KR20230025285A - 누설파를 이용하여 생체 정보를 측정하는 안테나 장치 - Google Patents

누설파를 이용하여 생체 정보를 측정하는 안테나 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20230025285A
KR20230025285A KR1020210107641A KR20210107641A KR20230025285A KR 20230025285 A KR20230025285 A KR 20230025285A KR 1020210107641 A KR1020210107641 A KR 1020210107641A KR 20210107641 A KR20210107641 A KR 20210107641A KR 20230025285 A KR20230025285 A KR 20230025285A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
body part
electromagnetic wave
slots
leaky wave
antenna device
Prior art date
Application number
KR1020210107641A
Other languages
English (en)
Inventor
서승업
성남환
이해동
김성문
송지웅
말릭 자가나스
Original Assignee
주식회사 에스비솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 에스비솔루션 filed Critical 주식회사 에스비솔루션
Priority to KR1020210107641A priority Critical patent/KR20230025285A/ko
Priority to PCT/KR2021/013082 priority patent/WO2023017899A1/ko
Priority to US17/535,404 priority patent/US20230048490A1/en
Publication of KR20230025285A publication Critical patent/KR20230025285A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/273—Adaptation for carrying or wearing by persons or animals
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0002—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network
    • A61B5/0015—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network characterised by features of the telemetry system
    • A61B5/0022—Monitoring a patient using a global network, e.g. telephone networks, internet
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0002—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network
    • A61B5/0031—Implanted circuitry
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/0507—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves  using microwaves or terahertz waves
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/14503—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue invasive, e.g. introduced into the body by a catheter or needle or using implanted sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/14507—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue specially adapted for measuring characteristics of body fluids other than blood
    • A61B5/1451—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue specially adapted for measuring characteristics of body fluids other than blood for interstitial fluid
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/14532—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue for measuring glucose, e.g. by tissue impedance measurement
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6846—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive
    • A61B5/6847—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive mounted on an invasive device
    • A61B5/686—Permanently implanted devices, e.g. pacemakers, other stimulators, biochips
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7235—Details of waveform analysis
    • A61B5/725—Details of waveform analysis using specific filters therefor, e.g. Kalman or adaptive filters
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7271—Specific aspects of physiological measurement analysis
    • A61B5/7275—Determining trends in physiological measurement data; Predicting development of a medical condition based on physiological measurements, e.g. determining a risk factor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/20—Non-resonant leaky-waveguide or transmission-line antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/20—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a curvilinear path
    • H01Q21/205—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a curvilinear path providing an omnidirectional coverage
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2560/00—Constructional details of operational features of apparatus; Accessories for medical measuring apparatus
    • A61B2560/02—Operational features
    • A61B2560/0242—Operational features adapted to measure environmental factors, e.g. temperature, pollution
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0271—Thermal or temperature sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/029—Humidity sensors

Abstract

누설파를 이용하여 생체 정보를 측정하는 안테나 장치를 개시한다. 일실시예에 따른 안테나 장치는 분석 대상의 신체 부위 중 적어도 일부를 감싸도록 형성된 안테나 본체를 포함하고, 안테나 본체는 신체 부위를 감싸는 면에 형성된 복수의 전송측 슬롯 및 복수의 수신측 슬롯을 포함하고, 안테나 본체의 내부로 입력된 전자기파가 복수의 전송측 슬롯 중 적어도 하나를 통해 신체 부위의 내부로 방사되고, 신체 부위를 통해 복수의 수신측 슬롯들 중 적어도 하나를 통해 입력되는 전자기파의 주파수에 기반하여 신체 부위 내부의 분석물에 대한 정보를 센싱하는 것을 특징으로 할 수 있다.

Description

누설파를 이용하여 생체 정보를 측정하는 안테나 장치{ANTENNA DEVICE FOR MEASURING BIOMETRIC INFORMATION USING LEAKY WAVE}
아래의 설명은 누설파를 이용하여 생체 정보를 측정하는 안테나 장치에 관한 것이다.
당뇨병, 고지혈증 및 혈전증과 같은 성인 질병의 증가 사례가 지속적으로 증가하고 있다. 이러한 질병을 지속적으로 모니터링하고 관리하는 것이 중요하므로 다양한 바이오 센서를 사용하여 주기적으로 측정해야 한다. 일반적인 유형의 바이오 센서는 손가락에서 채취 한 혈액을 테스트 스트립에 주입한 후 전기 화학적 방법 또는 광도 측정 방법을 사용하여 출력 신호를 정량화하는 방법이다. 이 접근법은 매번 혈액 채취가 필요하기 때문에 사용자에게 많은 고통을 안겨준다.
일례로, 전 세계적으로 수억 명이 갖고 있는 당뇨병을 관리하기 위해서는 혈당을 측정하는 것이며 가장 기본이다. 따라서 혈당 측정 장치는 당뇨병 환자에게 없어서는 안 되는 중요한 진단 장치이다. 최근에는 다양한 혈당 측정 장치들이 개발되고 있으나, 가장 많이 사용되는 방법은 손가락을 찔러 채혈을 하고 직접 혈액 내 포도당의 농도를 측정하는 방법이다. 침습적 방법을 이용하는 경우에 침습형 센서를 피부에 내부로 침투시켜 일정 시간동안 측정한 후 외부의 리더기에 인식시켜 혈당을 측정하는 방법이 존재한다.
반대로 비침습적 방법에는 LED(Light-Emitting Diode)-PD(Photo Diode)를 이용하는 방법 등이 존재한다. 하지만 비침습적 방법은 피부에 부착하기 때문에, 땀이나 온도 등의 환경적인 요소와 이물질 등에 의해서 정확성이 떨어진다.
상기에서 설명된 정보는 단지 이해를 돕기 위한 것이며, 종래 기술의 일부를 형성하지 않는 내용을 포함할 수 있으며, 종래 기술이 통상의 기술자에게 제시할 수 있는 것을 포함하지 않을 수 있다.
[선행기술문헌번호]
한국등록특허 제10-2185556호
누설파(leaky-wave)를 이용하여 생체 정보를 측정하는 안테나 장치를 제공한다.
