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폴리머/ 금속 다층 공정 기술을 이용한 실시간 혈압 모니터링을 위한 유연한 생체 삽입형 센서
Implantable Flexible Sensor for Telemetrical Real-Time Blood Pressure Monitoring using Polymer/Metal Multilayer Processing Technique 원문보기

의공학회지 = Journal of biomedical engineering research, v.25 no.6 = no.87, 2004년, pp.599 - 604  

임창현 (연세대학교 공과대학 기계공학과) ,  김용준 (연세대학교 공과대학 기계공학과) ,  윤영로 (연세대학교 보건과학대학 의공학부) ,  윤형로 (연세대학교 보건과학대학 의공학부) ,  신태민 (연세대학교 보건과학대학 의공학부)

초록
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본 논문에서는 폴리머/ 금속 다층 공정 기술 (polymer/metal multi layer processing techniques)을 이용한 실시간 혈압 감지를 위한 유연한 생체 삽입형 센서를 새로이 제안한다. 제안되는 방식의 센서는 기계적으로 유연하기 때문에 혈관의 외벽에 대한 침습성을 감소시켜 부착할 수 있다. 즉, 혈압 측정을 위해 센서를 혈관 내에 설치하던 기존의 방법들에 비해서 혈관 자체에 상처를 주지 않고 혈압의 상대적인 변화를 지속적으로 감지할 수 있다. 성인에게 발생하는 급사의 주된 원인은 협심증, 심근 경색과 같은 혈관 관련 질환이다. 플라크 (plaque)의 생성 등과 관계된 순환계 관련 질환들은 지속적인 혈압 감지를 통해서 예방할 수 있으며 발병 초기에 치료할 수 있다. 본 연구에서 제안하는 혈압감지 방법의 과정은 다음과 같다. 우선, 집적된 센서를 혈관 외벽에 부착한다. 둘째, 실장된 센서가 혈관의 기계적인 수축과 확장을 인식한다. 마지막으로, 센서에 의해 인식된 혈압의 변화를 원격 감지 방법을 통해서 외부 안테나에서 감지하게 된다. 센서 시스템에는 어떠한 능동 소자도 존재하지 않기 때문에 에너지와 혈압 변화 정보는 LC 공진기와 외부 안테나 사이에 발생하는 상호 인덕턴스 원리에 의해서 전달되게 된다. 이러한 측정 원리의 가능성을 확인하기 위해서 실리콘 고무관과 혈액을 이용하여 시험관 실험 (In vitro test)을 진행하였다. 우선, 혈액으로 채운 실리콘 고무관에 센서를 감은 후 피스톤으로 압력을 가하였다. 그리고 이를 통해 가해진 압력 변화에 따른 공진 주파수의 변화를 측정하였다. 가해진 압력이 0부터 213.3 KPa까지 변화하는 동안 2.4 MHz의 공진 주파수가 변했다. 그러므로 생체 삽입형 혈압 센서의 감도는 11.25 KHz/KPa이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Implantable flexible sensor using polymer/metal multilayer processing technique for telemetrical real-time blood pressure monitoring is presented. The realized sensor is mechanically flexible, which can be less invasively implanted and attached on the outside of blood vessel to monitor the variation...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 3333px;">out는 인덕터의 외경, dm은 인덕터의 내경을 의미한다. 본 논문에서 외경, 간격, 폭은 센서 시스템의 크기와 공정상의 이유로 인해 정해진 변수이다. 그러므로 감은 횟수가 인덕턴스를 결정하는데 결정적인 역할을 하게 된다.
  • 본 논문에서는 인체가 받을 수 있는 피해를 최소화하면 서 혈압의 변화를 지속적으로 측정할 수 있도록 생체 삽입 형 혈압 센서를 제안한다. 시험관 실험(in vitro test)를 통해서 원격으로 지속적인 혈압의 변화를 측정하는 방법으로 실험을 진행하였다.
  • 환자의 활동성을 보장함과 동시에, 환자의 상태를 지속적으로 측정하기 위해서는 기존의 의용 생체공학 기술에 mems(micro electro mechanical system)를 이용한 센서기술의 접목이 필요하다. 본 논문에서는 폴리머/금속 다층 구조공정 기술을 이용하여 실시간 혈압측정이 가능한유연한 생체삽입형 혈압 센서를 개발하였다.

