KR102000866B1 - 센서 유닛 - Google Patents

Abstract

인체 조직 임피던스와 압력의 동시 측정을 위한 장치에서 사용되기 위한 센서 유닛이 인간 혈류역학 파라미터를 식별한다. 피부 표면 부분에 부착된 장치의 센서 유닛이 압력 센서의 압전 요소가 설치되는 오목부를 갖는 베이스를 포함한다. 상기 유닛은 베이스 상에 장착되고 상기 오목부와 겹치는 가요성 멤브레인을 더 포함한다. 제1 및 제2 전극이 멤브레인의 외부 표면에 부착된다. 제1 전극은 오목부 반대쪽에 장착되고 멤브레인과 함께 이동될 수 있다. 제2 정적 전극이 제1 전극을 둘러 싼다. 중앙 지지부가 제1 전극과 압전 요소 사이에 장착된다. 상기 임피던스 측정 센서의 전기 출력으로 연결될 때, 제1 및 제2 전극은 피부 표면과 접촉하도록 정렬된다. 이러한 실시예는 센서 유닛의 크기를 더 작게 만든다. 동시에, 센서의 동작 안정성 및 감도가 증가된다.

Description

센서 유닛

본 발명은 의학과 관련되며, 구체적으로 진단 목적으로 이뤄지는 측정, 더 구체적으로는 인체 혈류역학 파라미터를 식별하는 것을 목표로 하는 압력 측정 및 인체 조직 임피던스의 측정과 관련된다.

최근, 자연스러운 행동의 과정에서 인간 상태를 진단하기 위한 점점 더 많은 장치가 개발되었다. 진단은 다양한 인간 활력 징후, 가령, 혈류역학 파라미터 및 인체 조직의 임피던스를 모니터링하는 복수의 센서를 이용함으로써 수행된다.

여러 다른 센서가 개별 장치로서 사용되는 다양한 방법 및 모니터링 시스템의 실시예가 알려져 있다.

예를 들어, 출원 US2004039254 (2004년 02월 26일 공개, IPC A61B05/00)이 팔뚝에 부착되는 장치에 설치될 수 있는 다양한 센서를 포함하는 모니터링 장치를 기재한다. 장치는 개별적으로 제조되는, 인체 조직 임피던스 센서 및 심박수를 측정하기 위한 압력 센서를 포함할 수 있다.

서로 개별적으로 구현될 압력 및 임피던스 센서의 그 밖의 다른 많은 실시예가 공지되어 있다.

예를 들어, 출원 US20070287923 (2007년 12월 13일 공개, IPC A61B5 / 021)이 인간 손목에 장착되며 체적변동측정(plethysmography)을 위해 의도된 압력 센서의 실시예를 기재한다. 센서는 압전 요소가 장착되는 케이스를 포함한다. 피부 접촉을 가능하게 하는 감응성 이동식 요소가 중앙 지지부를 통해 압력을 압전 요소로 전달함으로써, 상기 압전 요소가 휘게 만든다.

인간 피부 임피던스를 측정하기 위한 센서의 또 다른 실시예가 출원 US20040065158 (2004년 08월 04일 공개, IPC G01N1/00)에 공지되어 있다. 상기 센서는 장착되는 평탄한 환형 전극을 갖는 베이스를 포함하고, 폭이 길이보다 훨씬 더 작은 또 다른 평탄형 스트립 전극이 상기 환형 전극 내부에서 동일 베이스 상에 장착된다.

그러나 압력 센서와 임피던스 센서를 하나의 유닛으로 결합하는 어떠한 기술적 해결책도 출원인에게 알려져있지 않다.

그러나 개별 센서의 사용이 이들이 설치되는 장치의 치수를 크게 만들고, 장치의 적용을 더 복잡하게 만든다.

본 발명에 의해 획득되는 기술적 결과가 개별 센서들을 포함하는 장치에 비교할 때 더 작게 만듦으로써, 센서 유닛의 크기를 감소시키는 것을 포함한다. 우연하게도, 하나의 유닛으로 조합되는 센서들의 동작이 감도는 증가하면서 더 안정적이 된다.