분석 대상의 신체 부위 중 적어도 일부를 감싸도록 형성된 안테나 본체를 포함하고, 상기 안테나 본체는 상기 신체 부위를 감싸는 면에 형성된 복수의 전송측 슬롯 및 복수의 수신측 슬롯을 포함하고, 상기 안테나 본체의 내부로 입력된 전자기파가 상기 복수의 전송측 슬롯 중 적어도 하나를 통해 상기 신체 부위의 내부로 방사되고, 상기 신체 부위를 통해 상기 복수의 수신측 슬롯들 중 적어도 하나를 통해 입력되는 전자기파의 주파수에 기반하여 상기 신체 부위 내부의 분석물에 대한 정보를 센싱하는 것을 특징으로 하는 누설파 안테나 장치를 제공한다.
일측에 따르면, 상기 방사되는 전자기파는 주파수에 따라 방사되는 빔의 방향이 상이한 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 방사되는 전자기파는 상기 신체 부위 내부의 유전율에 따라 경로가 변경되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 전자기파가 방사되는 슬롯과 상기 전자기파가 입력되는 슬롯간에 가장 강한 채널을 형성하는 전자기파의 주파수를 통해 상기 신체 부위 내부의 유전율을 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 복수의 전송측 슬롯 및 복수의 수신측 슬롯은 상기 안테나 본체가 상기 신체 부위를 감싸는 방향에 수직된 방향으로 상기 안테나 본체에 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 복수의 전송측 슬롯 또는 상기 복수의 수신측 슬롯은, 중간의 a(상기 a는 자연수)개의 슬롯들의 길이가 동일하고, 좌측의 b(상기 b는 자연수)개의 슬롯들의 길이가 보다 좌측에 위치할수록 상대적으로 더 작아지고, 우측의 c(상기 c는 자연수)개의 슬롯들의 길이가 보다 우측에 위치할수록 상대적으로 더 작아지도록 형성되고, 상기 복수의 전송측 슬롯 또는 상기 복수의 수신측 슬롯의 개수는 상기 a, 상기 b 및 상기 c의 합으로 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
분석 대상의 신체 부위 중 적어도 일부를 감싸도록 형성된 연성 회로 기판을 포함하고, 상기 연성 회로 기판에는 상기 신체 부위를 감싸는 면에 CRLH(Composite Right/Left Handed) 전송 선로가 프린팅되고, 상기 CRLH 전송 선로의 제1 부분을 통해 방향성을 갖는 전자기파가 상기 신체 부위의 내부로 방사되고, 상기 CRLH 전송 선로의 제2 부분을 통해 감지되는 전자기파의 주파수에 기반하여 상기 신체 부위 내부의 분석물에 대한 정보를 센싱하는 것을 특징으로 하는 누설파 안테나 장치를 제공한다.
누설파(leaky-wave)를 이용하여 생체 정보를 측정하는 안테나 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 생체 정보 측정 장치의 예를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 생체 정보 측정 장치의 3가지 모드에 대한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 누설파 안테나의 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 유전율에 따라 전자기파의 경로가 변경되는 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 빔 방향을 조절할 수 있는 누설파 안테나의 개념의 예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 누설파 안테나의 구현 예를 도시한 도면이다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 일실시예에 따라 구현된 누설파 안테나의 실험 결과를 도시한 그래프들이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 누설파 안테나의 다른 구현 예를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 누설파 안테나의 또 다른 구현 예를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 누설파 안테나의 방사 패턴의 예를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 있어서, 체조직을 둘러싼 누설파 안테나의 예를 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 있어서, 체조직의 유전율이 변함에 따라 산란 파라미터가 변함을 나타낸 그래프이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 있어서, 10.8GHz의 주파수의 전자기파에 대한 방사 패턴의 예를 도시한 도면이다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 일실시예에 있어서, 누설파 안테나의 구조와 개념을 나타낸 도면들이다.
도 19는 사람의 팔을 감싸도록 구현된 패치 안테나의 예를 도시한 도면이다.
도 20은 본 발명의 일실시예에 있어서, 사람의 팔을 감싸도록 구현된 누설파 안테나의 예를 도시한 도면이다.
도 21은 본 발명의 일실시예에 있어서, CRLH(Composite Right/Left Handed) 전송 선로를 이용한 누설파 안테나의 예를 도시한 도면이다.
도 22는 본 발명의 일실시예에 따른 누설파 안테나의 분산 다이어그램이다.
도 23은 본 발명의 일실시예에 따른 누설파 안테나의 방사 패턴의 예를 도시한 그래프이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 청구범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 청구범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성 요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재한 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
일 실시예에 따르면, 반영구적으로 혈당을 측정할 수 있는 체내 생체 측정 센서에 관한 기술이 제공된다. 체내 생체 센서(in-body bio sensor)는 침습형 생체 센서, 삽입형 생체 센서, 이식형 생체 센서라고도 나타낼 수 있다. 체내 생체 센서는 전자기파를 이용하여 대상 피분석물(target analyte)을 센싱하는 센서일 수 있다. 예를 들어, 체내 생체 센서는 대상 피분석물과 연관된 생체 정보를 측정할 수 있다. 이하, 대상 피분석물은 생체(living body)와 연관된 물질(material)로서, 생체 물질 또는 분석물(analyte)이라고도 나타낼 수 있다. 참고로, 본 명세서에서 대상 피분석물은 주로 혈당으로 설명하였으나, 이로 한정하는 것은 아니다. 생체 정보는 대상자의 생체 성분과 관련된 정보로서, 예를 들어, 피분석물의 농도, 수치 등을 포함할 수 있다. 피분석물이 혈당인 경우, 생체 정보는 혈당 수치를 포함할 수 있다.
체내 생체 센서는 상술한 생체 성분과 연관된 생체 파라미터(이하, '파라미터')를 측정하고, 측정된 파라미터로부터 생체 정보를 결정할 수 있다. 본 명세서에서 파라미터는 생체 센서 및/또는 생체 센싱 시스템을 해석하기 위해 사용되는 회로망 파라미터(circuit network parameter)를 나타낼 수 있고, 아래에서는 설명의 편의를 위해 주로 산란 파라미터(scattering parameter)를 예로 들어 설명하나 이로 한정하는 것은 아니다. 파라미터로서 예를 들어, 어드미턴스 파라미터, 임피던스 파라미터, 하이브리드 파라미터, 및 전송 파라미터 등이 사용될 수도 있다. 산란 파라미터의 경우 투과계수 및 반사계수가 사용될 수 있다. 참고로, 상술한 산란 파라미터로부터 산출되는 공진 주파수는 대상 피분석물의 농도와 관련될 수 있고, 생체 센서는 투과계수 및/또는 반사계수의 변화를 감지함으로써 혈당을 예측할 수 있다.
