WO2022203164A1 - 웨어러블 욕창 감지 센서 및 이를 포함하는 욕창 감지 시스템 - Google Patents

웨어러블 욕창 감지 센서 및 이를 포함하는 욕창 감지 시스템 Download PDF

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sensor
pressure
wearable
detection sensor
impedance
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박진우
김승록
길혜준
김진훈
이소연
유주현
오제헌
이의인
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연세대학교 산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to a wearable pressure ulcer detection sensor and a pressure ulcer detection system including the same, and more particularly, to a wearable pressure ulcer detection sensor that can be attached to a subject at risk of pressure sores and can prevent pressure ulcers in advance by measuring the risk of occurrence of pressure ulcers in real time and to a sensing system.
  • Pressure sores are ischemic skin ulcers that occur when pressure is continuously applied to one part of the body, which causes blood circulation disorders in that part, and thereby insufficient supply of oxygen and nutrients. Although it is a familiar disease, the seriousness of the disease has been largely overlooked for a long time. In this disease, which is divided into four stages, it is difficult for the doctor to visually identify the symptoms or for the patient to feel the abnormal symptoms in the first stage. It is a serious and serious disease with a high probability of death from infectious diseases such as sepsis even after surgery. Current pressure sore prevention methods rely mainly on the labor force of caregivers who continuously change the patient's position, making it difficult to prevent the disease. Therefore, it is a disease that urgent needs the development of a preventive system and treatment.
  • the pressure sensor is used to collect the pressure distribution of the mat with an elastic film on the mat or to inform the risk of pressure sores based on the time the patient has stopped moving. the current situation.
  • Another object of the present invention is to provide a pressure ulcer sensor capable of providing a discriminative index capable of early diagnosis of a pressure sore by monitoring the state of a region suspected of having a pressure ulcer in real time.
  • Another object of the present invention is to provide a pressure sore sensor capable of sensing the magnitude of an external stimulus causing a pressure sore and a change in a biosignal caused by damage to skin tissue simply by attaching it to a site suspected of having a pressure sore.
  • Another object of the present invention is to provide a pressure ulcer detection system capable of monitoring in real time the condition of a site suspected of having a pressure ulcer or a risk of occurrence of a pressure ulcer from a distance.
  • a wearable pressure ulcer detection sensor includes a pressure sensor for measuring a pressure based on a change in capacitance due to a physical force; a temperature sensor for measuring a temperature based on a change in electrical conductivity due to electron hopping; and an impedance sensor including two electrodes spaced apart from each other and in contact with the skin.
  • the pressure sensor may include a polymer gel electrolyte capacitor.
  • the temperature sensor may include a conductive polymer matrix and carbon nanostructures dispersedly impregnated in the matrix.
  • the carbon nanostructure may include carbon nanotubes, graphene, or a mixture thereof.
  • the two electrodes of the impedance sensor may be a composite of an insulating elastic body and a conductive nanowire, respectively.
  • the wearable pressure ulcer detection sensor may further include a fabric substrate having a wire formed on one surface, and the pressure sensor, the temperature sensor and the impedance sensor are arranged to be spaced apart on one surface of the fabric substrate.
  • the wearable pressure ulcer detection sensor may further include a wettability polymer foam covering the one surface of the fabric substrate, wherein the wettability polymer foam is a pressure sensor, a temperature sensor and an impedance sensor exposed to the surface. It may include a through hole formed.
  • the present invention includes a wearable pressure ulcer detection system including the aforementioned wearable pressure ulcer detection sensor.
  • a wearable pressure ulcer detection system includes the above-described wearable pressure ulcer detection sensor; It is electrically connected to the pressure sore detection sensor, receives the sensing values of the pressure sensor, the temperature sensor, and the impedance sensor of the pressure sore detection sensor, and the pressure applied to the body of the user to which the pressure sore detection sensor is attached, the skin temperature value and the tissue impedance value
  • Microprocessing unit for calculating a pressure sore index comprising; and a wireless communication unit for transmitting the pressure sore index calculated by the microprocessing unit to the terminal device through wireless communication.
  • the microprocessing unit and the wireless communication unit may be provided on a flexible printed circuit board (PCB).
  • PCB flexible printed circuit board
  • the wireless communication may include short-range wireless communication including WIFI or Bluetooth.
  • the pressure sore detection system uses a pressure sensor, a temperature sensor, and an impedance sensor with wearable characteristics to provide not only the pressure applied to the suspected pressure sore site, but also the skin temperature and internal tissue impedance at the suspected pressure ulcer site, There is an advantage in that it is possible to detect in advance whether or not a pressure sore occurs or the risk of developing a pressure sore at a point in time when it is difficult to determine the onset of a pressure sore with the naked eye.
  • FIG. 1 is a view showing a configuration diagram of a pressure sore detection sensor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a view showing a configuration diagram of a pressure sore detection system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a wireless communication unit and a microprocessing unit integrated on a flexible PCB in a pressure sore detection system according to an embodiment of the present invention.
  • a wearable pressure ulcer detection sensor includes a pressure sensor for measuring a pressure based on a change in capacitance due to a physical force; a temperature sensor for measuring a temperature based on a change in electrical conductivity due to electron hopping; and an impedance sensor including two electrodes spaced apart from each other and in contact with the skin.
  • the wearable pressure ulcer detection sensor includes a pressure sensor, a temperature sensor, and an impedance sensor, the temperature and impedance changed by damage (abnormal) of skin tissue as well as external stimulation including external pressure applied to the skin It has the advantage of being a bidirectional sensor capable of simultaneous detection of changes in biosignals including
  • the wearable pressure ulcer detection sensor provides an index capable of determining the degree of damage (abnormality) of the skin tissue by detecting a change in temperature and impedance of a region suspected of having a pressure ulcer (skin region), and together with the onset of pressure ulcer As the pressure applied to the suspected area is sensed and provided, there is an advantage in that the user (user of the pressure sore detection sensor), guardian, or medical staff can recognize and determine the degree of risk of pressure sores before they occur. In addition, there is an advantage that the user, guardian, or medical staff can recognize and determine the degree of progression (treatment) and the progression (treatment) speed of the lesion at the site of the pressure sore even when the user has already developed a pressure sore.
  • the wearable pressure sore detection sensor can measure the pressure in the form of an extremely thin thin film as the pressure sensor calculates pressure by a change in capacitance by a physical force (externally applied pressure), thereby securing wearable characteristics. It is very advantageous in detecting pressure sores because it can precisely measure the level of pressure generated by the weight of the human body while lying down.
  • the temperature sensor also measures the temperature based on the change in electrical conductivity due to electronic hopping, so it can measure the temperature in an extremely thin thin film form, so wearable characteristics can be secured.
  • the pressure sensor may comprise a polymer gel electrolyte capacitor.