피부 표면에 부착되는 장치의 일부분을 구성하고 압력 센서 및 피부 부위의 임피던스를 측정하기 위한 센서를 포함하는 센서 유닛이 오목부를 갖는 베이스를 포함하고, 상기 오목부에 압력 센서의 압전 요소가 고정된다. 유닛은 또한 베이스 상에 장착되고 상기 오목부와 겹치는 가요성 멤브레인을 포함한다. 제1 전극 및 제2 전극이 멤브레인의 외부 표면에 부착된다. 제1 전극은 오목부의 반대쪽에 장착되고 멤브레인과 함께 이동될 수 있다. 제2 정적 전극이 제1 전극을 둘러싼다. 중앙 지지부가 제1 전극과 압전 요소 사이에 장착된다. 제1 전극과 제2 전극은 피부 표면과 접촉하도록 정렬되며 상기 임피던스 측정 센서의 전기 출력에 연결된다.

이 센서 유닛은 압력 센서, 가령, 혈압 센서, 및 인체 조직 임피던스를 측정하기 위한 센서를 일체 구성함으로써, 상기의 파라미터를 동시에 측정할 수 있다. 이러한 실시예는 압력 센서 요소와 임피던스 센서 요소의 상호 겹침과 센서 요소의 최적의 기하학적 정렬 때문에 센서를 수용하기 위한 더 작은 피부 표면 영역을 필요로 한다. 제2 전극은 제1 이동식 전극을 둘러쌈으로써, 이의 전극 및 제1 전극에 의해 표현되는 압력 센서의 감지 요소의 최대 가능한 영역에서 전체 장치를 컴팩트하게 만든다. 상기 제1 이동식 전극이 임피던스 센서 전극들 중 하나를 나타내고, 동시에, 피부 압력을 감지하는 요소를 나타내며 이를 압력 센서의 압전 요소로 전달한다.

센서 유닛 실시예가 2개의 센서 각각의 동작 안정성을 증가시킬 기회를 제공한다. 이 결과는 센서의 피부 접촉 면적을 확장시키고, 가요성 멤브레인 상에 두 임피던스 전극을 모두 배치시킴으로써 이뤄진다. 제1 이동식 전극을 가요성 멤브레인 상에 배치함으로써 멤브레인의 탄성 속성에 의해 제공되는 안정한 피부 접촉을 보장한다. 정적 센서가 또한 베이스에 부착된 탄성 물질로 만들어진 멤브레인의 가장자리에 장착된다. 정적 센서 아래의 탄성 멤브레인 물질이 전극 표면과 신체의 표면 간 더 안정한 접촉을 제공한다.

각각의 센서의 피부 접촉 면적이 센서 유닛의 특정 접촉 면적 내에서 최대화된다는 사실 때문에 센서의 감도가 증가한다.

구체적으로, 베이스 내 상기 오목부가 가요성 멤브레인을 수용하는 그루브로 둘러싸이며, 이때 제2 전극이 상기 오목부 위에서 가요성 멤브레인 상에 부착된다. 센서 유닛의 횡단 치수를 감소시키기 때문에 이러한 멤브레인의 위치설정이 기술적으로 더 효율적이다.

게다가, 멤브레인은 전체 센서 유닛을 수밀(watertight)로 만드는 방식으로 베이스 상에 장착될 수 있다.

하나의 실시예에서, 제1 전극의 전기 출력을 위한 오프닝이 멤브레인 내에 만들어질 수 있다.

더 구체적으로, 제1 전극은 밀봉 연결을 제공하는 방식으로 멤브레인에 부착되어, 센서 유닛의 전체 밀폐를 증가시킨다.

이때, 오프닝은 제1 전극의 전기적 출력을 위해 멤브레인 내에 만들어질 수 있다.

또한 멤브레인은 상기 중앙 지지부를 설치하기 위한 오프닝을 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 전극으로부터의 압력이 압전 요소에 직접 전달된다.

하나의 실시예에서, 가요성 멤브레인이 유전체 물질로 만들어진다.

제2 전극이 제1 전극과 분리되기 위한 갭(gap)을 갖고 장착될 수 있다.