체내 생체 센서는 공진기 조립체(resonator assembly)(예를 들어, 안테나)를 포함할 수 있다. 이하, 공진기 조립체는 안테나인 예시를 주로 설명한다. 안테나의 공진 주파수는 하기 수학식 1과 같이 커패시턴스 성분 및 인덕턴스 성분으로 표현될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
상술한 수학식 1에서 f는 전자기파를 이용한 생체 센서에 포함된 안테나의 공진 주파수, L은 안테나의 인덕턴스, C는 안테나의 커패시턴스를 나타낼 수 있다. 안테나의 커패시턴스 C는 아래 수학식 2와 같이 상대 유전율(relative dielectric constant)
Figure pat00002
에 비례할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00003
안테나의 상대 유전율
Figure pat00004
은 주변의 대상 피분석물의 농도에 의해 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 전자기파가 임의의 유전율을 가지는 물질을 통과하는 경우, 전파 반사 및 산란으로 인해 투과된 전자기파에서 진폭과 위상의 변화가 발생할 수 있다. 생체 센서 주변에 존재하는 대상 피분석물의 농도에 따라 전자기파의 반사 정도 및/또는 산란 정도가 달라지므로, 상대 유전율
Figure pat00005
도 달라질 수 있다. 이는 안테나를 포함하는 생체 센서에 의해 방사된 전자기파에 의한 주변 장(fringing field)로 인해, 생체 센서와 대상 피분석물 간에 생체 커패시턴스가 형성되는 것으로 해석될 수 있다. 대상 피분석물의 농도 변화에 따라 안테나의 상대 유전율
Figure pat00006
이 변하므로, 안테나의 공진 주파수도 함께 변화한다. 다시 말해, 대상 피분석물의 농도는 공진 주파수에 대응할 수 있다.
일 실시예에 따른, 체내 생체 센서는 주파수를 스윕하면서 전자기파를 방사하고, 방사된 전자기파에 따른 산란 파라미터를 측정할 수 있다. 체내 생체 센서는 측정된 산란 파라미터로부터 공진 주파수를 결정하며, 결정된 공진 주파수에 대응하는 혈당 수치를 추정할 수 있다. 체내 생체 센서는 피하층에 삽입될 수 있고, 혈관으로부터 간질액으로 확산된 혈당을 예측할 수 있다.
체내 생체 센서는 공진 주파수(resonance frequency)의 주파수 천이 정도를 판별함으로써, 생체 정보를 추정할 수 있다. 보다 정확한 공진 주파수의 측정을 위해, 품질 지수(quality factor)가 극대화될 수 있다. 이하에서는, 전자기파를 이용한 생체 센서에 사용되는 안테나 장치에서 품질 지수가 개선된 안테나 구조를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 생체 정보 측정 장치의 예를 도시한 블록도이다. 본 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치(10)는 생체 정보(일례로, 혈당, 산소포화도 등과 같은 분석물 농도)를 측정하고자 하는 분석 대상의 체내에 삽입된 임플란트 디바이스(20)와 임플란트 디바이스(20)의 위치와 대응되는 위치의 분석 대상의 체외에 배치된 익스터널 디바이스(30)로 구성될 수 있다. 분석 대상은 사람 또는 동물이 될 수 있다. 여기서 임플란트 디바이스(20)는 앞서 설명한 체내 생체 센서에 대응할 수 있다.
익스터널 디바이스(30)는 분석 대상의 신체 외부에 부착되거나 착용되는 센서로, 밴딩 방식이나 접착 방식 등 다양한 방식으로 분석 대상의 체외에 고정될 수 있다. 이러한 익스터널 디바이스(30)는 통신부(31)를 포함할 수 있으며, 통신부(31)를 통해 페어링되어 있거나 기 설정된 단말(100)로 생체 정보를 제공할 수 있다.
실시예에 따라 익스터널 디바이스(30)는 생체 정보 자체를 단말(100)로 제공할 수도 있고, 생체 정보에 대한 각종 분석을 실시하여 분석 결과, 경고 등을 단말(100)로 제공할 수도 있다. 생체 정보 자체를 단말(100)로 제공하는 경우에는 단말(100)에서 생체 정보에 대한 각종 분석을 실시할 수도 있다. 이러한 생체 정보의 분석 수단은 실시자가 용이하게 선택할 수 있다.
또한, 익스터널 디바이스(30)는 외부 환경에 의한 성능 변화를 차단하여 측정 정확도와 측정 지속성을 확보할 수 있다. 한편, 익스터널 디바이스(30)는 임플란트 디바이스(20)와의 상호 보완적인 데이터를 확보하여 정확도를 향상시킬 수 있다.
임플란트 디바이스(20)는 분석 대상의 체내에 삽입될 수 있다. 일례로, 임플란트 디바이스(20)는 혈액에 직접 접촉하거나 혈관 내부에 배치되는 것이 아니라, 대상자의 피부로부터 소정 깊이에서 혈관 이외의 영역에 배치될 수 있다. 다시 말해, 임플란트 디바이스(20)는 피부 및 혈관 사이의 피하 영역에 배치되는 것이 바람직하다.
임플란트 디바이스(20)는 특정 주파수의 전자기파를 방사하여 센서 주변의 분석물로부터 반사된 신호를 측정함으로서 분석물 농도를 측정할 수 있다. 일례로, 혈당을 측정하고자 하는 경우, 임플란트 디바이스(20)는 특정 주파수의 전자기파를 방사하여 센서 주변의 글루코스와 같은 분석물로부터 반사된 신호를 측정함으로써, 혈당과 같은 생체 정보를 측정할 수 있다.
익스터널 디바이스(30)는 임플란트 디바이스(20)가 배치된 위치와 대응되는 위치의 분석 대상의 체외에 배치될 수 있으며, 임플란트 디바이스(20)로 전력을 공급하고, 임플란트 디바이스(20)에서 측정된 측정 데이터(일례로, 상술한 생체 정보)를 수신할 수 있다.
