KR20210012551A - Implantable device for monitoring biometric data in real time and its way to working - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 생체 정보 실시간 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for real-time monitoring of biometric information, and more particularly, to a system for monitoring real-time biometric information of an in vivo blood vessel implantation type.
최근 선진국뿐만 아니라 한국에서도 협심증, 심근경색 등 심혈관 질병이 성인 사망률의 주요한 원인이 되고 있으며 그 유병율이 빠른 속도로 증가하고 있다. 특히, 동맥경화증은 각종 장기의 기능을 저하시키고 심장에 혈액을 공급하는 관상동맥을 좁히거나 막아 혈액 순환에 문제를 일으키며 그로 인해 협심증이나 심근경색이 일어나고 뇌로 가는 혈관이 막히는 뇌경색과 뇌출혈 발생한다. 도 1은 국내 심혈관질환 관련 진료비 및 급여비 증가 추이를 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 2014년 건강보험통계에 따르면 국내 심뇌혈관 질환 관련 의료보험 급여비는 약 5조 3,200억 원으로 이는 2004년 약 1.1조원 대비 5배 이상 증가하였으며, 연평균 17.3%의 증가율을 보인다는 점에서 유병율의 빠른 증가 속도를 알 수 있다.
Cardiovascular diseases such as angina pectoris and myocardial infarction are the major causes of adult mortality in Korea as well as in developed countries, and the prevalence rate is increasing rapidly. In particular, arteriosclerosis causes problems with blood circulation by reducing the function of various organs and narrowing or blocking the coronary arteries that supply blood to the heart, resulting in angina pectoris or myocardial infarction, and cerebral infarction and cerebral hemorrhage, which block blood vessels to the brain. 1 is a view showing the trend of increasing medical expenses and salary expenses related to cardiovascular diseases in Korea. As shown in Fig. 1, according to health insurance statistics in 2014, the medical insurance benefit cost related to cardiovascular disease in Korea was about 5,320 billion won, which is more than five times higher than about 1.1 trillion won in 2004, and an annual average increase of 17.3%. In that it can be seen, the rate of rapid increase in prevalence can be seen.
동맥경화 등 심혈관 질병을 관찰 및 예방하기 위해 체외에서 혈압을 측정하는 방법이 많이 개발되었지만, 이는 혈압을 정확하게 측정하기 어렵고, 실시간 관찰 및 데이터 기록을 할 수 없는 단점이 있다. 따라서 최근 체내 삽입형 시스템을 통한 생체 신호에 관한 연구들이 많이 진행되고 있는데, 한 예로서, 카테터를 삽입하여 동맥의 혈압 및 혈류 속도와 체온 측정이 가능한 장치가 있다. 도 2는 종래의 체내 삽입형 생체 신호 측정 장치인 카테터를 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이 방법은 정확한 생체 신호 데이터들을 얻을 수 있지만, 장비를 계속 체내에 삽입하고 있어야 하기 때문에 감염 대한 위험성이 높고, 환자가 계속 누워 있어야 하는 문제점이 발생한다. 또한, 인체의 구조는 변이가 다양하게 나타나기 때문에 이에 따라 시스템이 오작동하거나 문제를 일으키기도 한다. 따라서, 체내 이식을 통해 정확하면서도 편리하게 혈압 및 체온을 측정할 수 있는 시스템의 필요성이 대두된다.
Although many methods of measuring blood pressure in vitro have been developed to observe and prevent cardiovascular diseases such as arteriosclerosis, but this has disadvantages that it is difficult to accurately measure blood pressure and cannot observe and record data in real time. Accordingly, there are many studies on bio-signals through an implantable system in recent years. As an example, there is a device capable of measuring blood pressure, blood flow rate, and body temperature in an artery by inserting a catheter. 2 is a view showing a catheter, which is a conventional device for measuring bio-signals inserted into the body. As shown in FIG. 2, this method can obtain accurate biometric data, but since the device must be continuously inserted into the body, the risk of infection is high, and the patient must be lying down. In addition, since the structure of the human body appears in various ways, the system may malfunction or cause problems accordingly. Therefore, there is a need for a system capable of accurately and conveniently measuring blood pressure and body temperature through implantation in the body.
한편, 본 발명과 관련된 선행기술로서, 한국등록특허 제10-1647507호(발명의 명칭: 정전용량 기반의 혈관삽입형 바이오센서를 이용한 심혈관 질환 진단 데이터 획득 시스템 및 방법, 공고일자: 2016년 08월 10일) 등이 개시된 바 있다.Meanwhile, as a prior art related to the present invention, Korean Patent Registration No. 10-1647507 (name of the invention: a system and method for acquiring cardiovascular disease diagnosis data using a capacitive-based vascular implantable biosensor, notification date: August 10, 2016 Work) and the like have been disclosed.
본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 커패시티브 센서 및 온도 센서로 구성된 이식형 생체 신호 센서를 사용함으로써, 장치가 외부의 환경에 노출되지 않으므로 감염의 위험을 감소시킬 수 있고, 한 번의 이식으로도 장시간 동안 사용자 혈관의 혈압 및 내부 체온을 정확하면서도 지속적으로 관찰하는 것이 가능하며, 생체 신호 센서를 체내 여러 위치에 부착할 수 있기 때문에 부착된 위치에 따른 혈관의 변화도 관찰할 수 있는, 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템 및 그 구동 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
The present invention has been proposed to solve the above problems of the previously proposed methods, and by using an implantable biosignal sensor composed of a capacitive sensor and a temperature sensor, the device is not exposed to the external environment. It can reduce the risk, and even with a single implant, it is possible to accurately and continuously observe the blood pressure and internal body temperature of the user's blood vessel for a long time, and because the biosignal sensor can be attached to various locations in the body, It is an object of the present invention to provide a system for real-time monitoring of intra-body blood vessel transplantation type biometric information and a driving method thereof that can observe changes in blood vessels.
또한, 본 발명은, 다양한 원기둥 형태의 혈관에 맞게 형성된 고리 형태의 커패시티브 센서를 이용함으로써, 혈관의 변이에도 오차 없이 혈류량 및 혈류 속도를 측정할 수 있고, 측정 대상 물질인 혈액과 커패시티브 센서 사이 존재하는 혈관벽을 고려하여 센싱하도록 커패시티브 센서를 설계함으로써, 유한요소 해석을 이용하여 혈관벽 장착에 최적화된, 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템 및 그 구동 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
In addition, the present invention, by using a capacitive sensor in the form of a ring formed to fit a variety of cylindrical blood vessels, it is possible to measure the amount of blood flow and the blood flow rate without error even when the blood vessel is changed, and the blood and the capacitive material to be measured are Another object of the present invention is to provide a system for real-time monitoring of intra-body blood vessel implantation-type biometric information and a driving method that is optimized for vascular wall mounting by using finite element analysis by designing a capacitive sensor to sense the vessel wall existing between the sensors. To do.