가설 설정

  • 이는 시험관 실험에 사용되는 실리콘 고무 (silicone rubber) 관의 직경을 기준으로 정한 것이다. 둘째, 그림 4와 같이, 전극의 넓이는 8x3.14顽으로 정하였고 휘어진 전극은 120° 의 중심각을 갖는다. 마지막으로, 10 MHz 에서 100 MHz의 범위 내에서 혈액, 혈관, 실리콘 고무 관 의 유전율은 각각 500, 250, 3이라고 가정하였다[6].
  • 14顽으로 정하였고 휘어진 전극은 120° 의 중심각을 갖는다. 마지막으로, 10 MHz 에서 100 MHz의 범위 내에서 혈액, 혈관, 실리콘 고무 관 의 유전율은 각각 500, 250, 3이라고 가정하였다[6]. 그 결과, 실리콘 고무관을 사용하는 시험관 실험 (in vitro test) 을 가정하여 시뮬레이션을 한 경우에는 0.
  • 092 uH를 얻을 수 있다. 인덕터의 두께는 인덕턴스 값에 영향을 미치지 않는다. 다만, 표면 효과를 고려하여, 10 MHz의 주파수에서는 25um의 두께가 권장되고, 150 MHz의 주파수에서는 12.
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참고문헌 (10)

  1. Eugene Braunwald, Heart Disease; a Textbook of Cardiovascular Medicine, W, B. Saunders company fifth edition 

  2. H. L. Chau and K. D. Wise, 'An ultraminiature solid-state pressure sensor for a cardiovascular catheter', IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 35, No. 12, 1988 

  3. J. F. L Goosen, P. J. French, and P. M. Sarro, 'Pressure, flow and oxygen saturation sensors on one chip for use in catheter', Proceedings of IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems(MEMS2000), Miyazaki, Japan, pp. 537-540, January 23-27, 2000 

  4. U. Schnakenberg, C. Kruger, J.G. Pfeffer, W. Mokwa, G. V. Bogel, R. Gunther and T. S. Rode, 'Intravascular pressure monitoring system', Sensors and Actuators A, Vol. 110, pp. 61-67, 2004 

  5. K. Takahata, A. Dehennis, K. D. Wise, and Y. B Gianchandani, 'A wireless microsensor for monitoring flow and pressure in a blood vessel utilizing a dual-inductor antenna stent and two pressure sensor', 17th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems, Maastricht, The Netherlands, pp. 216-219, January 25-29, 2004 

  6. A. Irimajiri, M. Ando, R. Matsuoka, T. Ichinowatari, and S. Takeuchi, ' Dielectric monitoring of rouleaux formation in human whole blood: a feasibility study', Biochimica et Biophysica Acta, Vol. 1290, pp. 207-209, 1996 

  7. J. H. Park, C. S. Kim, B. C. Choi, and K. Y. Ham, 'The correction of the complex dielectric constant and blood glucose at low frequency', Biosensors and Bioelectronics, Vol. 19, No.4, pp. 321-324, 2003 

  8. L. Ye, G. R. Skutt, R. Wolf, and F. C. Lee, 'Improved Winding Design for Planar Inductors', 28th Annual IEEE Power Electronics Specialists Conference, PESC '97, Vol. 2, pp. 1561-1567, June 22-27, 1997 

  9. S. S. Mohan, M. D. M. Hershenson, S. P. Boyd, and T. H. Lee, 'Simple accurate expressions for planar spiral inductances', IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 34, No. 10, 1999 

  10. C. G. Stephanis, D. E. Mourmouras, and D. G. Tsagadopoulos, 'On the elastic properties of arteries', Journal of Biomechanics, Vol. 36, No. 11, pp. 1727-1731, 2003 

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