KR20120011156A - 심장의 전기적 활동신호를 감지해 의료조치를 수행하는 인체이식형 의료장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 심장의 전기적 활동신호를 감지해 의료조치를 수행하는 인체이식형 의료장치에 관한 것으로, 심장 근육층에 삽입되는 (-)극성의 팁 전극과, 팁 전극과 이격 배치되는 (+)극성의 링 전극과, 팁 전극과 링 전극을 각각 개별 고정하는 리드를 갖추고, 심장에 이식되는 2채널의 양극센서(21); 양극센서(21)가 감지한 심장 근육층의 전기에너지를 증폭하는 계측증폭모듈(22); 상기 전기에너지를 필터링하는 대역필터(23); 대역필터(23)에서 필터링된 전기에너지를 디지털신호로 변환하기 위해 증폭하는 센스증폭모듈(24); 센스증폭모듈(24)을 통해 증폭된 전기에너지를 디지털신호로 변환하는 A/D변환모듈(25); 전원(51)으로부터 전달된 에너지를 양극센서(21)로 전송해서, 양극센서(21)가 심장 근육층에 일정한 전압펄스를 가하도록 하는 자극모듈(28); 및 A/D변환모듈(25)로부터 전송된 전기에너지의 형태를 확인하고, 자극모듈(28)의 구동을 제어하는 컨트롤러(26);를 포함하는 것이다.

Description

심장의 전기적 활동신호를 감지해 의료조치를 수행하는 인체이식형 의료장치{Implantable medical device for generating voltage pulse at bring in abnormal electrical activity in the heart}

본 발명은 심장의 전기적 활동신호를 감지해 의료조치를 수행하는 인체이식형 의료장치에 관한 것이다.

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

도 1은 종래 인체 이식형 무선 통신 시스템(MICS : Medical Implant Communications System)의 일실시예를 나타내는 도면으로써, 인체 이식형 무선 통신 시스템은 인체 외부 장치(50)와 인체 내부의 이식형 의료장치(10, 20, 30, 40)의 송수신기간에 양방향 통신을 제공한다. 이식형 의료장치(implantable device)로는 이식형 제세동기(Implantable Cardioverter Defibrillator)(10), 심장 박동기(Pacemaker)(20), 드러그 딜리버리(Drug Delivery)(30), 뇌심부 자극기(Deep Brain Stimulator)(40) 등을 예로 들 수 있다.

이러한 이식형 의료 장치들은 사람의 생체 신호를 측정하여 인체 외부 장치인 코디네이터(coordinator)(50)와 무선으로 데이터를 전송하고 전송받으며, 코디네이터(50)는 프로그램된 시스템에 의해서 정기적 추적치료(Clinic Follow up), 중앙 감시(Central Monitoring), 긴급호출 및 관리 등을 하는 관리장치(60)와 통신함으로써, 사람의 심장 박동조절, 통증 조절, 약물 투여, 요실금 조절, 당뇨병 인슐린 조절 등과 같은 광범위한 치료적 기능을 수행하게 된다. 이때, 이식형 의료 장치(10, 20, 30, 40)와 코디네이터(50) 간에 사용되는 통신망이 상기 의료전용 무선통신 기술에 사용되는 통신망(WBAN)이다.

상기 통신망을 기반으로 한 심장 박동기(20)는 환자의 심장박동 상태를 실시간으로 확인해서 유사시 심장근육에 전기적인 자극을 가할 수 있도록 된 의료장비로, 심장박동 상태는 심전도(electrocardiogram)를 측정해 확인하고, 심전도는 심전도계를 통해 측정된다. 심전도는 널리 알려진 바와 같이, 심장의 수축에 따른 활동 전류 및 활동 전위차를 파상 곡선으로 기록한 도면(도 2 참조)으로, 상기 활동 전류 및 활동 전위차는 상기 심전도계에 의해 측정된다.

이상 설명한 바와 같이, 심장 박동기(20)는 환자의 심장 상태를 심전도 측정을 통해 실시간으로 확인하면서, 불규칙한 심장박동이 확인되면 이에 대응해 문제 발생 상황을 의료진에게 통지하거나, 심장 리듬의 문제를 감지하여 심장이 규칙적이고 제시간에 박동할 수 있도록 전기자극을 보낸다.

