JP2020503096A - 生体信号測定のための電極ベルト装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、生体信号測定のための織物電極ベルトを開示する。本発明の一実施形態に係る生体信号測定のための織物電極ベルトは、伸縮可能な材質で形成され、測定対象体と接触可能な電極が設けられるベルトボディユニット、及び前記ベルトボディユニットと結合され、前記電極で測定された測定対象体のインピーダンスに関する電気的信号を受信する回路ユニットを含み、前記回路ユニットは、前記ベルトボディユニットとの間に配置されることを特徴とする。

Description

本発明は、生体信号の測定のための電極ベルト装置に関し、さらに詳細には、測定対象体の体積変化に関係なく、安定した接触による測定精度を向上させることができ、長時間の使用でも測定性能を維持するとともに、楽な着心地を感じることができる生体信号測定のための電極ベルト装置に関する。

一般的に、電気インピーダンス断層撮影（ＥＩＴ：Electrical Impedance Tomography）技術は、人体の表面に複数の電極を取り付け、この内、一部の電極を介して電流を印加した後、表面に取り付けられた他の電極を介して電圧を測定して人体内部の抵抗率を映像化する技術である。

このような電気インピーダンス断層撮影において、複数の電線と電極との間を簡素化し、安定した接続とすることは、デバイスの信頼度を向上させるための主要な因子である。このことに関して、近年では、電気インピーダンス断層撮影の信頼度を向上させるための様々な研究が継続的に行われている傾向にある。

一方、電気インピーダンス断層撮影に使用される複数の電極を、容易に、人体に接触させかつこれを維持するために、２つ以上の電極を配列したベルトを適用したりする。そして、安定した電極の接触のために電極の周りに導電性ゲルや接着剤を付取り付けるが、これは長時間の使用時の測定データに影響を与えたり、測定対象と部位によって皮膚刺激や感染症などの問題を引き起こしたりする。

本発明の目的は、長時間の使用でも測定性能を維持するとともに、楽な装着感を得ることができる生体信号測定のための電極ベルト装置を提供することにある。

本発明の一実施形態に係る生体信号測定のための電極ベルト装置は、伸縮可能な材質で形成され、測定対象体と接触可能な電極を備えるベルトボディユニットと、前記ベルトボディユニットと結合され、前記電極から測定された測定対象体のインピーダンスに関する電気的信号を受信する回路ユニットを含み、前記回路ユニットは、前記ベルトボディユニットとの間に配置されることを特徴とする。
また、前記ベルトボディユニットと前記回路ユニットは、互いに交互に接続されて水平に延びる１つの本体を形成する。
また、前記回路ユニットは、前記ベルトボディユニットとの間に配置される。
また、前記ベルトボディユニットの両端には、前記回路ユニットが結合される。

また、前記ベルトボディユニットは、測定対象体と接触し、導電性織物で構成される前記電極を備える電極層（layer）と、前記電極層と結合し、前記電極と電気的に接続する回路層、及び前記回路層と結合し、前記電極のそれぞれに対応して、複数の色とパターンで形成されたマーカーを備えるカバー層を含む。
また、前記電極層、前記回路層、前記カバー層の内、少なくとも１つは、伸縮可能な弾性材で形成される。

また、前記電極層と前記回路層の間には、前記電極と前記回路層を電気的に接触させるための接触部が形成され、前記接触部は、導電性接着剤（conductive glue）または熱圧着（thermo-compression bonding）であることを特徴とする。

また、前記電極は、互いに一定の間隔だけ離隔して配置され、前記電極は、前記ベルトボディユニットに、少なくともアイレット（eyelet）、導電性接着剤（conductive glue）、ステッチング（stitching）の内、いずれか１つを介して電気的に接続される。
また、前記回路層には、前記電極と前記回路ユニットの電源接続のための導電糸が備えられる。
また、前記導電糸は、前記回路層上にジグザグ形状の刺繍（embroidery）パターンで配線される。

また、前記導電糸は、前記回路層上にステッチング（stitching）を介して部分的に固定配線され、前記ベルトボディユニットの伸縮範囲に対応する長さを有する。
また、前記回路ユニットは非弾性材で形成される。
また、前記回路ユニットは、フレキシブル（柔軟）プリント回路基板（ＰＣＢ）が設けられる。
また、前記回路ユニットは、前記電極に電流を供給して測定対象体のインピーダンスに関する電圧信号を測定する。

また、前記回路ユニットは、電気インピーダンス断層撮影装置から注入される電流を前記ベルトボディユニット内の任意の電極に流して、体内に注入する回路を含む。
また、前記回路ユニットは、前記電極の内、任意の２つの電極間の電圧信号差を測定して増幅する複数個の差動増幅回路を含む。

また、前記差動増幅回路と前記電流出力回路のアナログ信号を電気インピーダンス断層撮影装置に直接接続するか、このアナログ信号のアナログ‐デジタル変換信号の復調（demodulation）の結果をメインプロセッサに伝送して測定対象体の内部導電率と誘電率分布を映像化する。

また、前記電極層は、前記電極が設けられて、測定対象体と接触する接触面を備え、前記カバー層は、前記接触面に対向して前記電極のそれぞれに対応する前記マーカーを有する露出面を備える。

本発明の一実施形態に係る生体信号測定のための電極ベルト装置は、測定対象体と接触可能な電極が設けられ、前記電極と電気的に接続される回路と配線を備え、前記電極のそれぞれに対応して複数の色とパターンで形成されたマーカーが設けられるベルトボディユニット、及び前記ベルトボディユニットと結合され、前記電極で測定された測定対象体のインピーダンスに関する電気的信号を受信及び増幅してインピーダンス測定のためのアナログ信号を生成する回路ユニットを含み、前記ベルトボディユニットと前記回路ユニットは、互いに交互に接続されて１つのボディを形成することを特徴とする。
また、前記ベルトボディユニットは、伸縮可能な弾性材で形成される。

また、前記ベルトボディユニットは、前記電極が設けられ測定対象体と接触する接触面と、前記接触面に対向して前記電極のそれぞれに対応する前記マーカーが設けられる露出面を備える。
また、前記回路ユニットは非弾性材で形成される。
また、前記回路ユニットは、フレキシブルプリント回路基板（ＰＣＢ）に設けられる。
また、前記回路ユニットは、前記電極の内、任意の２つの電極間の電圧信号差を測定して増幅させる複数個の差動増幅回路を含む。

