KR20240052618A - 생체신호 적응형 임플랜터블 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 생체신호 적응형 임플랜터블 장치에 관한 것으로, 생체 이식 가능하도록 구현된 임플란트 기판(implantable substrate); 상기 임플란트 기판 상에 배치되고 체내의 생체신호를 수집하며 생체 동작지시에 따라 특정 동작을 수행하는 체내 센서; 상기 임플란트 기판 상에 배치되고 상기 체내 센서의 유형을 기초로 상기 생체신호의 전처리 방식을 결정하고 상기 전처리 방식에 따라 상기 생체신호의 전처리를 수행하는 전처리 프로세서; 상기 전처리된 생체신호의 실시간 이벤트를 검출하고 상기 실시간 이벤트를 처리하기 위한 온디맨드 무선전력을 외부에 요청하는 무선전력 처리부; 및 상기 온디맨드 무선전력의 수신 과정에서 상기 생체 동작지시를 생성하고 상기 특정 동작의 완료 여부를 확인하는 생체동작 처리부;를 포함한다.
Description
본 발명은 생체신호의 유형에 따라 적응적으로 대응 가능한 임플랜터블 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생체신호의 유형 중 주기적이지 않은 실시간 이벤트성을 대응하기 위해 온디맨드 방식으로 무선전력을 적극적으로 요청하여 생체신호를 처리할 수 있는 생체신호 적응형 임플랜터블 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.
생체이식 센서를 이용하는 경우 생물체로부터 다양한 유형의 생체신호를 수집할 수 있으며, 이를 이용하여 생물체의 다양한 상태변화를 효과적으로 검출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 생체신호의 유형 중 주기적이지 않은 실시간 이벤트성을 대응하기 위해 온디맨드 방식으로 무선전력을 적극적으로 요청하여 생체신호를 처리할 수 있는 생체신호 적응형 임플랜터블 장치를 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 생체신호 적응형 임플랜터블 장치는 생체 이식 가능하도록 구현된 임플란트 기판(implantable substrate); 상기 임플란트 기판 상에 배치되고 체내의 생체신호를 수집하며 생체 동작지시에 따라 특정 동작을 수행하는 체내 센서; 상기 임플란트 기판 상에 배치되고 상기 체내 센서의 유형을 기초로 상기 생체신호의 전처리 방식을 결정하고 상기 전처리 방식에 따라 상기 생체신호의 전처리를 수행하는 전처리 프로세서; 상기 전처리된 생체신호의 실시간 이벤트를 검출하고 상기 실시간 이벤트를 처리하기 위한 온디맨드 무선전력을 외부에 요청하는 무선전력 처리부; 및 상기 온디맨드 무선전력의 수신 과정에서 상기 생체 동작지시를 생성하고 상기 특정 동작의 완료 여부를 확인하는 생체동작 처리부;를 포함한다.
상기 임플란트 기판은 유연소재 또는 생체적합성 물질로 구현될 수 있다.
상기 체내 센서는 물리적 연결 단자를 포함하는 센서 소켓을 통해 상기 임플란트 기판과 결합하고, 상기 전처리 프로세서는 상기 물리적 연결 단자로부터 수신되는 전기적 신호의 크기 및 변화율을 기초로 상기 체내 센서의 유형을 결정할 수 있다.
상기 무선전력 처리부는 상기 온디맨드 무선전력의 일부를 배터리에 충전하며 상기 온디맨드 무선전력의 요청에 필요한 최소 전력량을 관리할 수 있다.
상기 무선전력 처리부는 무선전력 배분 스케쥴이 존재하는 경우 상기 무선전력 배분 스케쥴을 기초로 활성화된 통신 경로를 통해 상기 온디맨드 무선전력의 일부를 전송하고 상기 온디맨드 무선전력의 나머지를 상기 배터리에 충전할 수 있다.
상기 무선전력 처리부는 상기 실시간 이벤트에 관한 긴급대응 필요성을 결정하고 그렇다면 상기 온디맨드 무선전력에 관한 요청 신호를 생성하여 사용자 단말에게 전송할 수 있다.
상기 무선전력 처리부는 상기 외부로부터 전송될 상기 온디맨드 무선전력에 대한 전송요청시간 및 전송요청기간을 상기 요청 신호에 추가할 수 있다.
