KR100759948B1 - 생체신호의 측정을 위한 스마트 의복 - Google Patents

생체신호의 측정을 위한 스마트 의복 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생체신호의 측정을 위한 스마트 의복에 관한 것으로, 보다 상세하게는 의복 사용자의 편리성을 제고시키고 생체신호 측정의 정확성을 기할 수 있는 스마트 의복에 관한 것이다.
본 명세서에서 개시하는 생체신호의 측정을 위한 스마트 의복은 전기 전도성을 가진 직물(fabric)로 구현되고, 생체신호를 감지하는 전극; 상기 감지된 생체신호를 전송하기 위한 생체신호 전송 선로; 상기 선로에 연결되고, 상기 생체신호를 전달받아 그 생체신호와 관련된 신체상태 정보를 측정하는 생체신호 측정부; 및 상기 측정부를 수납할 수 있는 주머니를 포함하여 본 발명의 기술적 사상을 구체화하고 상기와 같은 목적 및 기술적 과제를 달성한다.

Description

생체신호의 측정을 위한 스마트 의복{Garment apparatus for measuring physiological signal}
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 생체신호 측정용 스마트 의복의 정면도이다.
도 2a는 생체신호를 감지하는 전극의 단면도이고, 도 2b는 그 횡단면도이다.
도 3a는 턱(tuck)으로 구현된 생체신호 전송 선로의 정면도이고, 도 3b는 그 단면도이다.
도 4는 전도성 실로 구현되는 전송 선로의 절연을 위한 구성 및 커넥터의 평면도이다.
도 5는 의복 외부에 부착되어 생체신호 측정부를 소지할 수 있는 주머니의 정면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 생체신호 측정용 스마트 의복을 마네킹에 착용시킨 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 생체신호 측정부와 외부 단말기와의 통신이 이루어지는 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명은 생체신호의 측정을 위한 스마트 의복에 관한 것으로, 보다 상세하게는 의복 착용자의 착용감과 편리성을 제고시키고 생체신호 측정의 정확성을 기할 수 있는 스마트 의복에 관한 것이다.
생활수준이 향상됨에 따라 건강에 대한 관심이 증가되고 있으며, 평균연령이 점차 고령화됨에 따라 혼자 사는 독거노인이 증가하는 등 건강 모니터링 시스템에 대한 관심 및 필요성이 점차 증가되고 있으며, 정보통신 기술의 발달로 언제 어디서나 생체정보를 실시간으로 획득하여 사용하고자 하는 사용자요구가 증가하고 있는 추세이다. 따라서 항상 착용하는 의복에 생체신호 측정용 센서와 측정 모듈을 넣어 일상생활에서 생체신호를 측정하는 방법들이 개발되고 있다.
생체신호 측정용 의복에 관한 기존의 것들을 살펴보면, 첫째 선택적으로 착탈 가능하며 착용이 가능한 전극/센서를 이용한 것이 있는데, 이는 벨크로사의 HI-MEG를 이용하여 의복에 전극/센서를 탈/부착 용이하게 하고, 피부와의 접촉이 잘 되며 전도성을 주기 위해서 전극 위에 도전성 실리콘을 두었다. 그러나 생체신호 측정할 때 전극을 탈/부착해야 하므로 사용에 있어서 매우 불편하다.
둘째 의복의 중간부분을 접어서 겹쳐 입어 전극을 고정시키는 것이 있는데, 이는 생체신호를 측정할 때 움직임에 의해서 전극이 피부에서 떨어지거나 미끄러지는 일이 발생하는 문제점이 있어서 생체신호의 측정에 정확성을 기할 수 없는 문제가 있다.
셋째 고탄력의 밴드를 사용하여 전극을 고정하는 것이 있는데, 이는 전극의 고정을 위해서 elastaine 밴드로 고정을 하는데 이는 착용자에게 불편함을 증가시킨다. 위와 같은 기존의 생체신호 측정용 의복들은 일상생활에서 불편하거나 움직임에 의한 영향을 많이 받는 단점이 있다.
본 발명은 기존 생체신호 측정용 의복의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적 및 이루고자 하는 기술적 과제는 의복 착용자의 착용감과 편리성을 최대화하면서 생체신호 측정의 정확성을 기하기 위해 생체신호의 질을 유지시키는 생체신호의 측정을 위한 스마트 의복을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 기술적 사상을 구체화하고 상기와 같은 목적 및 기술적 과제를 달성하기 위해 본 명세서에서 개시하는 생체신호의 측정을 위한 스마트 의복은
전기 전도성을 가진 직물(fabric)로 구현되고, 생체신호를 감지하는 전극; 상기 감지된 생체신호를 전송하기 위한 생체신호 전송 선로; 상기 선로에 연결되고, 상기 생체신호를 전달받아 그 생체신호와 관련된 신체상태 정보를 측정하는 생체신호 측정부; 및 상기 측정부를 수납할 수 있는 주머니를 포함하여 본 발명의 기술적 사상을 구체화하고 상기와 같은 목적 및 기술적 과제를 달성한다.