한편, 인체 내부는 물과 섬유질, 뼈와 같은 다양한 성분으로 구성되어 있어, 인체 내부의 깊이에 따라 공기 중보다 전파의 감쇄가 크고 전력손실도 커진다. 이것은, 이식형 의료 장치의 배터리 수명에 악영향을 끼친다. 이에 따라, 이식형 의료 장치의 인체 내부에 적용되는 무선 통신망에서 통신 중 전력손실을 줄이기 위한 다양한 방안이 연구되었다. 그 중 하나가 통신용 프레임 구조에 관한 것이다.

도 3은 종래기술에 따른 통신용 프레임 구조의 일실시예를 나타내는 도면으로서, 종래기술에 따른 통신용 프레임 구조는 크게 PHY 헤더부, MAC 헤더부 및 페이로드부(Payload)를 포함한다. PHY 헤더부는 수신부와의 동기화를 이루기 위한 PS(Preamble Sequence)정보필드와, 프레임의 시작을 알리기 위한 SFD(Start of Frame Delimiter)정보필드와, 프레임의 전체 크기를 나타내는 FL(Frame Length)정보필드를 포함하며, MAC 헤더부는 프레임의 유형을 나타내는 FT(Frame Type) 정보필드와, 프레임의 순서를 체크하기 위한 SN(Sequence Number) 정보필드와, 발신자와 수신자 간의 접속을 이루기 위한 발신자 및 수신자(Source & Destination : S&D) 정보필드를 포함하고, 페이로드부는 전송할 데이터 정보인 페이로드 정보와 프레임의 에러유무를 체크하기 위한 FCS(Frame Check Sequence)정보를 포함한다.

그런데, 도 3에서와 같이, 종래기술에 따른 통신용 프레임 구조의 경우 인체이식형 의료 장치를 위한 무선통신망에서 사용되는 송수신기간의 데이터 전송 중 페이로드부의 일부에 전송 에러가 발생하게 되면, 다시 전체 프레임을 처음부터 재전송 요구하여 수신받게 된다. 이 경우, 프레임 단위로 재전송이 이루어지게 되므로, 송수신 데이터량이 늘어나게 되어 전력손실이 커진다. 이로 인해, 이식형 의료 장치들의 배터리 수명이 보다 빠르게 단축되는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위해 발명된 것으로, 심장박동 상태를 지속적으로 감지하면서 심장박동의 다양한 변화를 관측해서, 유사시 심장박동의 안정화를 위한 후속조치가 신속히 이루어질 수 있도록 하고, 인체이식형 의료 장치를 위한 무선통신망에서 사용되는 송수신기간의 데이터 전송 중 페이로드부의 일부에 전송 에러가 발생하면, 페이로드부의 해당 부분만 재전송을 요구하여 수신함으로써, 데이터 통신량과 전력손실을 줄이는 심장의 전기적 활동신호를 감지해 의료조치를 수행하는 인체이식형 의료장치의 제공을 기술적 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

심장 근육층에 삽입되는 (-)극성의 팁 전극과, 팁 전극과 이격 배치되는 (+)극성의 링 전극과, 팁 전극과 링 전극을 각각 개별 고정하는 리드를 갖추고, 심장에 이식되는 2채널의 양극센서;

양극센서가 감지한 심장 근육층의 전기에너지를 증폭하는 계측증폭모듈;

상기 전기에너지를 필터링하는 대역필터;

대역필터에서 필터링된 전기에너지를 디지털신호로 변환하기 위해 증폭하는 센스증폭모듈;

센스증폭모듈을 통해 증폭된 전기에너지를 디지털신호로 변환하는 A/D변환모듈;

전원으로부터 전달된 에너지를 양극센서로 전송해서, 양극센서가 심장 근육층에 일정한 전압펄스를 가하도록 하는 자극모듈; 및

A/D변환모듈로부터 전송된 전기에너지의 형태를 확인하고, 자극모듈의 구동을 제어하는 컨트롤러;

를 포함하는 심장의 전기적 활동신호를 감지해 의료조치를 수행하는 인체이식형 의료장치이다.

상기의 본 발명은, 환자의 심장박동에 문제가 발생할 경우 심장근육에 일정한 전기충격을 가해서 심장박동의 안정화를 유도하고, 유사시 신속한 응급처치를 진행해서 환자에 미칠 불상사를 최소화하는 효과가 있다.

