KR20230078290A - Micro ultrasonics wave transducer array and biosensor patch using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조는 복수개의 압전 세라믹 막대가 고분자를 통해 연결되어 압전 세라믹 복합체를 이룸으로써 플렉서블한 구조를 이루고 있어서 사람 신체 구조의 다양한 굴곡진 표면에 틈이 발생하지 않도록 최대한 등각을 이룰 수 있도록 생체 센서의 유연한 구조를 갖는다. 또한, 본 발명에 따른 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조를 이용한 심혈관 혈압 측정용 패치는 액추에이터와 센서 간의 간섭을 최소화하는 구조로 설계되어 정확한 센싱이 가능하다.The micro ultrasonic transducer array structure according to the present invention forms a flexible structure by connecting a plurality of piezoelectric ceramic rods through a polymer to form a piezoelectric ceramic composite, so that it is conformal as much as possible so that gaps do not occur on various curved surfaces of the human body structure. It has a flexible structure of the biosensor to achieve. In addition, the patch for measuring cardiovascular blood pressure using the micro-ultrasonic transducer array structure according to the present invention is designed with a structure that minimizes interference between an actuator and a sensor, so that accurate sensing is possible.
Description
본 발명은 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조 및 이를 이용한 바이오 센서 패치에 관한 것이다. 또한 본 발명은 이러한 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조를 포함한 심혈관 혈압 측정용 패치에 관한 것이다.The present invention relates to a micro ultrasonic transducer array structure and a biosensor patch using the same. In addition, the present invention relates to a patch for measuring cardiovascular blood pressure including the micro ultrasound transducer array structure.
일반적으로 혈압을 측정하는 장치로는 침습적인 방법을 이용하는 장치와 비침습적인 방법을 이용하는 장치가 있다.In general, devices for measuring blood pressure include devices using an invasive method and devices using a non-invasive method.
침습적인 방법으로 혈관의 압력을 측정하기 위한 카데터를 말초동맥내로 삽입하여 혈관의 압력을 직접 측정하는 방법이 대표적인 예이나, 이러한 방법은 동맥 출혈의 위험성이 있고, 침습을 가해야 하므로 건강상태의 측정을 위하여 빈번하고 편하게 이용되는 장치로서는 부적합하다는 단점이 있다.A typical example is a method of directly measuring blood vessel pressure by inserting a catheter for measuring blood vessel pressure into a peripheral artery as an invasive method. It has the disadvantage of being unsuitable as a frequently and conveniently used device for measurement.
한편, 비침습적인 방법으로는 수은 혈압계를 이용하는 방법이 대표적으로 사용된다. 이러한 수은 혈압계를 이용하는 방법에서는 측정 부위에 압박을 가한 후, 서서히 배기시키면서 청진기나 손으로 맥박을 감지하여 맥의 시작점과 소실점에 나타나는 수은 기둥 높이로 혈압을 알아낼 수 있다. 비침습적인 방법을 이용한 혈압측정장치는 전자식 측정법으로 오실로메트릭 방법을 이용한 혈압측정장치가 주로 사용되고 있다. 오실로메트릭방법이란, 상완 또는 하완이나 손목에 커프(cuff)를 감아 공기를 주입하여 팽팽하게 만든 후에 다시 공기를 뺄 때 커프에 생기는 압진동의 크기를 압센서에 의해 감지, 기록하여 혈압을 측정하는 방법이다. 즉, 오실로메트릭 방법을 이용한 혈압측정장치는 상완이나 하완 또는 손목을 감을 수 있고 내부에 공기가 주입될 수 있는 커프, 상기 커프에 생기는 압진동의 크기를 감지하는 압센서를 포함한다.On the other hand, as a non-invasive method, a method using a mercury blood pressure monitor is typically used. In the method using such a mercury blood pressure monitor, the blood pressure can be found by the height of the mercury column appearing at the starting point and the vanishing point of the pulse by detecting the pulse with a stethoscope or hand while slowly exhausting after applying pressure to the measurement part. A blood pressure measuring device using a non-invasive method is an electronic measuring method, and a blood pressure measuring device using an oscillometric method is mainly used. The oscillometric method is to measure blood pressure by wrapping a cuff around the upper arm, lower arm, or wrist, injecting air to make it tight, and then detecting and recording the size of the pressure vibration generated in the cuff by a pressure sensor when the air is expelled. way. That is, the blood pressure measuring device using the oscillometric method includes a cuff that can be wrapped around the upper arm, lower arm, or wrist and air can be injected into the cuff, and a pressure sensor that detects the magnitude of the pressure vibration generated in the cuff.
비침습적인 혈압의 측정 방법에 대한 연구가 지속되고 있으며 새로운 방식의 비침습적인 혈압 측정 장치에 대한 요구는 계속 있어왔고, 또한 비침습적인 측정시 목, 손목, 사타구니와 같이 굴곡진 사람의 신체에 밀착되어 틈이 발생되지 않도록 부착되어 측정이 가능한 구조의 설계에 대한 요구가 계속 있어왔다.Research on non-invasive blood pressure measurement methods continues, and there has been a continuous demand for a new type of non-invasive blood pressure measurement device. There has been a continuous demand for a design of a structure that can be attached and measured so that it is closely adhered to and does not create a gap.
본 발명은 비침습적 방법으로 혈압을 측정하기 위한 장치를 개시하고 있으며, 본 발명의 장치는 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조를 이용하여 비침습적 방법으로 혈압을 측정할 수 있다. 특히 본 발명의 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조는 플렉서블한 구조로 설계를 함으로써 굴곡진 사람의 신체에서 틈이 발생하지 않도록 최대한 등각(conformal)을 이루는 구조를 이룬다.The present invention discloses a device for measuring blood pressure in a non-invasive way, and the device of the present invention can measure blood pressure in a non-invasive way using a micro ultrasonic transducer array structure. In particular, the micro ultrasonic transducer array structure of the present invention is designed in a flexible structure to form a structure that forms a conformal structure as much as possible so as not to generate a gap in a curved human body.
또한, 본 발명의 심혈관 혈압 측정용 패치는 액추에이터와 센서 간의 간섭을 최소화하는 구조를 제공하고자 한다.In addition, the patch for measuring cardiovascular blood pressure of the present invention is intended to provide a structure that minimizes interference between an actuator and a sensor.