뿐만 아니라, 본 발명은, 생체 인식 센서를 통해 측정된 정보를 모니터링 장치로 전송함으로써, 수신된 사용자의 생체 정보를 사용자가 실시간으로 정확하게 모니터링할 수 있고, 혈관 내 오염물질의 존재 여부나 혈류의 상태를 즉각적으로 관찰할 수 있어, 사용자의 건강 상태에 따라 보다 신속한 대처가 가능하며, 센서에 무선 통신과 무선 충전장치를 이용함으로써 센서를 체내에 장착하고서도 불편 없이 일상생활하는 것이 가능한, 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템 및 그 구동 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, the present invention transmits the information measured through the biometric sensor to the monitoring device, so that the user can accurately monitor the received biometric information of the user in real time, and the presence of contaminants in the blood vessel or the state of blood flow. It is possible to observe immediately, according to the user's health status, more quickly coping with it, and by using a wireless communication and wireless charging device on the sensor, it is possible to carry out daily life without discomfort even when the sensor is installed in the body. Another object is to provide a system for monitoring biometric information and a method for driving the same.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템은,In order to achieve the above object, the system for real-time monitoring of intra-body blood vessel transplantation type biometric information according to a feature of the present invention,
체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템으로서,As a real-time monitoring system for blood vessel transplantation type biometric information
사용자의 체내 혈관에 장착되어 사용자의 혈압, 혈류량 및 체온을 포함하는 생체 정보를 측정하고 연산하는 생체 신호 센서부;A biometric signal sensor unit mounted on a user's blood vessel to measure and calculate biometric information including a user's blood pressure, blood flow, and body temperature;
상기 생체 신호 센서부에서 측정 및 연산된 상기 사용자의 생체 정보를 무선으로 송신하는 무선통신부; 및A wireless communication unit for wirelessly transmitting the user's biometric information measured and calculated by the biometric signal sensor unit; And
상기 무선통신부로부터 수신된 상기 사용자의 생체 정보를 사용자가 실시간으로 모니터링하도록 출력하는 모니터링부를 포함하는 것은 그 구성상의 특징으로 한다.
It is characterized by its configuration to include a monitoring unit for outputting the user's biometric information received from the wireless communication unit to allow the user to monitor in real time.
바람직하게는, 상기 생체 신호 센서부는,Preferably, the biometric signal sensor unit,
상기 사용자의 체내 혈관 중 동맥에 장착될 수 있다.
It may be mounted on an artery among blood vessels in the user's body.
바람직하게는, 상기 생체 신호 센서부는,Preferably, the biometric signal sensor unit,
상기 생체 신호 센서부가 장착된 혈관의 구조와 기능, 통과된 혈류량 및 혈류 속도를 측정하는 커패시티브 센서;A capacitive sensor measuring the structure and function of a blood vessel in which the bio-signal sensor unit is mounted, and a blood flow rate and a blood flow rate;
상기 생체 신호 센서부가 장착된 위치의 체온을 측정하는 온도 센서; 및A temperature sensor measuring body temperature at a location where the biometric signal sensor unit is mounted; And
상기 커패시티브 센서 및 상기 온도 센서에서 실시간으로 측정된 데이터를 수집하되, 수집된 데이터 중 상기 사용자의 혈류량 및 혈류 속도 데이터를 이용하여 사용자의 혈압을 연산하는 연산 모듈을 포함하여 구성될 수 있다.
The capacitive sensor and the temperature sensor collect data measured in real time, and may include a calculation module that calculates the user's blood pressure by using the user's blood flow and blood flow velocity data among the collected data.
더욱 바람직하게는, 상기 커패시티브 센서는,More preferably, the capacitive sensor,
상기 사용자 혈관의 구조와 기능, 통과된 혈류량 및 혈류 속도를 측정하는, 측정 커패시티브 센서; 및A measuring capacitive sensor that measures the structure and function of the user's blood vessel, the amount of blood flow passed, and the blood flow rate; And
상기 측정 커패시티브 센서에서 상기 사용자 혈관의 구조와 기능, 통과된 혈류량 및 혈류 속도를 측정하는데 기준이 되는, 기준 커패시티브 센서를 포함하여 구성될 수 있다.
The measurement capacitive sensor may include a reference capacitive sensor, which is a reference for measuring the structure and function of the user's blood vessel, the amount of blood flow passed, and the blood flow rate.
더욱 더 바람직하게는, 상기 커패시티브 센서는,Even more preferably, the capacitive sensor,
플렉시블(flexible) 재질로 구성되어, 상기 커패시티브 센서가 장착되는 혈관의 원기둥 형태에 맞춰 상기 혈관을 둘러싸는 고리 형태의 센서일 수 있다.
It is made of a flexible material, and may be a ring-shaped sensor surrounding the blood vessel in accordance with the cylindrical shape of the blood vessel on which the capacitive sensor is mounted.
더욱 더 바람직하게는, 상기 커패시티브 센서는,Even more preferably, the capacitive sensor,
측정 대상 물질인 사용자의 혈액과 상기 커패시티브 센서 사이 존재하는 혈관벽을 고려하여 센싱하도록 설계된 것으로써, 유한요소 해석을 이용하여 혈관벽 장착에 최적화된 센서일 수 있다.
It is designed to sense the blood vessel wall existing between the user's blood as a measurement target material and the capacitive sensor, and may be a sensor optimized for mounting a vessel wall using finite element analysis.
더욱 더 바람직하게는, 상기 커패시티브 센서는,Even more preferably, the capacitive sensor,
상기 사용자의 혈액 속에 존재하는 이물질에 따른 유전율 변화를 감지하여 상기 사용자의 혈액 내 이물질 측정할 수 있다.
The foreign matter in the user's blood may be measured by detecting a change in dielectric constant according to the foreign matter present in the user's blood.
더욱 바람직하게는, 상기 온도 센서는,More preferably, the temperature sensor,
측정된 신호의 처리, 보정, 및 인터페이스가 통합된 Monolithic CMOS IC가 사용된 디지털 온도 센서일 수 있다.
It may be a digital temperature sensor using a Monolithic CMOS IC in which the processing, correction, and interface of the measured signal are integrated.
바람직하게는, 상기 모니터링부는,Preferably, the monitoring unit,
상기 무선통신부로부터 수신된 상기 사용자의 실시간 생체 정보를 누적하여 저장하고 그 변화 추이를 함께 보여줄 수 있다.
The user's real-time biometric information received from the wireless communication unit may be accumulated and stored, and the change trend may be displayed together.
바람직하게는, Preferably,
상기 생체 신호 센서부 및 상기 무선통신부에 동력을 제공하고, 무선으로 충전되는 전원부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
It may be configured to further include a power supply that provides power to the bio-signal sensor unit and the wireless communication unit and is charged wirelessly.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템의 구동 방법은,In order to achieve the above object, a method of driving a system for real-time monitoring of intra-body blood vessel implantation type biometric information according to a feature of the present invention includes:
체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템의 구동 방법으로서,As a driving method of a real-time monitoring system for intra-body blood vessel transplantation type biometric information,
(1) 생체 신호 센서부가 사용자의 체내 혈관에 장착되어 사용자의 혈압, 혈류량 및 체온을 포함하는 생체 정보를 측정하고 연산하는 단계;(1) measuring and calculating biometric information including a user's blood pressure, blood flow, and body temperature by mounting a biometric signal sensor unit on a blood vessel in the user's body;
(2) 상기 단계 (1)에서 측정 및 연산된 상기 사용자의 생체 정보를 무선으로 송신하는 단계; 및(2) wirelessly transmitting the user's biometric information measured and calculated in step (1); And
(3) 상기 단계 (2)에서 수신된 상기 사용자의 생체 정보를 사용자가 실시간으로 모니터링하도록 출력하는 단계를 포함하는 것을 그 구현상의 특징으로 한다.
(3) The implementation feature includes the step of outputting the user's biometric information received in step (2) so that the user can monitor it in real time.
바람직하게는, 상기 단계 (1)에서는,Preferably, in step (1),
상기 생체 신호 센서부가 상기 사용자의 체내 혈관 중 동맥에 장착될 수 있다.
The biosignal sensor unit may be mounted on an artery among blood vessels in the user's body.