また、前記アナログ信号を電気インピーダンス断層撮影装置に直接接続するか、前記アナログ信号のアナログ‐デジタル変換信号の復調（demodulation）の結果をメインプロセッサに伝送して測定対象体の内部導電率と誘電率の分布を映像化する。

本発明の一実施形態に係る生体信号測定のための電極ベルト装置は、測定しようとする測定対象体の周囲に沿って装着可能なベルトユニットと前記ベルトユニットとが結合され、前記測定対象体の周囲に沿って装着可能とし、前記測定対象体との接触により、内部電流分布を形成し誘導電圧を測定する複数の電極部が設けられたケーブルユニットを含み、前記ベルトユニットは、長手方向に少なくとも一部が伸縮可能な材質で構成され、前記ケーブルユニットは長手方向に折れたり広がったりすることができる折り畳み可能に構成される。

また、前記ベルトユニットは、シリコン材で形成されるか、繊維型弾性チューブ材で形成され、前記ケーブルユニットは、前記ベルトユニットの伸縮範囲に対応するようにジョプチョル可能な長さを持つフレキシブルプリント回路基板、導電糸を含む繊維ベルトと伝導性ペイントされた高分子基板の少なくともいずれか１つを含むことができる。

また、前記ケーブルユニットは、前記ベルトユニットと並行するように長手方向に延び、前記測定対象体に接触可能な複数の電極部が離隔されて配置されるようにモジュール化されたベルト形状を有するフレキシブルプリント回路基板、導電糸を含む繊維ベルトと伝導性ペイントされた高分子基板の内、少なくともいずれか１つを含むことができる。

また、前記ベルトユニットには、結合突起が長手方向に沿って互に離隔されるように複数個設けられ、前記ケーブルユニットの前記電極部は、前記結合突起に結合されて外部に露出できるように長手方向に沿って互に離隔されるように複数個設けられ、前記ベルトユニットとケーブルユニットが互に結合可能であり得る。

また、前記ベルトユニットは、長手方向に沿って内部が空になったスペースを備え、前記ケーブルユニットは、前記ベルトユニットの内部空間に長手方向に挿入することができる。
また、前記ベルトユニットには、内部に挿入された前記ケーブルユニットの前記電極部を露出させることができる露出孔が複数個設置することができる。

また、前記ベルトユニットに対して前記ケーブルユニットが、少なくとも１つの測定モジュールにモジュール化可能であり、前記少なくとも１つの測定モジュールは、接続ユニットにより長手方向に相互接続可能である。
また、前記接続ユニットは弾性材で形成することができる。

本発明の一実施形態に係る生体信号測定のための電極ベルト装置は、測定しようとする測定対象体に装着できるように、長手方向に延長された形状を有し少なくとも１つ設けられた長手方向に伸縮可能なベルトユニット、及び、前記測定対象体の周囲に沿って装着できるように、前記測定対象体と接触して、内部の電流分布を形成させ、誘導電圧を測定するための少なくとも一対の電極部を備え長手方向に沿って設けられた少なくとも１つのケーブルユニットを含み、前記ケーブルユニットは、長手方向に折れたり広がったりすることができるように前記ベルトユニットと結合される。

また、前記ベルトユニットは、シリコン材または繊維型弾性チューブ材で形成され、前記ケーブルユニットは、前記電極部と、前記電極部と電気的に接続可能な非フレキシブルプリント回路基板の切れ（部分）、フレキシブルプリント回路基板の切れ（部分）、シリコン基板上の伝導性塗料で印刷された切れ（部分）及び繊維型基板の内、少なくともいずれか１つを含む回路部が長手方向に互いに離隔されるように複数個設けられるフレキシブルプリント回路基板、導電糸を含む繊維ベルトと伝導性ペイントされた高分子基板の内、少なくともいずれか１つを含むことができる。

また、前記ベルトユニットを貫通する結合突起が前記ケーブルユニットに少なくとも１つ設けられ、前記結合突起は、前記ベルトユニットとケーブルユニットの機械的な結合及び電気的に結線させる繊維、導電性高分子または金属材の内、いずれか１つで形成される電極を含むことができる。
また、前記ベルトユニットは、内部が空になったスペースを備え、前記ケーブルユニットは、前記ベルトユニットの伸縮範囲に対応するように折り畳み可能な長さを有し、前記ベルトユニットの内部空間に長手方向に挿入することができる。
また、前記ベルトユニットは、内部に挿入された前記ケーブルユニットの前記電極部を露出させることができる露出孔が複数個形成され得る。

また、前記ケーブルユニットは、前記ベルトユニットに結合可能な少なくとも１つの測定モジュールにモジュール化可能であり、前記少なくとも１つの測定モジュールは、接続ユニットにより長手方向に互に接続可能である。
また、前記接続ユニットは弾性材で形成することができる。

本発明によれば、電極ベルト装置は、測定対象体の測定対象部位の生体変化にかかわらず、弾性変形可能な区間が形成され、電極が測定対象部位に接触する接触力を向上させ、測定精度を向上させることができる。

また、伸縮可能な電極ベルト装置を介して生体信号を測定することにより、皮膚の圧迫に敏感な重患者や幼児に長期間使用できるようになる。したがって、織物電極ベルトは長時間監視が必要な心肺機能の測定分野、例えば、重患者対象の機械呼吸監視装置や幼児の無呼吸監視装置などに適用することができる。

また、ベルトボディユニット上に導電糸が部分的に固定配線される場合には、ベルトボディユニットが長手方向に弾性変形するとき、ベルトボディユニットの弾性度を維持しながら、これと同時に多重信号／電源の接続を実現することができる。