상기 생체동작 처리부는 상기 온디맨드 무선전력의 수신시점을 기준으로 상기 전송요청기간의 제1 부분기간이 경과할 때까지 상기 특정 동작이 완료되지 않은 경우 나머지 제2 부분기간의 연장을 상기 외부에 요청할 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 생체신호 적응형 임플랜터블 장치는 생체신호의 유형 중 주기적이지 않은 실시간 이벤트성을 대응하기 위해 온디맨드 방식으로 무선전력을 적극적으로 요청하여 생체신호를 처리할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 생체신호 분석 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1의 임플랜터블 장치의 기능적 구성을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 임플랜터블 장치의 동작 과정을 설명하는 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 생체 센서의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 온디맨드 무선전력의 요청 과정의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1의 임플랜터블 장치의 기능적 구성을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 임플랜터블 장치의 동작 과정을 설명하는 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 생체 센서의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 온디맨드 무선전력의 요청 과정의 일 실시예를 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 생체신호 분석 시스템을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 생체신호 분석 시스템(100)은 임플랜터블 장치(110), 생체신호 분석 장치(130) 및 데이터베이스(150)를 포함할 수 있다.
임플랜터블 장치(110)는 생물체의 체내에 배치되어 생체신호를 측정하거나 수집하는 체내 센서를 포함하여 구현될 수 있다. 임플랜터블 장치(110)는 체내 센서의 유형에 따른 전처리를 수행하고 생체신호의 실시간 이벤트를 검출하며 온디맨드 무선전력을 외부에 요청하는 동작을 수행할 수 있다. 임플랜터블 장치(110)는 체내 센서의 동작을 제어하고 체내 센서에 의해 측정 및 수집된 생체신호를 수신할 수 있다.
일 실시예에서, 임플랜터블 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, 임플랜터블 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 임플랜터블 장치(110)로 구현될 수 있으나, 필요에 따라 복수개로 구현될 수 있음은 물론이다. 이 경우, 임플랜터블 장치(110)와 연동하는 적어도 하나의 체내 센서는 서로 다른 사용자들에 부착 또는 이식될 수 있고, 동일 사용자에 대해 동시에 다수가 부착 또는 이식될 수 있다.
또한, 임플랜터블 장치(110)는 본 발명에 따른 생체신호 분석 시스템(100)을 구성하는 하나의 장치로서 구현될 수 있으며, 생체신호 분석 시스템(100)은 생체신호 적응형 임플랜터블 장치의 사용 목적에 따라 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있다.
또한, 임플랜터블 장치(110)는 생체신호 분석 장치(130)와 무선으로 연결되어 동작 가능하도록 구현될 수 있으며, 다양한 유형의 센서들을 선택적으로 포함하여 구현될 수도 있다. 특히, 임플랜터블 장치(110)는 독립적인 동작 수행을 위하여 적어도 하나의 MCU(Micro Controller Unit)를 포함하여 구현될 수도 있다.
한편, 임플랜터블 장치(110)는 생체신호 분석 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 동작하도록 구현될 수 있다. 따라서, 임플랜터블 장치(110)는 복수로 구현된 경우 각 센서를 통해 생체신호 분석 장치(130)와 1:N 다채널 무선 통신을 수행할 수 있다.
생체신호 분석 장치(130)는 임플랜터블 장치(110)와 연동하여 사용자 생체신호를 수신하고 이를 분석하는 동작을 수행하는 컴퓨터 또는 프로그램에 해당하는 서버로 구현될 수 있다. 또한, 생체신호 분석 장치(130)는 임플랜터블 장치(110)와 무선 네트워크로 연결될 수 있고, 네트워크를 통해 임플랜터블 장치(110)와 데이터를 송·수신할 수 있다. 또한, 생체신호 분석 장치(130)는 독립된 외부 시스템(도 1에 미도시함)과 연결되어 동작하도록 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 생체신호 분석 장치(130)는 임플랜터블 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 분석 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 무선전력 전송을 위한 정보를 저장할 수 있으며, 반드시 이에 한정되지 않고, 생체신호 분석 장치(130)가 임플랜터블 장치(110)와 연동하여 생체신호를 수집하고 분석하는 과정에서 다양한 형태로 수집 또는 가공된 정보들을 저장할 수 있다.
또한, 도 1에서, 데이터베이스(150)는 생체신호 분석 장치(130)와 독립적인 장치로서 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 논리적인 저장장치로서 생체신호 분석 장치(130)에 포함되어 구현될 수 있다.
도 2는 도 1의 임플랜터블 장치의 기능적 구성을 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 임플랜터블 장치(110)는 체내 센서(210), 전처리 프로세서(230), 무선전력 처리부(250) 및 생체동작 처리부(270)를 포함할 수 있다.
이때, 본 발명의 실시예는 상기의 구성들을 동시에 모두 포함해야 하는 것은 아니며, 각각의 실시예에 따라 상기의 구성들 중 일부를 생략하거나, 상기의 구성들 중 일부 또는 전부를 선택적으로 포함하여 구현될 수도 있다. 이하, 각 구성들의 동작을 구체적으로 설명한다.