분석 대상의 혈관 내 분석물의 농도(일례로, 혈당 수치)가 변화하면, 피하 영역에서의 분석물의 농도가 변화될 수 있다. 이 경우, 분석물의 농도의 변화에 따라 피하 영역에서의 유전율이 달라질 수 있다. 이때, 임플란트 디바이스(20)가 포함하는 측정부(21)에서의 공진 주파수가 주변 피하 영역의 유전율 변화에 따라 달라질 수 있다. 일례로, 측정부(21)는 특정 패턴의 도선(conducting wire) 및 급전선을 포함할 수 있다. 이때 주변 피하 영역의 유전율이 달라지면 측정부(21)의 커패시턴스도 달라지기 때문에 특정 패턴 및 급전선에 의한 공진 주파수 역시 달라질 수 있다. 피하의 분석물 농도는 인접한 혈관의 분석물 농도와 비례하여 변화하기 때문에 생체 정보 측정 장치(10)는 피하의 유전율 변화에 대응하는 공진 주파수를 이용하여 최종적으로 분석물 농도와 같은 생체 정보를 계산할 수 있다.
일실시예로, 생체 정보 측정 장치(10)는 산란 파라미터의 크기가 가장 작거나 큰 지점의 주파수(일례로, 공진 주파수)를 이용하여 그에 대응하는 상대 유전율을 계산할 수도 있다.
일실시예로, 임플란트 디바이스(20)의 측정부(21)는 공진 소자의 형태로 구성될 수도 있으며, 임플란트 디바이스(20)는 미리 지정된 주파수 대역 내에서 주파수를 스위핑함으로써 신호를 생성하고, 생성된 신호를 공진 소자에 주입할 수 있다. 이때, 익스터널 디바이스(30)는 공진 주파수가 변화하는 신호가 공급되는 공진 소자에 대하여 산란 파라미터를 측정할 수 있다.
임플란트 디바이스(20)의 통신부(22)는 측정부(21)에서 측정된 데이터를 익스터널 디바이스(30)로 송신할 수 있으며, 통신부(21)는 측정부(21)로 공급되는 신호를 생성하기 위한 전력을 무선 전력 송신 방식을 사용하여 익스터널 디바이스(30)로부터 수신할 수 있다.
익스터널 디바이스(30)는 프로세서(32)와 통신부(31)를 포함할 수 있으며, 통신부(31)는 임플란트 디바이스(20)에서 측정된 측정 데이터(일례로, 산란 파라미터, 공진 주파수의 변화 정도 등)를 수신할 수 있다. 이때, 익스터널 디바이스(30)의 프로세서(32)는 임플란트 디바이스(20)로부터 수신된 측정 데이터를 이용하여 분석물 농도를 판단할 수 있다. 실시예에 따라 분석물 농도는 익스터널 디바이스(30)에서 직접 수행될 수도 있으나, 익스터널 디바이스(30)로부터 측정 데이터를 전달받은 단말(100)에서 수행될 수도 있다.
일실시예로, 익스터널 디바이스(30)에는 측정 데이터(산란 파라미터 및/또는 공진 주파수의 변화 정도)와 분석물 농도가 미리 매핑된 룩업 테이블(look up table, LUT)이 저장되어 있을 수 있으며, 프로세서(32)는 룩업 테이블에 기초하여 분석물 농도를 로딩할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 생체 정보 측정 장치의 3가지 모드에 대한 예시도이다. 본 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치(10)는 3가지 모드로 작동될 수 있다. 이러한 3가지 모드는 독립적으로 수행될 수도 있고, 일정 시간 간격으로 번갈아서 수행될 수도 있다.
<모드 1: 침습모드>
모드 1에서 생체 정보 측정 장치(10)는 대상자의 혈관에서 조직 내 간질액으로 확산된 분석물에 대한 직접 측정을 수행할 수 있다. 일례로, 임플란트 디바이스(20)의 측정부(21)로서의 IC 칩은 특정 주파수를 갖는 전자기파를 출력하여 임플란트 디바이스(20) 주변의 글루코스와 같은 분석물로 방사하고, 분석물로부터 반사되어 돌아오는 신호를 측정할 수 있다. 그리고 임플란트 디바이스(20)는 시간에 따라 변화되는 공진 주파수의 파형(일례로, 사인파)을 출력하고, 특정 시간의 주파수에 따른 반사 신호가 검출되면, 그 주파수에 대응하는 생체 정보를 위한 측정 데이터를 생성할 수 있다.
<모드 2: 단일모드>
모드 2에서는 적어도 하나의 익스터널 디바이스(30)가 구비되며, 바람직하게는 두 개의 익스터널 디바이스(30)가 구성될 수 있다. 이때, 모드 2에서 익스터널 디바이스(30)는 소정 간격으로 배치된 제1 익스터널 디바이스와 제2 익스터널 디바이스를 포함할 수 있다.
생체 정보 측정 장치(10)는 소정 간격으로 배치된 제1 익스터널 디바이스와 제2 익스터널 디바이스가 커플링되어 분석 대상의 피부 겉표면의 간질액 내 분석물 농도의 변화에 따른 전자기파를 측정하고, 이와 함께 임플란트 디바이스(20)의 생체 정보에 대한 측정 데이터를 이용하여 측정값의 보정을 수행할 수 있다. 생체 정보 측정 장치(10)는 이와 같은 다중 모드를 통한 측정값의 보정을 수행함으로써, 분석물 농도의 측정에 대한 정확도를 개선할 수 있다.
<모드 3: 배열모드>
앞서 모드 1에서 생체 정보 측정 장치(10)는 임플란트 디바이스(20)가 임플란트 디바이스(20) 주변의 분석물에 전자기파를 방사하고, 분석물로부터 반사되어 돌아오는 신호를 측정하였다.
모드 3에서 생체 정보 측정 장치(10)는 분석 대상의 혈관 깊이까지 도달되는 전자기파를 방사하고, 혈관 내 분석물로부터 반사되어 돌아오는 신호로부터 생체 정보(분석물 농도로서 일례로, 혈당 수치)에 대한 측정 데이터를 생성한다.