바람직하게는, 상기 단계 (1)은,Preferably, the step (1),
(1-1) 상기 생체 신호 센서부가 장착된 혈관의 구조와 기능, 통과된 혈류량 및 혈류 속도를 커패시티브 센서에서 측정하는 단계;(1-1) measuring the structure and function of the blood vessel in which the bio-signal sensor unit is mounted, the amount of blood flow passed, and the blood flow rate by a capacitive sensor;
(1-2) 상기 생체 신호 센서부가 장착된 위치의 체온을 온도 센서에서 측정하는 단계; 및(1-2) measuring a body temperature at a location where the bio-signal sensor unit is mounted using a temperature sensor; And
(1-3) 상기 단계 (1-1) 및 상기 단계 (1-2)에서 실시간으로 측정된 데이터를 수집하되, 수집된 데이터 중 상기 사용자의 혈류량 및 혈류 속도 데이터를 이용하여 사용자의 혈압을 연산하는 단계를 포함하여 구현될 수 있다.
(1-3) Collects the data measured in real time in steps (1-1) and (1-2), but calculates the user's blood pressure using the user's blood flow and blood flow rate data among the collected data. It may be implemented including the step of.
더욱 바람직하게는, 상기 커패시티브 센서는,More preferably, the capacitive sensor,
상기 사용자 혈관의 구조와 기능, 통과된 혈류량 및 혈류 속도를 측정하는, 측정 커패시티브 센서; 및A measuring capacitive sensor that measures the structure and function of the user's blood vessel, the amount of blood flow passed, and the blood flow rate; And
상기 측정 커패시티브 센서에서 상기 사용자 혈관의 구조과 기능, 통과된 혈류량 및 혈류 속도를 측정하는데 기준이 되는, 기준 커패시티브 센서를 포함하여 구성될 수 있다.
The measurement capacitive sensor may include a reference capacitive sensor, which is a reference for measuring the structure and function of the user's blood vessel, the amount of blood flow passed, and the blood flow rate.
더욱 더 바람직하게는, 상기 커패시티브 센서는,Even more preferably, the capacitive sensor,
플렉시블(flexible) 재질로 구성되어, 상기 커패시티브 센서가 장착되는 혈관의 원기둥 형태에 맞춰 상기 혈관을 둘러싸는 고리 형태의 센서일 수 있다.
It is made of a flexible material, and may be a ring-shaped sensor surrounding the blood vessel in accordance with the cylindrical shape of the blood vessel on which the capacitive sensor is mounted.
더욱 더 바람직하게는, 상기 커패시티브 센서는,Even more preferably, the capacitive sensor,
측정 대상 물질인 사용자의 혈액과 상기 커패시티브 센서 사이 존재하는 혈관벽을 고려하여 센싱하도록 설계된 것으로써, 유한요소 해석을 이용하여 혈관벽 장착에 최적화된 센서일 수 있다.
It is designed to sense the blood vessel wall existing between the user's blood as a measurement target material and the capacitive sensor, and may be a sensor optimized for mounting a vessel wall using finite element analysis.
더욱 더 바람직하게는, 상기 커패시티브 센서는,Even more preferably, the capacitive sensor,
상기 사용자의 혈액 속에 존재하는 이물질에 따른 유전율 변화를 감지하여 상기 사용자의 혈액 내 이물질을 측정할 수 있다.
The foreign substance in the user's blood may be measured by detecting a change in dielectric constant according to the foreign substance present in the user's blood.
더욱 바람직하게는, 상기 온도 센서는,More preferably, the temperature sensor,
측정된 신호의 처리, 보정, 및 인터페이스가 통합된 Monolithic CMOS IC가 사용된 디지털 온도 센서일 수 있다.
It may be a digital temperature sensor using a Monolithic CMOS IC in which the processing, correction, and interface of the measured signal are integrated.
바람직하게는, 상기 단계 (3)에서는,Preferably, in step (3),
상기 단계 (2)에서 수신된 상기 사용자의 실시간 생체 정보를 누적하여 저장하고 그 변화 추이를 함께 보여줄 수 있다.
The real-time biometric information of the user received in step (2) may be accumulated and stored, and the change trend may be displayed together.
바람직하게는, Preferably,
상기 단계 (1) 및 상기 단계 (2)에 동력을 제공하고, 무선으로 충전되는 전원부를 더 포함하여 구성될 수 있다.It may be configured to further include a power supply that provides power to the steps (1) and (2) and is charged wirelessly.
본 발명에서 제안하고 있는 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템 및 그 구동 방법에 따르면, 커패시티브 센서 및 온도 센서로 구성된 이식형 생체 신호 센서를 사용함으로써, 장치가 외부의 환경에 노출되지 않으므로 감염의 위험을 감소시킬 수 있고, 한 번의 이식으로도 장시간 동안 사용자 동맥의 혈압 및 내부 체온을 정확하면서도 지속적으로 관찰하는 것이 가능하며, 생체 신호 센서를 체내 여러 위치에 부착할 수 있기 때문에 부착된 위치에 따른 동맥의 변화도 관찰할 수 있다.
According to the system for real-time monitoring of intra-body blood vessel implantation type biometric information and its driving method proposed in the present invention, by using an implantable biosignal sensor composed of a capacitive sensor and a temperature sensor, the device is not exposed to the external environment, so infection. It is possible to reduce the risk of blood pressure and internal body temperature of the user's arteries for a long time with a single implantation, and to accurately and continuously observe the blood pressure and internal body temperature of the user, and because the biometric signal sensor can be attached to various locations in the body, Changes in the arteries can also be observed.
또한, 본 발명에서 제안하고 있는 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템 및 그 구동 방법에 따르면, 다양한 원기둥 형태의 혈관에 맞게 형성된 고리 형태의 커패시티브 센서를 이용함으로써, 동맥 혈관의 변이에도 오차 없이 혈류량 및 혈류 속도를 측정할 수 있고, 측정 대상 물질인 혈액과 커패시티브 센서 사이 존재하는 혈관벽을 고려하여 센싱하도록 커패시티브 센서를 설계함으로써, 유한요소 해석을 이용하여 혈관벽 장착에 최적화되도록 할 수 있다.
In addition, according to the system for real-time monitoring of intra-body blood vessel grafting type biometric information and its driving method proposed in the present invention, by using a capacitive sensor in a ring shape formed to fit various cylindrical blood vessels, it is possible to change arterial blood vessels without error. By designing a capacitive sensor to measure blood flow and blood flow velocity, taking into account the vessel wall existing between the blood and the capacitive sensor, which is the substance to be measured, it can be optimized for vessel wall mounting using finite element analysis. have.
뿐만 아니라, 본 발명에서 제안하고 있는 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템 및 그 구동 방법에 따르면, 생체 신호 인식 센서를 통해 측정된 정보를 모니터링 장치로 전송함으로써, 수신된 사용자의 생체 정보를 사용자가 실시간으로 정확하게 모니터링할 수 있고, 혈관 내 오염물질의 존재 여부나 혈류의 상태를 즉각적으로 관찰할 수 있어, 사용자의 건강 상태에 따라 보다 신속한 대처가 가능하며, 센서에 무선 통신과 무선 충전장치를 이용함으로써 센서를 체내에 장착하고서도 불편 없이 일상생활을 할 수 있다.In addition, according to the system for real-time monitoring of intra-body blood vessel implantation type biometric information and its driving method proposed in the present invention, the received biometric information of the user is transmitted to the monitoring device by transmitting the information measured through the biosignal recognition sensor. It is possible to accurately monitor in real time and immediately observe the presence of contaminants in blood vessels or the state of blood flow, enabling a more rapid response according to the user's health status, and wireless communication and wireless charging devices are used for the sensor. By doing so, you can live your daily life without any inconvenience even with the sensor installed in your body.