また、回路部に差動増幅回路が設けられ、電極の内、任意の２つの電極の電圧信号差を感知することにより、出力される増幅信号の精度を向上させることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る生体信号測定のための電極ベルト装置を示す斜視図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る生体信号測定のための電極ベルト装置の電極を上から見た図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る生体信号測定のための電極ベルト装置を側面から見た分解断面図である。 図４は、本発明の一実施形態に係る生体信号測定のための電極ベルト装置のマーカーを上から見た断面図である。 図５は、本発明の一実施形態に係る生体信号測定のための電極ベルト装置の回路層を示す断面図である。 図６は、本発明の一実施形態に係る生体信号測定のための電極ベルト装置の回路層に導電糸が部分的に固定される形態を示す図である。 図７は、本発明の一実施形態に係る生体信号測定のための電極ベルト装置の回路部を示す図である。 図８は、本発明の一実施形態に係る生体信号測定のための電極ベルト装置の回路部で生成されたアナログ信号を電気インピーダンス断層撮影システムに伝送する形態を概略的に示すブロック図である。 図９は、本発明の第２実施形態に係る生体信号測定のための電極ベルト装置を概略的に示す斜視図である。 図１０は、図９に示された生体信号測定のための電極ベルト装置を概略的に分解し示した平面図である。 図１１は、図９に示された生体信号測定のための電極ベルト装置を概略的に示した断面図である。 図１２は、図１０に示された生体信号測定のための電極ベルト装置が長手方向に延長された動作状態を説明するために概略的に分解して示した平面図である。 図１３は、本発明の第３実施形態に係る生体信号測定のための電極ベルト装置を概略的に示す平面図である。 図１４は、図１３に示された生体信号の測定をするための電極ベルト装置を概略的に示した断面図である。 図１５は、図１４に示された生体信号測定のための電極ベルト装置が延長された動作状態を説明するために概略的に分解図示した断面図である。 図１６は、本発明の第４実施形態に係る生体信号測定のための電極ベルト装置を概略的に示す斜視図である。 図１７は、図１６に示された生体信号測定のための電極ベルト装置の変形例を概略的に示す斜視図である。 図１８は、図１６に示された生体信号の測定のための電極ベルト装置の他の変形例を概略的に示す斜視図である。

以下においては、図を参照して、本発明の具体的な実施形態を詳細に説明する。ただし、本発明の思想は、そのような実施形態に限定されず、本発明の思想は、実施形態を成す構成要素の付加、変更、及び削除などによって異なるように提案されてもよく、これもまた発明の思想に含まれるものである。

図１は、本発明の一実施形態に係る生体信号測定のための電極ベルト装置を示す斜視図であり、図２は、本発明の一実施形態に係る生体信号測定のための電極ベルト装置の電極を上から見た図であり、図３は、本発明の一実施形態に係る生体信号測定のための電極ベルト装置を側面から見た分解断面図であり、図４は、本発明の一実施形態に係る生体信号測定のための電極ベルト装置のマーカーを上から見た断面図であり、図５は、本発明の一実施形態に係る生体信号測定のための電極ベルト装置の回路層を示す断面図であり、図６は、本発明の一実施形態に係る生体信号測定のための電極ベルト装置の回路層に導電糸が部分的に固定される形態を示す図である。

図１〜図６を参照すると、本発明の一実施形態に係る生体信号測定のための電極ベルト装置１００は、ベルトボディユニット１０と、回路ユニット２０を含むことができる。

生体信号測定のための電極ベルト装置１００は、全体的に測定対象体に取り付け可能な構造で形成することができる。ちなみに、本発明で説明する生体信号測定のための電極ベルト装置１００は、電気インピーダンス断層撮影装置（ＥＩＴ、Electrical Impedance Tomography）、機械呼吸監視装置、無呼吸監視装置などに適用され、測定対象体の生体信号を測定することができる。
ベルトボディユニット１０には、測定対象体と接触可能な電極１１１が設けられ得る。

さらに具体的には、ベルトボディユニット１０は、電極層１１０と、回路層１２０及びカバー層１３０で構成され得る。好ましくは、電極層１１０と、回路層１２０及びカバー層１３０は、伸縮可能な弾性材（例えば、繊維、シリコン、ゴムなど）で形成され得る。

電極層１１０は、測定対象体と接触することができ、導電性織物で構成される電極１１１が設けられ得る。このとき、電極層１１０には、電極１１１が設けられて測定対象体と接触する接触面を備えてもよい。好ましくは、前記接触面は、測定対象体との接触による摩擦にも安全な弾性材で形成することができる。
電極層１１０に設けられる電極１１１は、電極構造体１１３と、このような電極構造体１１３を包み込む伝導性繊維１１２で構成され得る。

一例として、電極構造体１１３は、一面が凸し、他面は平たい半円状に形成することができ、伝導性繊維（１１２ａ、１１２ｂ）は、電極構造体１１３の形状に対応する形状に形成されて電極構造体１１３の表面を包み込むように形成することができる（図３参照）

また、電極１１１は、電極層１１０上に、互いに一定の間隔だけ離隔して配置することができる。一例として、電極１１１は、アイレット（eyelet）、導電性接着剤（conductive glue）、ステッチング（stitching）の内、いずれか１つによってベルトボディユニット１０に電気的に接続することができる。このとき、電極１１１との接続のためにベルトボディユニット１０には、アイレット（eyelet）、導電性接着剤（conductive glue）、ステッチングの内、いずれか１つで形成され得る。つまり、電極１１１の種類に応じてベルトボディユニット１０に固定する方式は、多様に実現され得る。

回路層１２０は、電極層１１０と結合することができ、電極１１１と電気的に接続できるように配線及び回路が実現され得る。このとき、電極層１１０と回路層１２０との間には、接触部１４０をさらに含むことができ、このような接触部１４０は、電極１１１と、後述される電気接触点２２２との間を電気的に接続することができる。一例として、接触部２４０は、導電性接着剤（conductive glue）または熱圧着（thermo-compression bonding）であり得る。
回路層１２０には、電極１１１と、後述される回路ユニット２０の電源接続のための導電糸１２１が設けられ得る。

さらに具体的に、回路層１２０には、電極１１１のそれぞれに対応する位置に電気接触点１２２を設けることができ、導電糸１２１は、電気接触点１２２と回路ユニット２０との間を電気的に接続するように形成することができる（図５または図６参照）

一例として、図５に示すように、導電糸１２１は、回路層１２０上にジグザグ形状の刺繍（embroidery）のパターンで配線されることもあり、図６に示すように、導電糸１２１は、回路層１２０上にステッチングによって部分的に固定配線され得る。