본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조는, 복수개의 초음파 발진 액추에이터 및 복수개의 초음파 신호를 감지하는 센서가 n x m 개(n 및 m은 2 이상의 정수)의 어레이로 배치되고, 상기 어레이에서 액추에이터와 센서는 서로 상하좌우에 인접하여 배치되도록 번갈아가며 배치되며, 상기 액추에이터 및 상기 센서는 압전 세라믹 복합체로 이루어져 있고, 상기 액추에이터 및 상기 센서의 하부 전극은 모두 그라운드로 연결되어 있고, 상기 액추에이터 및 상기 센서의 상부 전극은 각각의 액추에이터 및 센서에 개별적으로 전극이 연결되어 있다.In the micro ultrasonic transducer array structure according to an embodiment of the present invention, a plurality of ultrasonic oscillation actuators and a plurality of sensors for detecting ultrasonic signals are arranged in an array of n x m (n and m are integers equal to or greater than 2), the array In , actuators and sensors are alternately arranged so as to be disposed adjacent to each other up, down, left, and right, the actuator and the sensor are made of a piezoelectric ceramic composite, the lower electrodes of the actuator and the sensor are both connected to ground, and the actuator and An upper electrode of the sensor is individually connected to each actuator and sensor.
상기 압전 세라믹 복합체는 복수개의 압전 세라믹 막대들이 a x b개(a 및 b는 2 이상의 정수)의 어레이 배열로 이루어진 것이다.The piezoelectric ceramic composite is composed of an array arrangement of a x b (a and b are integers equal to or greater than 2) of a plurality of piezoelectric ceramic rods.
상기 복수개의 압전 세라믹 막대들의 어레이를 결합시키고 부착시키는 고분자 물질이 상기 복수개의 압전 세라믹 막대들의 어레이 사이에 배치된다.A polymeric material for bonding and attaching the array of the plurality of piezoelectric ceramic rods is disposed between the array of the plurality of piezoelectric ceramic rods.
상기 압전 세라믹 막대는 압전 세라믹 단결정 소재 또는 다결정 소재로써 (001) 배향성을 갖는 [Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-Pb(Zr,Ti)O3]가 이용된다.For the piezoelectric ceramic rod, [Pb(Mg 1/3 Nb 2/3 )O 3 -Pb(Zr,Ti)O 3 ] having a (001) orientation is used as a piezoelectric ceramic single-crystal material or polycrystal material.
상기 고분자 물질은 에폭시 소재가 이용된다.Epoxy material is used as the polymer material.
상기 압전 세라믹 복합체는 복수개의 압전 세라믹 막대들이 어레이 배열로 이루어져 있어서 신체 굴곡면에 등각(conformal)으로 접합이 가능하다.The piezoelectric ceramic composite is composed of an array of a plurality of piezoelectric ceramic rods, so that it can be conformally bonded to the curved surface of the body.
상기 압전 세라믹 복합체의 상부 및 하부에는 전극이 배치된다.Electrodes are disposed above and below the piezoelectric ceramic composite.
상기 압전 세라믹 복합체는 상부 및 하부 중 어느 하나에 두 개의 전극 모두가 배치되어 있다.The piezoelectric ceramic composite has two electrodes disposed on one of upper and lower sides.
상기 압전 세라믹 복합체는 상부 및 하부 중 어느 하나에 두 개의 전극 모두가 배치되어 있는 경우, 일정 영역을 차지하는 제 1 전극 및 상기 제 1 전극과 전기적으로 절연되도록 이격되어 상기 제 1 전극이 차지한 면적 이외의 면적에 배치된 제 2 전극을 포함하고, 상기 제 2 전극은 두 개의 전극이 모두 배치된 면의 반대면의 전체 면적을 차지하도록 배치된 전극과 전기적으로 연결되어 있다.The piezoelectric ceramic composite includes a first electrode occupying a certain area and electrically insulated from the first electrode when both electrodes are disposed on one of the upper and lower portions, so that the piezoelectric ceramic composite is spaced apart from the area occupied by the first electrode. and a second electrode disposed on the area, wherein the second electrode is electrically connected to the electrode disposed to occupy the entire area of the surface opposite to the surface on which both electrodes are disposed.
상기 제 1 전극이 차지하는 면적이 상기 제 2 전극이 차지하는 면적보다 크다.An area occupied by the first electrode is larger than an area occupied by the second electrode.
상기 액추에이터 및 상기 센서의 상부 전극은 각각의 액추에이터 및 센서에 개별적으로 전극이 연결되어 있어서, 센서가 각각의 위치에서 신호의 세기를 각각 측정한다.The upper electrodes of the actuator and the sensor are individually connected to the respective actuator and the sensor, so that the sensor measures the strength of the signal at each position.
상기 액추에이터의 상부 전극은 모든 액추에이터에 지그재그 방식으로 모두 연결되어 있다.Upper electrodes of the actuators are connected to all actuators in a zigzag manner.
상기 하부 전극 및 상기 상부 전극의 형태는 굴곡을 이루어 음파의 파동 형태로 이루어진다.The shapes of the lower electrode and the upper electrode are curved to form a wave form of sound waves.
본 발명의 일 실시예에 따른 심혈관 혈압 측정용 패치는 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조를 포함한다. 상기 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조는 실리콘계 물질에 배치되어 패치 형태로 이용된다.A patch for measuring cardiovascular blood pressure according to an embodiment of the present invention includes a micro ultrasound transducer array structure. The micro ultrasonic transducer array structure is disposed on a silicon-based material and used in the form of a patch.
본 발명에 따른 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조는 복수개의 압전 세라믹 막대가 고분자를 통해 연결되어 압전 세라믹 복합체를 이룸으로써 플렉서블한 구조를 이루고, 따라서 이러한 압전세라믹복합체는 요동맥, 경동맥 등 혈압 측정을 위한 손목, 목, 허리, 사타구니 등 사람 신체 구조의 다양한 굴곡진 표면에 틈이 발생하지 않도록 최대한 등각을 이룰 수 있도록 생체 센서의 유연한 구조를 갖는다.The micro ultrasonic transducer array structure according to the present invention forms a flexible structure by forming a piezoelectric ceramic composite in which a plurality of piezoelectric ceramic rods are connected through a polymer. , neck, waist, groin, etc. have a flexible structure of the biosensor to achieve conformal angles as much as possible so that gaps do not occur on various curved surfaces of the human body structure.
또한, 본 발명에 따른 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조를 이용한 심혈관 혈압 측정용 패치는 액추에이터와 센서 간의 간섭을 최소화하는 구조로 설계되어 정확한 센싱이 가능하다.In addition, the patch for measuring cardiovascular blood pressure using the micro-ultrasonic transducer array structure according to the present invention is designed with a structure that minimizes interference between an actuator and a sensor, so that accurate sensing is possible.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조를 단순화한 평면 개략도를 도시한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조의 상부 및 하부의 전극 구조에 대한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조의 사시도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조의 개략도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조의 단면도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조의 사시도 및 평면도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조의 상부 및 하부의 전극 구조의 실제 제작 모습 이미지를 도시한다.
도 9는 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조가 실리콘계 물질에 배치되어 패치 형태로 이용되는 모습을 도시한다.