도 1은 국내 심혈관질환 관련 진료비 및 급여비 증가 추이를 도시한 도면.
도 2는 종래의 체내 삽입형 생체 신호 측정 장치인 카테터를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템의 구성을 기능블록으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템의 기본 개념도를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템의 생체 신호 센서부의 구성을 기능블록으로 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템의 커패시티브 센서의 구성을 기능블록으로 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템 커패시티브 센서의 회로 개념도를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템의 개략적인 사시도를 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템의 커패시티브 센서에서 동맥벽 유전율과 혈액 유전율의 커패시티브 성분을 분리하여 연산하는 원리를 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템의 커패시티브 센서를 유한요소 해석을 이용하여 최적화시키는 시뮬레이션 방법을 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템 커패시티브 센서의 성능 확인을 위한 체외 실험의 개념도를 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템의 구동 방법 흐름을 도시한 도면.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템 생체 신호 센서부의 구동 방법 흐름을 도시한 도면.1 is a view showing the trend of increasing domestic cardiovascular disease-related medical expenses and salary expenses.
2 is a view showing a catheter, which is a conventional device for measuring bio-signals inserted into the body.
3 is a diagram showing a configuration of a system for real-time monitoring of intra-body blood vessel implantation type biometric information as a functional block according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing a basic conceptual diagram of a system for real-time monitoring of intra-body blood vessel implantation type biometric information according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a biosignal sensor of a system for real-time monitoring of intra-body blood vessel implantation type biometric information as a function block according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing a configuration of a capacitive sensor of a system for real-time monitoring of intra-body blood vessel implantation type biometric information as a functional block according to an embodiment of the present invention.
7 is a schematic diagram of a circuit diagram of a capacitive sensor, a system for real-time monitoring of biometric information of a blood vessel implantation type in a body according to an embodiment of the present invention.
8 is a schematic perspective view of a system for real-time monitoring of intra-body blood vessel implantation type biometric information according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram showing a principle of separating and calculating a capacitive component of an arterial wall permittivity and a blood permittivity in a capacitive sensor of a system for real-time monitoring of biometric information in a blood vessel implantation type according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating a simulation method for optimizing a capacitive sensor of a system for real-time monitoring of intra-body blood vessel implantation type biometric information according to an embodiment of the present invention using finite element analysis.
11 is a diagram showing a conceptual diagram of an in vitro experiment for confirming the performance of a capacitive sensor, a system for real-time monitoring of biometric information of a blood vessel implantation type in a body according to an embodiment of the present invention.
12 is a diagram illustrating a flow of a driving method of a system for monitoring a system for real-time blood vessel transplantation type biometric information according to an embodiment of the present invention.
13 is a diagram illustrating a flow of a method of driving a biosignal sensor unit in a system for real-time monitoring of biometric information of a blood vessel implantation type according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
Hereinafter, preferred embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. However, in describing a preferred embodiment of the present invention in detail, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the same reference numerals are used throughout the drawings for portions having similar functions and functions.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결 되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 간접적으로 연결 되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함 한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
In addition, throughout the specification, when a part is said to be connected to another part, this includes not only the case that it is directly connected, but also the case that it is indirectly connected with another element interposed therebetween. In addition, the inclusion of certain components means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템(10)의 구성을 기능블록으로 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템(10)의 기본 개념도를 도시한 도면이다. 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템(10)은, 사용자의 체내 혈관에 장착되어 사용자의 혈압, 혈류량 및 체온을 포함하는 생체 정보를 측정하고 연산하는 생체 신호 센서부(100), 생체 신호 센서부(100)에서 측정 및 연산된 사용자의 생체 정보를 무선으로 송신하는 무선통신부(200), 및 무선통신부(200)로부터 수신된 사용자의 생체 정보를 사용자가 실시간으로 모니터링하도록 출력하는 모니터링부(300)를 포함하여 구성될 수 있으며, 생체 신호 센서부(100) 및 무선통신부(200)에 동력을 제공하고, 무선으로 충전되는 전원부(400)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a system for monitoring real-time blood vessel transplantation type
생체 신호 센서부(100)는, 사용자의 체내 혈관에 장착되어 혈압, 혈류량, 체온을 포함하는 사용자의 생체 신호를 측정하는 센싱 장치이다. 즉, 혈압이란, 혈액이 혈관 속을 흐르고 있을 때 혈관벽에 미치는 압력을 의미하는데, 혈관의 이름에 따라 동맥혈압모세관혈압정맥혈압 등으로 구별될 수 있고, 보통 혈압이라고 하면 동맥혈압을 뜻할 때가 많다. 이 때, 동맥혈압은 심장박동에 의하여 변동한다. 본 발명의 경우, 사용자의 체내 혈관 중 특히 동맥에 장착되어 동맥에서의 혈압 등의 생체 신호를 측정할 수 있다.
The
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템의 생체 신호 센서부(100)의 구성을 기능블록으로 도시한 도면이다. 본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템의 생체 신호 센서부(100)는, 생체 신호 센서부(100)가 장착된 혈관의 구조와 기능, 통과된 혈류량 및 혈류 속도를 측정하는 커패시티브 센서(110), 생체 신호 센서부(100)가 장착된 위치의 체온을 측정하는 온도 센서(120), 및 커패시티브 센서(110) 및 온도 센서(120)에서 실시간으로 측정된 데이터를 수집하되, 수집된 데이터 중 사용자의 혈류량 및 혈류 속도 데이터를 이용하여 사용자의 혈압을 연산하는 연산 모듈(130)을 포함하여 구성될 수 있다.
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of a
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템의 커패시티브 센서(110)의 구성을 기능블록으로 도시한 도면이다. 본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템의 커패시티브 센서(110)는, 사용자 혈관의 구조와 기능, 통과된 혈류량 및 혈류 속도를 측정하는, 측정 커패시티브 센서(111), 및 측정 커패시티브 센서(111)에서 사용자 혈관의 구조와 기능, 통과된 혈류량 및 혈류 속도를 측정하는데 기준이 되는, 기준 커패시티브 센서(112)를 포함하여 구성될 수 있다. 이하 커패시티브 센서(110)의 원리, 구성 및 배치에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
6 is a diagram showing a configuration of a
두 극판 사이에 유전체가 존재할 때 도체의 모양이나 크기와 관계없이 커패시터(capacitor)가 형성되는데, 직류 전압원이 두 극판에 연결되었을 때, 양의 전원 단자와 음의 전원 단자에 연결된 두 극판의 표면에는 양전하와 음전하가 누적된다. 두 극판으로 된 커패시터의 정전용량(capacitance)은 물체의 총 전하량을 물체의 전압으로 나눈 값으로 정의되는데, 유전율이란 전하 사이에 전기장이 작용할 때, 그 전하 사이의 매질이 전기장에 미치는 영향을 나타내는 물리적 단위이며, 매질이 저장할 수 있는 전하량으로 볼 수도 있다. 이때, 같은 양의 물질이라도 유전율이 더 높으면 더 많은 전하를 저장할 수 있으므로 정전용량이 증가한다. 커패시티브 센서(110)는 액체의 유동이 있는 용기에서 정전기 현상을 이용하여 액체량을 측정하는데, 보다 구체적으로는 혈류량이 변화할 때, 커패시터 면적에서 공기가 차지하는 부분과 혈류가 차지하는 부분의 비율에 따라 생기는 유전율 변화를 통해서 혈류량을 측정할 수 있다. 즉, 커패시티브 센서(110)의 전극을 통해 측정되는 정전용량 값에 따라 아래의 수학식 1을 통해 혈류량이 계산될 수 있다.When there is a dielectric between the two electrode plates, a capacitor is formed regardless of the shape or size of the conductor. When a DC voltage source is connected to the two electrode plates, the surface of the two electrode plates connected to the positive and negative power terminals Positive and negative charges accumulate. Capacitance of a capacitor made of two poles is defined as the value obtained by dividing the total amount of charge of an object by the voltage of the object. Dielectric constant is the physical effect that the medium between the charges has on the electric field when an electric field acts between them. It is a unit, and it can also be viewed as the amount of charge a medium can store. At this time, even with the same amount of material, if the dielectric constant is higher, more charges can be stored, so that the capacitance increases. The
또한, 커패시티브 센서(110)를 혈류량 측정 센서와 혈류 속도 측정 센서로 설계함으로써, 커패시티브 센서(110)를 통하여 혈류량과 혈류 속도를 모두 측정할 수 있으며, 장착된 혈관의 위치에 따라 혈관의 직경, 혈관 벽 두께 등의 혈관 구조도 측정할 수 있다.