  • the polymer gel electrolyte capacitor includes a first electrode in contact with the user's skin; polymer gel electrolyte; and a second electrode facing the first electrode with a polymer gel electrolyte interposed therebetween.
  • the electrolyte of a thin film capacitor uses a liquid electrolyte or an inorganic electrolyte or a polymer-based solid electrolyte. Liquid electrolyte-based capacitors are difficult to integrate into pressure ulcer sensors, have poor stability during use, and are not suitable for inorganic electrolyte-based flexible properties.
  • Polymer-based solid electrolytes in thin film capacitors can be largely divided into solid polymer electrolytes, gel-type polymer electrolytes, and polyelectrolytes.
  • the double gel-type polymer electrolyte is free from leakage and can realize the highest ionic conductivity among solid electrolytes, but has weak mechanical properties.
  • the pressure sore detection sensor utilizes the disadvantages of such a gel-type polymer electrolyte-based capacitor, and in detail, it secures flexible characteristics by the gel-type polymer electrolyte, and at the same time, Ions are released from the ion pump inside the electrolyte by the pressure, and the pressure applied to the suspected pressure sore area can be measured by using the change in capacitance.
  • the pressure range of 4 to 13 kPa (30 to 100 mmHg) is known to be applied to the skin when lying in bed by adjusting the elastic modulus of the polymer gel electrolyte (gel-type polymer electrolyte).
  • the polymer gel electrolyte may be an acidic electrolyte or a basic electrolyte, and may include poly(ethylene oxide) (PEO), poly(acrylate) (PA), poly(vinyl alcohol) (PVA), poly(acrylic acid) (PAA) It is composed of a polymer such as potassium hydroxide or sulfuric acid, a salt such as phosphoric acid, perchloric acid, and a solvent such as water, and the elastic modulus of the polymer gel electrolyte can be appropriately adjusted by changing the content or specific material of the electrolyte component.
  • PEO poly(ethylene oxide)
  • PA poly(acrylate)
  • PVA poly(vinyl alcohol)
  • PAA poly(acrylic acid)
  • the two electrodes (the first electrode and the second electrode) of the polymer gel electrolyte capacitor suffice if it is an electrode commonly used in a solid capacitor, for example, a transparent conductive oxide such as indium tin oxide, or a nanowire such as a silver nanowire Network, conductive two-dimensional carbon structures such as graphene, conductive one-dimensional carbon structures such as carbon nanotubes, and conductive polymers such as activated carbon and PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)) and the like, but is not limited thereto.
  • a transparent conductive oxide such as indium tin oxide
  • a nanowire such as a silver nanowire Network
  • conductive two-dimensional carbon structures such as graphene
  • conductive one-dimensional carbon structures such as carbon nanotubes
  • conductive polymers such as activated carbon and PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(st
  • the spherical dimension of the polymer gel electrolyte capacitor is sufficient as long as it can smoothly measure the pressure applied to the area suspected of having a pressure sore.
  • the thickness of the polymer gel electrolyte of the level may be mentioned, but is not limited thereto.
  • the temperature sensor may monitor changes in body temperature of a region suspected of having pressure sores due to abnormalities in skin tissue or inflammation.
  • the temperature sensor may include a conductive polymer matrix and carbon nanostructures dispersedly embedded in the matrix.
  • the temperature sensor may include a thin film of a composite including a conductive polymer matrix and carbon nanospheres dispersedly impregnated in the conductive polymer matrix.
  • the conductive polymer of the conductive polymer matrix may be any one or two or more selected from polyacetylene-based, polyaniline-based, polypyrrole-based, polythiophene-based, and the like, but is not limited thereto.
  • the conductive polymer may include polyacetylene (PA), polyaniline (PANI), polypyrrol PPy, polythiophene (PT), and polyethylenedioxythiophene (poly(3,4-ethylenedioxythiophene).
  • PEDOT polyisothianaphthene
  • PITN polyisothianaphthene
  • PV polyphenylene vinylene
  • PPE polyphenylene
  • PPS polyphenylene sulfide
  • PSN polysulfanite Lead
  • PSN polysulfur nitride
  • the carbon nanostructure may be a conductive carbon nanostructure, and the conductive carbon nanostructure may include, but is not limited to, carbon nanotubes, graphene (including reduced graphene oxide (RGO)), or a mixture thereof. .
  • RGO reduced graphene oxide
  • the composite thin film (composite thin film)
  • charge transfer is made by electron hopping at the interface of the composite, and as the temperature increases, the amount of electrons at the interface increases and the resistance decreases. Accordingly, by measuring the electrical characteristics of the thin film of the complex, the temperature of the suspected pressure sore site can be sensed.
  • the electrical characteristics may include electrical conductivity or electrical resistance.
  • a temperature in the range of 35 to 45° C. may be an effective temperature range precisely detected by the temperature sensor.
  • the sensing sensitivity of the temperature sensor for this effective temperature range can be secured by controlling the range (interface area) of the interface between the conductive polymer and the carbon nanostructure in the composite.
  • the composite thin film preferably includes carbon nanotubes as carbon nanostructures, and the weight ratio of conductive polymer matrix: carbon nanotubes is 1:0.3 to 0.5 is preferred.
  • the present invention is not limited by the spherical composition or material of the composite thin film as temperature sensing is not impossible just because it is out of this range.
  • the spherical dimension of the composite thin film may be as long as it can smoothly measure the temperature of the suspected pressure sore spot.
  • the spherical dimension of the composite thin film has a width of 0.5 mm to 2.0 mm and a width of 0.5 mm to 1.0 mm. , a thickness of 100 to 300 ⁇ m, and the like, but is not limited thereto.
  • the impedance sensor may include two electrodes spaced apart from each other, and each of the two electrodes may be a composite of an insulating elastomer and a conductive nanowire.
  • the two electrodes may be a composite including conductive nanowires that are dispersedly bound to a substrate of an insulating elastomer and a substrate of an insulating elastomer to form a network, respectively.
  • the network of conductive nanowires may mean a structure in which a continuous current movement path is formed by binding or contact between conductive nanowires.
  • the insulating elastic body may be a curable resin having high flexibility and elasticity, and may include, for example, a siloxane-based resin, an olefin-based elastic resin, or a polyurethane-based resin, but is not limited thereto.
  • the conductive nanowire may be a metal nanowire, and the metal nanowire may include, but is not limited to, a nanowire of silver, gold, copper, nickel, or a mixture thereof, or a core-shell nanowire thereof.
  • the electrode of the impedance sensor according to an embodiment is based on a composite of an insulating elastic body and a conductive nanowire, so it can secure very excellent flexible properties, and is stable and solid in the area suspected of developing pressure ulcers due to the weight of the lying human body. It can be closely adhered and a stable contact state between the metal nanowire and the skin can be maintained for a long time.
