KR20240052602A - 스케일 가능한 임플란트 바이오 센서 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스케일 가능한 임플란트 바이오 센서 장치에 관한 것으로, 생체 이식 가능하도록 구현된 임플란트 기판(implantable substrate); 상기 임플란트 기판 상에 배치되고 체내 센서 상태를 저장하는 메모리; 상기 임플란트 기판 상에 배치되고 상기 체내 센서 상태를 기초로 무선전력 활용 스케쥴을 생성하는 프로세서; 상기 임플란트 기판 상에 배치되고 서로 다른 물리적 연결단자로 구성되어 상기 프로세서에 대한 스케일 가능한 전기적 커플링을 제공하는 제1 및 제2 유형 소켓들; 및 상기 임플란트 기판 상에 배치되고 상기 프로세서가 상기 무선전력 활용 스케쥴에 따라 특정 유형 소켓을 경유하여 특정 체내 센서와의 전기 및 데이터 통신을 수행하도록 무선전력의 송수신을 제어하는 무선전력 컨트롤러;를 포함한다.
Description
본 발명은 생체신호 센싱을 위한 임플란트 칩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일반적인 센서 인터페이스를 포함하고 측정하고자 하는 생체신호의 유형에 따라 센서를 확장할 수 있는 센서 적응형 바이오 센서 장치에 관한 것이다.
최근 동물이나 인체 내에 삽입되어 동물 또는 사람의 체온 등의 생체정보를 취득할 수 있는 바이오 센서 기술이 개발되고 있다. 특히, 신체의 피부 조직 아래에 직접 이식하여 체온 등의 생체정보를 측정하고, 별도의 리더기 또는 무선신호를 통해 생체이식 센서가 측정한 생체정보를 수집할 수 있는 기술들이 소개되고 있다.
또한, 이러한 생체이식 센서는 별도의 배터리가 없이도 무선전력을 통해 동작을 위한 전원을 공급받을 수 있으며, 최소화된 크기로 이식됨으로써 이식에 따른 부작용을 줄일 수 있고, 간단한 생체신호 측정이나 약물 주입 등에도 효과적으로 활용될 수 있다.
다만, 다양한 신호를 수집하기 위해서는 다양한 유형의 센서들이 탑재되어야 하며, 센서의 개수가 증가할수록 생체신호의 칩의 크기가 증가함은 물론 각 센서의 동작을 효율적으로 제어하기 어렵다는 문제점이 존재한다.
본 발명의 일 실시예는 일반적인 센서 인터페이스를 포함하고 측정하고자 하는 생체신호의 유형에 따라 센서를 확장할 수 있는 센서 적응형 바이오 센서 장치를 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 스케일 가능한 임플란트 바이오 센서 장치는 생체 이식 가능하도록 구현된 임플란트 기판(implantable substrate); 상기 임플란트 기판 상에 배치되고 체내 센서 상태를 저장하는 메모리; 상기 임플란트 기판 상에 배치되고 상기 체내 센서 상태를 기초로 무선전력 활용 스케쥴을 생성하는 프로세서; 상기 임플란트 기판 상에 배치되고 서로 다른 물리적 연결단자로 구성되어 상기 프로세서에 대한 스케일 가능한 전기적 커플링을 제공하는 제1 및 제2 유형 소켓들; 및 상기 임플란트 기판 상에 배치되고 상기 프로세서가 상기 무선전력 활용 스케쥴에 따라 특정 유형 소켓을 경유하여 특정 체내 센서와의 전기 및 데이터 통신을 수행하도록 무선전력의 송수신을 제어하는 무선전력 컨트롤러;를 포함한다.
상기 임플란트 기판은 유연소재 또는 생체적합성 물질로 구현될 수 있다.