체내 센서(210)는 임플란트 기판 상에 배치되고 체내의 생체신호를 수집하며 생체 동작지시에 따라 특정 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 체내 센서(210)는 온도 센서, PPG(Photoplethysmogram) 센서, ECG 센서, ECOG 센서 등을 포함할 수 있다. 온도 센서는 체내의 온도를 측정하는 센서이고, PPG 센서는 광혈류측정 센서로서 조직 내 혈류의 변화를 측정하는 센서이며, ECG(Electorcardiogram) 센서는 심전도 센서로서 심장근육의 수축 및 이완시 발생하는 전위 신호를 측정하는 센서이고, ECOG(ElectroCorticography) 센서는 뇌의 전기신호를 측정하는 센서이다. 체내 센서(210)는 측정하는 데이터 특성 및 센서 유형에 따라 생체신호 측정에 적합한 체내 위치가 결정될 수 있다.
또한, 체내 센서(210)는 생체 동작지시에 따라 특정 동작을 수행할 수 있다. 이때, 특정 동작은 생체 동작지시에 따라 약물주입 또는 전기적 자극의 제공을 처리하는 동작을 포함할 수 있다. 즉, 생체 동작지시는 체내에서 체내 센서(210)에 의한 동작을 실행하도록 제어하는 제어 신호에 해당할 수 있다. 체내 센서(210)는 생체 동작지시의 전달에 따라 특정 동작을 자동으로 수행하도록 구현되거나 또는 특정 동작의 수행이 가능한 상태로 변경되도록 구현될 수 있다. 또한, 특정 동작으로서 약물주입을 수행하는 경우 체내 센서(210)는 동작 개시에 따라 약물 주입 과정이 자동 수행되도록 구현된 독립적인 모듈을 포함하여 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 체내 센서(210)는 특정 약물을 체내에 주입하기 위한 약물 전달 모듈을 포함할 수 있다. 이를 통해, 체내 센서(210)는 생체 생체 동작지시에 따라 약물 전달 모듈의 동작을 개시하여 특정 약물이 체내에 주입되도록 할 수 있다. 예를 들어, 약물 전달 모듈은 약물을 저장하는 수용부재, 약물의 주입을 위한 동력을 제공하는 동력부재, 동력에 의해 약물을 이동 채널로 방출하는 방출부재, 및 이동 채널을 통해 약물을 특정 방향으로 유도하는 유도부재 등을 포함할 수 있다. 이 경우, 체내 센서(210)는 생체 동작지시에 응답하여 약물 전달 모듈의 동력부재에 무선전력을 전달함으로써 약물 주입 동작을 개시할 수 있다.
일 실시예에서, 약물 전달 모듈은 임플란트 기판과 탈부착 가능하여 새로운 것으로 교체 가능하도록 구현될 수 있다. 약물 전달 모듈은 하나의 독립된 모듈로서 구현될 수 있으며, 약물 주입이 완료되면 임플란트 기판으로부터 탈착되어 제거될 수 있다. 또한, 임플란트 기판이 생체 내에 삽입된 상태에서도 약물 전달 모듈의 탈부착을 위하여 약물 전달 모듈이 결합되는 영역만 외부로 노출될 수 있다.
일 실시예에서, 체내 센서(210)는 물리적 연결 단자를 포함하는 센서 소켓을 통해 임플란트 기판과 결합할 수 있다. 즉, 센서 소켓은 임플란트 기판 상에 결합된 상태에서 체내 센서(210)와 직접 연결될 수 있다. 이때, 센서 소켓은 체내 센서(210)와 물리적으로 결합하는 물리적 연결 단자를 포함할 수 있다. 또한, 센서 소켓은 다양한 유형의 체내 센서(210)들과 물리적으로 연결되기 위하여 센서 유형에 상관없이 범용적으로 연결 가능하도록 구현된 연결 단자를 포함할 수 있다. 센서 소켓은 기판의 형상이나 배치 구조에 따라 임플란트 기판 상의 배치 위치가 결정될 수 있다.
전처리 프로세서(230)는 임플란트 기판 상에 배치되고 체내 센서(210)의 유형을 기초로 생체신호의 전처리 방식을 결정하고 전처리 방식에 따라 생체신호의 전처리를 수행할 수 있다. 먼저, 전처리 프로세서(230)는 임플란트 기판에 배치된 체내 센서(210)의 동작 특성을 수집하고 이를 기초로 체내 센서(210)의 유형을 결정할 수 있다. 이때, 체내 센서(210)는 측정하는 데이터의 유형과 특성에 따라 측정 방법 및 수단이 상이하게 구현될 수 있으며, 이로 인해 동작 특성 또한 상이하게 나타날 수 있다. 전처리 프로세서(230)는 체내 센서(210)의 동작 과정에서 동작 특성에 관한 데이터를 수집할 수 있으며, 이를 기초로 체내 센서(210)의 유형을 결정할 수 있다.