  • each of the two electrodes of the impedance sensor is sufficient as long as it can smoothly measure the impedance of the skin tissue in the area suspected of having pressure sores.
  • the distance may be 0.5 cm to 5 cm level, but is not limited thereto.
  • the impedance of the skin tissue is several M ⁇ level for healthy skin, several tens of k ⁇ level for damaged skin, and the more severe the damage, the lower the impedance. Accordingly, by measuring the impedance of the skin tissue through the impedance sensor, it is possible to detect whether the skin tissue is damaged or the degree of damage to the region suspected of having pressure sores.
  • the AC frequency range applied to the two electrodes to measure the impedance may be at the level of 100 to 10 6 Hz, and the magnitude of the AC voltage may be at the level of several mV, specifically, at the level of 2 to 10 mV, and the AC is sine wave ( sine wave), but is not limited thereto.
  • the impedance of a region suspected of having a pressure sore may be measured by an alternating voltage applied to the two electrodes of the impedance sensor, and at the same time, micro-electrical stimulation may be applied to the region suspected of having a pressure ulcer.
  • the pressure sore detection sensor may further include a fabric substrate having wiring formed on one surface thereof.
  • the fabric substrate on which the wiring is formed may serve as a platform in which the above-described pressure sensor, temperature sensor, and impedance sensor are integrated.
  • the pressure sore detection sensor may further include a wettability polymer foam covering one side of the fabric substrate, and the wettability polymer foam may include a through hole formed so that the pressure sensor, the temperature sensor and the impedance sensor are exposed to the surface.
  • FIG. 1 is an example of a configuration diagram of a pressure sore detection sensor according to an embodiment of the present invention.
  • the pressure sore detection sensor includes a fabric substrate 100 on which a wiring 110 is formed, a pressure sensor 200 , a temperature sensor 300 , an impedance sensor 410 to 460 , and a through hole 510 . It may include the formed wettability polymer foam (500).
  • the fabric substrate 100 has a flexible characteristic and a conformal characteristic that protects the sensor from moisture, dust, chemicals, etc., and can provide a platform with excellent ventilation.
  • the fabric substrate 100 may be provided with a wiring 110 formed using conductive ink, etc., and the pressure sensor 200 , the temperature sensor 300 and the impedance sensor 410 to 460 each of the fabric substrate through these wiring. (100) It can be electrically connected to the outside.
  • the wettability polymer foam 500 can absorb sweat or body fluids, so that the sensitivity of each integrated sensor (pressure sensor 200, temperature sensor 300, and impedance sensor 410 to 460) can be stably maintained. .
  • the wettability polymer foam 500 may contain moisture, and it is sufficient if it contains a material having biosafety.
  • the wettability polymer foam is a foam of a hydrophilic polymer such as polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polyethylene oxide, polyvinyl acrylic acid, polymethacrylic acid, polyurethane, etc.
  • the wettability polymer foam 500 may have a shape and size corresponding to the fabric base 100, and the pressure sensor 200, the temperature sensor 300 and the impedance sensor 410 to 460 integrated into the fabric base 100. may include a through hole 510 formed to be exposed to the surface. Accordingly, each of the sensors 200 , 300 , 410 to 460 integrated into the fabric base 100 may be exposed through the through hole of the wettable polymer foam 500 to directly contact the user's skin. Accordingly, when the pressure sore detection sensor is actually used, the wettable polymer foam 500 may be on the side in contact with the human body, and the fabric base 100 may be a layer covering the skin.
  • the impedance sensor has two electrodes 410-420, or 430-440, or 450-460 to which a voltage transmitted through the wiring 110 formed on the fabric base 100 is applied.
  • two or more units may be provided as one unit for impedance measurement.
  • An example of FIG. 1 is an example in which three units are provided.
  • the impedance sensor includes two or more units, it is possible to effectively detect abnormalities in skin tissue even in a wide area suspected of having pressure sores. It goes without saying that the number of units, the position of each unit, and the separation distance between the two electrodes in each unit may be appropriately adjusted in consideration of the sphere area and shape of the region suspected of having bedsores.
  • the present invention includes a wearable pressure ulcer detection system including the aforementioned wearable pressure ulcer detection sensor.
  • a wearable pressure ulcer detection system includes the above-described wearable pressure ulcer detection sensor; It is electrically connected to the pressure ulcer detection sensor, receives the sensing values of the pressure sensor, the temperature sensor, and the impedance sensor of the pressure sore detection sensor, and measures the pressure applied to the body of the user to which the pressure sore detection sensor is attached, the skin temperature value, and the tissue impedance value.
  • Microprocessing unit for calculating a pressure sore index comprising; and a wireless communication unit for transmitting the pressure sore index calculated by the microprocessing unit to the terminal device through wireless communication.
  • the microprocessing unit and the wireless communication unit may be provided on a flexible printed circuit board (PCB), and may be electrically connected to the wearable pressure ulcer detection sensor described above.
  • PCB flexible printed circuit board
  • a microprocessing unit for data processing and a wireless communication unit for wireless communication are integrated on a flexible PCB as shown in FIG. 2 , and the pressure ulcer detection sensor 1000 and flexible As it is connected through one wiring, a flexible PCB 2000 with an integrated microprocessing unit and wireless communication unit can be located around the human body (user), so that it is possible to prevent a foreign body feeling during use and not to impair mobility. it may not be
  • FIG. 3 is an example illustrating a configuration diagram of a flexible PCB in which a microprocessing unit and a wireless communication unit are integrated.
  • the microprocessing unit includes a micro-impedance analyzer 740 for detecting an impedance change, a low-pass filter 720 for signal filtering, temperature, and pressure
  • An AC chip 750 for detecting a change may be provided, and an output thereof may be converted into a digital signal through a micro-controller 730 . Power is supplied to the sensors through the connection part 710 and a sensed value is output.
  • a digital temperature sensor module controller such as ON Semiconductor's NCT75 controller, such as ON Semiconductor's NCT75 controller, is used to detect a temperature change by changing the resistance of a composite thin film containing a conductive polymer matrix and carbon nanostructures dispersedly impregnated in the matrix. It can be controlled and measured.
  • a pressure sensor as the pressure is sensed through a change in capacitance, it can be controlled and measured through a capacitive touch screen controller such as the CAP1203 controller of MICROCHIP. Finally, the measured signals are transmitted to the micro-controller 730 so that the final signal can be calculated and converted into a digital signal.
  • the signals digitally output from the micro-controller 730 may include a pressure applied to a region suspected of having a pressure sore, a skin temperature of the region suspected of having a pressure ulcer, and an impedance value of an internal skin tissue of the region suspected of having a pressure ulcer.
  • Pressure applied to the body, skin temperature, and tissue impedance values are indicators that can medically determine the risk of pressure sores or the degree of progression of pressure ulcers (bedsore indicators). , can be transmitted to the terminal device of related persons such as guardians.