상기 프로세서는 상기 제1 및 제2 유형 소켓들과 체내 센서 간의 물리적 결합의 해제를 검출하고 해당 검출에 따라 상기 메모리와 연동하여 상기 체내 센서 상태를 갱신할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 체내 센서 상태의 변경이 검출된 경우 상기 무선전력 활용 스케쥴을 재생성할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 무선전력 활용 스케쥴을 기초로 상기 특정 유형 소켓을 경유하는 가상의 통신 경로를 설정하고 상기 무선전력 컨트롤러를 통해 상기 무선전력이 수신되면 상기 통신 경로를 활성화하여 상기 특정 체내 센서와의 상기 전기 및 데이터 통신을 위한 통신 채널을 형성할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 가상의 통신 경로와 함께 상기 특정 유형 소켓이 아닌 다른 유형 소켓을 경유하여 다른 체내 센서와 연결되는 가상의 예비 경로를 설정하고 상기 무선전력의 크기가 기 설정된 임계값을 초과하는 경우 상기 예비 경로를 활성화하여 상기 통신 채널을 확장할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 제1 및 제2 유형 소켓들을 경유하는 가상의 경로가 활성화되는 경우 해당 활성화 시점을 기준으로 해당 경로의 활성화를 위한 최소 전력을 수집하고 각 유형별 소켓과 결합된 체내 센서와의 전기적 커플링 동안 상기 통신 채널의 확장을 위한 평균 전력을 수집할 수 있다.
상기 무선전력 컨트롤러는 외부의 전력 전송 장치로부터 상기 무선전력을 수신하는 경우 상기 통신 경로를 통해 상기 무선전력을 전송할 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스케일 가능한 임플란트 바이오 센서 장치는 일반적인 센서 인터페이스를 포함하고 측정하고자 하는 생체신호의 유형에 따라 센서를 확장할 수 있는 센서 적응형 바이오 센서 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 바이오 센서 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1의 바이오 센서 장치의 기능적 구성을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 무선전력 활용 스케쥴을 재생성 하는 과정을 설명하는 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 생체신호의 유형에 따라 센서를 확장하기 위한 통신 채널 형성 과정을 설명하는 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 바이오 센서 장치의 아키텍처를 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1의 바이오 센서 장치의 기능적 구성을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 무선전력 활용 스케쥴을 재생성 하는 과정을 설명하는 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 생체신호의 유형에 따라 센서를 확장하기 위한 통신 채널 형성 과정을 설명하는 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 바이오 센서 장치의 아키텍처를 설명하는 도면이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있고, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명에 따른 바이오 센서 시스템을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 바이오 센서 시스템(100)은 바이오 센서 장치(110), 생체신호 처리 장치(130) 및 데이터베이스(150)를 포함할 수 있다.
바이오 센서 장치(110)는 본 발명에 따른 스케일 가능한 임플란트 바이오 센서(bio-sensor)에 해당할 수 있다. 바이오 센서 장치(110)는 임플란트 기판(implantable substrate)을 포함하여 구현될 수 있으며, 임플란트 기판에 의해 주요 구성(component)들이 배치되어 지지될 수 있다. 일 실시예에서, 임플란트 기판은 유연소재 또는 생체적합성 물질로 구현될 수 있으며, 생체 내 이식된 상태에서 생체 조직의 변화에 적응적으로 결합될 수 있다.
또한, 바이오 센서 장치(110)는 사용자의 신체에 부착되거나 또는 신체 내에 이식되어 운용 가능한 단말 장치로 구현될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 도 1에 도시된 바와 같이 하나의 바이오 센서 장치(110)로 구현될 수 있으나, 필요에 따라 복수개로 구현될 수 있음은 물론이다. 이 경우, 각 바이오 센서 장치(110)는 서로 다른 사용자들에 부착 또는 이식될 수 있고, 동일 사용자에 대해 동시에 다수가 부착 또는 이식될 수 있다.