特に、導電糸１２１が回路層１２０上に部分的に固定配線された場合、ベルトボディユニット１０が長手方向に弾性変形するとき、ベルトボディユニット１０の弾性度を維持しながら、これと同時に多重信号／電源の接続を実現することができる長所がある。好ましくは、導電糸１２１がベルトボディユニット１０の伸縮範囲に対応する長さを有するように配線することができる。

さらに具体的に、生体信号の測定のための電極ベルト装置１００が測定対象体に装着されると、測定対象体の生体活動に伴う体積変化などの要因により、ベルトボディユニット１０は長手方向に弾性変形することができる。これと同時に、ベルトボディユニット１０に部分的に固定配線された導電糸１２１がベルトボディユニット１０上で切れずに接続された状態を維持して安定的に測定対象体のインピーダンスを測定することができる。

カバー層１３０は、回路層１２０と結合することができ、電極１１１のそれぞれに対応して、複数の色とパターンで形成されたマーカー１３１が設けられ得る。このとき、カバー層１３０には、マーカー１３１が設けられた露出面が備えられ得る。

一例として、マーカー１３１を撮影して３次元映像を獲得する撮影装置（例えば、３次元カメラ）（図示せず）を含むことができ、前記撮影装置は、測定対象体が電極ベルト装置１００を着用した部位の３次元モデル映像を出力することができる。さらに具体的に、前記撮影装置は、実際のサイズがわかっている複数の色とパターンで形成されるマーカー１３１を含む２次元映像の情報から測定対象体の測定対象部位の３次元体積情報を獲得することができる。

一方、回路ユニット２０は、ベルトボディユニット１０と結合することができ、電極１１１に電流を供給して測定対象体のインピーダンスに関する電圧信号を測定することができる。一例として、回路ユニット２０とベルトボディユニット１０は、アイレット（eyelet）方式で結合することができる。

回路ユニット２０は、伸縮しない材質で形成され得る。一例として、回路ユニット２０は、スイッチングラインが備えられるフレキシブルプリント回路基板（ＰＣＢ）に設けられ得る。ただし、回路ユニット２０は、フレキシブルプリント回路基板に限定されず、スイッチングラインを備えることができ、伸縮しない様々な非弾性材で構成することができる。

回路ユニット２０は、ベルトボディユニット１０と長手方向に沿って交互に配置される形態で有り得る。図１を参考にすれば、１つの生体信号測定のための電極ベルト装置１００上に２つの回路ユニット２０を備えることができることを示したが、これに限定されず、ベルトボディユニット１０と交互に配置されるように、どのような形にでも形成することが可能である。

つまり、ベルトボディユニット１０と回路ユニット２０は、互いに交互に接続されて１つのボディ（電極ベルト装置１００）を形成することができる。さらに具体的に、回路ユニット２０は、ベルトボディユニット１０との間に配置されて結合された形態であるか、ベルトボディユニット１０の両端に回路ユニット２０が結合された形態であり得る。
回路ユニット２０は、後述される図７及び図８を参照して詳細に説明する。

図７は、本発明の一実施形態に係る生体信号測定のための電極ベルト装置の回路ユニットを示す図であり、図８は、本発明の一実施形態に係る生体信号測定のための電極ベルト装置の回路ユニットで生成されたアナログ信号を電気インピーダンス断層撮影システムに伝送する形態を概略的に示すブロック図である。
図７及び図８を参照すると、本発明の一実施形態に係る生体信号測定のための電極ベルト装置１００は、回路ユニット２０を含むことができる。

回路ユニット２０は、回路ラインが備えられるフレキシブルプリント回路基板（ＰＣＢ）に設けられ得る。さらに具体的に、回路ユニット２０は、差動増幅回路２１と、電流出力回路２２を含むことができる。
差動増幅回路２１は、電極１１１の内、任意の２つの電極間の電圧信号差を測定して増幅する役割を果たすことができる。

差動増幅回路２１は、コモンモード除去比（ＣＭＲＲ、Common-Mode Rejection Ratio）性能に優れた素子を用いて電極１１１のうち、任意の２つの電極の電圧信号を入力（＋、−）とし、前記入力（＋、−）の差を検出することにより、出力される増幅信号の精度を向上させることができる長所がある。

このようなコモンモード除去比（ＣＭＲＲ）性能の向上は、電極１１１の内、任意の２つの電極の電圧信号のノイズ及び測定誤差を減少させるために重要な役割を果たすことができ、例えば、大きいインピーダンス信号に含まれた小さな変化を測定する場合や、心電図、脳波計のような周辺ノイズが激しい時でも、非常に弱い信号を増幅する場合に、さらに重要に機能することができる。

電流出力回路２２は、電気インピーダンス断層撮影装置４０と接続することができ、電流出力回路２２を介して出力された電流は、電極１１１に供給され、測定対象体のインピーダンスに関する電圧信号を測定することができるようになる。このとき、電流出力回路２２から誘起された電圧信号は、差動増幅回路２１を介して測定することができるようになる。

具体的に、差動増幅回路２１と電流出力回路２２の入出力アナログ信号（増幅信号と出力電流）を電気インピーダンス断層撮影装置４０に直接接続することができる。

また、これとは異なるように、回路ユニット２０と電気インピーダンス断層撮影装置４０との間に復調器３０を接続して、アナログ‐デジタル変換信号の復調（demodulation）の結果をメインプロセッサ４１に伝送して測定対象体の内部導電率と誘電率の分布を映像化することができる。

本実施形態においては、信号を改善するための差動増幅回路２１と電流出力回路２２が、回路ユニット２０上に備えられるものとして説明したが、これに限定されず、弾性変形可能なベルトボディユニット１０の上に直接取り付けられてもよい。特に、ベルトボディユニット１０の上に直接取り付けられる場合、回路の配線は、上述した導電糸１２１を活用することができる。

前述したように、電極ベルト装置は、測定対象体の測定対象部位の生体変化にかかわらず、弾性変形可能な区間が形成され、電極が測定対象部位に対し接触する接触力を向上させ、測定精度を向上させることができる。