In addition, by designing the
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템 커패시티브 센서(110)의 회로 개념도를 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템 커패시티브 센서(110)는, MUX를 통해서 MCU와 연결되고 수집된 데이터들은 Analog Comparator를 통해서 신호처리가 수행될 수 있다. 커패시티브 센서(110)를 구성하는 측정 커패시티브 센서(111)와 기준 커패시티브 센서(112)는 혈관 벽에 부착 설치되되, 전계 간섭을 방지하기 위해 서로 이격하여 배치될 수 있다.
7 is a diagram showing a circuit conceptual diagram of a
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템(10)의 개략적인 사시도를 도시한 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템의 커패시티브 센서(110)는, 플렉시블(flexible) 재질로 구성되어, 커패시티브 센서(110)가 장착되는 혈관의 원기둥 형태에 맞춰 혈관을 둘러싸는 고리 형태의 센서일 수 있다. 즉, 동맥의 형태는 원기둥 형태로 되어 있기 때문에 커패시티브 센서도 고리형으로 설계되어야 하는데, 대부분의 커패시티브 센서는 평판으로 되어 있으므로, 본 발명에서는 평판의 커패시티브를 고리형으로 접근할 수 있도록 아래의 수학식 2를 유도하고, 이를 활용하여 원형의 커패시티브 센서(110)의 수학적 모델을 완성할 수 있다.FIG. 8 is a schematic perspective view of a
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템의 커패시티브 센서(110)에서 동맥벽 유전율과 혈액 유전율의 커패시티브 성분을 분리하여 연산하는 원리를 도시한 도면이고, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템의 커패시티브 센서(110)를 유한요소 해석을 이용하여 최적화시키는 시뮬레이션 방법을 도시한 도면이다. 도 9 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템의 커패시티브 센서(110)는, 측정 대상 물질인 사용자의 혈액과 커패시티브 센서(110) 사이 존재하는 혈관벽을 고려하여 센싱하도록 설계된 것으로써, 유한요소 해석을 이용하여 혈관벽 장착에 최적화된 센서일 수 있다.
FIG. 9 is a diagram showing a principle of separating and calculating the capacitive component of the arterial wall permittivity and the blood permittivity in the
보다 구체적으로, 일반적인 커패시티브 센서는 측정 물질과 직접 접촉하지만, 본 발명에서는 커패시티브 센서(110)가 동맥 혈관의 윗부분에 위치하므로 혈류와 커패시티브 센서(110) 사이에 동맥벽이 있게 되어, 도 9에서 도시된 바와 같이, 동맥 내부 벽의 유전율 2와 혈액의 유전율 1의 두 가지 커패시티브 성분을 분리하여 확인할 수 있다. 즉, 측정하려는 혈액의 1과 커패시티브 센서(110)의 사이에 동맥이 있다고 가정했을 때 유도된 아래의 수학식 3을 통해 본 발명에 적용할 수 있다. 여기서 수학식 3의 경우, 단말효과(End Effect)를 피하기 위하여 커패시티브 센서(110)의 전극 두께가 0이고 무한한 전도율을 가지고 있으며, 전극의 길이가 너비보다 크다고 가정하여 구할 수 있으며, 이를 통해 두 전해질 사이 C값을 구할 수 있다.More specifically, a general capacitive sensor directly contacts the measurement material, but in the present invention, since the
도 10에서 도시된 바와 같이, 상기 유도된 수학식 3과 도 9의 2D 연산 모델을 활용하여, COMSOL 소프트웨어상에서 커패시티브 센서(110)가 혈관 밖에 부착된 모습을 유한요소 모델링을 통해 설계할 수 있으며, 이를 통해 커패시티브 센서(110)를 최적화시킬 수 있다.
As shown in FIG. 10, using the derived Equation 3 and the 2D computational model of FIG. 9, the appearance of the
또한, 커패시티브 센서(110)는, 사용자의 혈액 내 존재하는 이물질을 측정할 수 있다. 보다 구체적으로, 커패시티브 센서(110)는, 사용자의 혈액 속에 존재하는 이물질에 따른 유전율 변화를 감지하여 사용자의 혈액 내 이물질을 측정할 수 있다.
In addition, the
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템 커패시티브 센서(110)의 성능 확인을 위한 체외 실험의 개념도를 도시한 도면이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템의 커패시티브 센서(110)는, in-vitro 체외 실험을 통하여 혈압 측정 성능을 테스트할 수 있다. 보다 구체적으로, 시신의 대동맥을 이용하여 성능을 확인할 수 있는데, 혈관 양단에 액체 용기 각각 한 개씩을 연결한 후, Peristaltic pump를 이용하여 혈관에서 혈류가 한 방향으로 소송 하는 과정을 시뮬레이션 한다. 이 때, 센서는 혈관 밖에 고정하고, 커패시턴스 값을 측정할 수 있는 ICR(Inductance, Capacitive, Resistance) Meter를 연결한 후, Pump의 수출 압력을 제어하면서 커패시턴스 값의 변화를 관찰할 수 있다.
FIG. 11 is a diagram showing a conceptual diagram of an in vitro experiment for confirming the performance of the
온도 센서(120)는, 측정된 신호의 처리, 보정, 및 인터페이스가 통합된 Monolithic CMOS IC가 사용된 디지털 온도 센서일 수 있다. 보다 구체적으로, 온도 센서(120)는, 측정된 신호의 처리, 보정, 및 인터페이스가 통합된 Monolithic CMOS IC를 사용할 수 있으며, 시스템 구동을 위한 마이크로 컨트롤러는, 에너지 효율적인 ARM Cortex M3 아키텍처로 설계된 32비트 마이크로 컨트롤인 EFM32를 사용함으로써, 저 전류에서의 구동을 보장하고 보다 오랫동안 체내 사용시간을 확보할 수 있다.
The
연산 모듈(130)은, 커패시티브 센서(110) 및 온도 센서(120)에서 실시간으로 측정된 데이터를 수집할 수 있고, 수집된 데이터 중 사용자의 혈류량 및 혈류 속도 데이터를 이용하여 사용자의 혈압을 연산할 수 있다. 즉, 연산 모듈(130)은, 마이크로프로세서와 입출력 모듈을 하나의 칩으로 만들어 기능을 수행하는 MCU(Micro Controller Unit)일 수 있는데, 커패시티브 센서(110) 및 온도 센서(120)로부터 받아들여진 데이터가 MCU에 전달된다. MCU는 내부에 설계된 알고리즘을 통해서 데이터를 분석하고 처리할 수 있으며, 특히 혈류량 및 혈류 속도 데이터를 이용하여 사용자의 혈압을 연산할 수 있다.