또한, 바이오 센서 장치(110)는 본 발명에 따른 바이오 센서 시스템(100)을 구성하는 하나의 장치로서 구현될 수 있으며, 바이오 센서 시스템(100)은 생체신호 유형에 따른 수집 목적에 따라 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있다.
또한, 바이오 센서 장치(110)는 생체신호 처리 장치(130)와 무선으로 연결되어 동작 가능하도록 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되지 않고, 다양한 유형의 센서들을 선택적으로 포함하여 구현될 수도 있다. 특히, 바이오 센서 장치(110)는 독립적인 동작 수행을 위하여 적어도 하나의 MCU(Micro Controller Unit)를 포함하여 구현될 수도 있다.
한편, 바이오 센서 장치(110)는 생체신호 처리 장치(130)와 NFC(Near Field Communication), BT(BlueTooth) 등의 근거리 무선 네트워크를 통해 연결될 수 있고, 무선전력 신호를 수신하여 별도의 전원 장치 없이도 독립적으로 동작할 수 있다. 따라서, 바이오 센서 장치(110)가 복수로 구현된 경우 각 바이오 센서는 생체신호 처리 장치(130)와 1:N 다채널 무선 통신을 수행할 수 있다.
생체신호 처리 장치(130)는 본 발명에 따른 바이오 센서 장치(110)와 연동하여 사용자로부터 수집된 생체신호를 수신하고 이를 분석하는 동작을 수행하는 컴퓨터 또는 프로그램에 해당하는 서버로 구현될 수 있다. 또한, 생체신호 처리 장치(130)는 바이오 센서 장치(110)과 무선 네트워크로 연결될 수 있고, 네트워크를 통해 바이오 센서 장치(110)와 데이터를 송·수신할 수 있다. 또한, 생체신호 처리 장치(130)는 독립된 외부 시스템(도 1에 미도시함)과 연결되어 동작하도록 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 생체신호 처리 장치(130)는 바이오 센서 장치(110)에게 무선으로 전력을 전송할 수 있는 무선전력 전송(wireless power transfer, WPT) 모듈을 포함하여 구현될 수 있다. 이때, 무선전력 전송 모듈은 전력을 무선으로 전송하기 위하여 안테나(antenna)를 포함하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 무선전력 전송 모듈은 루프 안테나(loop antenna)를 포함할 수 있으며, 루프 안테나와 연결된 리더기(reader)를 더 포함할 수 있다.
데이터베이스(150)는 생체신호 처리 장치(130)의 동작 과정에서 필요한 다양한 정보들을 저장하는 저장장치에 해당할 수 있다. 예를 들어, 데이터베이스(150)는 사용자로부터 수집된 생체신호 정보를 저장하거나 또는 생체신호 분석을 위한 알고리즘 및 무선 통신과 전력을 위한 정보를 저장할 수 있으며, 반드시 이에 한정되지 않고, 생체신호 처리 장치(130)가 본 발명에 따른 임플란트 바이오 센서를 통해 생체신호를 수집하는 과정에서 다양한 형태로 수집 또는 가공된 정보들을 저장할 수 있다.
또한, 도 1에서, 데이터베이스(150)는 생체신호 처리 장치(130)와 독립적인 장치로서 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 논리적인 저장장치로서 생체신호 처리 장치(130)에 포함되어 구현될 수 있음은 물론이다.
도 2는 도 1의 바이오 센서 장치의 기능적 구성을 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 바이오 센서 장치(110)는 소켓 모듈(210), 프로세서(230), 메모리(250) 및 무선전력 컨트롤러(270)를 포함할 수 있다.