また、伸縮可能な電極ベルト装置を介して生体信号を測定することにより、皮膚の圧迫に敏感な重篤な患者や幼児に長期間使用できるようになる。したがって、電極ベルト装置は、長時間の監視が必要な心肺機能の測定の分野、例えば、重篤患者対象の機械呼吸監視装置や幼児の無呼吸監視装置などに適用することができる。

また、ベルトボディユニット上に導電糸が部分的に固定配線される時には、ベルトボディユニットが長手方向に弾性変形するとき、ベルトボディユニットの弾性度を維持しながら、これと同時に多重信号／電源の接続を実現することができる。

また、回路ユニットに差動増幅回路が設けられ、電極の内、任意の２つの電極の電圧信号差を感知することにより、出力される増幅信号の精度を向上させることができる長所がある。

図９は、本発明の第２実施形態に係る生体信号測定のための電極ベルト装置を概略的に示した斜視図であり、図１０は、図９に示された生体信号測定のための電極ベルト装置を概略的に分解し図示した平面図であり、図１１は、図９に示された生体信号測定のための電極ベルト装置を概略的に示した断面図であり、図１２は、図１０に示された生体信号測定のための電極ベルト装置が長手方向に延長された動作状態を説明するために概略的に分解図示した平面図である。
図９を参考にすれば、本発明の第２実施形態に係る生体信号測定のための電極ベルト装置２００は、ベルトユニット２１０とケーブルユニット２２０を含む。

前記ベルトユニット２１０は、測定しようとする測定対象体の周囲に沿って装着可能である。このようなベルトユニット２１０は、測定対象体の腹部周囲に沿って長手方向に延長された帯状を有する。また、前記ベルトユニット２１０は、長手方向に伸縮可能となるように、少なくとも一部が伸縮材で形成される。

本実施形態においては、前記ベルトユニット２１０の全体が伸縮可能な弾性材で形成されるものを例示し、さらに具体的には、シリコン材で形成されるか、繊維型弾性チューブ材で形成されるものを例示する。このようなベルトユニット２１０は、測定対象体との接触による摩擦においても安全であり、肌触りの良い弾性体であるのがよい。

このようなベルトユニット２１０には、後述するケーブルユニット２２０との結合のための複数の結合突起２１１が設けられる。結合突起２１１は、ケーブルユニット２２０に向かって突出し、伝導性材で形成されるのが好ましい。このような結合突起２１１の構成は、ケーブルユニット２２０の構成と共に、さらに詳細に後述する。

ケーブルユニット２２０は、ベルトユニット２１０と結合されて、測定対象体の周囲に沿って装着することを可能とするが、長手方向に沿って測定対象体の内部導電率と誘電率分布を測定するための複数の電極部２３０が設けられる。ケーブルユニット２２０は、ベルトユニット２１０と同様に長手方向に延長された帯状を有する。
ちなみに、ケーブルユニット２２０の長さは、示された例に限定されず、複数個で区画されてモジュール化することができる。

ケーブルユニット２２０は、図１１に示すように、電極部２３０によってベルトユニット２１０と接続される。前記電極部２３０は、結合突起２１１に対応して複数個設けられ、伝導性材で形成される結合突起２１１と結合することができる。このような結合突起２１１に対して電極部２３０は、一種のフック（Hook）のように結合するように例示するが、必ずしも、これに限定されるものではない。

ケーブルユニット２２０は、伸縮されない材質で形成され、制御ラインが設けられる一種のフレキシブルプリント回路基板（Flexible ＰＣＢ）である。また、ケーブルユニット２２０には、電極部２３０と電気的に接続可能な回路部４０が設けられる。このような電極部２３０と回路部４０は、それぞれ複数個設けられ、互に離隔されるように、ケーブルユニット２２０の長手方向に沿って設けられる。

また、ケーブルユニット２２０は、伸縮可能なベルトユニット２１０とは異なり、伸縮しないフレキシブルプリント回路基板が設けられることにより、長手方向に折れたり広がったりすることができるように折り畳み可能である。そのため、ケーブルユニット２２０は、図１０及び図１２に示すように、ベルトユニット２１０が長手方向に伸縮することに連動して折れたり広がったりすることにより、ベルトユニット２１０と結合された状態を維持することになる。ちなみに、ケーブルユニット２２０は、フレキシブルプリント回路基板をはじめ、導電糸を含む繊維ベルトと伝導性ペイントされた高分子基板の内、少なくともいずれか１つを含む変形例も可能である。

一方、ケーブルユニット２２０がフレキシブルプリント回路基板で形成されることにより、複数の電極部２３０と回路部４０との間を信号線と制御線とで互に接続させる。この時、前記電極部２３０は、少なくとも一対すなわち、２つ以上設けることにより、電極を介して印加された電流により、電流分布を形成させる。つまり、前記複数の電極部２３０の内、少なくとも一対から発生した誘導電圧分布により、測定対象体の内部の導電率と誘電率の分布を獲得することができるようになる。

前記回路部４０は、電極部２３０の結合部位の近くに設けられる非フレキシブルプリント回路基板、フレキシブルプリント回路基板の切れ（部分）、シリコン基板上に伝導性塗料で印刷された切れ（部分）及び繊維型基板の内、少なくともいずれか１つを含む。このような非フレキシブルプリント回路基板の切れ（部分）に設けられる回路部２４０は、フレキシブルプリント回路基板であるケーブルユニット２２０が折れたり広がったりするケーブルユニット２２０に設けられた電極部２３０に安定した電流を注入しかつ電圧を測定するための初段回路である。

ちなみに、前記フレキシブルプリント回路基板を含むケーブルユニット２２０の長手方向に沿って設けられた電極部２３０は、詳細には図示されていないが、ベルトユニット２１０を貫通して、測定対象体と点接触することができる。このような電極部２３０と、測定対象体との間の接触方式は多様に変更可能である。
前記のような構成を有する生体信号測定のための電極ベルト装置２００の動作を、図１０〜図１２を参照して説明する。