더 구체적으로, 센서가 정적일 때, 제1 전극의 외부 표면이 제2 전극의 표면보다 0.1 - 3mm만큼 돌출되어 있다.

또한, 중앙 지지부는 대략 압전 요소의 중앙에 장착될 수 있다.

본 발명은 다음의 도면에 의해 도시된다:
도 1은 센서 유닛의 단면도이다.
도 2는 센서 유닛의 평면도이다.
도 3은 베이스를 도시한다(상면도).
도 4는 멤브레인을 도시한다(상면도).
도 5는 제2 전극을 도시한다(상면도).
도 6은 제1 전극을 도시한다(상면도).
도 7은 중앙 지지부를 도시한다(측면도).

장치의 센서 유닛은 오목부(8)를 갖는 베이스(1)를 포함하며(도 1, 도 2 및 도 3), 여기서 압력 센서의 압전 요소(5)가 플랜지(flange)(9) 상에 장착되고, 가요성 멤브레인(2)(도 1, 도 2 및 도 4)이 베이스(1) 상에 장착되고 오목부(8)와 겹친다. 멤브레인(2)은 베이스 상에 장착되거나 오목부(7) 내 베이스에 접착될 수 있다. 제1 전극(3) 및 제2 전극(4)은 멤브레인(2)의 외부 표면에 부착된다(도 1, 도 2, 도 5 및 도 6). 두 전극 모두 멤브레인(2)에 접착될 수 있다. 멤브레인(2)은 자신의 이동 가능 부분 상에 그루브(16)(도 1, 도 4)를 가짐으로써 가요성을 향상시킬 수 있다. 이는 이동식 전극(3)이 장착되는 위치에서 충분한 이동성을 제공한다. 이동식 전극(3)은 멤브레인(2)에 접착된다. 멤브레인과 전극을 접착함으로써 센서 유닛의 일체성(integrity)을 제공하며 센서 유닛은 수밀(watertight)이 된다. 멤브레인(2)은 유전체 물질, 가령, 고무계로 만들어진다. 또한 멤브레인(2)은 정적 전극(4)을 장착하기 위한 그루브(23)를 포함한다. 제1 전극(3)은 대향하는 오목부(8)에 장착된다. 제2 정적 전극(4)은 제1 이동식 전극(3) 주위에서 멤브레인(2)의 그루브(10) 내에 접착된다. 제2 전극을 멤브레인의 고무계 물질 상에 장착하는 것이 제2 전극과 피부 간 접촉의 안정성을 제공한다. 덧붙여 이러한 실시예는 센서 유닛을 수밀로 만든다.

중앙 지지부(6)가 제1 전극(3)과 압전 요소(5) 사이에 장착된다. 중앙 지지부(6)는 원추형 섹션을 가진다(도 1 및 도 7). 중앙 지지부(6)의 원추형 섹션은 멤브레인(2)의 원추형 홀(15)(도 4) 내부에 위치하며, 이는 중앙 지지부(6)의 꼭 끼워 맞춤(snug fit)을 가능하게 한다. 중앙 지지부(6)는 유전체 물질로 만들어진다. 임피던스 측정 센서의 전기 단자(20 및 21)가 각각 제1 전극(3) 및 제2 전극(4)으로 연결된다. 압력 센서 단자(22)가 압전 요소(5)(도 1)에 연결된다. 제1 전극(3)의 단자(20)가 멤브레인(2)의 오프닝(13)(도 4)을 통과하고 베이스(1)의 오프닝(11)(도 3)을 통과한다. 따라서 정적 전극(4)의 단자(21)가 멤브레인(2)의 오프닝(14)을 통과하고 베이스(1)의 오프닝(12)을 통과한다(도 3 및 도 4). 센서가 정적일 때, 제1 이동식 전극(3)의 외부 표면이 제2 고정 전극(4)의 표면 위로 0.1 내지 3mm 만큼 돌출되며, 이로써, 전극(3 및 4)과 피부의 긴밀한 접촉이 제공되며, 압력 센서의 작동이 안정된다.