소켓 모듈(210)은 임플란트 기판 상에 배치되고 서로 다른 물리적 연결단자로 구성되어 프로세서(230)에 대한 스케일 가능한 전기적 커플링을 제공하는 다양한 유형의 소켓들을 포함할 수 있다. 즉, 소켓 모듈(210)은 다양한 유형의 센서들과 물리적으로 연결되기 위한 연결 단자를 포함할 수 있으며, 각 연결 단자는 센서 유형에 맞춰 구현될 수 있다. 이에 따라, 하나의 임플란트 기판에 다수의 소켓들이 배치될 수 있다. 예를 들어, 소켓 모듈(210)은 온도 센서, PPG 센서, ECG 센서, ECOG 센서 등과 연결될 수 있는 소켓들을 포함할 수 있다. 결과적으로, 소켓 모듈(210)은 다양한 유형의 체내 센서들과의 전기적 커플링을 제공하여 바이오 센서 장치(110)가 다양한 유형의 센서에 적응적으로 동작 가능하도록 할 수 있다. 한편, 소켓 모듈(210)을 구성하는 각 유형의 소켓들은 기판의 형상이나 배치 구조에 따라 서로 다른 위치에 배치될 수 있음은 물론이다.
프로세서(230)는 임플란트 기판(implantable substrate) 상에 배치되고 체내 센서 상태를 기초로 무선전력 활용 스케쥴을 생성할 수 있다. 여기에서, 무선전력 활용 스케쥴은 무선전력 컨트롤러(270)에 의해 수신된 무선전력을 체내 센서와의 연동에 따른 생체신호의 수집과 전송 과정에 활용하기 위한 전력 사용 계획에 해당할 수 있다. 프로세서(230)는 다양한 생체신호의 유형에 따른 센서 확장을 위해 제한적인 무선전력을 효과적으로 사용하기 위한 계획을 사전에 수립하고 적용할 수 있다. 이를 위하여, 프로세서(230)는 소켓 모듈(210)의 각 유형 소켓에 연결된 체내 센서를 식별하고 메모리(250)에 저장된 체내 센서 상태에 따라 무선전력 활용 스케쥴을 동적으로 조정할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(230)는 제1 및 제2 유형 소켓들과 체내 센서 간의 물리적 결합의 해제를 검출하고 해당 검출에 따라 메모리(250)와 연동하여 체내 센서 상태를 갱신할 수 있다. 체내 센서 상태는 소켓 모듈(210)의 각 유형 소켓과의 결합을 전제로 활성화(active) 상태와 비활성화(inactive) 상태로 분류될 수 있으며, 소켓 모듈(210)과의 물리적 결합이 해제된 경우 체내 센서 상태는 비연결(disconnected) 상태로 갱신될 수 있다. 프로세서(230)는 소켓 모듈(210)과 연동하여 제1 및 제2 유형 소켓들과 체내 센서 간의 물리적 결합 여부를 모니터링할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(230)는 각 유형 소켓과 체내 센서 사이에 전달되는 전기적 신호의 변화를 기초로 물리적 결합의 연결 또는 해제를 검출할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(230)는 체내 센서 상태의 변경이 검출된 경우 무선전력 활용 스케쥴을 재생성할 수 있다. 프로세서(230)는 체내 센서 상태가 변경된 경우 소켓 모듈(210)의 제1 및 제2 유형 소켓들에 연결된 체내 센서의 변화를 감지할 수 있으며, 변화된 체내 센서와 상태 정보를 기반으로 무선전력 활용 스케쥴을 갱신할 수 있다. 프로세서(230)에 의해 갱신된 무선전력 활용 스케쥴은 이후 무선전력이 공급되면 프로세서(230)에 의해 로딩(loading)되어 특정 체내 센서와의 전기 및 데이터 통신을 위한 채널 형성 과정에 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(230)는 무선전력 활용 스케쥴을 기초로 특정 유형 소켓을 경유하는 가상의 통신 경로를 설정하고 무선전력 컨트롤러(270)를 통해 무선전력이 수신되면 통신 경로를 활성화하여 특정 체내 센서와의 전기 및 데이터 통신을 위한 통신 채널을 형성할 수 있다. 이때, 가상의 통신 경로는 무선전력의 전송 경로에 대응될 수 있으며, 전송 경로의 전원(electric source)은 무선전력 컨트롤러(270)에 대응될 수 있다. 즉, 프로세서(230)는 무선전력 컨트롤러(270)에 의해 공급되는 무선전력이 무선전력 활용 스케쥴에 따라 형성된 통신 경로를 따라 진행할 수 있도록 제어할 수 있다.
