전송오류가 빈번하게 발생된다. 이것은, 재전송으로 인한 전력손실을 초래하여 저전력인 인체 이식형 의료 장치(100)의 배터리 수명에 악영향을 미친다. 또한, 이와 같은 인체 이식형 무선 통신 시스템의 인체 이식형 의료 장치(100)와 인체 외부장치(200) 간의 통신은 3m 정도의 근거리 통신만이 가능하였다.

이에 따라, 인체 이식형 무선 통신 시스템에서 인체 특성에 따른 전력손실을 줄이고, 통신 가능한 거리를 넓히기 위한 다양한 방안이 연구되었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전송 오류에 의한 전력손실을 줄이고, 인체 이식형 의료 장치(100)와 인체 외부장치(200) 간 통신 거리를 보다 넓힐 수 있는 인체 이식형 무선 통신 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 인체 이식형 무선 통신 시스템은, 인체이식형 의료장치와 인체 외부장치 간에 양방향 통신을 이루는 인체 이식형 무선 통신 시스템에 있어서,

상기 인체 이식형 의료장치 또는 인체 외부장치로부터 전송된 제1 RF 신호를 수신하는 수신부와, 수신된 제1 RF 신호를 증폭하는 제1 증폭기와, 증폭된 제1 RF 신호에서 데이터신호를 검출하는 FM 디텍터와, 검출된 데이터 신호를 설정된 공간 시간 코드기법으로 인코딩하는 인코더와, 인코딩된 데이터 신호를 전송가능한 제2 RF 신호로 변조하는 전송 모듈레이터와, 변조된 제2 RF 신호의 전력을 증폭하는 제2 증폭기와, 증폭된 제2 RF 신호를 송신하는 송신부가 구비된 인체부착형의 외부 RF 모듈을 더 포함하되,

인체이식형 의료장치와 인체 외부장치는 각각, 데이터 신호 전송 시 전송할 데이터 신호를 제1 RF 신호로 변조할 수 있도록 설정된 공간 시간 코드(space time code)기법으로 인코딩하며, 데이터 신호 수신 시 전송된 제1 RF 신호와 제2 RF 신호를 행렬 연산식에 의한 설정된 알라무티 기법으로 디코딩하는 방식으로 양방향 통신을 하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 외부 RF 모듈의 인코더는 검출된 데이터 신호를 전송지연 시간 후에 설정된 공간 시간 코드기법으로 인코딩하는 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 인체이식형 무선 통신 시스템에서 인체부착형의 외부 RF 모듈을 더 구비하여 공간 시간 코드 기법과, 심볼의 딜레이를 적용함으로써, 송신시 2개의 안테나를 사용하는 효과를 얻을 수 있고, 수신시 전송오류에 의한 전력손실을 줄일 수 있다. 또한, 외부 RF 모듈이 전송신호의 전력를 증폭하여 송신함으로써, 원거리의 인체 외부장치와도 통신이 가능하다. 이에 따라, 저전력인 인체이식형 의료장치의 단점을 극복하여, 의료정보에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 인체 이식형 무선 통신 시스템을 나타내며,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 인체 이식형 무선 통신 시스템을 나타내고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 외부 RF 모듈의 구성 블록도를 나타내며,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 외부 RF 모듈 인코더의 공간 시간 코드 기법과 심볼의 딜레이가 적용된 전송 데이터를 나타내고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 외부 RF 모듈을 이용한 인체 이식형 무선 통신 시스템의 공간 시간 코드 기법을 나타낸다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 공지 구성에 대한 구체적인 설명 또는 당업자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인체 이식형 무선 통신 시스템(MICS : Medical Implant Communications System)은 인체이식형 의료장치(100)와 인체 외부장치(200) 간에 양방향 통신을 이루는 인체 이식형 무선 통신 시스템에 있어서, 인체 부착형의 외부 RF 모듈(300)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 외부 RF 모듈(300)은 도 3에서와 같이, 인체 이식형 의료장치(100) 또는 인체 외부장치(200)로부터 전송된 제1 RF 신호를 수신하는 수신부(310)와, 수신된 제1 RF 신호를 증폭하는 제1 증폭기(320)와, 증폭된 제1 RF 신호에서 데이터신호를 검출하는 FM 디텍터(330)와, 검출된 데이터 신호를 설정된 공간 시간 코드기법으로 인코딩하는 인코더(340)와, 인코딩된 데이터 신호를 전송가능한 제2 RF 신호로 변조하는 전송 모듈레이터(350)와, 변조된 제2 RF 신호의 전력을 증폭하는 제2 증폭기(360)와, 증폭된 제2 RF 신호를 송신하는 송신부(370)가 구비된다. 참고로, 제1 증폭기(320)는 선형 증폭기(Linear Amplifier)를 의미하며, 제2 증폭기(360)는 전력 증폭기(Power Amplifier)를 의미하며, 상기 외부 RF 모듈(300)은 수신된 제1 RF 신호와 송신할 제2 RF 신호의 위상을 동기시키는 위상동기회로(380)(PLL; Phase-locked loop)를 포함한다.