まず、図１０及び図１１に示すように、ベルトユニット２１０の結合突起２１１とケーブルユニット２２０の電極部２３０が互に結合することにより、ベルトユニット２１０とケーブルユニット２２０は、全体が長手方向に延長されない状態で結合される。このとき、ベルトユニット２１０の長さよりケーブルユニット２２０の長さが相対的に長くして互に結合することにより、ケーブルユニット２２０は、長手方向に一部が折れる状態でベルトユニット２１０と結合される。この場合には、ベルトユニット２１０の内部でケーブルユニット２２０の電極部２３０のみがベルトユニット２１０を通って外部に露出した状態である。

この後、測定対象体の腹部に、ベルトユニット２１０とケーブルユニット２２０が結合された状態で装着されると、図１２に示すように、腹部の周囲の長さの変化または測定対象体の呼吸のような生体活動に伴う腹部の体積変化などの要因により、ベルトユニット２１０とケーブルユニット２２０が長手方向に延長される。

具体的には、長手方向に伸縮可能とさせる材質で形成されるベルトユニット２１０は、長手方向に弾性変形される。これに連動して、ベルトユニット２１０に接続されたケーブルユニット２２０も長手方向に折れた状態が広がることになる。これにより、ケーブルユニット２２０に設けられた電極部２３０は、測定対象体の状態に関係なく、測定対象体に対して常に密着した状態を維持することとなり、測定対象体のインピーダンスを測定することができるようになる。

図１３は、本発明の第３実施形態に係る生体信号測定のための電極ベルト装置を概略的に示す平面図であり、図１４は、図１３に示された生体信号測定のための電極ベルト装置を概略的に示した断面図であり、図１５は、図１４に示された生体信号測定のための電極ベルト装置が延長された動作状態を説明するために概略的に分解図示した断面図である。

図１３を参照すると、本発明の第３実施形態に係る生体信号測定のための電極ベルト装置３００は、ベルトユニット３１０及びケーブルユニット３２０を含む。

ここで、ベルトユニット３１０は、長手方向に伸縮可能な材質、例えば、シリコンまたは繊維型弾性チューブ材で形成され、ケーブルユニット３２０は、一種のフレキシブルプリント回路基板として、電極部３３０と回路部（図示せず）が設けられる。このようなベルトユニット３１０とケーブルユニット３２０の構成は、前述した第２実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。

一方、本第３実施形態に係る生体信号測定のための電極ベルト装置３００は、ベルトユニット３１０の内部にケーブルユニット３２０が長手方向に挿入可能となるように設けられる。つまり、ベルトユニット３１０は、図１４に示すように、内部が空になったスペース３１２を備え、このスペース３１２を介して長手方向にケーブルユニット３２０が挿入される。

このとき、ケーブルユニット３２０は、フレキシブルプリント回路基板が設けられ、このようなフレキシブルプリント回路基板と電気的に接続可能な電極部３３０がベルトユニット３１０に設けられた露出孔３１１を介して外部に露出する。即ち、前記電極部３３０がベルトユニット３１０の露出孔３１１を介して結合する一種の結合突起で構成されると共に、電極が印加される機能を同時に有し得る。そのため、ベルトユニット３１０の外部に露出した電極部３３０が測定対象体に接触することにより、内部電流分布を形成させ誘導電圧を測定することにより、測定対象体の人体情報を獲得することができるようになる。

ちなみに、本実施形態においては、フレキシブルプリント回路基板であるケーブルユニット３２０の一面に設けられた複数の電極部３３０に対応して、非フレキシブルプリント回路基板の切れ（部分）の回路部２４０（図１０〜図１２を参照）が設けられるが、前述した第２実施形態と同じ構成であるため、詳細な図示と説明は省略する。
前記のような構成を有する生体信号測定のための電極ベルト装置３００の動作状態を図１４及び図１５を参照して説明する。

まず、図１４に示すように、ベルトユニット３１０の内部のスペース３１２に長手方向に挿入されたケーブルユニット３２０の電極部３３０がベルトユニット３１０の露出孔３１１を介して露出する。このとき、ケーブルユニット３２０は、ベルトユニット３１０の内部スペース３１２で折れている状態である。

このようなベルトユニット３１０が図１５に示すように長手方向に延びると、内部に挿入されたケーブルユニット３２０は、折り畳まれた状態から広がることになる。そのため、ベルトユニット３１０が長手方向に伸張することに連動してケーブルユニット３２０も広がることになることで、測定対象体の腹部体積変化にフレキシブルに対応して電極部３３０の接触力を維持することができるようになる。

図１６は、本発明の第４実施形態に係る生体信号測定のための電極ベルト装置を概略的に示した斜視図であり、図１７は、図１６に示された生体信号測定のための電極ベルト装置の変形例を概略的に示した斜視図であり、図１８は、図１６に示された生体信号測定のための電極ベルト装置の他の変形例を概略的に示す斜視図である。

図１６〜図１８を参照すると、本発明の第４実施形態に係る生体信号測定のための電極ベルト装置４００が概略的に示される。図１６に示すように、生体信号測定のための電極ベルト装置４００は、ベルトユニット４１０、ケーブルユニット４２０及び接続ユニット４３０を含む。

ベルトユニット４１０は、前述した第３実施形態と同様に測定対象体の体積変化に対応できるように長手方向に伸縮可能なシリコンまたは繊維型弾性チューブで形成される。また、ケーブルユニット４２０も第３実施形態と同様に、電極部（図示せず）と回路（図示せず）が設けられたフレキシブルプリント回路基板を含み、ベルトユニット４１０の内部に長手方向に挿入される。ここで、ケーブルユニット４２０は、導電糸を含む繊維ベルトと伝導性ペイントされた高分子基板の内、少なくともいずれか１つを含むことができ、ベルトユニット４１０は、非弾性材で形成することができる。

このようなベルトユニット４１０に結合されるケーブルユニット４２０は、少なくとも１つの測定モジュールにモジュール化される。図１６においては、１つの測定モジュールが設けられるが、一端と他端が接続ユニット４３０によって互に接続されるものが示されている。

ここで、接続ユニット４３０は、弾性材のように長手方向に変形可能な材質で形成されることにより、ベルトユニット４１０とケーブルユニット４２０が互に結合された状態で測定対象体の体積変化にフレキシブルに対応できるように構成することができる。