한편, 프로세서(230)는 무선전력 활용 스케쥴에 따라 서로 독립적인 복수의 통신 경로들을 설정할 수도 있으며, 이 경우 프로세서(230)는 복수의 통신 경로들 중 어느 하나를 선택적으로 활성화할 수 있다. 즉, 무선전력 컨트롤러(270)에 의해 공급되는 무선전력은 복수의 통신 경로들 중에서 현재 활성화된 통신 경로를 따라 전송될 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(230)는 가상의 통신 경로와 함께 특정 유형 소켓이 아닌 다른 유형 소켓을 경유하여 다른 체내 센서와 연결되는 가상의 예비 경로를 설정하고 무선전력의 크기가 기 설정된 임계값을 초과하는 경우 예비 경로를 활성화하여 통신 채널을 확장할 수 있다. 프로세서(230)는 필요에 따라 동일한 무선전력 활용 스케쥴을 기초로 복수의 통신 경로들을 생성할 수 있으며, 복수의 통신 경로들 사이에 우선순위를 부여할 수 있다. 또한, 프로세서(230)는 각 체내 센서를 독립적으로 경유하는 서로 다른 통신 경로를 생성할 수 있으며, 우선순위에 따라 복수의 통신 경로들을 메인 경로와 예비 경로들로 구분할 수 있다. 프로세서(230)는 무선전력이 우선적으로 메인 경로를 따라 전송되도록 제어할 수 있고, 무선전력 컨트롤러(270)를 통해 제공되는 무선전력의 크기가 사전에 설정된 임계값을 초과하는 경우 메인 경로와 함께 예비 경로를 동시 활성화할 수 있다. 이에 따라, 무선전력은 메인 경로와 예비 경로를 따라 동시에 전송될 수 있으며, 이를 통해 각 경로에 연결된 체내 센서의 동작을 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 프로세서(230)는 제1 및 제2 유형 소켓들을 경유하는 가상의 경로가 활성화되는 경우 해당 활성화 시점을 기준으로 해당 경로의 활성화를 위한 최소 전력을 수집하고 각 유형별 소켓과 결합된 체내 센서와의 전기적 커플링 동안 통신 채널의 확장을 위한 평균 전력을 수집할 수 있다. 프로세서(230)는 활성화된 경로를 따라 전송되는 무선전력을 모니터링할 수 있으며, 활성화 동안 전력 정보를 수집하여 각 경로의 최소 활성화 전력과 평균 소비전력을 결정할 수 있다. 즉, 최소 활성화 전력은 해당 경로의 활성화를 위해 필요한 최소 전력에 해당할 수 있으며, 평균 소비전력은 해당 경로가 활성화 동안 소비하는 평균 전력에 해당할 수 있다. 프로세서(230)는 각 체내 센서 별로 수집된 최소 전력과 평균 전력을 기초로 무선전력에 따른 통신 채널의 확장 여부를 동적으로 조정할 수 있다.
메모리(250)는 임플란트 기판 상에 배치되고 체내 센서 상태를 저장할 수 있다. 이를 위하여, 메모리(250)는 바이오 센서 장치(110)에 포함된 MCU의 내장 메모리로 구현될 수 있다. 또한, 메모리(250)에 저장된 데이터들은 전기적으로 연결된 프로세서(230)에 의해 접근될 수 있으며, 본 발명에 따른 생체신호 처리 과정에서 사용될 수 있다.