아울러, 상기 전극의 주위에 점착성 실리콘을 도포하여 피부와 상기 전극 사이의 접촉 저항을 감소시킴으로써 상기 전극이 생체신호를 감지하는 경우 발생되는 노이즈를 제거할 수 있도록 하여 본 발명의 기술적 사상을 구체화하고 상기와 같은 목적 및 기술적 과제를 달성한다.
이해의 편의를 위해 본 발명의 기술적 사상을 우선 제시하면, 본 발명은 생체신호를 감지하기 위한 직물(fabric) 전극 주위에 점착성 실리콘을 도포하여 피부와 전극의 접촉을 강하게 하여 의복 착용자의 움직임에도 피부와의 접촉을 안정하게 유지할 수 있도록 하며, 피부와 전극 사이의 접촉저항을 감소시켜 생체신호를 감지/모니터링 할 때 발생되는 노이즈를 감소시키도록 하는 것이다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 명확화하고 본 발명의 목적 및 기술적 과제를 달성하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 실시예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 생체신호 측정용 스마트 의복의 정면도이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 생체신호 측정용 스마트 의복(10)은 생체신호를 감지하기 위한 전극(101), 전극(101)이 피부표면에서 떨어지지 않게 고정하는 점착용 실리콘(103), 생체신호를 생체신호 측정부(30)로 전송하는 생체신호 전송 선로(104), 선로(104)를 외부에 대해 절연시키고 의복에 고정시키는 턱(tuck, 105), 생체신호 측정부를 소지할 수 있는 주머니(106)로 구현된다.
도 2a는 생체신호를 감지하는 전극의 단면도이고, 도 2b는 그 횡단면도이다.
전극(101)은 전기 전도성이 있는 천(fabric)으로 구현되어 생체신호를 감지 하는 역할을 하며 실로 짜여진 전극(knitted electrode)에 비해 촉감이 좋고 세탁이 가능하다. 전극(101)의 구현재료인 전기 전도성 천은 니켈/구리 폴리에스테르(Ni/Cu polyester), 니켈/구리 폴리에스테르 태피터(Ni/Cu polyester taffeta), 니켈/구리 나일론(Ni/Cu nylon), 니켈/구리 폴리에스테르 메시(Ni/Cu polyester mesh) 등과 같은 전기 전도성이 있는 천이나, 주석, 은/염화은 필름(Ag/AgCl film), 스테인레스 스틸 등의 박막 등으로 구현된다. 한편, 대부분의 생체신호 감지용 전극에는 전해질 젤이 있으나, 본 발명에 있어서는 전해질 젤이 없는 건성 전극의 형태로 만들어진다.
쿠션포(102)는 의복(10)과 전극(101) 사이에 채워지며, 의복(10)과 전극(101)의 압력에 의해 압착이 되어 전극(101)과 피부의 접촉을 강하게 해주는 역할을 한다.
전극(101)의 주위에는 약 10 mm ~ 20 mm, 두께는 약 0.5 ~ 1 mm의 크기로 점착성 실리콘(103)을 도포하여 전극(101)과 피부 표면의 접착력을 강하게 하여 일상생활이나 운동 같은 움직임이 발생하더라도 전극(101)이 떨어지거나 미끄러지는 것을 최소화시키며, 이는 피부와 전극 사이의 접촉저항을 감소시켜 생체신호를 감지/모니터링 할 때 발생되는 노이즈를 감소시키도록 한다.
도 3a는 생체신호 전송 선로의 절연을 위한 턱(tuck)의 정면도이고, 도 3b는 그 단면도이다.
턱(tuck, 105)은 의복 표면(10)을 약 2 ~ 4 mm 이내로 밖으로 접어 봉제하여 만들고, 전도성 실(thread)로 구현되는 생체신호 전달 선로(104)를 턱(tuck)(105) 내부에 삽입하여 코디드 턱(corded tuck)의 형태로 외부와 절연을 시킨다. 턱(tuck) 선을 곡선으로 봉제하여 턱(tuck) 내부의 전송 선로(104)는 착용자의 움직임에 의한 의복의 신장 및 굴곡에 자유롭게 대응할 수 있어 의복의 형태적인 변형이 없이 생체신호를 전송하게 한다.