이후, 전처리 프로세서(230)는 체내 센서(210)의 유형에 따라 전처리 방식을 결정할 수 있으며, 이를 위하여 체내 센서(210)의 유형별 전처리 방식을 사전에 정의하여 활용할 수 있다. 한편, 생체신호에 관한 전처리 연산에는 이상값 및 누락값 제거, 오프셋 제거, 추세 제거, 잡음 감소를 위한 필터링 및 평활화, 시간 영역과 주파수 영역 간의 변환, 푸리에 변환 등이 포함될 수 있다. 전처리 프로세서(230)는 체내 센서(210)의 유형에 따라 특정 전처리 연산을 결정하거나 또는 하나 이상의 전처리 연산들의 조합을 전처리 방식으로서 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 전처리 프로세서(230)는 물리적 연결 단자로부터 수신되는 전기적 신호의 크기 및 변화율을 기초로 체내 센서(210)의 유형을 결정할 수 있다. 전처리 프로세서(230)는 물리적 연결 단자로부터 수신하는 전기적 신호의 크기와 주기별 변화율을 체내 센서(210)의 동작 특성 정보로서 수집할 수 있다. 예를 들어, 전처리 프로세서(230)는 물리적 연결 단자로부터 수집되는 전기적 신호를 기초로 체내 센서(210)의 결합 특성을 산출할 수 있다. 여기에서, 결합 특성은 체내 센서(210)와 물리적 연결 단자 간의 결합 정도를 수치화한 것에 해당할 수 있다. 전처리 프로세서(230)는 전기적 신호의 크기가 크고 변화율이 작을수록 강한 결합 특성을 가진 것으로 판단할 수 있으며, 각 체내 센서(210)별 결합 특성을 DB로 구축한 후 체내 센서(210)의 유형을 결정하는 과정에서 활용할 수 있다.
무선전력 처리부(250)는 전처리된 생체신호의 실시간 이벤트를 검출하고 실시간 이벤트를 처리하기 위한 온디맨드 무선전력을 외부에 요청할 수 있다. 여기에서, 실시간 이벤트는 뇌파와 같은 비정형적 생체신호로부터 검출되는 비주기적 이벤트에 해당할 수 있다. 예를 들어, 뇌파에 관한 실시간 이벤트에는 발작에 의한 뇌파의 급격한 변화 등이 포함될 수 있다. 또한, 온디맨드 무선전력은 외부로부터 전송되는 무선전력으로서 실시간 이벤트의 처리를 위해 임플랜터블 장치(110)의 요청에 따라 온디맨드 방식으로 제공되는 무선전력에 해당할 수 있다. 즉, 온디맨드 무선전력은 주기적으로 발생하는 주기적 이벤트의 처리를 위해 사전 설정된 주기에 따라 생체신호 분석 장치(130)에 의해 주기적으로 전송되는 무선전력과 구분될 수 있다. 무선전력 처리부(250)는 사용자로부터 측정된 생체신호에서 비정형적인 신호 이상을 실시간 이벤트로서 검출할 수 있고, 실시간 이벤트에 대한 신속한 대응을 위해 온디맨드 무선전력을 요청하는 요청 신호를 생성하여 전송할 수 있다.
일 실시예에서, 무선전력 처리부(250)는 온디맨드 무선전력의 일부를 배터리에 충전하며 온디맨드 무선전력의 요청에 필요한 최소 전력량을 관리할 수 있다. 무선전력 처리부(250)는 온디맨드 무선전력의 요청과 수신 동작을 각각 수행할 수 있으며, 수신된 온디맨드 무선전력을 각 구성들에 배분하거나 또는 배터리에 충전하여 저장하는 동작을 수행할 수 있다. 이때, 배터리는 커패시터(capacitor)로 구현될 수 있으며, 임플랜터블 장치(110)에서 외부로 온디맨드 무선전력을 먼저 요청하기 위한 최소 전력량을 저장하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 무선전력 처리부(250)는 배터리의 충전량이 제1 기준 이하로 떨어지면 외부로부터 수신된 온디맨드 무선전력을 높은 비율로 배터리에 우선하여 저장할 수 있으며, 충전량이 제2 기준 이상을 초과하면 온디맨드 무선전력이 배터리 이외의 다른 구성들에 우선적으로 배분되도록 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 무선전력 처리부(250)는 무선전력 배분 스케쥴이 존재하는 경우 무선전력 배분 스케쥴을 기초로 활성화된 통신 경로를 통해 온디맨드 무선전력의 일부를 전송하고 온디맨드 무선전력의 나머지를 배터리에 충전할 수 있다. 여기에서, 무선전력 배분 스케쥴은 외부로부터 온디맨드 무선전력이 공급되는 동안 임플랜터블 장치(110)의 동작을 위한 전력 배분 계획에 해당할 수 있다. 무선전력 처리부(250)는 무선전력 전송요청시간을 기준으로 전송요청기간 동안 무선전력이 정상 수신되는 것을 가정하여 무선전력 배분 스케쥴에 따라 온디맨드 무선전력이 각 구성요소에 전달되기 위한 가상의 경로를 통신 경로로서 생성할 수 있다.