  • the wireless communication unit may include a transmitter 770 or a transceiver 770 and an antenna 780 for transmitting or receiving electromagnetic waves of a predetermined frequency.
  • the wireless communication may be short-range wireless communication such as Bluetooth or Wi-Fi.
  • Bluetooth In the case of low-power Bluetooth, wireless communication is possible at a distance of 10 m or more, and when using the mesh Bluetooth method, it is possible to connect hundreds or more Bluetooth devices at once with one device, so that the pressure sore indicator can be transmitted to the terminal devices of various people. have.
  • the wireless communication unit includes a transceiver
  • a signal transmitted from a terminal device such as a doctor, a pressure sore sensor user, or a guardian is received, and based on the received signal, the on/off of the pressure ulcer detection sensor and the transmission interval of the pressure ulcer indicator , of course, selective transmission of only a specific indicator among various pressure sore indicators can be controlled, and a power source, for example, a battery ( 760) may be provided, of course.

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Abstract

본 발명은 욕창 감지 센서에 관한 것으로, 본 발명에 따른 욕창 감지 센서는 물리적 힘에 의한 캐패시턴스의 변화를 기반으로 압력을 측정하는 압력센서; 전자의 호핑(hopping)에 의한 전기전도도 변화를 기반으로 온도를 측정하는 온도 센서; 및 서로 이격되어 피부와 접촉하는 두 전극을 포함하는 임피던스 센서;를 포함한다.

Description

웨어러블 욕창 감지 센서 및 이를 포함하는 욕창 감지 시스템
본 발명은 웨어러블 욕창 감지 센서 및 이를 포함하는 욕창 감지 시스템에 관한 것으로, 상세하게, 욕창 발생 위험이 있는 대상자에 부착 가능하며 실시간으로 욕창 발생 위험을 측정하여 욕창을 사전에 예방할 수 있는 웨어러블 욕창 감지 센서 및 감지 시스템에 관한 것이다.
욕창은 신체의 한 부위에 압력이 지속적으로 가해지면 그 부위에 혈액순환장애가 유발되고 이로 의해 산소와 영양소의 공급이 부족하게 되어 발생하는 허혈성 피부 궤양이다. 익숙한 질병임에 비해, 오랜 기간 그 병증의 심각성은 크게 간과되어 왔다. 4단계로 진행단계가 구분되는 이 질병은 1단계에서는 이상 증상을 의사가 육안으로 식별하거나 환자가 느끼기 힘들며, 이 때 치료시기를 놓쳐 2단계 이상으로 발전하게 되면 피부와 뼈의 광범위한 이식수술이 필요하고, 수술 후에도 패혈증과 같은 감염성 질환으로 사망하는 확률이 높은 심각한 중증질환이다. 현재 욕창의 예방법은 환자의 체위를 지속적으로 변경시켜 주는 간병 인력의 노동력에 주로 의존하여 질병을 예방하기 어렵고 일단 발병하면 진행속도가 매우 빨라 환자 자신 및 보호자의 육체적, 정신적 고통 증가 및 의료비의 급속한 상승이 수반되므로, 예방체계와 치료법 개발이 절실히 필요한 질병이다.
최근 사물 인터넷을 이용한 기술이 급격히 발달하고 있으나 압력 센서를 이용하여 매트에 탄성 필름이 구비된 매트의 압력 분포를 수집하거나 환자의 움직임이 멈춰있는 시간을 근거로 욕창 발생의 위험을 알리는 수준에 머물러 있는 실정이다.
이에, 육안으로 욕창 확인이 어려운 초기 상태나 욕창으로 진행할 수 있는 이상 상태에서 위험 부위(또는 욕창 병변 부위)의 상태를 실시간으로 모니터링함과 동시에 욕창 발생 위험이나 욕창 진행 정도를 실시간으로 검출하고, 검출 결과를 환자 본인, 간병인, 보호자, 의사등에 실시간으로 전달할 수 있는 조기 검출 체계의 개발이 요구되고 있다.
선행기술문헌
특허문헌
대한민국 공개특허 제2020-0135052호
대한민국 공개특허 제2020-0048938호
본 발명의 목적은 외부 자극과 내부(피부 조직) 변화를 동시에 측정할 수 있는 양방향 센싱 가능한 욕창 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 욕창 발병 의심 부위의 상태를 실시간으로 모니터링하여, 욕창의 조기 진단이 가능한 판별 지표를 제공할 수 있는 욕창 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 욕창 발병 의심 부위에 부착하는 것만으로 욕창을 야기하는 외부 자극의 크기와 피부 조직 손상에 의한 생체 신호 변화를 센싱할 수 있는 욕창 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 원거리에서 욕창 발생 위험이나 욕창 발병 의심 부위의 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있는 욕창 감지 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 웨어러블 욕창 감지 센서는 물리적 힘에 의한 캐패시턴스의 변화를 기반으로 압력을 측정하는 압력센서; 전자의 호핑(hopping)에 의한 전기전도도 변화를 기반으로 온도를 측정하는 온도 센서; 및 서로 이격되어 피부와 접촉하는 두 전극을 포함하는 임피던스 센서;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 욕창 감지 센서에 있어, 압력 센서는 고분자 젤 전해질 캐패시터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 욕창 감지 센서에 있어, 상기 온도 센서는 전도성 고분자 매트릭스 및 상기 매트릭스에 분산 함입된 탄소나노구조체를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 욕창 감지 센서에 있어, 상기 탄소나노구조체는 탄소나노튜브, 그래핀 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 욕창 감지 센서에 있어, 상기 임피던스 센서의 두 전극은 각각 절연 탄성체와 전도성 나노와이어의 복합체일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 욕창 감지 센서는 일 면에 배선이 형성된 패브릭 기재를 더 포함할 수 있으며, 상기 패브릭 기재의 일 면에 상기 압력 센서, 상기 온도 센서 및 상기 임피던스 센서가 이격 배열될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 욕창 감지 센서는 상기 패브릭 기재의 상기 일 면을 덮는 습윤성 고분자 폼을 더 포함할 수 있으며, 상기 습윤성 고분자 폼은 압력 센서, 온도 센서 및 임피던스 센서가 표면에 노출되도록 형성된 통공을 포함할 수 있다.
본 발명은 상술한 웨어러블 욕창 감지 센서를 포함하는 웨어러블 욕창 감지 시스템을 포함한다.