무선전력 컨트롤러(270)는 임플란트 기판 상에 배치되고 프로세서(230)가 무선전력 활용 스케쥴에 따라 특정 유형 소켓을 경유하여 특정 체내 센서와의 전기 및 데이터 통신을 수행하도록 무선전력의 송수신을 제어할 수 있다. 이를 위하여, 무선전력 컨트롤러(270)는 무선전력을 송수신하는 안테나를 포함하여 구현될 수 있다. 이 경우, 안테나는 바이오 센서 장치(110)의 크기를 고려하여 루프(loop)형 또는 코일(coil)형 구조로 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 무선전력 컨트롤러(270)는 외부의 전력 전송 장치로부터 무선전력을 수신하는 경우 통신 경로를 통해 무선전력을 전송할 수 있다. 즉, 무선전력 컨트롤러(270)는 프로세서(230)와 연동하여 외부로부터 공급된 무선전력을 통신 경로를 따라 공급할 수 있다.
한편, 외부의 전력 전송 장치는 특정 크기의 루프 안테나를 포함하여 구현될 수 있으며, 안테나를 통해 무선전력을 바이오 센서 장치(110)에게 전달할 수 있다. 즉, 바이오 센서 장치(110)는 무선전력 컨트롤러(270)를 통해 외부에서 공급되는 무선전력을 수신할 수 있으며, 생체신호 센싱을 위한 전원으로 사용할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 무선전력 활용 스케쥴을 재생성 하는 과정을 설명하는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 바이오 센서 장치(110)는 프로세서(230)를 통해 소켓과 센서 간 결합을 검출할 수 있다(단계 S310). 즉, 프로세서(230)는 소켓 모듈(210)과 체내 센서 사이의 전기적 신호의 변화를 기초로 물리적 결합의 연결과 해제를 검출할 수 있다. 만약 제1 및 제2 유형 소켓들과 체내 센서 간의 물리적 결합의 해제가 검출된 경우, 프로세서(230)는 해당 검출에 따라 메모리(250)와 연동하여 체내 센서 상태를 갱신할 수 있다(단계 S330).
또한, 체내 센서 상태의 갱신이 이루어진 경우, 프로세서(230)는 체내 센서 상태의 변경에 따라 무선전력 활용 스케쥴을 재생성할 수 있다(단계 S350). 예를 들어, 소켓 모듈(210)의 각 유형 소켓에 연결되는 체내 센서가 변경된 경우, 프로세서(230)는 변경된 체내 센서를 식별할 수 있고, 이를 기반으로 해당 체내 센서를 경유하는 통신 채널의 활성화를 위하여 새로운 무선전력 활용 스케쥴을 생성할 수 있다. 무선전력 활용 스케쥴은 메모리(250)에 저장되어 관리될 수 있으며, 프로세서(230)는 새로 생성된 무선전력 활용 스케쥴을 메모리(250)에 저장할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 생체신호의 유형에 따라 센서를 확장하기 위한 통신 채널 형성 과정을 설명하는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 바이오 센서 장치(110)는 프로세서(230)를 통해 무선전력 활용 스케쥴에 따라 특정 유형 소켓을 경유하는 가상의 통신 경로를 설정할 수 있다(단계 S410). 이때, 프로세서(230)는 동일한 무선전력 활용 스케쥴에 따라 복수의 통신 경로들을 독립적으로 설정할 수도 있다. 즉, 소켓 모듈(210)에 포함된 각 유형 소켓에 대해 독립적인 통신 경로가 설정될 수 있다.
이후, 바이오 센서 장치(110)는 무선전력 컨트롤러(270)를 통해 특정 체내 센서와의 전기 및 데이터 통신을 위한 무선전력의 송수신을 제어할 수 있다. 이를 위하여, 바이오 센서 장치(110)는 프로세서(230)를 통해 무선전력이 수신되는 경우 무선전력 활용 스케쥴에 따른 통신 경로를 활성화할 수 있다(단계 S430). 만약 프로세서(230)에 의해 복수의 통신 경로들이 설정된 경우, 프로세서(230)는 복수의 통신 경로들 중에서 어느 하나를 선택적으로 활성화할 수 있다.