이때, 가상의 통신 경로는 온디맨드 무선전력의 전송 경로에 대응될 수 있고, 전송요청시간은 외부로부터 온디맨드 무선전력의 공급이 개시되는 시점에 해당할 수 있으며, 전송요청기간은 전송요청시간부터 온디맨드 무선전력의 공급이 계속되는 시간 간격에 해당할 수 있다. 따라서, 전송요청시간을 기준으로 전송요청기간이 경과한 시점에 온디맨드 무선전력의 전송은 종료될 수 있다. 무선전력 처리부(250)는 온디맨드 무선전력의 배분과 충전을 위한 비율을 결정할 수 있으며, 각 비율에 따라 배분과 충전을 위한 동작을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 무선전력 처리부(250)는 실시간 이벤트에 관한 긴급대응 필요성을 결정하고 그렇다면 온디맨드 무선전력에 관한 요청 신호를 생성하여 사용자 단말에게 전송할 수 있다. 사용자의 생체 내에서 측정된 생체신호는 사용자의 현재 상태에 관한 복합적인 생체신호에 해당할 수 있으며, 무선전력 처리부(250)는 전처리된 생체신호의 분석을 통해 긴급하게 대응할 필요가 있는지 여부를 신속히 결정할 수 있다. 즉, 긴급대응 필요성은 사용자의 현재 상태와 연관되어 긴급대응이 필요한지에 관한 판단 결과에 해당할 수 있다. 이후, 무선전력 처리부(250)는 긴급대응이 필요한 것으로 결정된 경우 온디맨드 무선전력에 관한 요청 신호를 생성하여 사용자 단말에게 전송할 수 있다. 이때, 사용자 단말은 생체신호 분석 장치(130) 또는 사용자와 연관되어 사전에 등록된 단말에 해당할 수 있으며, 예를 들어 보호자, 동거인, 구조기관 등이 사용 및 운용하는 단말에 해당할 수 있다.
일 실시예에서, 무선전력 처리부(250)는 외부로부터 전송될 온디맨드 무선전력에 대한 전송요청시간 및 전송요청기간을 요청 신호에 추가할 수 있다. 여기에서, 외부는 무선전력을 공급하는 전력 전송 장치에 해당할 수 있으며, 생체신호 분석 장치(130)에 의해 구현될 수 있다. 전력 전송 장치는 안테나를 포함하여 구현될 수 있으며, 안테나를 통해 무선전력을 임플랜터블 장치(110)에게 전달할 수 있다. 무선전력 처리부(250)는 전처리된 생체신호의 실시간 이벤트를 검출하고 실시간 이벤트를 처리하기 위한 온디맨드 무선전력의 요청 신호를 생성하면서 실시간 이벤트에 대응되는 전송요청시간 및 전송요청기간을 결정할 수 있다. 이를 위하여, 무선전력 처리부(250)는 실시간 이벤트 별로 전송요청시간 및 전송요청기간 정보를 사전에 구축하여 활용할 수 있다.
생체동작 처리부(270)는 온디맨드 무선전력의 수신 과정에서 생체 동작지시를 생성하고 특정 동작의 완료 여부를 확인할 수 있다. 여기에서, 생체 동작지시는 체내 센서(210)의 동작을 실행하도록 제어하는 제어 신호에 해당할 수 있다. 또한, 생체동작 처리부(270)는 체내 센서(210)에 의한 동작을 모니터링할 수 있으며, 생체 동작지시에 따른 동작이 정상적으로 완료되었는지 여부를 결정할 수 있다. 생체동작 처리부(270)는 체내 센서(210)에 의한 동작 결과를 사용자 단말에게 전송하여 알릴 수 있다.
일 실시예에서, 생체동작 처리부(270)는 온디맨드 무선전력의 수신시점을 기준으로 전송요청기간의 제1 부분기간이 경과할 때까지 특정 동작이 완료되지 않은 경우 나머지 제2 부분기간의 연장을 외부에 요청할 수 있다. 무선전력 처리부(250)는 온디맨드 무선전력에 대한 전송요청시간 및 전송요청기간을 요청 신호에 추가하여 외부로 전송할 수 있으며, 외부의 전력 전송 장치는 요청 신호에 따라 무선전력을 전송할 수 있다. 이때, 임플랜터블 장치(110)에 의해 무선전력이 실제 수신되는 시점은 전력요청시간과 상이할 수 있다.