또한, 인체이식형 의료 장치를 위한 무선통신망에서 사용되는 송수신기간의 데이터 전송 중 페이로드부의 일부에 전송 에러가 발생할 때, 페이로드부의 해당 부분만 재전송을 요구하여 수신할 수 있으므로, 데이터 송수신량을 줄이고, 전력손실을 줄일 수 있다.

도 1은 종래의 인체 이식형 무선 통신 시스템(MICS)의 일실시예를 나타내는 도면이고,
도 2는 심전도 모습을 보인 그래프이고,
도 3은 종래기술에 따른 통신용 프레임 구조의 일실시예를 나타내는 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 의료장치의 구성을 도시한 블록도이고,
도 5는 상기 의료장치가 수신하는 EGM 신호의 모습을 보인 그래프이고,
도 6은 본 발명에 따른 양극센서의 모습을 도시한 도면이고,
도 7은 본 발명의 계측증폭모듈 구성하는 입력단 증폭회로의 모습을 보인 회로도이고,
도 8은 본 발명의 계측증폭모듈을 구성하는 전압회로의 모습을 보인 회로도이고,
도 9는 본 발명의 대역필터를 보인 회로도이고,
도 10은 본 발명의 축전모듈을 보인 회로도이고,
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 인체이식형 의료 장치를 위한 무선통신망에서 사용되는 통신용 프레임 구조를 나타내는 도면이고.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 프레임 재전송 매커니즘을 나타내는 도면이다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 의료장치의 구성을 도시한 블록도이고, 도 5는 상기 의료장치가 수신하는 EGM 신호의 모습을 보인 그래프인 바, 이를 참조해 설명한다.

본 발명에 따른 의료장치(심장 박동기)는 환자의 심장에 이식되는 양극센서(21)와, 양극센서(21)가 측정한 심전도(전기에너지)를 증폭시키는 계측증폭모듈(22)과, 불필요한 신호를 필터링하는 대역필터(23)와, 최종 주파수를 증폭시키는 센스증폭모듈(24)과, 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D변환모듈(25)과, 감지한 신호를 통해 심장상태를 확인하면서 외부로 전송하는 컨트롤러(26)와, 컨트롤러(26)의 제어를 받아 고전압의 전압펄스 공급을 위한 충전을 진행하는 축전모듈(27)과, 양극센서(21)에 상기 전압펄스를 가하는 자극모듈(28)을 포함한다.

양극센서(21)는 심장의 심방 및 심실에 각각 이식되고, 심방 및 심실의 근육 운동을 위해 전달되는 전기에너지를 감지한다. 이를 위해 본 발명에 따른 양극센서(21)는 도 6(본 발명에 따른 양극센서의 모습을 도시한 도면)의 (b)에 도시한 바와 같이, 2개의 채널로 심장에 이식된다.

도면을 참조해 좀 더 상세히 설명하면, 종래 단극센싱(Unipolar sensing)은 팁 전극(Tip electrode)과 ICD(Implantable Cardioverter Defibrillator)의 케이스(case) 사이의 전기적 전위차에 대해 반응하는 반면에((a) 참조)), 본 발명에 따른 양극센싱(Bipola rsensing)은 팁 전극과 링 전극(Ring electrode) 사이에서의 전기적 전위차에 반응한다((b) 참조). 즉, 본 발명에 따른 양극센싱 방식이 적용된 양극센서(21)는 심장의 근육층 내에서 실제 발생하는 전기에너지를 좀 더 정밀하고 세밀하게 감지할 수 있는 것이다. 부연해 설명하면, 본 발명에 따른 의료장치는 심장의 근육층에서 발생하는 전기에너지를 감지해서 이상 발생시 일정한 전기자극을 상기 근육층에 가하는 것인데, 근육층의 전기에너지에 대한 잘못된 감지로 인해 정상적으로 박동하는 상기 근육층에 전기자극을 가하면 오히려 문제를 일으킬 수 있으므로, 상기 전기에너지의 감지는 매우 중요한 것이다.

양극센서(21)에 구성되는 ICD 리드(Lead)는 폴리우레탄 절연으로 인해 감염의 위험이 줄어들고, 코일 타입을 이루면서 심방 또는 심실의 근육층에 쉽게 고정할 수 있는 장점이 있다.