본 발명에 따른 웨어러블 욕창 감지 시스템은 상술한 웨어러블 욕창 감지 센서; 기 욕창 감지 센서와 전기적으로 연결되어, 욕창 감지 센서의 압력 센서, 온도 센서 및 임피던스 센서의 센싱값을 입력받아, 욕창 감지 센서가 부착되는 사용자의 신체에 인가되는 압력, 피부 온도값 및 조직 임피던스값을 포함하는 욕창 지표를 산출하는 마이크로프로세싱부; 및 무선 통신을 통해 상기 마이크로프로세싱부에서 산출된 욕창 지표를 단말기기로 송신하는 무선통신부;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 욕창 감지 시스템에 있어, 상기 마이크로프로세싱부 및 상기 무선통신부는 플렉시블 인쇄회로기판(PCB)상 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 욕창 감지 시스템에 있어, 상기 무선 통신은 WIFI 또는 블루투스를 포함하는 근거리 무선 통신을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 욕창 감지 시스템은 웨어러블 특성이 확보되는 압력 센서, 온도 센서 및 임피던스 센서를 이용하여 욕창 발병 의심 부위에 인가되는 압력 뿐만 아니라 욕창 발병 의심 부위의 피부 온도 및 내부 조직의 임피던스를 제공함으로써, 육안으로 욕창 발병을 판별하기 어려운 시점에서 욕창 발생 여부나 욕창 발병 위험을 미리 검출할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 욕창 감지 센서의 일 구성도를 도시한 도면이며,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 욕창 감지 시스템의 일 구성도를 도시한 도면이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 욕창 감지 시스템에서 플렉시블 PCB에 집적된 무선통신부 및 마이크로프로세싱부의 일 구성도를 도시한 도면이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 웨어러블 욕창 감지 센서를 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.
본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용된다.
본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 특별히 한정하지 않는 한, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서, 막(층), 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분과 접하여 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막(층), 다른 영역, 다른 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
본 발명에 따른 웨어러블 욕창 감지 센서는 물리적 힘에 의한 캐패시턴스의 변화를 기반으로 압력을 측정하는 압력센서; 전자의 호핑(hopping)에 의한 전기전도도 변화를 기반으로 온도를 측정하는 온도 센서; 및 서로 이격되어 피부와 접촉하는 두 전극을 포함하는 임피던스 센서;를 포함한다.
본 발명에 따른 웨어러블 욕창 감지 센서는 압력센서, 온도 센서 및 임피던스 센서를 포함함에 따라, 피부에 인가되는 외부 압력을 포함하는 외부 자극 뿐만 아니라, 피부 조직의 손상(이상)에 의해 변화되는 온도와 임피던스를 포함하는 생체 신호 변화의 동시 검출이 가능한, 즉, 외부 자극과 생체 내부 변화의 동시 검출이 가능한 양방향 센서인 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 웨어러블 욕창 감지 센서는 욕창 발병 의심 부위(피부 부위)의 온도와 임피던스 변화를 검출함으로써, 피부 조직의 손상(이상) 정도를 판별할 수 있는 지표를 제공하며, 이와 함께 욕창 발병 의심 부위에 가해지는 압력을 센싱하여 제공함에 따라, 사용자(욕창 감지 센서의 사용자), 보호자 또는 의료진이 욕창 발생 전, 욕창 발병의 위험 정도를 인지 및 판단할 수 있는 장점이 있다. 또한, 설사 사용자가 이미 욕창이 발병한 상태인 경우에도, 사용자, 보호자 또는 의료진이 욕창 발병 부위의 병변 진행(치료) 정도와 진행(치료) 속도를 인지 및 판단할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 웨어러블 욕창 감지 센서는 압력 센서가 물리적 힘(외부 인가 압력)에 의한 캐패시턴스의 변화로 압력을 산출함에 따라, 극히 얇은 박막형태로 압력의 측정이 가능하여 웨어러블 특성을 확보할 수 있고, 누워있는 상태에서 인체의 무게에 의해 발생하는 수준의 압력을 정밀하게 측정할 수 있어 욕창 감지에 매우 유리하다.
온도 센서 또한 전자의 호핑(hopping)에 의한 전기전도도 변화를 기반으로 온도를 측정함에 따라 극히 얇은 박막 형태로 온도의 측정이 가능하여 웨어러블 특성을 확보할 수 있으며, 임피던스 센서 또한 이격 위치하며 사용자의 피부에 접하는 두 전극을 통해 피부 조직의 임피던스를 측정함에 따라 박막화 가능한 전극을 통해 웨어러블 특성을 확보할 수 있다.
유리한 일 예에 있어, 압력 센서는 고분자 젤 전해질 캐패시터를 포함할 수 있다. 고분자 젤 전해질 캐패시터는 사용자의 피부에 접하는 제1전극; 고분자 젤 전해질; 및 고분자 젤 전해질을 사이에 두고 제1전극과 대향하는 제2전극;을 포함할 수 있다. 알려진 바와 같이, 박막형 캐패시터의 전해질은 액체 전해질 또는 무기 전해질이나 고분자 기반 고체 전해질을 사용한다. 액체 전해질 기반 캐패시터는 욕창 센서로 통합(integration)되기 어려우며 사용중 안정성이 떨어지고, 무기 전해질 기반 플렉시블 특성이 떨어져 적합하지 않다. 박막형 캐패시터에서 고분자 기반 고체 전해질은 크게 고체 고분자 전해질과 젤 타입 고분자 전해질 및 다가전해질로 나눠질 수 있다. 이중 젤 타입 고분자 전해질은 누액으로부터 자유로우며 고체 전해질 중 가장 높은 이온 전도도의 구현이 가능하나 기계적 물성이 약한 단점이 존재한다.
본 발명의 유리한 일 예에 따른 욕창 감지 센서는, 이러한 젤 타입 고분자 전해질 기반 캐패시터의 단점을 이용한 것이며, 상세하게, 젤 타입 고분자 전해질에 의한 플렉시블 특성을 확보함과 동시에, 인체의 무게에 의해 야기되는 압력에 의해 전해질 내부 이온 펌프에서 이온이 빠져나오게 되며 캐패시턴스가 변화되는 것을 이용하여 욕창 발병 의심 부위에 인가되는 압력을 측정할 수 있다.
고분자 젤 전해질 캐패시터를 이용하여 압력 센싱이 이루어지는 경우, 고분자 젤 전해질(젤 타입 고분자 전해질)의 탄성 계수를 조절함으로써 침대에 누울 시 피부에 가해진다고 알려진 4 ~ 13 kPa (30 ~ 100 mmHg)의 압력 범위를 포함한 넓은 압력 범위에서 높은 민감도를 가지는 압력 센서가 구현될 수 있다. 실질적인 일 예로, 4 ~ 13 kPa의 압력 범위에서 압력에 따라 민감하게 캐패시턴스가 변화될 수 있도록, 고분자 젤 전해질 캐패시터의 고분자 젤 전해질의 탄성 계수(상온 기준, Elastic Modulus)는 0.01 내지 1.00kPa의 매우 낮은 수준일 수 있다.