센서 유닛이 피부 및 신체 부위의 피하층의 임피던스에 대한 데이터뿐 아니라 예를 들어 신체의 혈류역학 파라미터를 식별하는 데 필요한 압력까지 요구하는 장치에서 사용될 수 있다. 센서 유닛은 인체의 다양한 부분, 가령, 경추, 흉곽, 및 손발 상에 고정될 수 있다. 센서 유닛은 신체의 평탄한 부위, 가령, 손목에 부착되는 웨어러블 장치에서 사용되기에 특히 적합하다.

센서 유닛은 다양한 체결 장치, 가령, 스트랩에 의해 신체에 부착될 수 있다. 센서 유닛의 제1 전극(3) 및 제2 전극(4)은 피부 표면과 신뢰할 수 있는 접촉을 제공하는 방식으로 부착되어야 한다. 임피던스 센서의 제1 전극(3) 및 제2 전극(4)과 피부의 접촉이 공지된 방법을 이용하는 생체 조직 임피던스의 측정을 가능하게 한다. 제1 이동식 전극(3)과 피부의 접촉에 의해, 예를 들어 동맥압 변동에 의해 야기되는 피부 맥동을 이동식 전극에서 멤브레인, 중앙 지지부 및 압전 요소(5)로 전달하여, 압력 센서 동작을 가능하게 할 수 있다.

산업적 이용 가능성

압력 센서 유닛은 단순한 스킴을 가지며 기술적으로 효율적이다. 센서 유닛은 이의 작은 크기, 수밀성, 뿐 아니라 압력 및 임피던스 센서의 높은 감응도 때문에 의료 및 건강 모니터링에서 사용되는 다양한 모니터링 장치에서 채용될 수 있다.

Claims (11)

1. 신체 상에 배치되는 진단 측정용 센서 유닛으로서, 상기 센서 유닛은
   압력 센서 및 신체의 부위의 임피던스를 측정하기 위한 센서,
   압력 센서의 압전 요소를 수용하는 오목부를 갖는 베이스, 및 상기 오목부와 겹치면서 상기 베이스 상에 장착되는 가요성 멤브레인,
   가요성 멤브레인의 외부 표면에 배치된 제1 전극 및 제2 전극 - 제1 전극은 오목부의 반대쪽에 배치되며 멤브레인과 함께 이동 가능하고, 제2 전극은 이동 불가능하며 제1 전극을 둘러쌈 - ,
   제1 전극과 압전 요소 사이에 배치되는 중앙 지지부
   를 포함하며,
   제1 전극 및 제2 전극은 신체의 피부와 접촉되도록 배치되며 임피던스를 측정하기 위한 센서의 전기 단자로 연결되는, 센서 유닛.
2. 제1항에 있어서, 제2 전극은 오목부 위에서 가요성 멤브레인 상에 배치되는, 센서 유닛.
3. 제1항에 있어서, 상기 가요성 멤브레인은 베이스 상에 밀폐되도록 장착되는, 센서 유닛.
4. 제3항에 있어서, 멤브레인은 제1 전극의 전기적 출력을 위한 오프닝을 포함하는, 센서 유닛.
5. 제1항에 있어서, 제1 전극은 가요성 멤브레인에 밀폐되도록 부착되는, 센서 유닛.
6. 제5항에 있어서, 상기 가요성 멤브레인은 제1 전극의 전기적 출력을 위한 오프닝을 포함하는, 센서 유닛.
7. 제5항에 있어서, 가요성 멤브레인은 중앙 지지부를 위한 오프닝을 포함하는, 센서 유닛.
8. 제1항에 있어서, 상기 가요성 멤브레인은 유전체 물질로 만들어지는, 센서 유닛.
9. 제1항에 있어서, 제2 전극과 제1 전극은 갭(gap)에 의해 분리되는, 센서 유닛.
10. 제1항에 있어서, 제1 전극의 외부 표면이 0.1mm 내지 3mm 만큼 제2 전극의 표면 위로 돌출되어 있는, 센서 유닛.
11. 제1항에 있어서, 중앙 지지부는 압전 요소의 중앙에 배치되는, 센서 유닛.
    
    

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