한편, 양극센서(21)에서 감지하는 심장의 전기에너지는 통상적인 심전도(ECG, Electrocardiogram; 도 5(a) 참조) 형태로 수신할 수도 있으나, 본 발명에 따른 실시예에서는 상기 심전도의 위상만이 변화돼 표현되는 EGM(도 5(b) 참조) 형태의 심전도를 수신해서 환자의 심장에 가해지는 전기에너지를 관찰한다.

계측증폭모듈(22)은 높은 입력 임피던스와 높은 동상제거비(CNRR: Common Mode Rejection Ratio)를 갖는 것이 중요하다. 또한, 배터리로 동작하는 본 발명에 따른 의료장치에 부합하도록 전력을 적게 소비하는 요구사항도 갖추어야 한다.

이러한 조건을 충족하는 계측증폭모듈(22)은 도 7(본 발명의 계측증폭모듈을 구성하는 입력단 증폭회로의 모습을 보인 회로도)에서 보인 입력단 증폭회로와, 도 8(본 발명의 계측증폭모듈을 구성하는 전압회로의 모습을 보인 회로도)에서 보인 전압회로를 포함한다.

입력단 증폭회로는 입력부분의 P1, N1 핀을 양극센서(21)의 팁 전극과 링 전극에 각각 연결한다. 참고로, 양극센서(21)의 팁 전극과 링 전극에 의해 감지되는 심장의 전기에너지는 defibrillator의 고전압 보호회로와 아날로그 저역 필터를 통과한 후 계측증폭모듈(22)에 의해 수신된다. 이때, defibrillator의 고전압 보호회로는 리드 입력단에 구성된다.

본 발명에 따른 실시예에서는 계측증폭모듈(22)이 0.05 ~ 31 Hz의 차단 주파수를 갖도록 설계했고, 이는 도 9의 회로도와 같다.

전압회로는 공급되는 전기를 직류전기(DC)로 변환한다.

대역필터(23)는 계측증폭모듈(22)을 통과한 전기에너지의 주파수 신호를 필터링하기 위한 것으로, 도 9(본 발명의 대역필터를 보인 회로도)에서 보인 RC 네트워크 필터 구조를 이룬다. 계측증폭모듈(22)을 통과한 전기에너지의 주파수 신호는 직류 성분과 각종 잡음이 포함된 신호이기 때문에 이를 필터링할 필요가 있다. 이러한 필터링 기능을 수행하는 대역필터(23)로 본 발명에 따른 실시예에서는 RC 결합을 통한 Passive filter를 적용했다.

센스증폭모듈(24)은 대역필터(23)를 통과한 전기에너지를 디지털신호 변환하기 위한 신호레벨로 증폭한다.

자극모듈(28)은 양극센서(21)를 통해 심장 근육에 전달할 일정한 전압펄스의 전기자극을 발생시키는 것으로, 본 발명에 따른 자극모듈(28)은 양극센서(21)와 관련해 다음과 같이 동작하도록 설계된다.

우선, 본 발명에 따른 의료장치는 자극모듈(28)이 양극센서(21)로 전기자극을 전달하고, 양극센서(21)의 링 전극은 anode(+)가 되도록 하고, 팁 전극은 cathode(-)가 되도록 한다. 참고로, 종래 단극모드에서는 자극모듈의 케이스가 anode(+)가 됐고, 팁이 cathode(-)가 됐었다.

계속해서, 심장 내 전기자극은 (-)에서 발생하도록 하는데, 본 발명에 따른 양극센서(21) 구조에서는 (+)에서 ventricular fibrillation 또는 multiple response가 발생할 수 있으므로, (+)인 링 전극의 크기를 상대적으로 크게 하고 (-)인 팁 전극의 크기를 상대적으로 작게 한다. 또는 (+)인 링 전극을 심장과 이격하게 배치할 수도 있다.

축전모듈(27)은 전기자극에 필요한 에너지를 축전수단에 저장해서, 짧은 시간에 인체로 방전할 수 있도록 하는 것으로, 전기자극에 필요한 에너지의 저장을 위한 고전압 충전회로로 설계되어야 하고, 단시간 내에 인체로 고전압의 방전을 위한 고전압 스위칭 회로로 구현되어야 하며, 체내이식을 위한 소형화는 물론 사용하지 않는 에너지를 방전시키기 위한 Charge Dump 회로 또한 설계되어야 한다.