도 10은 실제로 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 동작 주파수 기반의 펄스-에코 신호 평가 결과를 도시한다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다. 1 shows a simplified plan schematic diagram of a micro ultrasonic transducer array structure according to an embodiment of the present invention.
2 and 3 are diagrams of upper and lower electrode structures of a micro ultrasonic transducer array structure according to an embodiment of the present invention.
4 shows a perspective view of a micro ultrasonic transducer array structure according to an embodiment of the present invention.
5 shows a schematic diagram of a micro ultrasonic transducer array structure according to one embodiment of the present invention.
6 shows a cross-sectional view of a micro ultrasonic transducer array structure according to an embodiment of the present invention.
7 shows perspective and top views of a micro ultrasound transducer array structure according to a further embodiment of the present invention.
FIG. 8 shows images of an actual fabrication state of upper and lower electrode structures of a micro ultrasonic transducer array structure according to an embodiment of the present invention.
9 illustrates a state in which a micro ultrasonic transducer array structure is disposed on a silicon-based material and used in a patch form.
FIG. 10 actually shows the result of evaluating a pulse-echo signal based on the operating frequency of a micro ultrasonic transducer array.
Various embodiments are now described with reference to the drawings, wherein like reference numbers are used throughout the drawings to indicate like elements. In this specification for purposes of explanation, various descriptions are presented to provide an understanding of the present invention. However, it is apparent that these embodiments may be practiced without this specific description. In other instances, well-known structures and devices are shown in block diagram form in order to facilitate describing embodiments.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Since the present invention may have various changes and various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific form disclosed, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. Like reference numerals have been used for like elements throughout the description of each figure.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that there is a feature, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features or steps However, it should be understood that it does not preclude the possibility of existence or addition of operations, components, parts, or combinations thereof.
본 발명은 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조에 관한 것이고, 또한 본 발명은 이러한 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조를 포함한 심혈관 혈압 측정용 패치에 관한 것이다.The present invention relates to a micro ultrasound transducer array structure, and the present invention also relates to a patch for measuring cardiovascular blood pressure including the micro ultrasound transducer array structure.
본 발명에 따른 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조는 복수개의 압전 세라믹 막대가 고분자를 통해 연결되어 압전 세라믹 복합체를 이룸으로써 플렉서블한 구조를 이루고 있어서 사람 신체 구조의 다양한 굴곡진 표면에 틈이 발생하지 않도록 최대한 등각을 이룰 수 있도록 생체 센서의 유연한 구조를 갖는다. 또한, 본 발명에 따른 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조를 이용한 심혈관 혈압 측정용 패치는 액추에이터와 센서 간의 간섭을 최소화하는 구조로 설계되어 정확한 센싱이 가능하다.The micro ultrasonic transducer array structure according to the present invention forms a flexible structure by connecting a plurality of piezoelectric ceramic rods through a polymer to form a piezoelectric ceramic composite, so that it is conformal as much as possible so that gaps do not occur on various curved surfaces of the human body structure. It has a flexible structure of the biosensor to achieve. In addition, the patch for measuring cardiovascular blood pressure using the micro-ultrasonic transducer array structure according to the present invention is designed with a structure that minimizes interference between an actuator and a sensor, so that accurate sensing is possible.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조를 단순화한 평면 개략도를 도시하고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조의 상부 및 하부의 전극 구조에 대한 도면이다.1 shows a simplified plan view of a micro ultrasonic transducer array structure according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 show upper and lower parts of the micro ultrasonic transducer array structure according to an embodiment of the present invention. It is a drawing of the electrode structure of
본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조는, 복수개의 초음파 발진 액추에이터 및 복수개의 초음파 신호를 감지하는 센서가 n x m 개(n 및 m은 2 이상의 정수)의 어레이로 배치되고, 상기 어레이에서 액추에이터와 센서는 서로 상하좌우에 인접하여 배치되도록 번갈아가며 배치된다. 액추에이터 및 센서는 압전 세라믹 복합체로 이루어져 있다.In the micro ultrasonic transducer array structure according to an embodiment of the present invention, a plurality of ultrasonic oscillation actuators and a plurality of sensors for detecting ultrasonic signals are arranged in an array of n x m (n and m are integers equal to or greater than 2), the array In , the actuators and sensors are alternately arranged so as to be adjacent to each other vertically and horizontally. Actuators and sensors are made of piezoelectric ceramic composites.
압전 세라믹 복합체 칩을 이용한 어레이 구조의 압력 센서 신호 처리를 위하여 각 칩에 형성된 전극 구조에 따라 패치 필름 소재에 형성된 전극 패턴의 구조가 결정된다. 상/하부 전극에 각각 형성된 상부 및 하부 전극 구조의 경우, 어레이 구조의 각 칩의 상부와 하부에 접합되는 패치 필름이 별개로 형성되어야 한다. 이 경우, 패치 필름의 표면에 형성되는 전극 패턴의 구조는 어레이를 구성하는 각 압전 트랜스듀서의 배열 구조와 동일하게 형성되어야 하며, 각 트랜스듀서의 간격 또한 고려되어야 한다. 간격이 너무 좁을 경우, 압전 발진 시 이웃하는 트랜스듀서의 발진 신호의 간섭 신호가 발생하게 되고, 센싱 모드로 동작 시에도 신호 왜곡이 발생할 수 있기 때문에 어레이를 구성하는 각 트랜스듀서의 간격이 적정히 떨어져 있어야 한다. 따라서, 본 발명에서는 상기 어레이에서 액추에이터와 센서는 서로 상하좌우에 인접하여 배치되도록 번갈아가며 배치하였으며, 이는 도 3에서 확인할 수 있다. 도 3에서 A는 액추에이터(Actuator)를 의미하고, S는 센서(Sensor)를 의미한다. 도 3에서 보는 것처럼, 트랜스듀서인 액추에이터(A)와 센서(S)가 배치될 때 액추에이터의 상하좌우에 센서가 배치되고, 센서의 상하좌우에 액추에이터가 배치되게 함으로써 액추에이터와 액추에이터 사이의 간격 그리고 센서와 센서 사이의 간격을 이격시켜 유지함으로써 궁극적으로 트랜스듀서의 간격을 이룸으로써 압전 발진 시 이웃하는 트랜스듀서의 발진 신호의 간섭 신호의 발생 및 센싱 모드로 동작 시 신호 왜곡 현상을 방지하였다.For the pressure sensor signal processing of the array structure using the piezoelectric ceramic composite chip, the structure of the electrode pattern formed on the patch film material is determined according to the electrode structure formed on each chip. In the case of the upper and lower electrode structures respectively formed on the upper and lower electrodes, patch films bonded to the upper and lower portions of each chip of the array structure must be separately formed. In this case, the structure of the electrode pattern formed on the surface of the patch film should be identical to the arrangement structure of each piezoelectric transducer constituting the array, and the spacing of each transducer should also be considered. If the interval is too narrow, interference signals of oscillation signals from neighboring transducers may be generated during piezoelectric oscillation, and signal distortion may occur even when operating in sensing mode. There should be. Therefore, in the present invention, actuators and sensors are alternately arranged so as to be adjacent to each other up, down, left, and right in the array, which can be confirmed in FIG. 3 . In FIG. 3 , A denotes an actuator and S denotes a sensor. As shown in FIG. 3, when the actuator (A) and the sensor (S), which are transducers, are arranged, the sensors are arranged on the top, bottom, left and right sides of the actuator, and the actuator is arranged on the top, bottom, left and right sides of the sensor, so that the distance between the actuator and the sensor and the actuator By maintaining the distance between the sensor and the sensor, the transducer is ultimately spaced to prevent the interference signal of the oscillation signal of the neighboring transducer during piezoelectric oscillation and signal distortion during operation in sensing mode.