알려진 바와 같이, 고분자 젤 전해질은 산성 전해질 또는 염기성 전해질일 수 있으며, PEO(poly(ethylene oxide)), PA(poly(acrylate)), PVA(poly(vinyl alcohol)), PAA(poly(acrylic acid)등과 같은 고분자, 수산화칼륨이나 황산, 인산, 과염소산등과 같은 염 및 물등과 같은 용매로 이루어지며, 전해질 구성요소의 함량이나 구체 물질을 변경함으로써 고분자 젤 전해질의 탄성 계수를 적절히 조절할 수 있다.
고분자 젤 전해질 캐패시터의 두 전극(제1전극, 제2전극)은 고체 캐패시터에서 통상적으로 사용되는 전극이면 족하며, 일 예로, 인듐주석산화물등과 같은 투명전도성 산화물, 은 나노와이어등과 같은 나노와이어 네트워크, 그래핀등과 같은 전도성 2차원 탄소구조체, 탄소나노튜브등과 같은 전도성 1차원 탄소구조체, 활성탄소, PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate))등과 같은 전도성 고분자등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 고분자 젤 전해질 캐패시터의 구체 디멘션은 욕창 발명 의심 부위에 인가되는 압력을 원활히 측정할 수 있는 정도이면 무방하며, 실질적인 일 예로, 1mm ~ 5cm 수준의 폭, 1mm ~ 5cm 수준의 너비, 10 내지 100μm 수준의 고분자 젤 전해질의 두께등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
온도 센서는 피부 조직 이상이나 염증등에 의한 욕창 발병 의심 부위의 체온 변화를 모니터링할 수 있다. 유리한 일 예에 있어, 온도 센서는 전도성 고분자 매트릭스 및 매트릭스에 분산 함입된 탄소나노구조체를 포함할 수 있다. 실질적으로, 온도 센서는 전도성 고분자 매트릭스 및 전도성 고분자 매트릭스에 분산 함입된 탄소나노구체를 포함하는 복합체의 박막을 포함할 수 있다.
전도성 고분자 매트릭스의 전도성 고분자는 폴리아세틸렌(polyacethylene)계, 폴리아닐린(Polyaniline)계, 폴리피롤(Polypyrrole)계 및 폴리티오펜(Polythiophene)계 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 실질적인 일 예로, 전도성 고분자는 폴리아세틸렌(polyacetylene, PA), 폴리아닐린(polyaniline, PANI), 폴리피롤(polypyrrol PPy), 폴리티오펜(polythiophen, PT), 폴리에틸렌디옥시티오펜(poly(3,4-ethylenedioxythiophene), PEDOT), 폴리이소티아나프텐(polyisothianaphthene, PITN), 폴리페닐렌 비닐렌(polyphenylene vinylene, PPV), 폴리페닐렌(polyphenylene, PPE), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide, PPS) 및 폴리설퍼니트리드(polysulfur nitride, PSN) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상등을 들 수 있다.
탄소나노구조체는 전도성 탄소나노구조체일 수 있으며, 전도성 탄소나노구조체는 탄소나노튜브, 그래핀(환원된 산화 그래핀(RGO)를 포함) 또는 이들의 혼합물등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상술한 복합체의 박막(복합체 박막)은 복합체의 계면에서 전자의 호핑에 의해 전하전달이 이루어지며 온도가 높아질수록 계면에서 전자의 양이 늘어나면서 저항이 감소되게 된다. 이에, 복합체의 박막의 전기적 특성을 측정함으로써 욕창 발병 의심 부위의 온도를 센싱할 수 있다. 이때, 전기적 특성은 전기전도도나 전기저항을 포함할 수 있음은 물론이다.
인체의 정상적 온도와 가변 가능한 비정상 체온을 고려할 때, 35 내지 45℃ 범위의 온도가 온도 센서에서 정밀하게 검출하는 유효 온도 범위일 수 있다. 이러한 유효 온도 범위에 대한 온도 센서의 센싱 민감도는 복합체에서의 전도성 고분자와 탄소나노구조체간의 계면의 범위(계면 면적)를 조절함으로써 확보될 수 있다.
유효 온도 범위에서 온도 변화에 따라 민감하게 복합체 박막의 전기적 특성이 변화될 수 있도록, 복합체 박막은 탄소나노구조체로 탄소나노튜브를 포함하는 것이 좋고, 전도성 고분자 매트릭스 : 탄소나노튜브의 중량비는 1 : 0.3 내지 0.5인 것이 좋다. 그러나, 이러한 범위를 벗어난다 하여 온도 센싱이 불가한 것이 아님에 따라, 본 발명이 복합체 박막의 구체 조성이나 물질에 의해 한정되는 것은 아니다.
복합체 박막의 구체 디멘션은 욕창 발명 의심 부위의 온도를 원활히 측정할 수 있는 정도이면 무방하며, 실질적인 일 예로, 복합체 박막의 구체 디멘션은 0.5mm ~ 2.0mm 수준의 폭, 0.5mm ~ 1.0mm 수준의 너비, 100 ~ 300 μm수준의 두께등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
임피던스 센서는 서로 이격된 두 전극을 포함할 수 있으며, 두 전극 각각은 절연성 탄성체와 전도성 나노와이어의 복합체일 수 있다. 구체적으로, 두 전극은 각각 절연성 탄성체의 기재 및 절연성 탄성체의 기재에 분산 결착되어 네트워크를 형성하는 전도성 나노와이어를 포함하는 복합체일 수 있다. 이때, 전도성 나노와이어의 네트워크는 전도성 나노와이어간의 결착이나 접촉등에 의해 연속적인 전류 이동 경로가 형성된 구조를 의미할 수 있음은 물론이다. 절연성 탄성체는 유연성 및 탄성이 높은 경화형 수지일 수 있으며, 일 예로, 실록산계 수지, 올레핀계 탄성 수지 또는 폴리우레탄계 수지등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전도성 나노와이어는 금속 나노와이어일 수 있으며, 금속 나노와이어는 은, 금, 구리, 니켈 또는 이들의 혼합물의 나노와이어나 이들의 코어-쉘 나노와이어등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
종래 하이드로젤 기반 전극은 수분이 쉽게 증발하고 전극 표면 오염등에 의한 부착력 감소에 의해 장기간 사용이 어려우며 유연성이나 탄성이 부족해 장기간 부착해야 하는 웨어러블 센서로는 그 한계가 있다. 반면, 일 구체예에 따른 임피던스 센서의 전극은 절연성 탄성체와 전도성 나노와이어의 복합체에 기반함에 따라, 매우 우수한 플렉시블 특성을 확보할 수 있으며, 누워있는 인체의 무게에 의해 욕창 발병 의심 부위에 안정적이며 공고하게 밀착될 수 있고 금속 나노와이어와 피부간 안정적 접촉 상태가 장기간 유지될 수 있다.