The
무선통신부(200)는, 생체 신호 센서부(100)에서 측정되고 연산된 사용자의 생체 정보를 모니터링부(300)로 무선으로 송신할 수 있다. 즉, 체내 생체 신호 센서부(100)에서 측정된 모든 데이터는 블루투스 등의 무선 통신 방식을 이용하여 외부 모니터링부(300)로 전송되도록 회로를 제작할 수 있다.
The
모니터링부(300)는, 무선통신부(200)로부터 수신된 사용자의 생체 정보를 사용자가 실시간으로 모니터링하도록 출력할 수 있다. 보다 구체적으로, 실시간 모니터링 관리 프로그램은 LabVIEW 기반으로 구현될 수 있으며, 모니터링 프로그램을 통하여 모니터링부(300)는, 무선통신부(200)로부터 수신된 사용자의 실시간 생체 정보를 누적하여 저장하고 그 변화 추이를 함께 보여줄 수 있다.
The
본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템(10)은, 생체 신호 센서부(100) 및 무선통신부(200)에 동력을 제공하고, 무선으로 충전되는 전원부(400)를 더 포함하여 될 수 있다. 즉, 전원부(400)를 무선으로 충전할 수 있게 함으로써, 환자들이 체내 본 발명을 이식하고서도 장시간 일상생활을 할 수 있으며, 체내 삽입되는 장치의 이용 및 관리를 보다 편리하게 할 수 있다.
In an embodiment of the present invention, the
본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템(10)은, 동물실험을 통하여 그 성능을 확인할 수 있다. 보다 구체적으로, 쥐의 동맥에 센서를 부착하고 이식형 장치를 쥐의 배속에 고정시킨 후에 다시 동물을 살려주고서 측정된 데이터를 무선으로 수집한다. 수집된 데이터를 모니터링 프로그램으로 전송하여 디스플레이 및 저장함으로써 본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템(10)의 성능을 확인할 수 있다.
The
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템의 구동 방법 흐름을 도시한 도면이고, 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템 생체 신호 센서부의 구동 방법 흐름을 도시한 도면이다. 도 12 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템(10)의 구동 방법은, 생체 신호 센서부(100)가 사용자의 체내 혈관에 장착되어 사용자의 혈압, 혈류량 및 체온을 포함하는 생체 정보를 측정하고 연산하는 단계(S100), 단계 S100에서 측정 및 연산된 사용자의 생체 정보를 무선으로 송신하는 단계(S200), 및 단계 S200에서 수신된 사용자의 생체 정보를 사용자가 실시간으로 모니터링하도록 출력하는 단계(S300)를 포함하여 구현될 수 있으며, 단계 S100은, 생체 신호 센서부(100)가 장착된 혈관의 구조와 기능, 통과된 혈류량 및 혈류 속도를 커패시티브 센서(110)에서 측정하는 단계(S110), 생체 신호 센서부(100)가 장착된 위치의 체온을 온도 센서(120)에서 측정하는 단계(S120), 및 단계 S110 및 단계 S120에서 실시간으로 측정된 데이터를 수집하되, 수집된 데이터 중 사용자의 혈류량 및 혈류 속도 데이터를 이용하여 사용자의 혈압을 연산하는 단계(S130)를 포함하여 구현될 수 있다.
FIG. 12 is a diagram illustrating a flow of a driving method of a system for real-time blood vessel transplantation type biometric information according to an embodiment of the present invention, and FIG. 13 is a real-time monitoring system for blood vessel transplantation type biometric information in a body according to an embodiment of the present invention. It is a diagram showing a flow of a method of driving a biosignal sensor unit. As shown in FIGS. 12 to 13, in the driving method of the
각각의 단계들과 관련된 상세한 내용들은, 앞서 본 발명의 일실시예에 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템과 관련하여 충분히 설명되었으므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
Details related to each step have been sufficiently described in relation to the system for real-time monitoring of intra-body blood vessel transplantation type biometric information according to an embodiment of the present invention, and thus detailed descriptions will be omitted.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예예 따른 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템 및 그 구동 방법에 따르면, 커패시티브 센서 및 온도 센서로 구성된 이식형 생체 신호 센서를 사용함으로써, 장치가 외부의 환경에 노출되지 않으므로 감염의 위험을 감소시킬 수 있고, 한 번의 이식으로도 장시간 동안 사용자 동맥의 혈압 및 내부 체온을 정확하면서도 지속적으로 관찰하는 것이 가능하며, 생체 신호 센서를 체내 여러 위치에 부착할 수 있기 때문에 부착된 위치에 따른 동맥의 변화도 관찰할 수 있다. 또한, 다양한 원기둥 형태의 혈관에 맞게 형성된 고리 형태의 커패시티브 센서를 이용함으로써, 동맥 혈관의 변이에도 오차 없이 혈류량 및 혈류 속도를 측정할 수 있고, 측정 대상 물질인 혈액과 커패시티브 센서 사이 존재하는 혈관벽을 고려하여 센싱하도록 커패시티브 센서를 설계함으로써, 유한요소 해석을 이용하여 혈관벽 장착에 최적화되도록 할 수 있다. 뿐만 아니라, 생체 인식 센서를 통해 측정된 정보를 모니터링 장치로 전송함으로써, 수신된 사용자의 생체 정보를 사용자가 실시간으로 정확하게 모니터링할 수 있고, 혈관 내 오염물질의 존재 여부나 혈류의 상태를 즉각적으로 관찰할 수 있어, 사용자의 건강 상태에 따라 보다 신속한 대처가 가능하며, 센서에 무선 통신과 무선 충전장치를 이용함으로써 센서를 체내에 장착하고서도 불편 없이 일상생활을 할 수 있다.
As described above, according to the system for real-time blood vessel transplantation type biometric information monitoring system and its driving method according to an embodiment of the present invention, by using an implantable biosignal sensor composed of a capacitive sensor and a temperature sensor, the device is Because it is not exposed to the environment, it is possible to reduce the risk of infection.It is possible to accurately and continuously observe the blood pressure and internal body temperature of the user's arteries for a long time with a single implantation, and the biometric signal sensor can be attached to various locations in the body. Therefore, it is possible to observe changes in arteries according to the attached location. In addition, by using a capacitive sensor in a ring shape formed to fit various cylindrical blood vessels, it is possible to measure the blood flow and blood flow rate without error even in the variation of arterial blood vessels, and exist between the blood and the capacitive sensor, which is a measurement target material. By designing the capacitive sensor to sense the vessel wall in consideration of the vessel wall, it is possible to optimize the vessel wall mounting using finite element analysis. In addition, by transmitting the information measured through the biometric sensor to the monitoring device, the user can accurately monitor the received user's biometric information in real time, and immediately observe the presence of contaminants in blood vessels or the state of blood flow. As a result, it is possible to respond more quickly according to the user's health condition, and by using a wireless communication and wireless charging device for the sensor, even when the sensor is installed in the body, daily life can be performed without inconvenience.
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention described above can be modified or applied in various ways by those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs, and the scope of the technical idea according to the present invention should be determined by the following claims.