본 명세서에서 설명의 편의상 상부 전극/하부 전극으로 명명하였으나, 위치에 따라 상부 및 하부는 변경될 수 있는 것임은 당업자에게 자명하며, 따라서 제 1 전극 및 제 2 전극으로 명명될 수도 있다.In this specification, the upper electrode/lower electrode are named for convenience of description, but it is obvious to those skilled in the art that the upper and lower electrodes can be changed depending on the position, and thus may be referred to as the first electrode and the second electrode.
위와 같은 배열을 통해서 궁극적으로 혈압을 측정하는 패치에서 이용할 때, 어레이를 구성하는 각 압전 초음파 트랜스듀서의 경우, 초음파 발진 기능하는 액추에이터(actuator)와 발진 후 생체 내 혈관 구조로부터 반사된 초음파 신호를 감지하는 센서(sensor)의 상호 간섭을 최소화하였다.When used in a patch that ultimately measures blood pressure through the above arrangement, in the case of each piezoelectric ultrasonic transducer constituting the array, an actuator that functions as ultrasonic oscillation and detects the ultrasonic signal reflected from the vascular structure in the living body after oscillation Mutual interference between sensors is minimized.
본 발명에서 n x m개의 액추에이터 및 센서가 배치되고, 바람직하게 액추에이터의 개수와 센서의 개수는 동일하게 배치될 수 있다. 이 경우 n 및 m은 2 이상의 정수이다.In the present invention, n x m actuators and sensors are disposed, and preferably, the number of actuators and the number of sensors may be the same. In this case, n and m are integers greater than or equal to 2.
도 2 및 도 3에서 보는 것처럼 하부 전극(좌측 도면)은 모두 그라운드로 연결되도록 설계되어 있고, 우측 도면에서 보는 것처럼 상부 전극은 각각 개별적으로 작동하여 트랜스듀서의 처리 신호를 독립적으로 추출하도록 하였다. 따라서 신체 부착시 정확한 위치 별 펄스 에코(pulse-echo)를 위치별로 측정이 가능하게 설계하였다. 이처럼 본 발명의 경우 상기 액추에이터 및 상기 센서의 상부 전극이 각각의 액추에이터 및 센서에 개별적으로 전극이 연결되어 있어서 센서가 각각의 위치에서 신호의 세기를 각각 측정하므로 정확한 위치별 펄스 에코의 측정이 가능하다.As shown in FIGS. 2 and 3, the lower electrodes (left drawing) are all designed to be connected to the ground, and as shown in the right drawing, the upper electrodes operate individually to independently extract the processing signal of the transducer. Therefore, it is designed to measure the pulse-echo for each location accurately when attached to the body. As such, in the case of the present invention, since the upper electrodes of the actuator and the sensor are individually connected to each actuator and sensor, the sensor measures the signal strength at each position, so that the pulse echo can be accurately measured for each position. .
한편, 액추에이터의 상부 전극은 도 3에서와 같이 각각 개별적으로 전극이 연결될 수도 있지만, 액추에이터의 전극끼리 병렬 또는 직렬로 하나로 연결될 수 있다. 이에 의해 액추에이터의 상부 전극은 모든 액추에이터에 지그재그 방식으로 모두 연결될 수도 있다. 예를 들어 도 1에서 (1,1)-(2,2)-(1-3)-(2-4) 와 같은 방식으로 지그재그 형태로 액추에이터 끼리 모두 서로 직렬 또는 병렬로 연결될 수도 있다. 액추에이터 끼리는 서로 동일하게 초음파를 발진하면 되므로 이렇게 서로 연결된 구조도 가능한 것이다.Meanwhile, the upper electrodes of the actuators may be individually connected as shown in FIG. 3, but the electrodes of the actuators may be connected in parallel or in series. Accordingly, the upper electrodes of the actuators may be connected to all actuators in a zigzag manner. For example, actuators may be connected in series or in parallel to each other in a zigzag pattern, such as (1,1)-(2,2)-(1-3)-(2-4) in FIG. 1 . Since the actuators only need to oscillate ultrasonic waves identically to each other, a structure connected to each other in this way is also possible.
또한, 본 발명의 전극의 형태는 도 2 및 도 3에서 보는 것처럼 상부 전극 및 하부 전극의 형태 모두 굴곡을 이루어 음파의 파동 형태로 이루어진다. 전극은 싸인파와 같은 파동 형태(연속된 S자 형태) 또는 스프링과 같은 형태로 이루어져 플렉서블하고 연신이 가능하도록 이루어져 있다. 이에 의해 신체에 부착시 신체의 굴곡된 표면에서 등각의 형태로 부착되어 작동이 가능하게 된다.In addition, as shown in FIGS. 2 and 3, the shape of the electrode of the present invention is formed in the form of a wave of sound waves by making both the shape of the upper electrode and the lower electrode curved. The electrode is made in the form of a wave (continuous S-shape) such as a sine wave or a form such as a spring to be flexible and stretchable. As a result, when attached to the body, it is attached in a conformal shape on the curved surface of the body and can be operated.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조의 사시도를 도시하고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조의 개략도를 도시하며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조의 단면도를 도시한다.4 shows a perspective view of a micro ultrasonic transducer array structure according to an embodiment of the present invention, FIG. 5 shows a schematic diagram of a micro ultrasonic transducer array structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. A cross-sectional view of a micro ultrasonic transducer array structure according to an embodiment of the invention is shown.
본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조의 경우 압전 세라믹 복합체는 복수개의 압전 세라믹 막대들이 a x b개(a 및 b는 2 이상의 정수)의 어레이 배열로 이루어진 것이 이용된다.In the case of the micro ultrasonic transducer array structure according to an embodiment of the present invention, the piezoelectric ceramic composite is made of an array of a x b (a and b are integers equal to or greater than 2) of a plurality of piezoelectric ceramic rods.