또한, 프로세서(230)에 의해 통신 경로가 활성화되면 특정 체내 센서와의 전기 및 데이터 통신을 위한 통신 채널이 형성될 수 있다(단계 S450). 이때, 해당 통신 채널은 소켓 모듈(210)의 특정 유형 소켓, 체내 센서, 프로세서(230), 메모리(250) 및 무선전력 컨트롤러(270)를 경유하는 통신 경로에 따라 형성될 수 있다.
결과적으로, 통신 채널을 통해 무선전력이 공급되는 경우, 프로세서(230)의 제어에 따라 체내 센서로부터 측정된 센싱값들이 수집되어 메모리(250)에 저장될 수 있으며, 무선전력 컨트롤러(270)를 통해 메모리(250)에 저장된 데이터들이 생체신호 처리 장치(130)에게 무선으로 전송될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 바이오 센서 장치의 아키텍처를 설명하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 바이오 센서 장치(110)는 소켓 모듈(210), 프로세서(230), 메모리(250) 및 무선전력 컨트롤러(270)를 포함하는 생체신호 칩으로 구현될 수 있다. 이때, 생체신호 칩은 생체 이식 가능한 유연소재 또는 생체적합성 있는 물질로 구현될 수 있으며, 생체 이식형 플랫폼 보호 코팅을 통해 보호될 수 있다.
구체적으로, 소켓 모듈(210)는 다양한 체내 센서(510)와 물리적으로 결합 가능한 하나 이상의 소켓들을 포함하여 구현됨으로써 복수의 체내 센서들로 확장 가능한 인터페이스를 제공할 수 있다. 예를 들어, 소켓 모듈(210)은 시리얼 인터페이스(Serial Interface) 또는 범용 입출력 포트(GPIO, General Purpose Input Output)를 포함할 수 있다.
이때, 소켓 모듈(210)에 연결되는 체내 센서(510)는 측정 방법과 데이터 유형에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 체내 센서(510)는 2개의 전극(Electrode)과 밴드 패스 필터(Band pass filter), 계측 증폭기(Instrumentation Amplifier), AD 컨버터(ADC)를 포함하여 구현될 수 있다. 다른 예로서, 체내 센서(510)는 2개의 전극(Electrode)과 차동 증폭기(Differential Amplifier), 하이패스 필터(High-pass filter), 비교기(Comparator)를 포함하여 구현될 수 있다.
프로세서(230)는 CPU로 구현될 수 있으나 반드시 이에 한정되지 않음은 물론이다. 예를 들어, 메모리(250)는 MCU의 내부 메모리로 구현될 수 있다. 무선전력 컨트롤러(270)는 NFC 인터페이스(NFC Interface)와 레귤레이터(Regulator)를 포함하여 구현될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 바이오 센서 시스템
110: 바이오 센서 장치 130: 생체신호 처리 장치
150: 데이터베이스
210: 소켓 모듈 230: 프로세서
250: 메모리 270: 무선전력 컨트롤러
510: 체내 센서
110: 바이오 센서 장치 130: 생체신호 처리 장치
150: 데이터베이스
210: 소켓 모듈 230: 프로세서
250: 메모리 270: 무선전력 컨트롤러
510: 체내 센서
Claims (8)
- 생체 이식 가능하도록 구현된 임플란트 기판(implantable substrate);
상기 임플란트 기판 상에 배치되고 체내 센서 상태를 저장하는 메모리;
상기 임플란트 기판 상에 배치되고 상기 체내 센서 상태를 기초로 무선전력 활용 스케쥴을 생성하는 프로세서;
상기 임플란트 기판 상에 배치되고 서로 다른 물리적 연결단자로 구성되어 상기 프로세서에 대한 스케일 가능한 전기적 커플링을 제공하는 제1 및 제2 유형 소켓들; 및
상기 임플란트 기판 상에 배치되고 상기 프로세서가 상기 무선전력 활용 스케쥴에 따라 특정 유형 소켓을 경유하여 특정 체내 센서와의 전기 및 데이터 통신을 수행하도록 무선전력의 송수신을 제어하는 무선전력 컨트롤러;를 포함하는 스케일 가능한 임플란트 바이오 센서 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 임플란트 기판은
유연소재 또는 생체적합성 물질로 구현되는 것을 특징으로 하는 스케일 가능한 임플란트 바이오 센서 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 프로세서는
상기 제1 및 제2 유형 소켓들과 체내 센서 간의 물리적 결합의 해제를 검출하고 해당 검출에 따라 상기 메모리와 연동하여 상기 체내 센서 상태를 갱신하는 것을 특징으로 하는 스케일 가능한 임플란트 바이오 센서 장치.