이를 위해 본 발명에 따른 축전모듈(27)은 효율과 성능을 고려하여 Flyback 변압기와 소형 충전 IC를 이용한 소형의 충/방전회로로 구성된다. 또한, 고전압의 효율적인 인가를 위해 전류의 흐름을 가변적으로 제어할 수 있도록 고전압의 방향을 두 개의 상으로 발생시키는데, 이를 위해 IGBT를 이용한 H-bridge 회로 기반의 고전압 스위칭 회로를 구현한다. IGBT의 게이트 단자를 구동하기 위해서는 특별한 구동회로가 필요한데, 일반적으로 IGBT의 구동을 위해서는 Pulse Transformer 또는 Photovolyaic Isolator를 사용한다.

본 발명에 따른 실시예에서는 게이트 단자의 구동과 회로의 소형화를 위해 SMD 타입의 Photovolyaic Isolator를 이용하였다. 또한, 고전압의 에너지를 충전하는 회로를 Photoflash capacitor charger, LT3420을 적용했다. 또한, 부가적으로 사용하지 않는 에너지를 방전시키기 위해 Charge Dump 회로를 설계했다.

도 10은 본 발명의 축전모듈을 보인 회로도이다.

참고로, 상기 자극모듈(28)로 전달되는 전압펄스를 생성하는 축전모듈(27)은 최고 650V의 고전압 펄스를 생성할 수 있다.

A/D변환모듈(25)은 12-bit 해상도를 갖추고, 심전도의 아날로그 출력을 480Hz의 샘플링율로 디지털 데이터로 변환한다.

컨트롤러(26)는 디지털로 변환된 데이터를 확인해서 심장 운동의 이상 여부를 판단하고, 유사시 축전모듈(27) 및 자극모듈(28)을 제어해서 자발적으로 심장에 전기적인 자극을 가한다. 또한, 디지털로 변환된 심전도 신호는 디지털 필터링(미도시함)을 통해 잡음을 감소시킨 후 직렬통신(115200bps) 포트에 연결된 블루투스 모듈(미도시함)을 통해 총 5 바이트(byte)를 무선으로 송신한다.

본 발명에 따른 컨트롤러(26)는 앞서 설명한 내용에 따라 심장의 전기에너지를 확인하고, 확인된 전기에너지가 빈맥, 서맥, 부정맥 또는 맥정지 인지 여부를 확인한다. 물론, 컨트롤러(26)는 축전모듈(27)을 제어해서, 상기 확인 결과에 따라 축전모듈(27)이 생성할 전압펄스를 조정한다.

참고로, 빈맥, 서맥 또는 부정맥과 같이 심장근육의 활동을 위한 전기에너지가 비정상적으로 감지될 경우엔, 상대적으로 낮은 크기(6V)의 전압펄스를 발생시키고, 맥정지와 같이 전기에너지가 감지되지 않을 경우엔, 높은 크기(330V)의 전압펄스를 발생시켜서 심장근육이 반응할 수 있도록 한다. 컨트롤러(26)의 이러한 판단은 환자의 특성이 기록된 의료정보데이터 DB(26a)의 데이터를 통해 판단된다.

즉, 해당 환자가 일반인에 비해 상대적으로 낮은 맥박수를 유지한다고 하면, 이를 기준으로 빈맥, 서맥 또는 부정맥 등이 판단될 수 있도록 DB(26a)의 데이터 기록을 수정해서, 컨트롤러(26)가 이를 확인해 동작할 수 있도록 하는 것이다.

계속해서, 컨트롤러(26)는 환자의 이상 여부가 확인되고, 설정된 내용에 따라 응급처리를 진행함과 동시에, 관리장치(60)로 문제 발생사항을 전송해서, 관련 의료진이 신속히 대응할 수 있도록 한다.

전원(51)은 별도의 레귤레이터 없이 3.0V의 전압으로 동작하도록 설계하였으며, photoflash capacitor 충전을 위해 소스 전류가 크고, 온도 특성이 좋은 소형의 리튬 배터리를 사용하였다.

전원(51)은 심장 박동기(20)인 해당 의료장치에 직접 설치될 수도 있고, 도시한 바와 같이, 인체 외부 장치(50)에 설치될 수도 있다. 여기서 인체 외부 장치(50)는 환자의 신체에 이식되지는 않지만 신체 외부에 휴대하면서, 이식된 의료장치에 필요한 전원공급 또는 기타 제어수단이 연결된다.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 인체이식형 의료 장치를 위한 무선통신망에서 사용되는 통신용 프레임 구조를 나타내는 도면인 바, 이를 참조해 설명한다.