복수개의 압전 세라믹 막대들(10)의 어레이를 결합시키고 부착시키는 고분자 물질(20)이 상기 복수개의 압전 세라믹 막대들의 어레이 사이에 배치된다.A
상기 압전 세라믹 막대(10)는 압전 세라믹 단결정 소재 또는 다결정 소재로써 (001) 배향성을 갖는 [Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-Pb(Zr,Ti)O3]가 이용될 수 있다.The piezoelectric
상기 고분자 물질(20)은 에폭시 소재가 이용될 수 있고, 예를 들어 Kerf에 이용될 수 있다. Kerf는 복합체에서 세라믹 부분을 갈아 내어 빈 틈이 생긴 부분을 의미한다.An epoxy material may be used as the
이처럼 상기 압전 세라믹 복합체는 복수개의 압전 세라믹 막대들이 어레이 배열로 이루어져 있어서 플렉서블한 형태를 가지게 되므로 신체에 부착시 신체의 굴곡면에 등각(conformal)으로 접합이 가능하게 된다.As described above, since the piezoelectric ceramic composite has a flexible shape as a plurality of piezoelectric ceramic rods are arranged in an array, it is possible to conformally bond to the curved surface of the body when attached to the body.
상기 압전 세라믹 복합체의 상부 및 하부에는 전극(12, 14)이 배치된다.
한편, 도 7과 같이 상기 압전 세라믹 복합체는 상부 및 하부 중 어느 하나에 두 개의 전극 모두가 배치된 구조를 이용할 수도 있다. Meanwhile, as shown in FIG. 7 , the piezoelectric ceramic composite may have a structure in which both electrodes are disposed on one of the upper and lower portions.
도 7은 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조의 사시도 및 평면도를 도시한다.7 shows perspective and top views of a micro ultrasound transducer array structure according to a further embodiment of the present invention.
도 7과 같이 상기 압전 세라믹 복합체는 상부 및 하부 중 어느 하나에 두 개의 전극 모두가 배치되어 있는 경우, 일정 영역을 차지하는 제 1 전극 및 상기 제 1 전극과 전기적으로 절연되도록 이격되어 상기 제 1 전극이 차지한 면적 이외의 면적에 배치된 제 2 전극을 포함하고, 상기 제 2 전극은 두 개의 전극이 모두 배치된 면의 반대면의 전체 면적을 차지하도록 배치된 전극과 전기적으로 연결되어 있다. 이 경우 상기 제 1 전극이 차지하는 면적이 상기 제 2 전극이 차지하는 면적보다 크며, 사실상 제 2 전극이 차지하는 면적은 극히 일부이다.As shown in FIG. 7 , when both electrodes are disposed on one of the upper and lower portions of the piezoelectric ceramic composite, the first electrode occupying a certain area is spaced apart so as to be electrically insulated from the first electrode, so that the first electrode and a second electrode disposed on an area other than the occupied area, and the second electrode is electrically connected to the electrode disposed to occupy the entire area of the surface opposite to the surface on which both electrodes are disposed. In this case, the area occupied by the first electrode is larger than the area occupied by the second electrode, and in fact, the area occupied by the second electrode is only a small portion.
상하부에 독립적으로 형성된 전극 구조의 경우 신호 추출을 위하여 압전 트랜스듀서 어레이의 신호들을 처리하기 위하여 생체 센서의 패치 소재를 상, 하부 각각에 전극 패턴이 인쇄된 패치 필름이 필요한 반면에 하부 전극이 상부로 연결된 경우, 전극 패턴이 인쇄된 패치 필름을 하나만 이용하기 때문에 비교적 간단한 구조의 생체 센서 패치를 제작할 수 있는 장점을 가진다.In the case of the electrode structure formed independently on the upper and lower parts, a patch film with electrode patterns printed on the upper and lower parts of the patch material of the biosensor is required to process the signals of the piezoelectric transducer array for signal extraction, while the lower electrode is placed on the upper part. When connected, since only one patch film on which an electrode pattern is printed is used, a biosensor patch having a relatively simple structure can be manufactured.
본 발명에 따른 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조는 심혈관 혈압 측정용 패치로 이용될 수 있다. 이 경우 상기 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조는 실리콘계 물질에 배치되어 패치 형태로 이용될 수 있다. 도 8은 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조가 실리콘계 물질에 배치되어 패치 형태로 이용되는 모습을 도시한다.The micro ultrasound transducer array structure according to the present invention can be used as a patch for measuring cardiovascular blood pressure. In this case, the micro ultrasonic transducer array structure may be disposed on a silicon-based material and used in the form of a patch. 8 shows a state in which a micro ultrasonic transducer array structure is disposed on a silicon-based material and used in a patch form.
이하에서는 구체적인 실시예와 함께 본 발명의 내용을 추가적으로 설명하도록 하겠다.Hereinafter, the content of the present invention will be further described with specific examples.
실시예에서는 혈압 센서로 적용하기 위한 초음파 압전 트랜스듀서 소자로서 수 mm 크기의 동일한 가로 및 세로 길이를 갖는 1-3 압전세라믹 복합체를 이용하였다. 1-3 구조의 압전세라믹복합체는 필러(pillar)로서 정사각형의 단면 구조를 갖는 압전세라믹 막대(rod)와 에폭시의 규칙적인 배열구조를 가진다. 이 경우, 압전세라믹 막대 단면의 길이는 수백 마이크로미터에서부터 다양하게 제어가 가능하며, 당해연도는 약 400 ㎛ 길이의 단결정 압전세라믹 막대와 약 100 ㎛ 크기의 Kerf를 에폭시 소재로, 총 500 ㎛의 피치(pitch)를 갖는 압전세라믹 복합체 소재를 활용하였다. 압전세라믹 단결정 소재는 (001) 배향성을 갖는 [Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-Pb(Zr,Ti)O3]를 사용하였다. 아래는 사용된 압전단결정 소재(Ceracomp. Co. LTd., South Korea)의 압전 특성을 표로 나타내었다.In the embodiment, as an ultrasonic piezoelectric transducer element for application as a blood pressure sensor, a 1-3 piezoelectric ceramic composite having the same horizontal and vertical lengths of several mm in size was used. The piezoelectric ceramic composite having a 1-3 structure has a regular arrangement structure of a piezoelectric ceramic rod having a square cross-section as a pillar and epoxy. In this case, the length of the cross section of the piezoelectric ceramic rod can be variously controlled from hundreds of micrometers, and in the current year, a single crystal piezoelectric ceramic rod with a length of about 400 μm and a Kerf with a size of about 100 μm are used as an epoxy material, with a total pitch of 500 μm A piezoelectric ceramic composite material with pitch was used. As the piezoelectric ceramic single crystal material, [Pb(Mg 1/3 Nb 2/3 )O 3 -Pb(Zr,Ti)O 3 ] having (001) orientation was used. The following table shows the piezoelectric properties of the piezoelectric single crystal material (Ceracomp. Co. LTd., South Korea) used.
