두개 내압 모니터링에 사용되는 인체 삽입형 안테나 설계

Abstract

현대 사회에서 전자공학이 발달함에 따라 의료기기 또한 집적화되고 소형화되고 있다. 그 중에서도 환자의 몸 내부에 삽입되는 체내 삽입형 의료기기는 의료기기의 궁극적인 형태라 볼 수 있는데, 인체 내부에 위치하면서 센서를 통해 실시간으로 환자의 생체정보를 측정하고 기록하면서 질병을 사전에 예방하거나 환자가 병원에 방문하지 않고 원격으로 데이터를 의료진에게 보내 적절한 조치를 취할 수 있도록 도와주는 역할을 할 수 있다. 이러한 체내 삽입형 의료기기는 측정된 신호를 외부로 보내거나 의료기기 동작을 제어하기 위해서는 외부와의 무선통신이 반드시 필요한데 이를 위해서는 인체 삽입형 안테나의 설계가 가장 중요하다. 인체 삽입형 안테나는 다양한 유전율을 가지는 인체 조직으로 인한 안테나 동작의 영향, 전자파인체흡수율 기준치 만족 등 설계에 고려해야 할 사항이 많은데 특히 제한된 삽입 공간으로 인해서 안테나의 소형화가 반드시 이루어져야 한다. 인체 삽입형에 사용되는 안테나가 동작하는 주파수 대역은 대표적으로 MICS (Medical Implant Communications Service) (402-405 MHz) 대역과 ISM (Industrial, Scientific, and Medical) (2400-2483.5 MHz) 대역이 있다. MICS 대역은 인체에 삽입된 의료기기가 외부로 데이터를 보낼 때 주로 사용되는 대역이고 ISM 대역은 배터리 전원신호를 보내 의료기기의 동작 수명을 늘리는 역할로 활용된다. 본 논문에서는 두개 내압 (Intracranial pressure; ICP) 모니터링에 활용되는 인체 삽입형 안테나를 설계하였다. 설계한 안테나는 MICS, ISM 두 대역에서 동작하는 듀얼밴드 PIFA (planar inverted-F antenna)로서 안테나 크기를 줄이기 위해서 Meander 형태의 안테나 패치 모양을 사용하였고 단락 핀과 접지면에 open-end slot을 추가하여 크기를 기존에 소개된 인체 삽입형 안테나보다 최소화하였다. 설계한 안테나는 시뮬레이션 (단일 물질 팬텀, 인체 모델)과 측정실험을 통해서 성능을 검증하였고 SAR 값 분석을 통해 인체 내부에 삽입하는 Wireless ICP 모니터링 시스템에 활용될 수 있음을 확인하였다.