인체이식형 의료 장치를 위한 무선통신망에서 사용되는 통신용 프레임은 크게 PHY 헤더부, MAC 헤더부 및 페이로드부로 구성된다.

상기 PHY 헤더부는 수신부와의 동기화를 이루기 위한 PS(Preamble Sequence)정보필드와, 프레임의 시작을 알리기 위한 SFD(Start of Frame Delimiter)정보필드와, 프레임의 전체 크기를 나타내는 FL(Frame length) 정보필드를 포함하여 형성된다.

MAC 헤더부는 프레임의 유형을 나타내는 FT(Frame Type)정보필드와, 프레임의 순서를 체크하기 위한 SN(Sequence Number)정보필드와, 전송 데이터 정보인 페이로드부를 동일한 크기의 복수개의 데이터 블록으로 구분하는 플래그 정보인 블록비트맵(Block Bitmap) 정보필드와, 데이터 블록의 크기를 나타내는 블럭내 비트수 정보필드와, 발신자 및 수신자 간의 접속을 이루기 위한 발신자 및 수신자(Source & Destination : S&D) 정보필드와, 프레임의 헤더부 에러유무 체크 및 보정을 위한 FCS(Frame Check Sequence) & FEC(Forward Error Correct) 정보필드를 포함하여 형성된다.

그리고, 페이로드부는 전송 데이터 정보를 나타내기 위해, 동일한 크기의 복수개의 데이터 블록으로 구분되며, 이 때, 복수개의 데이터 블록 각각에는 에러 유무 체크 및 보정을 위한 CRC(Cyclic Redundancy Check) & FEC(Forward Error Correct) 정보필드가 포함되어 형성된다.

여기서, MAC 헤더부의 FT 정보필드에서 사용되는 프레임의 유형(Type)은 데이터(Data) 프레임, 응답(Ack) 프레임, 비컨(beacon) 프레임 및 커맨드(Command) 프레임 중 하나이다.

또한, MAC 헤더부의 발신자 및 수신자(S&D) 정보필드는, 일실시 예로써, 해당하는 인체이식형 의료 장치에 의해 구성된 단일 네트워크에서의 고유한 식별자 정보인 BAN ID(Body Area Network ID) 정보필드와, 인체이식형 의료 장치에 의해 구성된 다양한 네트워크상 서로 다른 네트워크에서의 고유한 식별자 정보인 로컬 트랜시버 ID(Local Transceiver ID) 정보필드를 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 본 발명의 따른 프레임 구조에 있어서, PHY 헤더부, MAC 헤더부 및 페이로드부를 구성하는 각 정보필드는 그 순서상에 특징이 있는 것으로 한정된 것이 아니며, 또한 각각의 PHY 헤더부, MAC 헤더부 및 페이로드부는 해당하는 통신 규격 요건에 맞추어 추가적 기능을 위한 정보필드를 더 포함할 수 있다.

또한, MAC 헤더부의 블록 비트맵 정보필드는 페이로드를 구성하는 복수개의 데이터 블록에서 각 데이터 블록에 대한 플래그(flag)를 나타내는 것으로서, 예를 들면, MAC 헤더부의 블록 비트맵 정보필드의 크기가 4 바이트로 주어지면, 32 비트수를 이용하여 32개의 블록수까지 나타낼 수 있다. 보다 구체적으로, 블록 비트맵 정보필드가 4바이트로 주어지고, 복수개의 데이터 블록이 8개의 블록으로 구분된 경우에는 "11111111 00000000 00000000 00000000" (단, 여기서 비트간 띄어쓰기는 바이트단위로 표현하여 이해를 돕기 위한 것임)과 같이 표현될 수 있으며, 수신자는 이러한 블록 비트맵 정보를 통해 전송받을 복수개의 데이터 블록이 8개임을 알 수 있다.

또한, MAC 헤더부의 블록내 비트수 정보필드를 통해 각 데이터 블록의 크기( 즉, 비트수)를 나타내며, 블록내 비트수 정보필드는 설정된 페이로드부의 크기(Size) 내에서 전송 데이터의 크기에 따라 가변적으로 사용될 수 있다.

또한, 페이로드부의 복수개의 데이터 블록은 에러 유무 체크 및 보정을 위한 CRC & FEC 정보필드가 각각 포함되어 있으므로, 데이터 전송시 수신자는 복수개의 데이터 블록 중 어느 데이터 블록에 에러가 있는지를 확인하여 발신자에게 해당 데이터 블록만 재전송을 요구할 수 있다.