제작된 1-3 구조의 압전세라믹복합체는 압력 센서로 적용 시 초음파 신호 발진을 위해 교류 전계 신호를 인가하고, 발진된 초음파 신호가 신체 내 혈관 구조의 표면에서 반사되어 되돌아오는 초음파 신호를 감지하고 이를 전기 신호로 처리하기 위하여 표면에 전극을 코팅하게 된다. 상기 초음파 트랜스듀서는 전극 소재로 Au로 코팅된 소재를 적용하였다. When applied as a pressure sensor, the fabricated 1-3 piezoelectric ceramic composite applies an alternating electric field signal for ultrasonic signal oscillation, detects the ultrasonic signal that is reflected from the surface of the vascular structure in the body, and returns the ultrasonic signal. Electrodes are coated on the surface to process electrical signals. The ultrasonic transducer applied a material coated with Au as an electrode material.
또한, 제작된 1-3 구조의 압전세라믹복합체는 요동맥, 경동맥 등 혈압 측정을 위한 손목, 목, 허리, 사타구니 등 사람 신체 구조의 다양한 굴곡진 표면에 틈이 발생하지 않도록 최대한 등각을 이룰 수 있도록 생체 센서의 유연한 구조를 갖도록 설계되어야 한다. 이에 최초 제작된 1 cm × 1 cm 크기(가로, 세로)의 압전세라믹복합체는 굴곡변형이 낮아서 비교적 평탄한 표면을 가지는 신체 구조에 제한적으로 사용이 가능한 단점을 가진다. 따라서, 이를 템플레이트(template)로 사용하며, 유연한 구조의 압력 센서로 사용하기 위하여 1 mm ~ 3 mm 크기의 보다 작은 크기를 갖는 칩(chip) 구조의 압전세라믹복합체 어레이를 통해 신체 굴곡면에 등각으로 접합이 가능하도록 설계되어야 한다. 따라서, 정밀세라믹 다이싱 공정 장비를 이용하여 1 mm × 1 mm, 3 mm × 3 mm 크기의 압전세라믹복합체 구조의 칩 형태로 가공하였다. In addition, the fabricated 1-3 structure piezoelectric ceramic composite is designed to be as conformal as possible to avoid gaps on various curved surfaces of human body structures such as the wrist, neck, waist, and groin for blood pressure measurement, such as the lumbar artery and carotid artery. It should be designed to have a flexible structure of the biosensor. Accordingly, the first manufactured piezoelectric ceramic composite having a size of 1 cm × 1 cm (horizontal and vertical) has a low bending deformation and thus has a disadvantage of being limitedly usable for body structures having a relatively flat surface. Therefore, this is used as a template, and conformal to the curved surface of the body through a chip-structured piezoelectric ceramic composite array having a smaller size of 1 mm to 3 mm in order to be used as a pressure sensor with a flexible structure. It must be designed so that bonding is possible. Therefore, using a precision ceramic dicing process equipment, it was processed into a chip form of a piezoelectric ceramic composite structure having a size of 1 mm × 1 mm and 3 mm × 3 mm.
각 칩형 압전세라믹복합체의 전극은 상하부에 독립적으로 코팅된 구조와 상부전극과 약 0.5 mm의 일정한 간격을 두고 하부 전극과 전기적으로 연결된 작은 전극을 상부에 동시에 형성시킨 구조의 두 가지 형태로 제작하였다. 상하부에 독립적으로 형성된 전극 구조의 경우 신호 추출을 위하여 압전 트랜스듀서 어레이의 신호들을 처리하기 위하여 생체 센서의 패치 소재를 상, 하부 각각에 전극 패턴이 인쇄된 패치 필름이 필요한 반면에 하부 전극이 상부로 연결된 경우, 전극 패턴이 인쇄된 패치 필름을 하나만 이용하기 때문에 비교적 간단한 구조의 생체 센서 패치를 제작할 수 있는 장점을 가진다. 예로써, 3 mm × 3 mm 크기의 압전세라믹복합체의 신호처리 전극을 상부에 형성한 구조를 도 7에서 나타내었다.The electrodes of each chip-type piezoelectric ceramic composite were fabricated in two types: a structure in which the upper and lower parts were independently coated, and a structure in which small electrodes electrically connected to the lower electrode were simultaneously formed on the top at a regular interval of about 0.5 mm from the upper electrode. In the case of the electrode structure formed independently on the upper and lower parts, a patch film with electrode patterns printed on the upper and lower parts of the patch material of the biosensor is required to process the signals of the piezoelectric transducer array for signal extraction, while the lower electrode is placed on the upper part. When connected, since only one patch film on which an electrode pattern is printed is used, a biosensor patch having a relatively simple structure can be manufactured. As an example, a structure in which a signal processing electrode of a piezoelectric ceramic composite having a size of 3 mm × 3 mm is formed thereon is shown in FIG. 7 .
1-3 압전복합체 제조를 위하여 절삭된 압전 세라믹 필러 사이를 에폭시 레진(resin)으로 채웠으며, 에폭시가 완전히 충진 된 압전 세라믹 필러 어레이는 에폭시를 균일하게 도포한 후 WIP (Warm Iso-static Press)로 250 bar, 65℃에서 20분간 가압 경화하였다. 전극형성을 위해 Au 전극을 스퍼터(Sputter)를 이용하여 약 20 nm 수준의 두께를 가지는 전극을 형성 할 수 있도록 하였다. 제작된 1-3 압전복합체는 압전 세라믹 필러의 두께를 고려하여 1 kV/mm의 전계로 30분간 분극공정을 실시하였다.1-3 To manufacture the piezoelectric composite, the gap between the cut piezoelectric ceramic fillers was filled with epoxy resin, and the piezoelectric ceramic filler array completely filled with epoxy was uniformly coated with epoxy, followed by WIP (Warm Iso-static Press). Pressure curing was performed at 250 bar and 65° C. for 20 minutes. To form an electrode, an Au electrode was formed using a sputter to form an electrode having a thickness of about 20 nm. The fabricated 1-3 piezoelectric composite was subjected to a polarization process for 30 minutes with an electric field of 1 kV/mm considering the thickness of the piezoelectric ceramic filler.