일반적으로, 혈관 내의 분석물 농도가 변화하면 피하 영역에서의 분석물 농도가 변화될 수 있으며, 이러한 분석물 농도의 변화에 따라서 피하 영역에서의 유전율이 달라진다.
위에서 언급한 모드 1 및 모드 2에서는 이러한 피하 영역에 대한 측정을 수행함으로써 생체 정보를 위한 측정 데이터를 생성하였는데, 이러한 점 때문에 실제 혈관 내 분석물 농도와 피하 영역 내의 분석물 농도는 다소 차이점이 존재할 수 있다.
따라서 생체 정보 측정 장치(10)는 모드 3과 같은 동작을 수행하여 실제 혈관 내의 생체 정보에 대한 측정 데이터를 획득함으로써, 분석물 농도의 시간 딜레이 문제를 해결할 수 있다. 또한, 이러한 모드 3에 의해서 분석 대상의 급격한 분석물 농도의 변화량을 측정할 수 있게 되어 상술한 시간 딜레이 동안 분석 대상에게 발생할 수 있는 문제점을 미리 파악할 수도 있다.
또한, 일실시예에 따른 생체 정보 측정 장치(10)는 3가지 모드 중 2가지 이상의 모드를 동시에 운용하여 분석물 농도의 값을 캘리브레이션함으로써, 보다 정확한 생체 정보 측정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 생체 정보 측정 장치(10)는 임플란트 디바이스(20)의 모드 1, 2를 동시에 이용하여 데이터의 다양성 확보를 통해 정확도를 확보하고 반복 검사를 통해 생체 정보 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, 일실시예에 따른 생체 정보 측정 장치(10)는 종래의 간질액 기반 생체 정보 측정 센서들의 문제점인 시간 지연 문제를 모드 3을 이용하여 방사되는 전자기파의 침투 깊이 개선을 통해 혈관 내의 분석물 농도의 변화를 실시간으로 모니터링함으로써 해결할 수 있다.
또한, 이와 같이 복수 개의 센서와 복수 개의 모드를 함께 사용함으로써 데이터의 다양성을 확보하고 캘리브레이션 주기를 조절함으로써 생체 정보 예측 방식의 정확도를 개선하고 재현성 이슈를 해결할 수 있다.
일 실시예로, 생체 정보 측정 장치(10)는 모두 1, 2, 3의 측정 데이터와 함께 다른 센서(일례로, 환경 센서, 온도 센서, 습도 센서 등)의 측정 데이터를 베이지안(Bayesian) 필터 기반의 알고리즘과 연동하여 분석물 농도를 예측할 수도 있다.
또한, 일실시예에 따른 생체 정보 측정 장치(10)는 유전율 측정의 재현성을 확보하기 위해서, 모드 1, 2를 동시에 이용하고, 모드 1의 측정 데이터와 모드 2의 측정 데이터를 이용하여 측정된 분석물 농도가 동일하지 않은 경우에 재측정을 실시하도록 하거나, 또는 채혈을 통해 분석물 농도를 측정하여 입력하게 하여 이를 이용한 보정을 수행할 수 있다.
이와 같이, 생체 정보 측정 장치(10)는 다중모드의 측정으로 획득된 복수의 측정 데이터에 의해 각 모드에서 측정된 분석물 농도의 값이 동일한 경우, 결과에 대한 상호검증을 수행할 수 있으며, 다중모드에서 측정된 분석물 농도의 값이 상이한 경우에만 분석 대상에게 채혈을 이용한 분석물 농도의 측정을 요청함으로써 분석 대상의 채혈 횟수를 감소시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 누설파 안테나의 예를 도시한 도면이다. 도 3의 실시예에 따른 누설파 안테나(leaky-wave antenna, 310)는 밴드형으로 구현될 수 있으며, 분석 대상의 굴곡진 피부 표면(320)에 배치되어 분석 대상의 체내로 방향성을 갖는 자기장을 방사할 수 있다. 일례로, 이러한 누설파 안테나(310)는 앞서 도 2를 통해 설명한 모드 2(단일모드) 및/또는 모드 3(배열모드)를 위한 익스터널 디바이스(30)에 포함되는 안테나의 일례일 수 있다.
유전체로 형성된 누설파 안테나(310)의 내부로 전자기파의 웨이브가 입력되면, 전자기파의 웨이브는 누설파 안테나(310)의 내부를 통과하여 지나가다가 누설파 안테나(310)의 안테나 본체에 형성된 슬롯을 통해 누설파 안테나(310)의 외부로 방사될 수 있다. 이러한 안테나 본체는 분석 대상의 신체 부위를 감싸는 면에 형성된 복수의 전송측 슬롯(전송측(Tx) 슬롯들) 및 복수의 수신측 슬롯(수신측(Rx) 슬롯들)을 포함할 수 있다. 이때, 전자기파가 슬롯에서 방사되는 방향은 전자기파의 주파수에 따라 달라질 수 있다. 도 3의 실시예에서는 다수의 전송측(Tx) 슬롯들 중에서 특정 슬롯(330)을 통해 네 가지 주파수 "fc", "fc+Δf", "fc+2Δf" 및 "fc+3Δf"에 대해 각기 다른 방향으로 전자기파가 방사되는 예를 나타내고 있다.