一方、図１７に示すように、ケーブルユニット４２０’が互に結合された２つの測定モジュールで構成されることにより、２つの接続ユニット４３０’によって互に接続される変形例も可能である。併せて、図１8に示すように、前記ケーブルユニット４２０”が互に結合された４つの測定モジュールで構成され、４つの接続ユニット４３０”によって互に接続される他の変形例も可能である。

すなわち、前記モジュール化された測定モジュールの数は、図１６〜図１に図示されたものに限定されず、少なくとも１つ以上設けられ、接続ユニット４３０（４３０’）（４３０”）によって互に接続されるように構成される得る。
本発明の権利範囲は、前述した実施形態に限定されるものではなく、添付された特許請求の範囲内で多様な形態の実施形態に実現され得る。特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、当該発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、誰でも変形可能な多様な範囲についても請求の範囲に記載の本発明の範囲内にあるものと見なされることは言うまでもない。

Claims (41)

1. 伸縮可能な材質で形成され、測定対象体と接触可能な電極が設けられるベルトボディユニットと、
   前記ベルトボディユニットと結合され、前記電極で測定された測定対象体のインピーダンスに関する電気的信号を受信する回路ユニットと
   を含み、
   前記回路ユニットは、前記ベルトボディユニットの間に配置されることを特徴とする生体信号の測定のための電極ベルト装置。
2. 前記ベルトボディユニットと前記回路ユニットは、互いに交互に接続されて水平方向に延びる１つのボディを形成する生体信号の測定のための、請求項１に記載の電極ベルト装置。
3. 前記回路ユニットは、前記ベルトボディユニットとの間に配置される生体信号の測定のための、請求項１に記載の電極ベルト装置。
4. 前記ベルトボディユニットの両端には、前記回路ユニットが結合される生体信号の測定のための、請求項１に記載の電極ベルト装置。
5. 前記ベルトボディユニットは、
   測定対象体と接触し、電気伝導性織物で構成される前記電極が設けられる電極層と、
   前記電極層と結合され、前記電極と電気的に接続される回路層と、
   前記回路層と結合され、前記電極のそれぞれに対応して、複数の色とパターンで形成されたマーカーが設けられるカバー層と
   を含む生体信号測定のための、請求項１に記載の電極ベルト装置。
6. 前記電極層、前記回路層、前記カバー層の内、少なくとも１つは、伸縮可能な弾性材で形成される生体信号測定のための、請求項５に記載の電極ベルト装置。
7. 前記電極層と前記回路層との間には、前記電極と前記回路層を電気的に接触させるための接触部が形成され、
   前記接触部は、導電性接着剤（conductive glue）または熱圧着（thermo-compression bonding）であることを特徴とする、請求項５に記載の生体信号の測定のための電極ベルト装置。
8. 前記電極は、互いに一定の間隔だけ離隔して配置され、
   前記電極は、アイレット（eyelet）、導電性接着剤（conductive glue）、ステッチング（stitching）の内、いずれか１つを介して前記ベルトボディユニットに電気的に接続される、請求項５に記載の生体信号の測定のための電極ベルト装置。
9. 前記回路層は、前記電極と前記回路ユニットとの電源接続のための導電糸を備える、請求項５に記載の生体信号測定のための電極ベルト装置。
10. 前記導電糸は、前記回路層上にジグザグ形状の刺繍（embroidery）パターンで配線される、請求項８に記載の生体信号の測定のための電極ベルト装置。
11. 前記導電糸は、前記回路層上にステッチング（stitching）を介して部分的に固定配線され、前記ベルトボディユニットの伸縮範囲に対応する長さを有する、請求項９に記載の生体信号測定のための電極ベルト装置。
12. 前記回路ユニットは非弾性材で形成される、請求項５に記載の生体信号の測定のための電極ベルト装置。
13. 前記回路ユニットは、フレキシブルプリント回路基板（ＰＣＢ）で構成される、請求項１２に記載の生体信号測定のための電極ベルト装置。
14. 前記回路ユニットは、前記電極に電流を供給して測定対象のインピーダンスに関する電圧信号を測定する、請求項１３に記載の生体信号測定のための電極ベルト装置。
15. 前記回路ユニットは、前記電極の内、任意の２つの電極間の電圧信号差を測定して増幅する複数個の差動増幅回路を含む請求項１４に記載の生体信号測定のための電極ベルト装置。
16. 前記回路ユニットは、前記電極の内、任意の２つの電極間の電流を出力する電流出力回路を含む、請求項１５に記載の電極ベルト装置。
17. 前記差動増幅回路と前記電流出力回路のアナログ信号を電気インピーダンス断層撮影装置に直接接続するか、アナログ‐デジタル変換信号の復調（demodulation）の結果をメインプロセッサに伝送して測定対象体の内部導電率と誘電率の分布を映像化する、請求項１６に記載の生体信号測定のための電極ベルト装置。
18. 前記電極層は、前記電極が設けられて、測定対象体と接触する接触面を備え、
    前記カバー層は、前記接触面に対向して前記電極のそれぞれに対応する前記マーカーが設けられる露出面を備える、請求項５に記載の生体信号の測定のための電極ベルト装置。
19. 測定対象体と接触可能な電極が設けられ、前記電極と電気的に接続される回路と配線が備え、前記電極のそれぞれに対応して、複数の色とパターンで形成されたマーカーが設けられるベルトボディユニットと、
    前記ベルトボディユニットと結合され、前記電極で測定された測定対象体のインピーダンスに関する電気的信号を受信及び増幅してインピーダンス測定のためのアナログ信号を生成する回路ユニットと
    を含み、
    前記ベルトボディユニットと前記回路ユニットは、互いに交互に接続されて１つのボディを形成することを特徴とする生体信号の測定のための電極ベルト装置。
20. 前記ベルトボディユニットは、伸縮可能な弾性材で形成される請求項１９に記載の生体信号の測定のための電極ベルト装置。
21. 前記ベルトボディユニットは、前記電極が設けられて、測定対象体と接触する接触面と、前記接触面に対向して電極のそれぞれに対応する前記マーカーが設けられる露出面を備える、請求項１９に記載の生体信号の測定のための電極ベルト装置。