이 때, 상기 인체이식형 의료장치(100)와 인체 외부장치(200)는 각각, 데이터 신호 전송 시 전송할 데이터 신호를 제1 RF 신호로 변조할 수 있도록 설정된 공간 시간 코드(space time code)기법으로 인코딩하며, 데이터 신호 수신 시 전송된 제1 RF 신호와 제2 RF 신호를 행렬 연산식에 의한 설정된 알라무티(Alamouti) 기법으로 디코딩하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 외부 RF 모듈(300)의 인코더(340)는 검출된 데이터 신호를 전송지연 시간 후에 설정된 공간 시간 코드기법으로 인코딩하는 것이 바람직하다.

보다 구체적으로, 도 4 및 도 5는 인체 이식형 무선 통신 시스템의 양방향 통신 중 인체 이식형 의료 장치(100)로부터 인체 외부장치(200)로 통신이 이루어지는 경우를 나타내는 것으로서, 인체 이식형 의료장치(100)의 전송 데이터가 X₁, X₂ 인 경우, 인체 이식형 의료장치(100)는 해당 전송 데이터를 설정된 설정된 공간 시간 코드 기법으로 인코딩하여 X₁, -X₂ ^*의 데이터 신호를 갖는 제1 RF 신호를 인체 외부장치(200)로 전송하게 된다. 한 편, 인체 부착형의 외부 RF 모듈(300)은 제1 RF 신호의 X₁, -X₂ ^*의 데이터 신호를 검출하여 전송지연에 따른 빈 타임 슬롯(time slot)을 적용한 후 다음 타임 슬롯에서 설정된 공간 시간 코드 기법으로 인코딩하여 X₂, X₁ ^*의 데이터 신호를 갖는 제2 RF 신호를 증폭하여 인체 외부장치(200)로 전송하게 된다. 이에 따라, 인체 외부장치(200)는 도 5와 같이, 인체 이식형 의료장치(100)로부터 제1 RF 신호의 X₁, -X₂ ^*의 데이터 신호를 검출하고, 외부 RF 모듈(300)로부터 제2 RF 신호의 X₂, X₁ ^*의 데이터 신호를 검출하여, 행렬 연산식을 의한 설정된 알라무티 기법으로 디코딩함으로써, X₁, X₂의 데이터를 얻게 된다. 여기서, 외부 RF 모듈(300)의 인코더(340)가 전송받은 데이터 신호의 심볼만큼의 전송지연을 발송시킴으로써 순차적인 진행이 가능하게 된다. 또한 전송 지연에 따른 통신 프로토콜 및, 공간 시간 코드 기법과 알라무티 기법에 의한 알고리즘은 이미 공지된 기술이므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