압전세라믹복합체 칩을 이용한 어레이 구조의 압력 센서 신호 처리를 위하여 각 칩에 형성된 전극 구조에 따라 패치 필름 소재에 형성된 전극 패턴의 구조를 결정하였다. 상/하부 전극에 각각 형성된 top-bottom 전극 구조의 경우, 어레이 구조의 각 칩의 상부와 하부에 접합되는 패치 필름을 별개로 형성하였다. 추후 혈압 센서 뿐만 아니라 심장 등 보다 넓은 면적을 갖는 생체 신호를 측정하는 센서로도 확장이 가능하도록 설계 패턴의 어레이 구조는 4 × 5 로 트랜스듀서의 개수와 면적을 증가시켜 제작하였다. 이 경우, 역시 기존과 동일하게 각 트랜스듀서의 발진 신호간 간섭 신호를 최소화하기 위해 패턴 셀의 중심부 간의 간격이 5 mm를 갖도록 설계하였다. 또한 생체 센서로 굴곡된 부위에 장착이 가능하도록 전극의 형태를 선형으로 구성하지 않고 연속된 S자 형이 되도록 구성하여 피부 이완 시 30% 이상 이상 연신이 되어도 사용 가능하도록 설계하였다. 도 2는 혈압 센서용 초음파 압전 트랜스듀서 어레이의 전극 패턴 설계 구조를 보여주는 CAD 이미지이다. 어레이를 구성하는 전체 셀의 위치는 총 5 × 5로 이루어져 있으나, 생체 신호 처리를 위한 트랜스듀서 어레이는 당해연도는 4 × 5 어레이로 구성하였다. 그리고, 패치 소재에 인쇄된 전극 패턴과 압전 트랜스듀서 어레이의 접합 공정을 용이하게 하기 위하여 가이드 홀을 전체 패턴의 4군데 모서리 부분에 구성하였다.For the pressure sensor signal processing of the array structure using the piezoelectric ceramic composite chip, the structure of the electrode pattern formed on the patch film material was determined according to the electrode structure formed on each chip. In the case of the top-bottom electrode structure respectively formed on the upper and lower electrodes, patch films bonded to the upper and lower portions of each chip of the array structure were separately formed. The array structure of the design pattern was manufactured by increasing the number and area of the transducers to 4 × 5 so that it can be extended not only to the blood pressure sensor but also to the sensor that measures bio-signals with a wider area such as the heart. In this case, the distance between the centers of the pattern cells was designed to be 5 mm in order to minimize the interference signal between the oscillation signals of each transducer, as in the prior art. In addition, the shape of the electrode was designed to be continuous S-shaped rather than linear so that it can be attached to the curved area as a bio-sensor, so that it can be used even if the skin is stretched by more than 30% when the skin is relaxed. 2 is a CAD image showing the electrode pattern design structure of an ultrasonic piezoelectric transducer array for a blood pressure sensor. The positions of all the cells constituting the array consist of a total of 5 × 5, but the transducer array for bio-signal processing was composed of a 4 × 5 array this year. And, to facilitate the bonding process between the electrode pattern printed on the patch material and the piezoelectric transducer array, guide holes were formed at four corners of the entire pattern.
뿐만 아니라, 도 3과 같이 어레이를 구성하는 각 압전 초음파 트랜스듀서의 경우, 초음파 발진 기능하는 액추에이터(actuator)와 발진 후 생체 내 혈관 구조로부터 반사된 초음파 신호를 감지하는 센서(sensor)의 상호 간섭을 최소화하기 위하여 아래 그림처럼 트랜스듀서 액추에이터와 센서를 번갈아 배치하는 패턴을 설계하였고, 각 트랜스듀서의 처리 신호를 독립적으로 추출하기 위한 전극 패턴 설계도 하였다.In addition, in the case of each piezoelectric ultrasonic transducer constituting the array as shown in FIG. 3, mutual interference between an actuator that functions as an ultrasonic oscillator and a sensor that detects an ultrasonic signal reflected from the vascular structure in vivo after oscillation In order to minimize, as shown in the figure below, a pattern in which transducer actuators and sensors are alternately arranged was designed, and an electrode pattern was designed to independently extract the processing signal of each transducer.
도 8과 같이 초음파 트랜스듀서의 뒤편에서 발생하는 백 노이즈(back noise)를 최소화 및 제거하기 위해 백킹 레이어(backing layer)를 필요로 한다. 이러한 백킹 레이어(backing layer)에 적합한 소재의 경우 영률이 낮은 소재가 적합하며, 이러한 소재로는 탄성력이 큰 폴리머 소재가 적합한 것으로 판단되었다. 초음파 센서가 신체에 부착되는 점을 고려하여 인체 거부감이 낮은 소재인 실리콘 재질의 ecoflex(ecoflex-0030)를 소재를 이용하였다.As shown in FIG. 8, a backing layer is required to minimize and remove back noise generated from the rear of the ultrasonic transducer. In the case of a material suitable for such a backing layer, a material having a low Young's modulus is suitable, and it was determined that a polymer material having high elasticity is suitable as such a material. Considering that the ultrasonic sensor is attached to the body, ecoflex (ecoflex-0030) made of silicone, which is a material with low human body resistance, was used.
도 10은 실제로 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 동작 주파수 기반의 펄스-에코 신호 평가 결과를 도시한다. 에코 신호의 요골 동맥 신호와 일치 여부를 확인하기 위해, 에미터 입력 전압의 크기를 고정하고, 버스트(burst) 횟수가 에코 신호에 미치는 영향에 대한 연구를 진행하였다. 1회부터 6회까지 버스트 사이클 횟수 증가에 따른 에코 신호 변화에 대한 실험을 진행하였으며, 그 결과 버스트의 사이클 횟수가 증가할수록 에코 신호를 검출하기 위한 신호 구분이 명확해짐을 알 수 있었다. 1회부터 3회의 버스트 사이클 신호를 인가하는 경우 에코 신호의 유무는 확인가능하나, 노이즈 및 잔여진동과 유사한 크기와 형태를 가진다. 반면, 4회 이상의 버스트 사이클 신호를 인가하는 경우 에코 신호의 크기가 증가하면서 이의 검출이 가능하다. 하지만, 5회와 6회 버스트 사이클의 경우 다시 1차 에코와 2차 에코가 일부분 겹치는 것을 확인할 수 있다. 4회 사이클에서 확인할 수 있는 1차 에코 신호의 출현까지는 약 11.1 ㎲ 이며, 1차와 2차 echo 신호간의 간격은 약 2.3 ㎲로 나타났다. 최적 버스트 사이클 횟수는 1차 에코와 2차 에코가 명확하게 구분되는 4회가 적합한 것으로 판단할 수 있다.FIG. 10 actually shows the result of evaluating a pulse-echo signal based on the operating frequency of a micro ultrasonic transducer array. In order to confirm whether the echo signal coincides with the radial artery signal, the magnitude of the emitter input voltage was fixed, and the effect of the number of bursts on the echo signal was studied. Experiments were conducted on the change in echo signal according to the increase in the number of burst cycles from 1 to 6, and as a result, it was found that the signal division for detecting the echo signal became clearer as the number of burst cycles increased. When one to three burst cycle signals are applied, the presence or absence of an echo signal can be confirmed, but it has a size and shape similar to noise and residual vibration. On the other hand, when four or more burst cycle signals are applied, the echo signal increases in size and can be detected. However, in the case of the 5th and 6th burst cycles, it can be seen that the first echo and the second echo partially overlap. It is about 11.1 ㎲ until the appearance of the 1st echo signal that can be confirmed in the 4th cycle, and the interval between the 1st and 2nd echo signals is about 2.3 ㎲. It can be determined that the optimal number of burst cycles is four times in which the first echo and the second echo are clearly distinguished.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. You will understand that you can.