10: 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템
100: 생체 신호 센서부
110: 커패시티브 센서
111: 측정 커패시티브 센서
112: 기준 커패시티브 센서
120: 온도 센서
130: 연산 모듈
200: 무선통신부
300: 모니터링부
400: 전원부
S100: 생체 신호 센서부가 체내 혈관에 장착되어 혈압, 혈류량 및 체온의 생체 정보를 측정하고 연산하는 단계
S110: 생체 신호 센서부가 장착된 혈관의 구조와 기능, 통과된 혈류량 및 혈류 속도를 커패시티브 센서에서 측정하는 단계
S120: 생체 신호 센서부가 장착된 위치의 체온을 온도 센서에서 측정하는 단계
S130: 단계 S110 및 단계 S120에서 실시간으로 측정된 데이터를 수집하되, 수집된 데이터 중 혈류량 및 혈류 속도 데이터를 이용하여 혈압을 연산하는 단계
S200: 단계 S100에서 측정 및 연산된 생체 정보를 무선으로 송신하는 단계
S300: 단계 S200에서 수신된 생체 정보를 사용자가 실시간으로 모니터링하도록 출력하는 단계10: Blood vessel transplant type biometric information real-time monitoring system
100: biosignal sensor unit
110: capacitive sensor
111: measuring capacitive sensor
112: reference capacitive sensor
120: temperature sensor
130: arithmetic module
200: Ministry of Wireless Communication
300: monitoring unit
400: power unit
S100: Step of measuring and calculating biometric information of blood pressure, blood flow, and body temperature by mounting a biometric signal sensor unit on blood vessels in the body
S110: Step of measuring the structure and function of the blood vessel equipped with the biosignal sensor unit, the amount of blood flow passed, and the blood flow rate by the capacitive sensor
S120: Step of measuring the body temperature at the location where the biometric signal sensor unit is mounted using the temperature sensor
S130: Collecting data measured in real time in steps S110 and S120, but calculating blood pressure using blood flow and blood flow rate data among the collected data.
S200: wirelessly transmitting the biometric information measured and calculated in step S100
S300: Outputting the biometric information received in step S200 to be monitored by the user in real time
Claims (20)
사용자의 체내 혈관에 장착되어 사용자의 혈압, 혈류량 및 체온을 포함하는 생체 정보를 측정하고 연산하는 생체 신호 센서부(100);
상기 생체 신호 센서부(100)에서 측정 및 연산된 상기 사용자의 생체 정보를 무선으로 송신하는 무선통신부(200); 및
상기 무선통신부(200)로부터 수신된 상기 사용자의 생체 정보를 사용자가 실시간으로 모니터링하도록 출력하는 모니터링부(300)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템(10).As an in vivo blood vessel transplant type biometric information real-time monitoring system 10,
A biometric signal sensor unit 100 mounted on a blood vessel of a user to measure and calculate biometric information including a user's blood pressure, blood flow, and body temperature;
A wireless communication unit 200 for wirelessly transmitting the user's biometric information measured and calculated by the biometric signal sensor unit 100; And
A system (10) comprising a monitoring unit (300) for outputting the user's biometric information received from the wireless communication unit (200) to allow the user to monitor in real time. .
상기 사용자의 체내 혈관 중 동맥에 장착되는 것을 특징으로 하는, 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템(10).The method of claim 1, wherein the biosignal sensor unit 100,
A system (10) for real-time monitoring of intra-body blood vessel implantation type biometric information, characterized in that it is mounted on an artery among blood vessels in the user's body.
상기 생체 신호 센서부(100)가 장착된 혈관의 구조와 기능, 통과된 혈류량 및 혈류 속도를 측정하는 커패시티브 센서(110);
상기 생체 신호 센서부(100)가 장착된 위치의 체온을 측정하는 온도 센서(120); 및
상기 커패시티브 센서(110) 및 상기 온도 센서(120)에서 실시간으로 측정된 데이터를 수집하되, 수집된 데이터 중 상기 사용자의 혈류량 및 혈류 속도 데이터를 이용하여 사용자의 혈압을 연산하는 연산 모듈(130)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템(10).The method of claim 1, wherein the biosignal sensor unit 100,
A capacitive sensor 110 measuring the structure and function of a blood vessel in which the bio-signal sensor unit 100 is mounted, the amount of blood flow passed through, and a blood flow rate;
A temperature sensor 120 measuring a body temperature at a location where the biosignal sensor unit 100 is mounted; And
An operation module 130 that collects data measured in real time by the capacitive sensor 110 and the temperature sensor 120, and calculates the user's blood pressure by using the user's blood flow and blood flow velocity data among the collected data. ), characterized in that it is configured to include, in vivo blood vessel transplantation type biometric information real-time monitoring system (10).
상기 사용자 혈관의 구조와 기능, 통과된 혈류량 및 혈류 속도를 측정하는, 측정 커패시티브 센서(111); 및
상기 측정 커패시티브 센서(111)에서 상기 사용자 혈관의 구조와 기능, 통과된 혈류량 및 혈류 속도를 측정하는데 기준이 되는, 기준 커패시티브 센서(112)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템(10).The method of claim 3, wherein the capacitive sensor (110),
A measurement capacitive sensor 111 for measuring the structure and function of the user's blood vessel, the amount of blood flow passed, and the blood flow rate; And
In the body, characterized in that it comprises a reference capacitive sensor 112, which is a reference for measuring the structure and function of the user's blood vessel, the amount of blood flow passed, and the blood flow rate by the measurement capacitive sensor 111 Blood vessel transplant type biometric information real-time monitoring system (10).
플렉시블(flexible) 재질로 구성되어, 상기 커패시티브 센서(110)가 장착되는 혈관의 원기둥 형태에 맞춰 상기 혈관을 둘러싸는 고리 형태의 센서인 것을 특징으로 하는, 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템(10).The method of claim 4, wherein the capacitive sensor (110),
A real-time monitoring system for intra-body blood vessel implantation type biometric information, which is made of a flexible material and is a ring-shaped sensor that surrounds the blood vessel in accordance with the cylindrical shape of the blood vessel on which the capacitive sensor 110 is mounted. (10).
측정 대상 물질인 사용자의 혈액과 상기 커패시티브 센서(110) 사이 존재하는 혈관벽을 고려하여 센싱하도록 설계된 것으로써, 유한요소 해석을 이용하여 혈관벽 장착에 최적화된 센서인 것을 특징으로 하는, 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템(10).The method of claim 5, wherein the capacitive sensor (110),
Designed to sense the blood vessel wall existing between the user's blood, which is a measurement target, and the capacitive sensor 110, and is a sensor optimized for vascular wall mounting using finite element analysis. Type biometric information real-time monitoring system (10).
상기 사용자의 혈액 속에 존재하는 이물질에 따른 유전율 변화를 감지하여 상기 사용자의 혈액 내 이물질 측정이 가능한 것을 특징으로 하는, 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템(10).The method of claim 6, wherein the capacitive sensor (110),
In vivo blood vessel transplantation type biometric information real-time monitoring system (10), characterized in that it is possible to measure the foreign substance in the user's blood by detecting a change in dielectric constant according to the foreign substance present in the user's blood.
측정된 신호의 처리, 보정, 및 인터페이스가 통합된 Monolithic CMOS IC가 사용된 디지털 온도 센서인 것을 특징으로 하는, 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템(10).The method of claim 3, wherein the temperature sensor (120),
A digital temperature sensor using a Monolithic CMOS IC in which processing, correction, and interface of the measured signal are integrated, is used.
상기 무선통신부(200)로부터 수신된 상기 사용자의 실시간 생체 정보를 누적하여 저장하고 그 변화 추이를 함께 보여주는 것을 특징으로 하는, 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템(10).The method of claim 1, wherein the monitoring unit 300,
The real-time biometric information of the user received from the wireless communication unit 200 is accumulated and stored, and the change trend is displayed together.
상기 생체 신호 센서부(100) 및 상기 무선통신부(200)에 동력을 제공하고, 무선으로 충전되는 전원부(400)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템(10).The method of claim 1,
The bio-signal sensor unit 100 and the wireless communication unit 200 are provided with power, and a power supply unit 400 that is wirelessly charged is further included. 10).