임피던스 센서의 두 전극 각각의 구체 디멘션은 욕창 발병 의심 부위 피부 조직의 임피던스를 원활히 측정할 수 있는 정도이면 무방하며 일 예로, 전극의 폭과 너비는 각각 1mm ~ 1cm 수준일 수 있고, 두 전극간의 이격 거리는 0.5cm 내지 5cm 수준일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
피부 조직의 임피던스는 건강한 피부의 경우 수 MΩ 수준이며, 손상된 피부의 경우 수십 kΩ 수준이며 손상이 심할수록 낮은 임피던스를 나타낸다. 이에, 임피던스 센서를 통해 피부 조직의 임피던스를 측정함으로써, 욕창 발병 의심 부위의 피부 조직 손상 여부나 손상 정도를 검출할 수 있다. 이때, 임피던스를 측정하기 위해 두 전극에 인가되는 교류 주파수 범위는 100 내지 106 Hz 수준일 수 있으며, 교류 전압의 크기는 수 mV 수준, 구체적으로 2 내지 10mV 수준일 수 있고, 교류는 사인파(sine wave)의 형태일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
나아가, 임피던스 센서의 두 전극에 인가되는 교류 전압에 의해 욕창 발병 의심 부위(피부 조직)의 임피던스가 측정될 수 있으며, 이와 동시에 욕창 발병 의심 부위에 미세 전기 자극이 인가될 수 있다.
일 구체예에 따른 욕창 감지 센서는 일 면에 배선이 형성된 패브릭 기재를 더 포함할 수 있다. 배선이 형성된 패브릭 기재는 상술한 압력 센서, 온도 센서 및 임피던스 센서가 통합되는 플랫폼의 역할을 수행할 수 있다.
또한, 일 구체예에 따른 욕창 감지 센서는 패브릭 기재의 일 면을 덮는 습윤성 고분자 폼을 더 포함할 수 있으며, 습윤성 고분자 폼은 압력 센서, 온도 센서 및 임피던스 센서가 표면에 노출되도록 형성된 통공을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 욕창 감지 센서의 일 구성도의 예이다.
도 1에 도시한 일 예와 같이, 욕창 감지 센서는 배선(110)이 형성된 패브릭 기재(100), 압력 센서(200), 온도 센서(300), 임피던스 센서(410~460) 및 통공(510)이 형성된 습윤성 고분자 폼(500)을 포함할 수 있다. 패브릭 기재(100)는 플렉시블 특성 및 습기, 먼지, 화학 물질등으로부터 센서를 보호하는 컨포멀(conformal) 특성을 가지며, 통기성이 뛰어난 플랫폼을 제공할 수 있다. 패브릭 기재(100)에는 전도성 잉크등을 이용하여 형성된 배선(110)이 구비될 수 있으며, 이러한 배선을 통해 압력 센서(200), 온도 센서(300) 및 임피던스 센서(410~460) 각각이 패브릭 기재(100) 외부와 전기적으로 연결될 수 있다.
습윤성 고분자 폼(500)은 땀이나 체액등을 흡수할 수 있어 통합된 각 센서(압력 센서(200), 온도 센서(300) 및 임피던스 센서(410~460))의 민감도가 안정적으로 유지될 수 있다. 습윤성 고분자 폼(500)은 수분을 함유할 수 있으며 생체 안전성을 갖는 물질을 함유하면 족하다. 일 예로, 습윤성 고분자 폼은 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐아크릴산, 폴리메타아크릴산, 폴리우레탄등과 같은 친수성 고분자의 폼 또는 친수성 고분자와 카복시메틸 셀룰로스, 카복시메틸 하이드록시에틸 셀룰로스, 메틸셀룰로스, 하이드록시에틸 메틸셀룰로스, 하이드록시프로필 메틸셀룰로스, 에틸 하이드록시에틸 셀룰로스, 하이드록시에틸 셀룰로스, 하이드록시프로필 셀룰로스, 하이드록시에틸 하이드록시프로필 셀룰로스등과 같은 셀룰로스 에스테르나 셀룰로스 에테르계 물질의 혼합물의 폼등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
습윤성 고분자 폼(500)은 패브릭 기재(100)에 대응하는 형상과 크기를 가질 수 있으며, 패브릭 기재(100)에 통합된 압력 센서(200), 온도 센서(300) 및 임피던스 센서(410~460)가 표면으로 노출되도록 형성된 통공(510)을 포함할 수 있다. 이에, 패브릭 기재(100)에 통합된 각 센서(200, 300, 410~460)는 습윤성 고분자 폼(500)의 통공을 통해 노출되어 사용자의 피부에 직접적으로 접촉할 수 있다. 이에 욕창 감지 센서의 실 사용시 습윤성 고분자 폼(500)이 인체에 접하는 측일 수 있으며, 패브릭 기재(100)가 피부를 덮는 층일 수 있다.
또한, 도 1에 도시한 일 예와 같이, 임피던스 센서는 패브릭 기재(100)에 형성된 배선(110)을 통해 전달되는 전압이 인가되는 두 전극(410-420, 또는 430-440, 또는 450-460)을 임피던스 측정을 위한 일 단위체로 하여, 둘 이상의 단위체가 구비될 수 있다. 도 1의 일 예는 3개의 단위체가 구비된 예이다. 임피던스 센서가 둘 이상의 단위체를 포함하는 경우, 넓은 욕창 발병 의심 부위에서도 피부 조직의 이상을 효과적으로 검출할 수 있다. 욕창 발병 의심 부위의 구체 면적과 형상등을 고려하여 구비되는 단위체의 수, 각 단위체의 위치 및 각 단위체에서의 두 전극간 이격거리가 적절히 조절될 수 있음은 물론이다.
본 발명은 상술한 웨어러블 욕창 감지 센서를 포함하는 웨어러블 욕창 감지 시스템을 포함한다.
본 발명에 따른 웨어러블 욕창 감지 시스템은 상술한 웨어러블 욕창 감지 센서; 욕창 감지 센서와 전기적으로 연결되어, 욕창 감지 센서의 압력 센서, 온도 센서 및 임피던스 센서의 센싱값을 입력받아, 욕창 감지 센서가 부착되는 사용자의 신체에 인가되는 압력, 피부 온도값 및 조직 임피던스값을 포함하는 욕창 지표를 산출하는 마이크로프로세싱부; 및 무선 통신을 통해 상기 마이크로프로세싱부에서 산출된 욕창 지표를 단말기기로 송신하는 무선통신부;를 포함할 수 있다.
유리하게, 마이크로프로세싱부 및 무선통신부는 플렉시블 인쇄회로기판(PCB)상 구비되어, 상술한 웨어러블 욕창 감지 센서와 전기적으로 연결될 수 있다.
종래 웨어러블 센서들은 데이터 처리 및 송수신을 위해 외부의 기기와 배선으로 연결되는 것이 통상적이며 이에, 웨어러블 센서의 착용감이 저하되고 기동성이 제한되는 문제점이 있다.