즉, 임플랜터블 장치(110)는 온디맨드 무선전력의 실제 수신시점을 기준으로 전송요청기간 동안 온디맨드 무선전력을 수신하고 관련 동작을 수행할 수 있다. 이때, 생체동작 처리부(270)는 생체 동작지시를 통해 체내 센서(210)의 동작을 제어할 수 있으며, 온디맨드 무선전력이 수신되는 동안 체내 센서(210)의 동작 수행 결과를 모니터링할 수 있다. 만약 전송요청기간의 제1 부분기간이 경과할 때까지 특정 동작이 완료되지 않은 경우 생체동작 처리부(270)는 나머지 제2 부분기간의 연장을 외부에 요청하여 체내 센서(210)의 동작을 위한 전력을 확보할 수 있다.
일 실시예에서, 생체동작 처리부(270)는 전송요청시간과 온디맨드 무선전력의 수신시점 간의 차이만큼 나머지 제2 부분기간의 연장을 외부에 요청할 수 있다. 이에 대해서는 도 5에서 보다 자세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 임플랜터블 장치의 동작 과정을 설명하는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 임플랜터블 장치(110)는 체내 센서(210)를 통해 사용자의 생체신호를 수집할 수 있다(단계 S310). 이후, 임플랜터블 장치(110)는 전처리 프로세서(230)를 통해 체내 센서의 유형을 기초로 생체신호의 전처리 방식을 결정하고 전처리 방식에 따라 생체신호의 전처리를 수행할 수 있다(단계 S330).
또한, 임플랜터블 장치(110)는 무선전력 처리부(250)를 통해 전처리된 생체신호의 실시간 이벤트를 검출할 수 있으며(단계 S350), 실시간 이벤트를 처리하기 위한 온디맨드 무선전력을 외부에 요청할 수 있다(단계 S370). 이후, 임플랜터블 장치(110)는 생체동작 처리부(270)를 통해 온디맨드 무선전력의 수신 과정에서 생체 동작지시를 생성할 수 있으며(단계 S390), 생체 동작지시를 체내 센서(210)에 전달하고 체내 센서(210)에 의한 특정 동작의 완료 여부를 확인할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 생체 센서의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 임플랜터블 장치(110)는 적어도 하나의 체내 센서(410)를 포함하여 구현될 수 있다. 이때, 체내 센서(410)는 생체 내에 삽입될 수 있고 사용자와 연관된 생체신호를 수집하도록 구현된 바이오 센서에 해당할 수 있다. 보다 구체적으로, 임플랜터블 장치(110)는 임플란트 기판 상에 배치된 체내 센서(410), 체내 프로세서(430), 체내 메모리(450) 및 무선전력 컨트롤러(490)를 포함하는 생체신호 칩으로 구현될 수 있다. 이때, 임플란트 기판은 생체 이식 가능한 유연소재 또는 생체적합성 있는 물질로 구현될 수 있으며, 생체 이식형 플랫폼 보호 코팅을 통해 보호될 수 있다. 예를 들어, 생체적합성 있는 물질은 생체 조직에 대한 실질적 염증반응 또는 면역반응을 일으키지 않는 물질에 해당할 수 있다.
구체적으로, 체내 센서(410)는 센서 소켓을 통해 임플란트 기판과 연결될 수 있다. 이때, 센서 소켓은 다양한 체내 센서(410)와 물리적으로 결합 가능하도록 구현될 수 있다. 또한, 센서 소켓은 필요에 따라 하나 이상의 소켓들을 포함하여 구현됨으로써 복수의 체내 센서(410)들로 확장 가능한 인터페이스를 제공할 수 있다. 예를 들어, 센서 소켓은 시리얼 인터페이스(Serial Interface), 범용 입출력 포트(GPIO, General Purpose Input Output)등을 포함할 수 있다.
또한, 체내 센서(410)는 측정하고자 하는 생체신호의 유형과 특성에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 체내 센서(410)는 2개의 전극(Electrode)과 밴드 패스 필터(Band pass filter), 계측 증폭기(Instrumentation Amplifier), AD 컨버터(ADC) 등을 포함하여 구현될 수 있다. 다른 예로서, 체내 센서(410)는 2개의 전극(Electrode)과 차동 증폭기(Differential Amplifier), 하이패스 필터(High-pass filter), 비교기(Comparator) 등을 포함하여 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되지 않고, 다양한 구성들을 선택적으로 포함하여 구현될 수 있다.