Claims (15)
상기 어레이에서 액추에이터와 센서는 서로 상하좌우에 인접하여 배치되도록 번갈아가며 배치되며,
상기 액추에이터 및 상기 센서는 압전 세라믹 복합체로 이루어져 있고,
상기 액추에이터 및 상기 센서의 하부 전극은 모두 그라운드로 연결되어 있고,
상기 액추에이터 및 상기 센서의 상부 전극은 각각의 액추에이터 및 센서에 개별적으로 전극이 연결되어 있는,
마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조.
A plurality of ultrasonic oscillation actuators and sensors for detecting a plurality of ultrasonic signals are arranged in an array of nxm (n and m are integers equal to or greater than 2),
In the array, actuators and sensors are alternately arranged so as to be adjacent to each other up, down, left and right,
The actuator and the sensor are made of a piezoelectric ceramic composite,
Both the actuator and the lower electrode of the sensor are connected to ground,
The upper electrodes of the actuator and the sensor are individually connected to the electrodes of each actuator and sensor,
Micro ultrasonic transducer array structure.
상기 압전 세라믹 복합체는 복수개의 압전 세라믹 막대들이 a x b개(a 및 b는 2 이상의 정수)의 어레이 배열로 이루어진 것인,
마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조.
According to claim 1,
The piezoelectric ceramic composite is composed of an array arrangement of axb (a and b are integers of 2 or more) of a plurality of piezoelectric ceramic rods,
Micro ultrasonic transducer array structure.
상기 복수개의 압전 세라믹 막대들의 어레이를 결합시키고 부착시키는 고분자 물질이 상기 복수개의 압전 세라믹 막대들의 어레이 사이에 배치되는,
마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조.
According to claim 2,
A polymer material for bonding and attaching the array of the plurality of piezoelectric ceramic rods is disposed between the array of the plurality of piezoelectric ceramic rods.
Micro ultrasonic transducer array structure.
상기 압전 세라믹 막대는 압전 세라믹 단결정 소재로써 (001) 배향성을 갖는 [Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-Pb(Zr,Ti)O3]가 이용되는,
마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조.
According to claim 2,
The piezoelectric ceramic rod is a piezoelectric ceramic single crystal material in which [Pb(Mg 1/3 Nb 2/3 )O 3 -Pb(Zr,Ti)O 3 ] having a (001) orientation is used.
Micro ultrasonic transducer array structure.
상기 고분자 물질은 에폭시 소재가 이용되는,
마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조.
According to claim 3,
The polymer material is an epoxy material used,
Micro ultrasonic transducer array structure.
상기 압전 세라믹 복합체는 복수개의 압전 세라믹 막대들이 어레이 배열로 이루어져 있어서 신체 굴곡면에 등각(conformal)으로 접합이 가능한,
마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조.
According to claim 3,
The piezoelectric ceramic composite is composed of a plurality of piezoelectric ceramic rods in an array arrangement so that it can be conformally bonded to the curved surface of the body,
Micro ultrasonic transducer array structure.
상기 압전 세라믹 복합체의 상부 및 하부에는 전극이 배치되는,
마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조.
According to claim 2,
Electrodes are disposed on the upper and lower portions of the piezoelectric ceramic composite,
Micro ultrasonic transducer array structure.
상기 압전 세라믹 복합체는 상부 및 하부 중 어느 하나에 두 개의 전극 모두가 배치되어 있는,
마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조.
According to claim 2,
The piezoelectric ceramic composite has both electrodes disposed on one of the upper and lower sides,
Micro ultrasonic transducer array structure.
상기 압전 세라믹 복합체는 상부 및 하부 중 어느 하나에 두 개의 전극 모두가 배치되어 있는 경우,
일정 영역을 차지하는 제 1 전극 및 상기 제 1 전극과 전기적으로 절연되도록 이격되어 상기 제 1 전극이 차지한 면적 이외의 면적에 배치된 제 2 전극을 포함하고,
상기 제 2 전극은 두 개의 전극이 모두 배치된 면의 반대면의 전체 면적을 차지하도록 배치된 전극과 전기적으로 연결되어 있는,
마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조.
According to claim 8,
When the piezoelectric ceramic composite has both electrodes disposed on one of the upper and lower sides,
A first electrode occupying a certain area and a second electrode disposed in an area other than the area occupied by the first electrode and spaced apart so as to be electrically insulated from the first electrode,
The second electrode is electrically connected to the electrode disposed to occupy the entire area of the surface opposite to the surface on which both electrodes are disposed.
Micro ultrasonic transducer array structure.
상기 제 1 전극이 차지하는 면적이 상기 제 2 전극이 차지하는 면적보다 큰,
마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조.
According to claim 9,
The area occupied by the first electrode is larger than the area occupied by the second electrode,
Micro ultrasonic transducer array structure.
상기 액추에이터 및 상기 센서의 상부 전극은 각각의 액추에이터 및 센서에 개별적으로 전극이 연결되어 있어서,
센서가 각각의 위치에서 신호의 세기를 각각 측정하는,
마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조.
According to claim 1,
The upper electrodes of the actuator and the sensor are individually connected to the respective actuator and sensor,
The sensor measures the strength of the signal at each location, respectively.
Micro ultrasonic transducer array structure.
상기 액추에이터의 상부 전극은 모든 액추에이터에 지그재그 방식으로 모두 연결되어 있는,
마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조.
According to claim 1,
The upper electrodes of the actuators are all connected to all actuators in a zigzag manner,
Micro ultrasonic transducer array structure.
상기 하부 전극 및 상기 상부 전극의 형태는 굴곡을 이루어 음파의 파동 형태로 이루어진,
마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조.
According to claim 1,
The shape of the lower electrode and the upper electrode is made of a wave form of a sound wave by making a bend,
Micro ultrasonic transducer array structure.
심혈관 혈압 측정용 패치.
Comprising a micro ultrasonic transducer array structure according to any one of claims 1 to 13,
Patch for measuring cardiovascular blood pressure.
상기 마이크로 초음파 트랜스듀서 어레이 구조는 실리콘계 물질에 배치되어 패치 형태로 이용되는,
심혈관 혈압 측정용 패치.According to claim 14
The micro ultrasonic transducer array structure is disposed on a silicon-based material and used in the form of a patch,
Patch for measuring cardiovascular blood pressure.
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