또한, 체내의 유전율에 따라 전자기파의 경로가 변경될 수 있다. 이때, 동일한 유전율에서는 전송측(Tx)과 수신측(Rx)간에 동일한 링크가 형성될 수 있다. 여기서 동일한 링크는 동일한 유전율에서 동일한 주파수의 전자기파가 항상 전송측(Tx)과 수신측(Rx)간의 가장 강한 채널을 형성함을 의미할 수 있다. 이 경우, 주파수마다 전자기파의 빔 방향이 달라지도록 누설파 안테나(310)를 설계함으로써, 전송측(Tx)과 수신측(Rx)간의 가장 강한 채널을 형성하는 전자기파의 주파수를 통해 유전율을 측정할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 체내 유전율을 측정하는 경우, 측정된 유전율에 기반하여 체내의 생체 정보를 얻을 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 유전율에 따라 전자기파의 경로가 변경되는 예를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 빔 방향을 조절할 수 있는 누설파 안테나의 개념의 예를 도시한 도면이다. 도 4에서는 피부상에 배치된 바이오 센서(410)를 통해 특정 방향으로 방사된 전자기파의 빔이 유전율에 따라 경로가 변경되어 익스터널 수신 안테나(420)에 도달하는 예를 나타내고 있다. 이때, 공진 주파수는 재료의 유전 상수에 영향을 받으므로 익스터널 수신 안테나(420)를 생화학 센서로 사용할 수 있다. 일례로, 도 4의 익스터널 수신 안테나(420)는 산란 파라미터 S21 결과를 통해 바이오 센서 결과를 얻을 수 있다. 이때, 도 5는 누설파 안테나(510)를 이용하여 분석 대상의 체내로 조향하는 빔 각도를 제어할 수 있음을 나타내고 있다. 이때, 누설파 안테나(510)는 하나의 포트로 주파수에 따라 빔 방향을 조절할 수 있기 때문에 비용을 절약할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 누설파 안테나의 구현 예를 도시한 도면이고, 도 7 내지 도 10은 본 발명의 일실시예에 따라 구현된 누설파 안테나의 실험 결과를 도시한 그래프들이다. 도 7의 그래프는 주파수에 따른 산란 파라미터를, 도 8의 그래프는 주파수에 따른 방사 효율을, 도 9의 그래프는 데타파(Theta wave)에 따른 실현이득(손실)을, 도 10은 주파수별로 빔이 형성되는 방향성을 각각 나타내고 있다. 도 10은 주파수에 따라 방사되는 빔이 방향성을 가질 수 있음을 나타내고 있다. 본 실시예에 따른 누설파 안테나는 횡방향 슬롯을 포함하며, 10GHz에서 방사 효율 0.9 이상으로 슬롯을 통해 누설파 안테나의 외부로 방사될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 누설파 안테나의 다른 구현 예를 도시한 도면이다. 높은 이득과 더 좁은 빔 폭을 달성하기 위해, L0을 더 크게 설정할 수 있다. 또한 양단에 테이퍼 슬롯과 SIW(substrate integrated waveguide)를 적용하여 우수한 반사 손실 S11을 통해 대역폭을 향상시킬 수 있다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 누설파 안테나의 또 다른 구현 예를 도시한 도면이다. 본 실시예에 따른 누설파 안테나(1200)는 분석 대상의 신체 부위 중 적어도 일부를 감싸도록 형성된 안테나 본체(1210)를 포함할 수 있다. 이때, 안테나 본체(1210)는 신체 부위를 감싸는 면에 형성된 복수의 전송측 슬롯 및 복수의 수신측 슬롯을 포함할 수 있다. 제1 점선박스(1220)는 복수의 전송측 슬롯을, 제2 점선박스(1230)는 복수의 수신측 슬롯을 나타낼 수 있다. 복수의 전송측 슬롯 또는 복수의 수신측 슬롯은, 중간의 a(a는 자연수)개의 슬롯들의 길이가 동일하고, 좌측의 b(b는 자연수)개의 슬롯들의 길이가 보다 좌측에 위치할수록 상대적으로 더 작아지고, 우측의 c(c는 자연수)개의 슬롯들의 길이가 보다 우측에 위치할수록 상대적으로 더 작아지도록 형성될 수 있다. 이때, 복수의 전송측 슬롯 또는 복수의 수신측 슬롯의 개수는 a + b + c로 결정될 수 있다. 한편, 본 실시예에 따른 누설파 안테나(1200)는 산란 파라미터 S11 및 S21이 -10dB 이하로 대부분의 전력을 누설파 안테나(1200)의 외부로 방출할 수 있다. 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 누설파 안테나의 방사 패턴의 예를 도시한 도면이다. 도 13에서는 누설파 안테나의 양쪽에 하나씩 2포트를 활용하는 경우, 어느 포트를 통해 전자기파를 여기(excite)하는가, 그리고 2포트 모두를 통해 전자기파를 여기할 때 2포트에서 동위상의 전자기파를 여기할 것인지 또는 2포트에 대해 서로 다른 위상의 전자기파를 여기할 것인지에 따라 방사 패턴이 달라질 수 있음을 나타내고 있다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 있어서, 체조직을 둘러싼 누설파 안테나의 예를 도시한 도면이고, 도 15는 본 발명의 일실시예에 있어서, 체조직의 유전율이 변함에 따라 산란 파라미터가 변함을 나타낸 그래프이며, 도 16은 본 발명의 일실시예에 있어서, 10.8GHz의 주파수의 전자기파에 대한 방사 패턴의 예를 도시한 도면이다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 일실시예에 있어서, 누설파 안테나의 구조와 개념을 나타낸 도면들이다. 진행파 개념을 기반으로 하는 누설파 안테나는 단순한 구조로 높은 지향성으로 주파수에 따른 빔 조향 능력을 수행할 수 있다. 도파관 구조를 따라 슬롯을 배치하면 빠른 웨이브 모드(누설파 모드)에서 해당 슬롯을 통해 웨이브가 방사될 수 있다.
도 19는 사람의 팔을 감싸도록 구현된 패치 안테나의 예를 도시한 도면이고, 도 20은 본 발명의 일실시예에 있어서, 사람의 팔을 감싸도록 구현된 누설파 안테나의 예를 도시한 도면이다. 방사 방향과 누설파 안테나의 배치 위치의 차이 조합으로 팔에 감긴 2개의 안테나(전송측(Tx)과 수신측(Rx)) 사이의 가장 강한 결합 강도를 제어할 수 있다. 이때, 도 20에서와 같이 누설파 안테나의 경우, 2개의 안테나 사이의 모든 결합 필드가 분석 대상의 신체에 집중될 수 있다.