그리고 턱(tuck)의 구성 및 형태는 생체신호 전송 선로(104)를 의복에서 어떠한 위치에도 자유롭게 배치시킬 수 있다. 본 발명에서는 의복(10)의 표면에 턱(tuck)을 만들어 그 속에 생체신호 데이터 전송로를 삽입하지만, 탄력이 없는 소재의 의복인 경우 심씰링(seam sealing)용 열융착 테이프나 접착제를 이용해서 의복 표면에 절연성 섬유물(22)과 함께 접착하여 자유롭게 재배치 가능하다.
도 4는 전도성 실로 구현되는 선로의 절연을 위한 구성 및 커넥터의 평면도이다.
전극(101)에 의해 감지된 생체신호는 전기 전도성 실(thread)로 만들어진 선로(104)를 통해 커넥터(21)에 연결된 생체신호 측정부(30)로 전달된다. 선로(104)는 벨기에의 베카르트(BEKAERT)에서 제조한 VN 12/2x275/175S 의 전도성 실을 사용하였고, 이 실은 아주 작은 수 마이크로의 순수 스테인레스 스틸(100% stainless steel) 수 십 가닥을 엮어서 제조되었는데, 이 실의 전기적 저항은 0.2 ohm/cm로 아주 적어 데이터 전송으로 사용하기에 충분하다. 본 발명에서는 베카르트의 VN 12/2x275/175를 사용하였으나, 전도성이 좋으며 유연한 다른 재질의 전도성 실로도 선로(104)를 구현할 수 있다.
선로(104)의 절연을 위해 상기의 턱(tuck)(105)뿐만 아니라 선로(104)로 사 용한 전도성 실(thread)을, 나일론이나 폴리에스테르 등과 같은 절연성 섬유물(22)로 제직되는 스트링(string)을 구현하여, 그 내부에 삽입한다. 1 가닥 혹은 그 이상으로 구현되는 스트링(string)은 종단을 내부에 삽입하여 절연성 실(thread)로 세폭 직물(narrow width fabric)을 제직한다.
이러한 전송 선로의 절연방법은 스테인레스 스틸사인 전기 전도성 실(thread)이 인체의 움직임으로 의복 소재 및 피부와 마찰하여 발생하는 미세한 금속의 탈락을 방지하여 금속사 사용에 의해 유발되는 문제점을 해결할 수 있다. 상기 세폭 직물에 생체신호 측정부(30)와 상호 연결시키는 표준 커넥트(21)를 부착하기 위하여 세폭 직물을 구성하는 전기 전도성 실(thread)의 간격은 2.54 mm로 한다.
생체신호가 선로(104)를 통해 생체신호 측정부(30)로 전달되게 되게 하기 위해 선로(104)와 생체신호 측정부(30)를 상호 연결시키는 커넥터(21)가 선로(104)의 종단에 부착된다. 커넥터(21)는 절연성 스트링(22)을 뚫고 선로(104)에 연결되는 컨택트(contact)와 이를 둘러싼 외부 절연물인 덮개(housing)로 만들어진다.
생체신호 전달용 데이터 전송로 즉 선로(104)는, 도 4에 제시된 바와 같이, 신체 여러 부분으로부터의 감지된 생체신호를 생체신호 측정부(30)로 전달하기 때문에 벌크(bulk) 형태로 구현된다.
도 5는 의복 외부면에 부착되어 생체신호 측정부를 소지할 수 있는 주머니의 정면도로, 생체신호 측정부(30)는 신축성 있는 직물 소재를 사용하여 고정되거나, 주머니(106) 내부의 벨크로 띠(23)에 의해 고정되어 일상생활 중에서 측정부(30)의 움직임이 제한되어 활동에 있어서의 자유스러움을 확보할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 생체신호 측정용 스마트 의복을 마네킹에 착용시킨 도면으로 일상적인 의복과 전혀 위화감이 없으며, 턱(tuck, 105)의 곡선 및 주머니의 배치 등에 따라 의복(10)의 미적 효과를 강조할 수 있음도 보여주고 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 생체신호 측정부와 외부 단말기와의 통신이 이루어지는 구성을 나타낸 도면이다.
생체신호 측정 데이터 추출부(301)는 선로(104)로부터 전달된 생체신호로부터 심전도, 호흡, 가속도, 온도 등의 아날로그 데이터를 추출한다. 이때 전달된 생체신호는 매우 미약한 세기를 가지므로 생체신호의 측정을 위해서는 증폭이 필요하다. 따라서 생체신호 측정 데이터 추출부(301)는 소정의 증폭 회로를 구비하여 전달된 생체신호를 측정이 가능한 정도의 신호의 세기를 갖도록 증폭시킨 후 아날로그 데이터를 추출한다.