또한, 체내 센서(410)는 온도 센서, PPG(Photoplethysmogram) 센서, ECG 센서, ECOG 센서 등을 포함할 수 있다. 온도 센서는 체내의 온도를 측정하는 센서이고, PPG 센서는 광혈류측정 센서로서 조직 내 혈류의 변화를 측정하는 센서이며, ECG(Electorcardiogram) 센서는 심전도 센서로서 심장근육의 수축 및 이완시 발생하는 전위 신호를 측정하는 센서이고, ECOG(ElectroCorticography) 센서는 뇌의 전기신호를 측정하는 센서이다. 체내 센서(410)는 측정하는 데이터 특성 및 센서 유형에 따라 생체신호 측정에 적합한 체내 위치가 결정될 수 있다.
체내 프로세서(430)는 MCU(예: CPU 등)로 구현될 수 있으나 반드시 이에 한정되지 않음은 물론이다. 이에 따라, 생체신호를 저장하는 체내 메모리(450)는 MCU의 내부 메모리로 구현될 수 있다. 또한, 체내 메모리(450)에 저장된 데이터들은 전기적으로 연결된 체내 프로세서(430)에 의해 접근될 수 있으며, 무선 네트워크를 통해 생체신호 분석 장치(130)에 전달됨으로써 본 발명에 따른 생체신호 분석 과정에서 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 체내 프로세서(430)는 주요 동작에 따라 독립적인 모듈들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 전처리 프로세서(230)와 생체동작 처리부(270)는 체내 프로세서(430)에 포함되어 구현될 수 있다.
무선전력 컨트롤러(470)는 임플란트 기판 상에 배치되고 데이터 전송 및 무선전력의 송수신을 제어할 수 있다. 무선전력 컨트롤러(470)는 무선 전력 및 데이터 통신을 위해 안테나와 직접 연결될 수 있으며, NFC 인터페이스(NFC Interface)와 레귤레이터(Regulator) 등을 포함하여 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 본 발명에 따른 무선전력 처리부(350)는 무선전력 컨트롤러(470)를 통해 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 무선전력 컨트롤러(470)는 외부의 전력 전송 장치로부터 무선전력을 수신하는 경우 체내 프로세서(430)에 의해 설정된 전송 경로를 통해 무선전력을 전송할 수 있다. 이를 위하여, 무선전력 컨트롤러(470)는 체내 프로세서(430)와 연결될 수 있고, 외부로부터 공급된 무선전력을 가상의 전송 채널을 통해 공급할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 온디맨드 무선전력의 요청 과정의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 임플랜터블 장치(110)는 사용자 생체신호의 실시간 이벤트를 검출하고 실시간 이벤트를 처리하기 위한 온디맨드 무선전력을 외부에 요청할 수 있다. 외부의 전력 전송 장치는 임플랜터블 장치(110)의 요청 신호(A)에 따라 무선전력을 임플랜터블 장치(110)에게 전송할 수 있다.
이때, 임플랜터블 장치(110)는 외부로부터 전송된 온디맨드 무선전력의 실제 수신시점을 기준으로 전송요청기간 동안 온디맨드 무선전력을 수신하고 관련 동작을 수행할 수 있다. 이때, 임플랜터블 장치(110)는 생체동작 처리부(270)를 통해 생체 동작지시를 생성하여 체내 센서(210)의 동작을 제어할 수 있으며, 온디맨드 무선전력이 수신되는 동안 체내 센서(210)의 동작 수행 결과를 모니터링할 수 있다. 만약 전송요청기간의 제1 부분기간이 경과할 때까지 특정 동작이 완료되지 않은 경우 생체동작 처리부(270)는 나머지 제2 부분기간의 연장을 외부에 요청하여 체내 센서(210)의 동작을 위한 전력을 확보할 수 있다.
예를 들어, 도 5에서 임플랜터블 장치(110)는 전송요청시간과 온디맨드 무선전력의 수신시점 간의 차이(α)만큼 나머지 제2 부분기간의 연장을 외부에 요청할 수 있다. 외부의 전력 전송 장치는 임플랜터블 장치(110)의 요청 신호(A)에 따라 무선전력을 전송할 수 있으며, 요청 신호에 전송요청시간과 전송요청기간이 포함된 경우 전송요청시간부터 전송요청기간 동안 무선전력을 전송할 수 있다.
