초록 ▼

1. 단계최종목표
1. 인체에서 초고속(20Mb/s 이상)통신에 가장 적합한 통신방식 결정.
2. 초고속 저전력 캡슐내 송신기 제작, 외부 제어 신호를 수신하기 위한 캡슐내 저전력 수신기 제작
3. 캡슐실장 가능한 초소형 광대역 송신 안테나, 피부부착 가능한 원형편파 광대역 수신 안테나 제작
4. 인체에서의 UWB통신 채널 모델 개발
5. 펄스형태의 UWB통신 시스템 설계
2. 개발내용 및 결과
인체채널모델을 통하여 최적의 주파수대역을 결정하고 전송속도 20Mb/s급의 통신을 가능하게 하기 위한

1. 단계최종목표
1. 인체에서 초고속(20Mb/s 이상)통신에 가장 적합한 통신방식 결정.
2. 초고속 저전력 캡슐내 송신기 제작, 외부 제어 신호를 수신하기 위한 캡슐내 저전력 수신기 제작
3. 캡슐실장 가능한 초소형 광대역 송신 안테나, 피부부착 가능한 원형편파 광대역 수신 안테나 제작
4. 인체에서의 UWB통신 채널 모델 개발
5. 펄스형태의 UWB통신 시스템 설계
2. 개발내용 및 결과
인체채널모델을 통하여 최적의 주파수대역을 결정하고 전송속도 20Mb/s급의 통신을 가능하게 하기 위한 송수신 Link-Budget을 결정하였다. 초소형, 저 전력으로 송신이 가능한 20Mb/s급 OOK 송신기와 400Kb/s급의 제어신호를 수신할 수 있는 캡슐내시경 수신기를 IC로 제작하였다. CMOS공정으로 제작된 캡슐내시경 송수신기는 향후 CMOS Camera Module과 통합하여 One-Chip화 할 수 있기 때문에 크기들 더욱 줄일 수 있고 상업화할 경우 가격을 낮출 수 있는 장정이 있다. 캡슐 내에 실장할 수 있는 초소형, 높은 전승속도의 통신이 가능하게 하기 위한 광대역의 송신안테나를 설계하였으며 급전구조의 광대역화, 근육 및 표피를 기준으로 반사계수를 최소화하였고 송신안테나의 위치와 방향에 상관없이 일정한 수준의 신호를 수신할 수 있도록 원형편파를 갖도록 설계했고 미약한 신호를 수신할 수 있도록 높은 이득을 가지는 수신안테나를 설계하였다. 인체 유전율과 CAD자료를 적용하여 인체채널모델을 FDTD 프로그램으로 개발하였다. 10GHz급 개방단말 동축선 프로브를 개발하여 인체등가수용액을 만들었고. 이 수용액을 이용하여 송수신기의 성능을 실험하였다. 인체채널모델을 이용하여 1-40MHz, 300-800MHz 대역에서의 인체 전파전파 특성을 비교, 분석하였다. UWB 통신 프로토콜을 분석하여 내시경 동작에 적합한 프로토콜을 제시하였고, 인체채널모델을 이용하여 캡슐내시경에 적합한 통신시스템, TR (Transmitted Reference) 구조를 제시하고 성능 개선 구조를 시뮬레이션을 통하여 성능을 분석하였다.
3. 기대효과(기술적 및 경제적 효과)
캡슐형 내시경은 환자에게 고통을 주지 않는다는 점에서 기존 내시경을 획기적으로 개선하였을 뿐만 아니라, 기존 내시경을 통해서는 거의 확인이 불가능했던 여러 가지의 소장 부위의 질병에 대한 조기 진단을 가능하게 한다는 점에서 기존 내시경의 단점을 보완해 줄 수 있는 중요한 가치를 가지는 의료기기이다. 소장 부위의 악성 종양과 같은 질병의 조기 발견에 의한 삶의 질 향상을 기대 할 수 있다.
현재 임상에서 사용되고 있는 이스라엘 Given Imaging 사의 캡슐형 내시경 M2A 는 낮은 해상도와 낮은 전송률, 높은 가격에도 불구하고 세계 여러 병원에서 사용되고 있다. 본 연구기관이 개발한 20Mb/s급의 고속 통신이 가능한 캡슐형 내시경이 실용화 되어 국내 여러 의료기관에서 사용 중인 이스라엘 Given imaging 사의 M2A 캡슐형 내시경을 대체한다면 이는 연간 5천억원의 수입 대체 효과를 낼 수 있을 것이다.
4. 적용분야
캡슐형 내시경은 수신부를 캡슐에 내장하여 외부 신호를 받을 수 있게 하여 향후 캡슐의 방향 제어, 이동 속도 제어, 영상 전송 속도 제어, 조직 세포 채취 또는 약품 투여 등에 필요한 신호를 전송할 수 있게 함으로서 캡슐형 내시경 관련 연구를 촉진 할 수 있을 것으로 보인다. 인체 채널 모델은 캡슐형 내시경 이외에도 인체 이식형 무선 센서 등 다양한 의료 기기의 개발에 이용될 수 있으며 인체와 유사한 비균일 분산 매질에서의 통신 기기 개발에 도움을 졸 것으로 기대된다.

목차 Contents

• 제 1 장 서론...5
• 제 1 절 연구개요...5
• 제 2 절 연구개발의 목적 및 필요성...5
• 제 3 절 본 보고서의 구성...6
• 제 2 장 기술개발 내용 및 결과...8
• 제 1 절 개방단말 동축선 프로브 개발...8
• 제 2 절 인체 모델 시뮬레이터 개발...29
• 제 3 절 인체 채널 모델...40
• 제 4 절 통신 시스템 성능분석...60
• 제 5 절 캡슐형 내시경용 송수신기...79
• 제 6 절 캡슐형 내시경용 안테나...117
• 제 7 절 체외 안테나...150
• 제 8 절 인체등가수용액 및 동물실험 결과...187
• 제 3 장 결과 및 향후계획...194
• 제 1 절 목표달성도 및 기술개발성과현황...194
• 제 2 절 향후계획...199
• 참고문헌...202