A/D 변환부(302)는 추출된 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환한다. 신체상태 값 계산부(306)는 디지털 데이터로부터 심박수, 호흡수, 운동량, 운동거리, 운동속도, 칼로리 소모량, 체온 등 신체상태 값을 계산하여 외부 단말기로 유선 내지는 무선 전송한다.
본 발명에서는 심전도, 호흡, 가속도, 온도 데이터를 처리한다고 하였으나 이 외에도 혈압, 산소포화도 등과 같은 다른 생체신호 측정 회로를 부가할 수 있으며, 특화된 모니터링 그룹을 위해서 심전도, 호흡, 가속도, 온도 등 부분별로 감시 하고자 할 때는 다른 생체신호 측정 회로는 제거가 가능하다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 따르면, 일반적인 의복 내면에 전극을 부착하여 생체신호를 측정할 수 있고 움직임 등에 의해서 발생할 수 있는 노이즈는 점착성 실리콘의 도포로써 제거할 수 있다. 그리고 의복에 턱(tuck)을 구현하여 생체신호 전송 선로를 삽입하고, 턱을 곡선으로 봉제하여 신장성이 없는 전송선로를 의복의 신장 및 굴곡에 원활하게 대응시키면서 의복의 패션성을 가미하였다. 또한 절연성 실(thread)을 이용한 제직을 통하여 전송 선로를 절연시켜 생체신호 전달의 안정성을 도모한다.
의복에 결합된 생체신호 감지 및 측정된 생체신호 데이터를 무선으로 전송하는 장치로서 일상생활 중에서 전극과 피부와의 접촉을 안정하게 유지하며 생체신호 모니터링이 가능하다는 장점이 있어 장시간 생체신호 모니터링이 가능하며, 이를 통해 현재의 건강상태를 체크하여 데이터베이스화하여 체계적인 건강관리 및 질병 예방에 도움을 줄 수 있다. 또한 운동선수는 운동 부하에 따른 생체신호 변화를 분석하여 운동능력 향상에 도움을 줄 수 있으며 소방관, 경찰관, 군인 등과 같은 고위험 직종의 종사자들이 착용하여 응급상황이나 위급상황을 예측하여 인명구조에 도움을 줄 수 있다.

Claims (7)

  1. 전기 전도성을 가진 직물(fabric)로 구현되고, 생체신호를 감지하는 전극;
    상기 감지된 생체신호를 전송하기 위한 생체신호 전송 선로;
    상기 선로에 연결되고, 상기 생체신호를 전달받아 그 생체신호와 관련된 신체상태 정보를 측정하는 생체신호 측정부; 및
    상기 측정부를 수납할 수 있는 주머니를 포함하며,
    상기 생체 신호 전송선로는 의복에 곡선으로 형성된 턱(tuck)의 내부에 삽입되어 외부에 대해 절연됨과 동시에 의복 소재의 신장 및 굴곡에 원활하게 대응되는 것을 특징으로 하는 생체신호의 측정을 위한 스마트 의복.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극의 주위에 점착성 실리콘을 도포하여 상기 전극과 피부 사이의 접촉 저항을 감소시킴으로써 상기 전극이 생체신호를 감지하는 경우 발생되는 노이즈를 제거할 수 있는 것을 특징으로 하는 생체신호의 측정을 위한 스마트 의복.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 의복이 비탄력 소재의 의복인 경우, 상기 선로 주위를 절연성 섬유물로 감싸 상기 의복의 표면에 심씰링(seam sealing)용 열융착 테이프나 접착제를 접착시켜 절연시키는 것을 특징으로 하는 생체신호의 측정을 위한 스마트 의복.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 주머니 내부에 벨크로 띠를 구비시키고, 상기 생체신호 측정부는 상기 벨크로 띠에 의해 상기 주머니에 고정되는 것을 특징으로 하는 생체신호의 측정을 위한 스마트 의복.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 주머니의 소재로 신축성 직물을 사용하여 상기 생체신호 측정부를 고정시키는 것을 특징으로 생체신호의 측정을 위한 스마트 의복.
  7. 제 1 항에 있어서, 생체신호 측정부는
    상기 전달받은 생체신호를 증폭한 후 관련된 데이터를 추출하는 생체신호 측정 데이터 추출부; 및
    상기 추출된 데이터로부터 신체 상태를 나타내는 값을 계산하여 이를 외부 단말기에 유선 또는 무선으로 전송하는 신체상태 값 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체신호의 측정을 위한 스마트 의복.
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