그러나, 본 발명에 따른 웨어러블 욕창 감지 시스템은 도 2에 도시한 일 예와 같이 플렉시블 PCB상에 데이터 처리를 위한 마이크로프로세싱부와 무선 통신을 위한 무선통신부가 통합되어, 욕창 감지 센서(1000)와 플렉시블한 배선을 통해 연결되어 있음에 따라, 인체(사용자) 주변에 마이크로프로세싱부와 무선통신부가 통합(integration)된 플렉시블 PCB(2000)가 위치할 수 있어, 사용시 이물감을 방지할 수 있으며 기동성을 훼손하지 않을 수 있다.
도 3은 마이크로프로세싱부와 무선통신부가 통합된 플렉시블 PCB의 일 구성도를 도시한 예이다.
도 3에 도시한 일 예와 같이, 마이크로프로세싱부는 임피던스 변화를 감지하기 위한 마이크로임피던스 애널라이저(micro-impedance analyzer, 740), 시그널 필터링을 하는 로우 패스 필터 (low-pass filter, 720)와 온도, 압력 변화를 감지하기 위한 AC 칩(chip, 750)이 구비될 수 있으며, 이들의 출력은 마이크로-컨트롤러(micro-controller, 730)를 거쳐 디지털 신호로 변환될 수 있다. 센서들은 연결 부위(710)를 통해 전력이 공급되고 센싱된 값이 출력된다. 상세하게, 온도센서의 경우 전도성 고분자 매트릭스 및 매트릭스에 분산 함입된 탄소나노구조체를 포함하는 복합체 박막의 저항 변화로 온도 변화를 감지함에 따라, ON Semiconductor 사의 NCT75 controller등과 같은 디지털 온도 센서 모듈 컨트롤러를 사용하여 제어 및 측정할 수 있다. 압력센서의 경우 캐패시턴스의 변화를 통해 압력을 감지함에 따라, MICROCHIP 사의 CAP1203 controller등과 같이 정전식 터치스크린 컨트롤러를 통해 제어 및 측정할 수 있다. 최종적으로 측정된 신호들은 마이크로-컨트롤러(730)로 전달되어 최종 신호로의 산출 및 디지털 신호로의 전환이 이루어질 수 있다.
이에, 마이크로-컨트롤러(730)에서 디지털로 출력되는 신호들은 욕창 발병 의심 부위에 인가되는 압력, 욕창 발병 의심 부위의 피부 온도 및 욕창 발병 의심 부위의 내부 피부 조직 임피던스값을 포함할 수 있다. 신체에 인가되는 압력, 피부 온도값 및 조직 임피던스값은 욕창의 발생 위험이나 욕창 진행 정도를 의학적으로 판별할 수 있는 지표(욕창 지표)로, 이러한 욕창 지표는 무선통신부를 통해 의사, 욕창 감지 센서 사용자, 보호자등 관련인의 단말기기에 송신될 수 있다.
무선통신부는 송신기(Transmitter, 770) 또는 송수신기(Transreceiver, 770) 및 일정 주파수의 전자기파를 송신 또는 송수신하는 안테나(780)를 포함할 수 있다. 무선통신은 블루투스, 와이파이등과 같은 근거리 무선통신일 수 있다. 저전력 블루투스의 경우 10 m 이상에서도 무선 통신이 가능하며, 또한 매쉬 블루투스 방식을 이용하는 경우, 하나의 기기에서 수백 개 이상의 블루투스를 한 번에 연결 가능하여, 욕창 지표를 다양한 관련인의 단말기기에 송신할 수 있다.
이때, 무선통신부가 송수신기를 포함하는 경우, 의사, 욕창 감지 센서 사용자, 보호자등의 단말기기로부터 송신된 신호를 수신하여, 수신된 신호를 기반으로 욕창 검출 센서의 on/off, 욕창 지표의 송신 간격, 다양한 욕창 지표 중 특정 지표만의 선택적 송신등이 제어될 수 있음은 물론이며, 플렉시블 PCB(600) 상에는 마이크로프로세싱부, 무선통신부 및 욕창 감지 센서에 전력을 공급하는 전력원, 일 예로, 배터리(760)가 구비될 수 있음은 물론이다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (10)

  1. 물리적 힘에 의한 캐패시턴스의 변화를 기반으로 압력을 측정하는 압력 센서;
    전자의 호핑(hopping)에 의한 전기전도도 변화를 기반으로 온도를 측정하는 온도 센서;및
    서로 이격되어 피부와 접촉하는 두 전극을 포함하는 임피던스 센서;
    를 포함하는 웨어러블 욕창 감지 센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 압력 센서는 고분자 젤 전해질 캐패시터를 포함하는 웨어러블 욕창 감지 센서.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 온도 센서는 전도성 고분자 매트릭스 및 상기 매트릭스에 분산 함입된 탄소나노구조체를 포함하는 웨어러블 욕창 감지 센서.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 탄소나노구조체는 탄소나노튜브, 그래핀 또는 이들의 혼합물을 포함하는 웨어러블 욕창 감지 센서.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 임피던스 센서의 두 전극은 각각 절연 탄성체와 전도성 나노와이어의 복합체인 웨어러블 욕창 감지 센서.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 욕창 감지 센서는 일 면에 배선이 형성된 패브릭 기재를 더 포함하며,
    상기 패브릭 기재의 일 면에 상기 압력 센서, 상기 온도 센서 및 상기 임피던스 센서가 이격 배열된 웨어러블 욕창 감지 센서.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 욕창 감지 센서는 상기 패브릭 기재의 상기 일 면을 덮는 습윤성 고분자 폼을 더 포함하며, 상기 습윤성 고분자 폼은 압력 센서, 온도 센서 및 임피던스 센서가 표면에 노출되도록 형성된 통공을 포함하는
    웨어러블 욕창 감지 센서.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따른 웨어러블 욕창 감지 센서;
    상기 욕창 감지 센서와 전기적으로 연결되어, 욕창 감지 센서의 압력 센서, 온도 센서 및 임피던스 센서의 센싱값을 입력받아, 욕창 감지 센서가 부착되는 사용자의 신체에 인가되는 압력, 피부 온도값 및 조직 임피던스값을 포함하는 욕창 지표를 산출하는 마이크로프로세싱부; 및
    무선 통신을 통해 상기 마이크로프로세싱부에서 산출된 욕창 지표를 단말기기로 송신하는 무선통신부;
    를 포함하는 웨어러블 욕창 감지 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 마이크로프로세싱부 및 상기 무선통신부는 플렉시블 인쇄회로기판(PCB)상 구비된 웨어러블 욕창 감지 시스템.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 무선 통신은 WIFI 또는 블루투스를 포함하는 근거리 무선 통신을 포함하는 웨어러블 욕창 감지 시스템.
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