이 경우, 임플랜터블 장치(110)는 온디맨드 무선전력이 수신되는 동안 체내 센서(210)의 동작 수행 결과를 모니터링한 결과 전송요청기간의 제1 부분기간이 경과할 때까지 특정 동작이 완료되지 않은 경우라면 나머지 기간 동안 특정 동작의 완료를 보장하기 위하여 제2 부분기간의 연장을 요청하는 요청신호(A')를 생성하여 외부에 전송할 수 있다. 이때, 임플랜터블 장치(110)에 의해 추가 요청되는 연장 기간은 특정 동작이나 생체신호의 유형 등에 따라 상이하게 적용될 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: 생체신호 분석 시스템
110: 임플랜터블 장치 130: 생체신호 분석 장치
150: 데이터베이스
210: 체내 센서 230: 전처리 프로세서
250: 무선전력 처리부 270: 생체동작 처리부
410: 체내 센서 430: 체내 프로세서
450: 체내 메모리 470: 무선전력 컨트롤러
110: 임플랜터블 장치 130: 생체신호 분석 장치
150: 데이터베이스
210: 체내 센서 230: 전처리 프로세서
250: 무선전력 처리부 270: 생체동작 처리부
410: 체내 센서 430: 체내 프로세서
450: 체내 메모리 470: 무선전력 컨트롤러
Claims (8)
- 생체 이식 가능하도록 구현된 임플란트 기판(implantable substrate);
상기 임플란트 기판 상에 배치되고 체내의 생체신호를 수집하며 생체 동작지시에 따라 특정 동작을 수행하는 체내 센서;
상기 임플란트 기판 상에 배치되고 상기 체내 센서의 유형을 기초로 상기 생체신호의 전처리 방식을 결정하고 상기 전처리 방식에 따라 상기 생체신호의 전처리를 수행하는 전처리 프로세서;
상기 전처리된 생체신호의 실시간 이벤트를 검출하고 상기 실시간 이벤트를 처리하기 위한 온디맨드 무선전력을 외부에 요청하는 무선전력 처리부; 및
상기 온디맨드 무선전력의 수신 과정에서 상기 생체 동작지시를 생성하고 상기 특정 동작의 완료 여부를 확인하는 생체동작 처리부;를 포함하는 생체신호 적응형 임플랜터블 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 임플란트 기판은
유연소재 또는 생체적합성 물질로 구현되는 것을 특징으로 하는 생체신호 적응형 임플랜터블 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 체내 센서는
물리적 연결 단자를 포함하는 센서 소켓을 통해 상기 임플란트 기판과 결합하고,
상기 전처리 프로세서는
상기 물리적 연결 단자로부터 수신되는 전기적 신호의 크기 및 변화율을 기초로 상기 체내 센서의 유형을 결정하는 것을 특징으로 하는 생체신호 적응형 임플랜터블 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 무선전력 처리부는
상기 온디맨드 무선전력의 일부를 배터리에 충전하며 상기 온디맨드 무선전력의 요청에 필요한 최소 전력량을 관리하는 것을 특징으로 하는 생체신호 적응형 임플랜터블 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 무선전력 처리부는
무선전력 배분 스케쥴이 존재하는 경우 상기 무선전력 배분 스케쥴을 기초로 활성화된 통신 경로를 통해 상기 온디맨드 무선전력의 일부를 전송하고 상기 온디맨드 무선전력의 나머지를 상기 배터리에 충전하는 것을 특징으로 하는 생체신호 적응형 임플랜터블 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 무선전력 처리부는
상기 실시간 이벤트에 관한 긴급대응 필요성을 결정하고 그렇다면 상기 온디맨드 무선전력에 관한 요청 신호를 생성하여 사용자 단말에게 전송하는 것을 특징으로 하는 생체신호 적응형 임플랜터블 장치.
- 제6항에 있어서, 상기 무선전력 처리부는
상기 외부로부터 전송될 상기 온디맨드 무선전력에 대한 전송요청시간 및 전송요청기간을 상기 요청 신호에 추가하는 것을 특징으로 하는 생체신호 적응형 임플랜터블 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 생체동작 처리부는
상기 온디맨드 무선전력의 수신시점을 기준으로 상기 전송요청기간의 제1 부분기간이 경과할 때까지 상기 특정 동작이 완료되지 않은 경우 나머지 제2 부분기간의 연장을 상기 외부에 요청하는 것을 특징으로 하는 생체신호 적응형 임플랜터블 장치.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20220132512 | 2022-10-14 | ||
| KR1020220132512 | 2022-10-14 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240052618A true KR20240052618A (ko) | 2024-04-23 |
Family
ID=90881284
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230040649A KR20240052618A (ko) | 2022-10-14 | 2023-03-28 | 생체신호 적응형 임플랜터블 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20240052618A (ko) |
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
- 2023-03-28 KR KR1020230040649A patent/KR20240052618A/ko unknown
Patent Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR20080017247A (ko) | 2006-08-21 | 2008-02-26 | 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 | 생체이식용 ｒｆｉｄ태그 및 그 삽입지그체 |
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