도 21은 본 발명의 일실시예에 있어서, CRLH(Composite Right/Left Handed) 전송 선로를 이용한 누설파 안테나의 예를 도시한 도면이고, 도 22는 본 발명의 일실시예에 따른 누설파 안테나의 분산 다이어그램이고, 도 23은 본 발명의 일실시예에 따른 누설파 안테나의 방사 패턴의 예를 도시한 그래프이다. 일례로, 도 21의 실시예에 따른 누설파 안테나는 고정된 0.22mm 두께의 연성 회로 기판(Flexible Printed Circuit Board) 기판을 가진 안테나로서 상단 금속에 배치된 슬롯은 후방에서 전방 복사까지 연속적인 빔 스캐닝 능력을 제공할 수 있는 CRLH 전송 선로의 균형 조건(LRCL=LLCR)을 달성하기 위해 크기를 조정할 수 있다. CRLH 전송 선로는 연성 회로 기판에 프린팅될 수 있으며, 이러한 CRLH 전송 선로를 통해 전자기파에 대한 기설정된 방향의 빔을 형성할 수 있다. 일례로, 본 실시예에 따른 누설파 안테나는 CRLH 전송 선로의 제1 부분을 통해 방향성을 갖는 전자기파를 신체 부위의 내부로 방사하고, CRLH 전송 선로의 제2 부분을 통해 감지되는 전자기파의 주파수에 기반하여 신체 부위 내부의 분석물에 대한 정보를 센싱할 수 있다. 이미 설명한 바와 같이 방사되는 전자기파는 신체 부위 내부의 유전율에 따라 경로가 변경될 수 있다. 이 경우, 누설파 안테나는 전자기파가 방사되는 제1 부분과 전자기파가 입력되는 제2 부분간에 가장 강한 채널을 형성하는 전자기파의 주파수를 통해 신체 부위 내부의 유전율을 측정할 수 있다. 이미 설명한 바와 같이 CRLH 전송 선로의 슬롯은 CRLH 전송 선로로의 급전을 위한 커패시터와 인덕터의 커패시턴트 및 인덕턴스에 기반한 균형 조건을 달성하도록 크기가 조절될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 누설파(leaky-wave)를 이용하여 생체 정보를 측정하는 안테나 장치를 제공할 수 있다.
이상에서 설명된 시스템 또는 장치는 하드웨어 구성요소, 또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 매체는 컴퓨터로 실행 가능한 프로그램을 계속 저장하거나, 실행 또는 다운로드를 위해 임시 저장하는 것일 수도 있다. 또한, 매체는 단일 또는 수개 하드웨어가 결합된 형태의 다양한 기록수단 또는 저장수단일 수 있는데, 어떤 컴퓨터 시스템에 직접 접속되는 매체에 한정되지 않고, 네트워크 상에 분산 존재하는 것일 수도 있다. 매체의 예시로는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등을 포함하여 프로그램 명령어가 저장되도록 구성된 것이 있을 수 있다. 또한, 다른 매체의 예시로, 애플리케이션을 유통하는 앱 스토어나 기타 다양한 소프트웨어를 공급 내지 유통하는 사이트, 서버 등에서 관리하는 기록매체 내지 저장매체도 들 수 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (10)

  1. 분석 대상의 신체 부위 중 적어도 일부를 감싸도록 형성된 안테나 본체
    를 포함하고,
    상기 안테나 본체는 상기 신체 부위를 감싸는 면에 형성된 복수의 전송측 슬롯 및 복수의 수신측 슬롯을 포함하고,
    상기 안테나 본체의 내부로 입력된 전자기파가 상기 복수의 전송측 슬롯 중 적어도 하나를 통해 상기 신체 부위의 내부로 방사되고,
    상기 신체 부위를 통해 상기 복수의 수신측 슬롯들 중 적어도 하나를 통해 입력되는 전자기파의 주파수에 기반하여 상기 신체 부위 내부의 분석물에 대한 정보를 센싱하는 것
    을 특징으로 하는 누설파 안테나 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방사되는 전자기파는 주파수에 따라 방사되는 빔의 방향이 상이한 것
    을 특징으로 하는 누설파 안테나 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방사되는 전자기파는 상기 신체 부위 내부의 유전율에 따라 경로가 변경되는 것
    을 특징으로 하는 누설파 안테나 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전자기파가 방사되는 슬롯과 상기 전자기파가 입력되는 슬롯간에 가장 강한 채널을 형성하는 전자기파의 주파수를 통해 상기 신체 부위 내부의 유전율을 측정하는 것
    을 특징으로 하는 누설파 안테나 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전송측 슬롯 및 복수의 수신측 슬롯은 상기 안테나 본체가 상기 신체 부위를 감싸는 방향에 수직된 방향으로 상기 안테나 본체에 형성되는 것
    을 특징으로 하는 누설파 안테나 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전송측 슬롯 또는 상기 복수의 수신측 슬롯은, 중간의 a(상기 a는 자연수)개의 슬롯들의 길이가 동일하고, 좌측의 b(상기 b는 자연수)개의 슬롯들의 길이가 보다 좌측에 위치할수록 상대적으로 더 작아지고, 우측의 c(상기 c는 자연수)개의 슬롯들의 길이가 보다 우측에 위치할수록 상대적으로 더 작아지도록 형성되고,
    상기 복수의 전송측 슬롯 또는 상기 복수의 수신측 슬롯의 개수는 상기 a, 상기 b 및 상기 c의 합으로 결정되는 것
    을 특징으로 하는 누설파 안테나 장치.
  7. 분석 대상의 신체 부위 중 적어도 일부를 감싸도록 형성된 연성 회로 기판
    을 포함하고,
    상기 연성 회로 기판에는 상기 신체 부위를 감싸는 면에 CRLH(Composite Right/Left Handed) 전송 선로가 프린팅되고,
    상기 CRLH 전송 선로의 제1 부분을 통해 방향성을 갖는 전자기파가 상기 신체 부위의 내부로 방사되고,
    상기 CRLH 전송 선로의 제2 부분을 통해 감지되는 전자기파의 주파수에 기반하여 상기 신체 부위 내부의 분석물에 대한 정보를 센싱하는 것
    을 특징으로 하는 누설파 안테나 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 방사되는 전자기파는 상기 신체 부위 내부의 유전율에 따라 경로가 변경되는 것
    을 특징으로 하는 누설파 안테나 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전자기파가 방사되는 상기 제1 부분과 상기 전자기파가 입력되는 상기 제2 부분간에 가장 강한 채널을 형성하는 전자기파의 주파수를 통해 상기 신체 부위 내부의 유전율을 측정하는 것
    을 특징으로 하는 누설파 안테나 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 CRLH 전송 선로의 슬롯은 CRLH 전송 선로로의 급전을 위한 커패시터와 인덕터의 커패시턴트 및 인덕턴스에 기반한 균형 조건을 달성하도록 크기가 조절되는 것
    을 특징으로 하는 누설파 안테나 장치.