- 제3항에 있어서, 상기 프로세서는
상기 체내 센서 상태의 변경이 검출된 경우 상기 무선전력 활용 스케쥴을 재생성하는 것을 특징으로 하는 스케일 가능한 임플란트 바이오 센서 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 프로세서는
상기 무선전력 활용 스케쥴을 기초로 상기 특정 유형 소켓을 경유하는 가상의 통신 경로를 설정하고 상기 무선전력 컨트롤러를 통해 상기 무선전력이 수신되면 상기 통신 경로를 활성화하여 상기 특정 체내 센서와의 상기 전기 및 데이터 통신을 위한 통신 채널을 형성하는 것을 특징으로 하는 스케일 가능한 임플란트 바이오 센서 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 프로세서는
상기 가상의 통신 경로와 함께 상기 특정 유형 소켓이 아닌 다른 유형 소켓을 경유하여 다른 체내 센서와 연결되는 가상의 예비 경로를 설정하고 상기 무선전력의 크기가 기 설정된 임계값을 초과하는 경우 상기 예비 경로를 활성화하여 상기 통신 채널을 확장하는 것을 특징으로 하는 스케일 가능한 임플란트 바이오 센서 장치.
- 제6항에 있어서, 상기 프로세서는
상기 제1 및 제2 유형 소켓들을 경유하는 가상의 경로가 활성화되는 경우 해당 활성화 시점을 기준으로 해당 경로의 활성화를 위한 최소 전력을 수집하고 각 유형별 소켓과 결합된 체내 센서와의 전기적 커플링 동안 상기 통신 채널의 확장을 위한 평균 전력을 수집하는 것을 특징으로 하는 스케일 가능한 임플란트 바이오 센서 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 무선전력 컨트롤러는
외부의 전력 전송 장치로부터 상기 무선전력을 수신하는 경우 상기 통신 경로를 통해 상기 무선전력을 전송하는 것을 특징으로 하는 스케일 가능한 임플란트 바이오 센서 장치.
Priority Applications (1)
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| PCT/KR2023/001010 WO2024080457A1 (ko) | 2022-10-14 | 2023-01-20 | 스케일 가능한 임플란트 바이오 센서 장치 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220132306 | 2022-10-14 | ||
| KR20220132306 | 2022-10-14 |
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| KR1020230006896A KR20240052602A (ko) | 2022-10-14 | 2023-01-17 | 스케일 가능한 임플란트 바이오 센서 장치 |
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20080017247A (ko) | 2006-08-21 | 2008-02-26 | 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 | 생체이식용 ｒｆｉｄ태그 및 그 삽입지그체 |
-
2023
- 2023-01-17 KR KR1020230006896A patent/KR20240052602A/ko unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20080017247A (ko) | 2006-08-21 | 2008-02-26 | 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 | 생체이식용 ｒｆｉｄ태그 및 그 삽입지그체 |
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