이에 따라, 본 발명에 따른 인체 이식형 무선 통신 시스템은 알라무티(Alamouti) 구조 중 2개의 송신 안테나와 1개의 수신 안테나를 이용한 다이버시티 기법과 같은 효과를 얻을 수 있게 된다. 즉, 본 발명의 외부 RF 모듈(300)은 인체 이식형 의료장치(100)와 인체 외부장치(200)의 사이에서 양방향 통신시 추가적인 송신 안테나의 기능을 수행하게 된다. 따라서, 코딩 이득과 다이버시티 이득을 동시에 얻을 수 있어 패킷오류율을 감소시켜 전송오류에 의한 전력손실을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명은 도 4 및 도 5를 이용하여 인체 이식형 의료 장치(100)로부터 인체 외부장치(200)로 통신이 이루어지는 경우의 인체 이식형 무선 통신 시스템을 설명하였으나, 인체 외부장치(200)로부터 인체 이식형 의료 장치(100)로 통신이 이루어지는 경우도 외부 RF 모듈(300)을 이용하여 같은 방법으로 통신이 이루어진다.

또한, 상기 외부 RF 모듈(300)이 제2 증폭기(360)를 통해 전송신호의 전력을 증폭하여 송신함으로써, 원거리의 인체 외부장치(200)와도 통신이 가능하다. 이에 따라, 저전력인 인체이식형 의료장치(100)의 단점을 극복하여, 의료정보에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.

이상, 본 발명에 대하여 도면과 실시예를 가지고 설명하였으나, 본 발명은 특정 실시예에 한정되지 않으며, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서 많은 수정과 변형이 가능함을 이해할 것이다. 또한, 상기 도면은 발명의 이해를 돕기 위해 도시된 것으로서, 청구범위를 한정하도록 이해해서는 아니될 것이다.

1 : 인체 100 : 인체 이식형 의료장치
200 : 인체 외부장치 300 : 외부 RF 모듈
310 : 수신부 320 : 제1 증폭기
330 : FM 디텍터 340 : 인코더
350 : 전송 모듈레이터 360 : 제2 증폭기
370 : 송신부 380 : 위상동기회로

Claims

인체이식형 의료장치(100)와 인체 외부장치(200) 간에 양방향 통신을 이루는 인체 이식형 무선 통신 시스템에 있어서,
상기 인체 이식형 의료장치(100) 또는 인체 외부장치(200)로부터 전송된 제1 RF 신호를 수신하는 수신부(310)와, 수신된 제1 RF 신호를 증폭하는 제1 증폭기(320)와, 증폭된 제1 RF 신호에서 데이터신호를 검출하는 FM 디텍터(330)와, 검출된 데이터 신호를 설정된 공간 시간 코드기법으로 인코딩하는 인코더(340)와, 인코딩된 데이터 신호를 전송가능한 제2 RF 신호로 변조하는 전송 모듈레이터(350)와, 변조된 제2 RF 신호의 전력을 증폭하는 제2 증폭기(360)와, 증폭된 제2 RF 신호를 송신하는 송신부(370)가 구비된 인체부착형의 외부 RF 모듈(300)을 더 포함하되,
인체이식형 의료장치(100)와 인체 외부장치(200)는, 데이터 신호 전송 시 전송할 데이터 신호를 제1 RF 신호로 변조할 수 있도록 설정된 공간 시간 코드(space time code)기법으로 인코딩하며, 데이터 신호 수신 시 전송된 제1 RF 신호와 제2 RF 신호를 행렬 연산식에 의한 설정된 알라무티 기법으로 디코딩하는 방식으로 양방향 통신을 하는 것을 특징으로 하는 인체 이식형 무선 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 외부 RF 모듈(300)의 인코더(340)는 검출된 데이터 신호를 전송지연 시간 후에 설정된 공간 시간 코드기법으로 인코딩하는 것을 특징으로 하는 인체 이식형 무선 통신 시스템.