도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 프레임 재전송 매커니즘을 나타내는 도면인 바, 이를 참조해 설명한다.

이식형 의료 장치(200)(이하, 이식형 장치라 함)가 복수개의 데이터 블록 중 에러가 검출되는 데이터 블록에 대해서만 코디네이터(100)(Coordinator)에게 재전송을 요구하여, 해당 데이터 블록만 전송받게 되는 프레임 재전송 매커니즘을 나타낸다. 단, 도 4에 있어서는 프레임 재전송에 따른 매커니즘의 이해를 돕기 위해서, 전송되는 프레임의 구조 중 MAC 헤더부의 SN(Sequence Number) 정보필드(1 비트로 표시)와 블록비트맵 정보필드(4 비트로 표시)와 페이로드부의 복수개의 데이터 블록만을 도시하여 프레임 구조를 나타내었으며, 나머지 정보필드에 대해서는 생략되었다. 여기서 코디네이터는 인체이식형 의료 장치를 위한 무선통신망에서의 망관리를 수행하는 기기로서, 앞서 언급한 도 1에서와 같이, 이식형 장치(10, 20, 30, 40)를 외부의 관리장치(60)와 연결해주는 중계기로서의 기능도 포함할 수 있다.

코디네이터(100)는 데이터 프레임으로서, SN 정보필드의 값이 "1"이고, 블록비트맵 정보필드의 값이 "1111"이고, 블록비트맵 정보필드에 의해 4개의 데이터 블록을 갖는 제1 프레임을 이식형 장치(200)로 전송한다. 제1 프레임을 전송받은 이식형 장치(200)는 제1 프레임의 에러유무 체크 및 보정을 행한 후 이상이 없을 경우, 응답 프레임으로서 SN 정보필드의 값이 "1"이고, 블록 비트맵 정보필드의 값이 "0000"을 갖는 제1 응답 프레임을 형성하여 코디네이터로 전송한다. 즉, 제1 응답 프레임은 SN 정보필드의 값이 "1"인 제1 프레임에 대해서, 요구할 블록 비트맵 정보필드가 없다는 것을 코디네이터(100)에게 알려준다. 이 때, 코디네이터(100)와 이식형 장치(200) 간에는 최대 응답지연 시간이 미리 설정되어, 제1 프레임 전송 후 제1 응답 프레임의 수신없이 최대 응답지연 시간을 초과하면, 코디네이터(100)는 이식형 장치(200)가 제1 프레임을 전송받지 않은 것으로 간주하여 제1 프레임을 재전송하게 된다.

이어서, 코디네이터(100)가 SN 정보필드의 값이 "0"이고, 블록비트맵 정보필드의 값이 "1111"이고, 블록비트맵 정보필드에 의해 4개의 데이터 블록을 갖는 제2 프레임을 이식형 장치(200)로 전송한다. 제2 프레임을 전송받은 이식형 장치(200)는 제2 프레임의 에러유무 체크 및 보정을 행한 후 두번째 데이터 블록에 에러가 검출된 경우, 응답 프레임으로서 SN 정보필드의 값이 "0"이고, 블록 비트맵 정보필드의 값이 "0100"을 갖는 제2 응답 프레임을 형성하여 코디네이터(100)로 전송한다. 즉, 제2 응답 프레임은 SN 정보필드의 값이 "0"인 제2 프레임에 대해서, 두 번째의 데이터블록만 재전송 해달라는 것을 의미한다. 이에 따라, 제2 응답 프레임을 전송받은 코디네이터(100)는 SN 정보필드의 값이 "0"이고, 블록 비트맵 정보필드의 값이 "0100"(단, 도 4에서는 데이터의 전송 방향을 표현하는 과정에서 "0010"으로 표현되었을뿐, 두번째 데이터 블록에만 값이 있다는 것을 의미함)이고, 블록비트맵 정보필드에 의해 1개의 데이터 블록을 갖는 제2 재전송 프레임을 이식형 장치(200)로 전송한다. 여기서, 제2 재전송 프레임은 SN 정보필드의 값이 "0"인 제2 프레임에 대해서, 두 번째의 데이터블록만 전송한다는 것을 의미한다. 제2 재전송 프레임을 전송받은 이식형 장치(200)는 제2 재전송 프레임의 에러유무 체크 및 보정을 행한 후 이상이 없으면, 응답 프레임으로서 SN 정보필드의 값이 "0"이고, 블록 비트맵 정보필드의 값이 "0000"을 갖는 제2 재전송 응답 프레임을 형성하여 코디네이터(100)로 전송한다. 즉, 제2 재전송 응답 프레임은 SN 정보필드의 값이 "0"인 제2 재전송 프레임에 대해서, 요구할 블록 비트맵 정보필드가 없다는 것을 코디네이터(100)에게 알려준다. 또한, 미도시되었으나, 제2 프레임 및 제2 재전송 프레임의 전송 후에도 최대 응답지연 시간이 설정되는 것은 말할 것도 없다.