22. 前記回路ユニットは非弾性材で形成される、請求項１９に記載の生体信号の測定のための電極ベルト装置。
23. 前記回路ユニットは、フレキシブルプリント回路基板（ＰＣＢ）に設けられる、請求項２２に記載の生体信号測定のための電極ベルト装置。
24. 前記回路ユニットは、前記電極の内、任意の２つの電極間の電圧信号差を測定して増幅させる複数個の差動増幅回路を含む、請求項２３に記載の生体信号測定のための電極ベルト装置。
25. 前記回路ユニットは、前記電極の内、任意の２つの電極間の電流を出力する電流出力回路を含む、請求項２３に記載の電極ベルト装置。
26. 前記アナログ信号を電気インピーダンス断層撮影装置に直接接続するか、アナログ‐デジタル変換信号の復調（demodulation）の結果をメインプロセッサに伝送して測定対象体の内部導電率と誘電率の分布を映像化する、請求項２５に記載の生体信号測定のための電極ベルト装置。
27. 測定しようとする測定対象体の周囲に沿って装着可能なベルトユニットと、
    前記ベルトユニットと結合され、前記測定対象の周囲に沿って装着可能するが、前記測定対象体との接触により、内部電流分布を形成し、誘導電圧を測定する複数の電極部が設けられるケーブルユニットと
    を含み、
    前記ベルトユニットは、長手方向に少なくとも一部が伸縮可能な材質で構成され、前記ケーブルユニットは、長手方向に折れたり広がったりすることができる折り畳み可能に設けられる生体信号測定のための電極ベルト装置。
28. 前記ベルトユニットは、シリコン材で形成されたり、繊維型弾性チューブ材で形成され、
    前記ケーブルユニットは、前記ベルトユニットの伸縮範囲に対応するように折り畳み可能な長さ有するフレキシブルプリント回路基板、導電糸を含む繊維ベルトと伝導性ペイントされた高分子基板の内、少なくともいずれか１つを含む、請求項２７に記載の生体信号測定のための電極ベルト装置。
29. 前記ケーブルユニットは、前記ベルトユニットと並行するように長手方向に延び、前記測定対象体に接触可能な複数の電極部が離隔して設けようにモジュール化されたベルト形状を有するフレキシブルプリント回路基板、導電糸を含む繊維ベルト及び伝導性ペイントされた高分子基板の内、少なくともいずれか１つを含む、請求項２７に記載の生体信号測定のための電極ベルト装置。
30. 前記ベルトユニットには、結合突起が長手方向に沿って互に離隔されるように複数個設けられ、前記ケーブルユニットの前記電極部は、前記結合突起に結合されて外部に露出できるように長手方向に沿って互に離隔されるように複数個設けられ、前記ベルトユニットとケーブルユニットが互に結合可能な、請求項２７に記載の生体信号の測定のための電極ベルト装置。
31. 前記ベルトユニットは、長手方向に沿って内部が空になったスペースを備え、
    前記ケーブルユニットは、前記ベルトユニットの内部空間に長手方向に挿入される、請求項２７に記載の生体信号の測定のための電極ベルト装置。
32. 前記ベルトユニットは、内部に挿入された前記ケーブルユニットの前記電極部を露出させることができる露出孔が複数個設けられる、請求項３１に記載の生体信号の測定のための電極ベルト装置。
33. 前記ベルトユニットについて前記ケーブルユニットが、少なくとも１つの測定モジュールにモジュール化可能であり、
    前記少なくとも１つの測定モジュールは、接続ユニットにより長手方向に互に接続可能な、請求項２７に記載の生体信号の測定のための電極ベルト装置。
34. 前記接続ユニットは、弾性材で形成される、請求項３３に記載の生体信号の測定のための電極ベルト装置。
35. 測定しようとする測定対象体に装着できるように長手方向に延長された形状を有し、少なくとも１つ設けられるが、長手方向に伸縮可能なベルトユニットと、
    前記測定対象体の周囲に沿って装着できるように、少なくとも１つ設けられるが、長手方向に沿って前記測定対象体と接触して、内部の電流分布を形成させ誘導電圧を測定するための少なくとも一対の電極部が設けられるケーブルユニットと
    を含み、
    前記ケーブルユニットは、長手方向に折れたり広がったりすることができるように、前記ベルトユニットと結合される生体信号の測定のための電極ベルト装置。
36. 前記ベルトユニットは、シリコン材または繊維型弾性チューブ材で形成され、
    前記ケーブルユニットには、前記電極部と、前記電極部と電気的に接続可能な非フレキシブルプリント回路基板の切れ（部分）、フレキシブルプリント回路基板の切れ（部分）、シリコン基板上に伝導性塗料で印刷された切れ（部分）及び繊維型基板の内、少なくともいずれか１つを含む回路部が長手方向に互に離隔されるように複数個設けられるフレキシブルプリント回路基板、導電糸を含む繊維ベルト及び伝導性ペイントされた高分子基板の内、少なくともいずれか１つを含む、請求項３５に記載の生体信号測定のための電極ベルト装置。
37. 前記ベルトユニットを貫通する結合突起が前記ケーブルユニットに少なくとも１つ設けられ、前記結合突起は、前記ベルトユニットとケーブルユニットの機械的な結合と電気的結線させる繊維、導電性高分子または金属材の内、いずれか１つで形成される電極を含む、請求項３５に記載の生体信号の測定のための電極ベルト装置。
38. 前記ベルトユニットは、内部が空になったスペースを備え、
    前記ケーブルユニットは、前記ベルトユニットの伸縮範囲に対応するように折り畳み可能な長さを有し、前記ベルトユニットの内部空間に長手方向に挿入される、請求項３５に記載の生体信号の測定のための電極ベルト装置。
39. 前記ベルトユニットは、内部に挿入された前記ケーブルユニットの前記電極部を露出させることができる露出孔が複数個設けられる、請求項３８に記載の生体信号を測定のための電極ベルト装置。
40. 前記ケーブルユニットは、前記ベルトユニットに結合可能である少なくとも１つの測定モジュールにモジュール化可能であり、
    前記少なくとも１つの測定モジュールは、接続ユニットにより長手方向に互に接続可能な、請求項３５に記載の生体信号の測定のための電極ベルト装置。
41. 前記接続ユニットは、弾性材で形成される、請求項４０に記載の生体信号の測定のための電極ベルト装置。
    
    

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