(1) 생체 신호 센서부(100)가 사용자의 체내 혈관에 장착되어 사용자의 혈압, 혈류량 및 체온을 포함하는 생체 정보를 측정하고 연산하는 단계;
(2) 상기 단계 (1)에서 측정 및 연산된 상기 사용자의 생체 정보를 무선으로 송신하는 단계; 및
(3) 상기 단계 (2)에서 수신된 상기 사용자의 생체 정보를 사용자가 실시간으로 모니터링하도록 출력하는 단계를 포함하여 구현되는 것을 특징으로 하는, 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템(10)의 구동 방법.As a driving method of the in vivo blood vessel transplant type biometric information real-time monitoring system 10,
(1) measuring and calculating biometric information including the user's blood pressure, blood flow, and body temperature by mounting the biometric signal sensor unit 100 on a blood vessel in the user's body;
(2) wirelessly transmitting the user's biometric information measured and calculated in step (1); And
(3) Driving of the system 10 for real-time monitoring of intra-body blood vessel implantable biometric information, characterized in that it is implemented including the step of outputting the user's biometric information received in step (2) so that the user monitors in real time Way.
상기 생체 신호 센서부(100)가 상기 사용자의 체내 혈관 중 동맥에 장착되는 것을 특징으로 하는, 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템(10)의 구동 방법.The method of claim 11, wherein in step (1),
The method of driving the system (10) for real-time monitoring of biometric information of a blood vessel implantation type in a body, characterized in that the biosignal sensor unit (100) is mounted on an artery among blood vessels in the user's body.
(1-1) 상기 생체 신호 센서부(100)가 장착된 혈관의 구조와 기능, 통과된 혈류량 및 혈류 속도를 커패시티브 센서(110)에서 측정하는 단계;
(1-2) 상기 생체 신호 센서부(100)가 장착된 위치의 체온을 온도 센서(120)에서 측정하는 단계; 및
(1-3) 상기 단계 (1-1) 및 상기 단계 (1-2)에서 실시간으로 측정된 데이터를 수집하되, 수집된 데이터 중 상기 사용자의 혈류량 및 혈류 속도 데이터를 이용하여 사용자의 혈압을 연산하는 단계를 포함하여 구현되는 것을 특징으로 하는, 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템(10)의 구동 방법.The method of claim 11, wherein the step (1),
(1-1) measuring by the capacitive sensor 110 the structure and function of the blood vessel in which the bio-signal sensor unit 100 is mounted, the amount of blood flow passed and the blood flow rate;
(1-2) measuring the body temperature at the position where the bio-signal sensor unit 100 is mounted by the temperature sensor 120; And
(1-3) Collects the data measured in real time in steps (1-1) and (1-2), but calculates the user's blood pressure using the user's blood flow and blood flow rate data among the collected data. A method of driving the system 10 for real-time monitoring of intra-body blood vessel implantation type biometric information, characterized in that it is implemented including the step of.
상기 사용자 혈관의 구조와 기능, 통과된 혈류량 및 혈류 속도를 측정하는, 측정 커패시티브 센서(111); 및
상기 측정 커패시티브 센서(111)에서 상기 사용자 혈관의 구조과 기능, 통과된 혈류량 및 혈류 속도를 측정하는데 기준이 되는, 기준 커패시티브 센서(112)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템(10)의 구동 방법.The method of claim 13, wherein the capacitive sensor (110),
A measurement capacitive sensor 111 for measuring the structure and function of the user's blood vessel, the amount of blood flow passed, and the blood flow rate; And
In the body blood vessel, characterized in that it comprises a reference capacitive sensor 112, which is a reference for measuring the structure and function of the user's blood vessel, the amount of blood passed and the blood flow rate by the measurement capacitive sensor 111 A method of driving the implantable biometric information real-time monitoring system 10.
플렉시블(flexible) 재질로 구성되어, 상기 커패시티브 센서(110)가 장착되는 혈관의 원기둥 형태에 맞춰 상기 혈관을 둘러싸는 고리 형태의 센서인 것을 특징으로 하는, 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템(10)의 구동 방법.The method of claim 14, wherein the capacitive sensor (110),
A real-time monitoring system for intra-body blood vessel implantation type biometric information, which is made of a flexible material and is a ring-shaped sensor that surrounds the blood vessel in accordance with the cylindrical shape of the blood vessel on which the capacitive sensor 110 is mounted. (10) driving method.
측정 대상 물질인 사용자의 혈액과 상기 커패시티브 센서(110) 사이 존재하는 혈관벽을 고려하여 센싱하도록 설계된 것으로써, 유한요소 해석을 이용하여 혈관벽 장착에 최적화된 센서인 것을 특징으로 하는, 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템(10)의 구동 방법.The method of claim 15, wherein the capacitive sensor (110),
Designed to sense the blood vessel wall existing between the user's blood, which is a measurement target, and the capacitive sensor 110, and is a sensor optimized for vascular wall mounting using finite element analysis. A method of driving the type biometric information real-time monitoring system 10.
상기 사용자의 혈액 속에 존재하는 이물질에 따른 유전율 변화를 감지하여 상기 사용자의 혈액 내 이물질 측정이 가능한 것을 특징으로 하는, 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템(10)의 구동 방법.The method of claim 16, wherein the capacitive sensor (110),
The driving method of the system (10) for real-time blood vessel transplantation type biometric information monitoring system (10), characterized in that it is possible to measure the foreign substance in the user's blood by detecting a change in dielectric constant according to the foreign substance present in the user's blood.
측정된 신호의 처리, 보정, 및 인터페이스가 통합된 Monolithic CMOS IC가 사용된 디지털 온도 센서인 것을 특징으로 하는, 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템(10)의 구동 방법.The method of claim 13, wherein the temperature sensor (120),
A method of driving the system 10 for real-time monitoring of biometric information of a blood vessel implantation type in a body, characterized in that it is a digital temperature sensor using a Monolithic CMOS IC in which processing, correction, and interface of the measured signal are integrated.
상기 단계 (2)에서 수신된 상기 사용자의 실시간 생체 정보를 누적하여 저장하고 그 변화 추이를 함께 보여주는 것을 특징으로 하는, 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템(10)의 구동 방법.The method of claim 11, wherein in the step (3),
The driving method of the system (10) for real-time monitoring of intra-body blood vessel implantation type biometric information (10), characterized in that the real-time biometric information of the user received in step (2) is accumulated and stored, and the change trend is displayed together.
상기 단계 (1) 및 상기 단계 (2)에 동력을 제공하고, 무선으로 충전되는 전원부(400)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 체내 혈관 이식형 생체 정보 실시간 모니터링 시스템(10)의 구동 방법.The method of claim 11,
Driving of the system 10 for real-time blood vessel implantation type biometric information monitoring system 10, characterized in that it further comprises a power supply unit 400 that provides power to the steps (1) and (2) and is charged wirelessly Way.
Priority Applications (2)
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KR1020190090476A KR102251557B1 (en) | 2019-07-25 | 2019-07-25 | Implantable device for monitoring biometric data in real time and its way to working |
PCT/KR2020/095086 WO2021015602A1 (en) | 2019-07-25 | 2020-07-24 | In vivo blood vessel implantable system for real-time monitoring biometric information and driving method thereof, and medical education system capable of observing structure, function, and mutation of blood vessel and driving method thereof |
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KR1020190090476A KR102251557B1 (en) | 2019-07-25 | 2019-07-25 | Implantable device for monitoring biometric data in real time and its way to working |
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KR1020190090476A KR102251557B1 (en) | 2019-07-25 | 2019-07-25 | Implantable device for monitoring biometric data in real time and its way to working |
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KR20190054361A (en) * | 2017-11-13 | 2019-05-22 | 울산과학기술원 | Apparatus and method for calibrating glucose level |
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