KR1020210107641A 2021-08-13 2021-08-13 누설파를 이용하여 생체 정보를 측정하는 안테나 장치 KR20230025285A (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210107641A KR20230025285A (ko) 2021-08-13 2021-08-13 누설파를 이용하여 생체 정보를 측정하는 안테나 장치
PCT/KR2021/013082 WO2023017899A1 (ko) 2021-08-13 2021-09-27 누설파를 이용하여 생체 정보를 측정하는 안테나 장치
US17/535,404 US20230048490A1 (en) 2021-08-13 2021-11-24 Antenna device for measuring biometric information by using leaky wave

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210107641A KR20230025285A (ko) 2021-08-13 2021-08-13 누설파를 이용하여 생체 정보를 측정하는 안테나 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230025285A true KR20230025285A (ko) 2023-02-21

Family

ID=85176290

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210107641A KR20230025285A (ko) 2021-08-13 2021-08-13 누설파를 이용하여 생체 정보를 측정하는 안테나 장치

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230048490A1 (ko)
KR (1) KR20230025285A (ko)
WO (1) WO2023017899A1 (ko)

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1622502A2 (en) * 2001-07-26 2006-02-08 Medrad, Inc. Detection of fluids in tissue
US6839030B2 (en) * 2003-05-15 2005-01-04 Anritsu Company Leaky wave microstrip antenna with a prescribable pattern
ES2525582T3 (es) * 2005-07-06 2014-12-26 Credent Medical Limited Aparato y método para la medición de las concentraciones de los constituyentes de una estructura tisular biológica
GB0624584D0 (en) * 2006-12-08 2007-01-17 Medical Device Innovations Ltd Skin treatment apparatus and method
WO2012096567A1 (en) * 2011-01-10 2012-07-19 Nederlandse Organisatie Voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek Tno A system and a method for non-invasive data acquisition
KR20130001969A (ko) * 2011-06-28 2013-01-07 한국전자통신연구원 테라헤르츠파를 이용한 샘플의 분석 방법 및 장치
WO2016132499A1 (ja) * 2015-02-19 2016-08-25 電気興業株式会社 漏れ波アンテナ
WO2019143801A1 (en) * 2018-01-18 2019-07-25 New York University System and method for blood glucose monitoring using magnetic resonance spectroscopy
US11545757B2 (en) * 2018-12-19 2023-01-03 Huawek Technologies Canada Co., Ltd. Dual end-fed broadside leaky-wave antenna
KR102378779B1 (ko) * 2019-06-21 2022-03-25 울산과학기술원 생체 센싱을 위한 공진기 조립체 및 전자기파를 이용한 바이오 센서
WO2020256499A1 (ko) * 2019-06-21 2020-12-24 울산과학기술원 어레이 안테나를 이용한 바이오 센서

Also Published As

Publication number Publication date
US20230048490A1 (en) 2023-02-16
WO2023017899A1 (ko) 2023-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102381649B1 (ko) 어레이 안테나를 이용한 바이오 센서
KR101527664B1 (ko) 혈액 수치 파라미터의 검출을 위한 검출 장치를 포함한 암 밴드
DK1949084T3 (en) CONDITIONS AND METHOD OF MEASUREMENT OF LEVELS OF COMPONENTS IN A BIOLOGICAL tissue structure
CN111432724A (zh) 使用自适应射频电路和天线设计监测包含葡萄糖在内的血液的新型非侵入性生物、化学标志物和示踪剂监测装置
JP5990182B2 (ja) 血球数パラメータを検出するための検出装置
KR101527665B1 (ko) 혈액 수치 파라미터의 검출을 위한 검출 장치
KR100777085B1 (ko) 전파를 이용한 혈당측정장치 및 방법
US11398671B2 (en) Biosensor using array antenna
JP2022537641A (ja) 磁気双極子共振を利用して生体情報を測定するアンテナ装置
KR20230025285A (ko) 누설파를 이용하여 생체 정보를 측정하는 안테나 장치
RU2510236C2 (ru) Антенна-аппликатор и устройство для определения температурных изменений внутренних тканей биологического объекта путем одновременного неинвазивного измерения яркостной температуры внутренних тканей на разных глубинах
KR102519262B1 (ko) 얼라인먼트 키로 동작하는 임플란트 센서, 임플란트 센서를 포함하는 임플란트 디바이스 및 임플란트 디바이스를 포함하는 생체 정보 측정 시스템
KR20230025624A (ko) 생체 정보 측정을 위한 익스터널 디바이스, 생체 정보 측정 장치, 체내 센서 및 임플란트 디바이스
KR102500446B1 (ko) 생체 정보 센싱 방법 및 시스템
KR102449703B1 (ko) 신발에 포함되어 생체 정보를 수집하는 헬스케어 장치 및 상기 헬스케어 장치의 생체 정보 수집 방법
KR20230092753A (ko) 유전율 센싱에 기초하여 생체정보를 검출하는 스마트 워치
WO2023113505A1 (ko) 유전율 센싱에 기초하여 생체정보를 검출하는 스마트 워치
KR20230025284A (ko) 다크 모드 여기를 이용하여 생체 정보를 측정하는 안테나 장치
CN115666383A (zh) 基于对准键进行工作的植入传感器、包括该植入传感器的植入设备及包括该植入设备的活体信息测定系统
KR20160111063A (ko) 생체 내 바이오물질 측정장치
WO2023022290A1 (ko) 분석물 검출용 센서로서의 전자기 근거리 공진기
KR102474119B1 (ko) 슈퍼스트레이트를 통해 전자기파를 이용하여 생체 정보를 센싱하는 바이오 센서
WO2023158181A1 (ko) 바이오 임플란트를 위한 리더 안테나
KR20230081634A (ko) 스마트 디바이스의 rfid 및/또는 nfc의 인식 거리를 확장할 수 있는 액세서리 형태의 중계 장치 및 중계 방법
KR20230077666A (ko) 실린더 형상 및 하이브리드 구조를 적용한 임플란트 안테나