한편, 본 발명은 인체이식형 의료 장치를 위한 무선통신망에서 코디네이터(100)와 이식형 장치(200) 간에 이용되는 통신용 프레임 구조에 관한 것이나, 도 1에서와 같이, 코디네이터(50)와 외부의 관리장치(60)간의 통신은 해당하는 통신 규격에 따른 프레임 구조를 갖추어 통신이 이루어져야 함은 말할 것도 없다.

이와 같이, 본 발명에 의한 프레임 구조에 따르면, 인체이식형 의료 장치를 위한 무선통신망에서 사용되는 송수신기간의 데이터 전송 중 프레임의 페이로드부 일부 데이터 블록에 전송 에러가 발생되더라도, 페이로드부의 해당되는 데이터 블록만 재전송을 요구하여 수신할 수 있으므로, 데이터 송수신량을 줄이고, 전력손실을 줄일 수 있다.

Claims (6)

1. 심장 근육층에 삽입되는 (-)극성의 팁 전극과, 팁 전극과 이격 배치되는 (+)극성의 링 전극과, 팁 전극과 링 전극을 각각 개별 고정하는 리드를 갖추고, 심장에 이식되는 2채널의 양극센서(21);
   양극센서(21)가 감지한 심장 근육층의 전기에너지를 증폭하는 계측증폭모듈(22);
   상기 전기에너지를 필터링하는 대역필터(23);
   대역필터(23)에서 필터링된 전기에너지를 디지털신호로 변환하기 위해 증폭하는 센스증폭모듈(24);
   센스증폭모듈(24)을 통해 증폭된 전기에너지를 디지털신호로 변환하는 A/D변환모듈(25);
   전원(51)으로부터 전달된 에너지를 양극센서(21)로 전송해서, 양극센서(21)가 심장 근육층에 일정한 전압펄스를 가하도록 하는 자극모듈(28); 및
   A/D변환모듈(25)로부터 전송된 전기에너지의 형태를 확인하고, 자극모듈(28)의 구동을 제어하는 컨트롤러(26);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 심장의 전기적 활동신호를 감지해 의료조치를 수행하는 인체이식형 의료장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 링 전극의 크기가 팁 전극에 비해 상대적으로 크게 제작된 것을 특징으로 하는 심장의 전기적 활동신호를 감지해 의료조치를 수행하는 인체이식형 의료장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 링 전극은 심장과 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 심장의 전기적 활동신호를 감지해 의료조치를 수행하는 인체이식형 의료장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 리드는 폴리우레탄으로 절연 처리되고, 코일 타입을 이루는 것을 특징으로 하는 심장의 전기적 활동신호를 감지해 의료조치를 수행하는 인체이식형 의료장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 컨트롤러(26)는 환자의 심장 특성에 관한 정보를 저장하는 DB(26a)를 포함하되, 상기 정보는 컨트롤러(26)가 판단할 수 있는 상기 환자에 대한 빈맥 기준, 서맥 기준 또는 부정맥 기준 중 선택된 하나 이상의 기준인 것을 특징으로 하는 심장의 전기적 활동신호를 감지해 의료조치를 수행하는 인체이식형 의료장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 심장 근육층의 전기자극에 필요한 에너지를 전원(51)으로부터 공급받아 축전수단에 저장하는 축전모듈(27)을 더 포함하고;
   상기 컨트롤러(26)는 심장박동의 맥정지 여부를 확인해서, 상기 축전수단의 전압펄스를 자극모듈(28)로 전송하는 것을 특징으로 하는 심장의 전기적 활동신호를 감지해 의료조치를 수행하는 인체이식형 의료장치.

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