KR100773447B1 - 생체용 전극 및 생체 신호 측정장치 - Google Patents

생체용 전극 및 생체 신호 측정장치 Download PDF

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Abstract

생체신호 측정장치는 신체에 부착되는 생체용 전극 및 생체용 전극에 부착되는 신호 처리 부재를 포함한다. 생체용 전극은 관통 홀을 포함하는 절연 시트, 절연 시트의 상면에 형성되는 장치 접촉부 및 절연 시트의 저면에 형성되며 관통 홀을 통해 장치 접촉부와 일체로 형성되는 신체 접촉부를 포함하며, 신호 처리 부재는 장치 접촉부와 면접하기 위해 외부로 노출된 단자, 아날로그 신호처리부, A/D 신호변환부 및 디지털 신호처리부를 포함한다. 생체용 전극에서 장치 접촉부와 신체 접촉부가 도전성 및 점착성을 갖는 물질로 형성되어 신호 처리 부재를 바로 부착시킬 수 있으며, 노이즈 발생을 억제하여 정확한 생체신호를 측정할 수가 있다.
생체용 전극

Description

생체용 전극 및 생체 신호 측정장치{ELECTRODE FOR LIVING BODY AND DEVICE FOR DETECTING LIVING SIGNAL}
도 1은 종래의 생체용 전극 및 생체신호 측정기를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 도 1의 생체용 전극이 부착된 상태를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체용 전극 및 생체신호 측정장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 도 3의 생체용 전극 및 생체신호 측정장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 도 3의 신호 처리기의 기능을 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체신호 측정장치 및 생체용 전극을 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체용 전극 및 생체신호 측정장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 8은 도 7의 생체용 전극 및 생체신호 측정장치를 설명하기 위한 평면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100：생체신호 측정장치 110：신호 처리기
120：아날로그 신호 처리부 130：A/D 변환부
140：디지털 신호 처리부 150：무선 송신 모듈
200：생체용 전극 210：절연 시트
220：전극 부재 222：장치 접촉부
224：신체 접촉부
본 발명은 생체용 전극에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 본 발명은 생체로부터 얻어지는 전기적 신호를 손실 없이 전달할 수 있으며, 간단한 전극 구조를 형성할 수 있는 생체용 전극 및 그 전극을 이용한 생체신호 측정장치에 관한 것이다.
신체의 일종의 도체이며, 신체 내에는 많은 미량의 전류가 발생한다. 따라서 신체로부터 이러한 미량의 전류를 감지하거나 외부 자극에 대한 전류의 변화량을 감지하여 신체 내부의 특성을 측정할 수가 있다. 일반적으로 이러한 원리를 이용하여 심전도(ECG), 근전도(EMG), 뇌전도(EEG), 피부저항(GSR), 안구운동(EOG), 신체온도, 맥박, 혈압 및 신체 움직임 등을 측정할 수 있으며, 이러한 생체신호의 변화를 감지하기 위해 생체용 전극이 사용된다.
도 1은 종래의 생체용 전극 및 생체신호 측정기를 설명하기 위한 사시도이며, 도 2는 도 1의 생체용 전극이 부착된 상태를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 생체용 전극(10)은 절연성을 가지며 원형으로 형성된 점착성 시트(20) 및 금속 전극(30)을 포함한다. 금속 전극(30)은 도전성을 갖는 재질로 형성되며, 하부에서 넓게 형성된 밀착부(32)와 밀착부(32)의 중앙에 돌출 형성된 고정 돌기(34)를 포함한다. 점착성 시트(20)의 중앙에는 홀이 형성되어 고정 돌기(34)를 통과시킬 수 있으며, 고정 돌기(34)는 홀을 통해 점착성 시트(20)의 외부로 노출될 수 있다. 점착성 시트(20)의 저면에는 점착성 물질이 도포되어 생체용 전극(10)를 신체의 피부에 밀착시킬 수 있다.
생체신호 측정기(1)는 메인 컨트롤러(40), 생체용 전극(10) 및 접속 케이블(50)를 포함한다. 접속 케이블(50)의 단부에는 소켓(52)이 장착되며, 소켓(52)에는 고정 돌기(34)와 결속되기 위한 홈이 형성되어 금속 전극(30)과 전기적으로 연결될 수가 있다. 접속 케이블(50)은 소켓(52)을 이용하여 생체용 전극(10)과 연결될 수 있으며, 반대쪽의 플러그를 이용하여 메인 컨트롤러(40)와 연결될 수 있다. 생체용 전극(10)이 신체에 부착된 상태에서 메인 컨트롤러(40)는 필요한 생체신호를 측정할 수 있으며, 수집된 신호들로부터 심전도(ECG), 근전도(EMG), 뇌전도(EEG), 피부저항(GSR), 안구운동(EOG), 신체온도 등을 측정할 수가 있다.
일반적으로 생체용 전극(10)의 저면으로는 금속 전극(30)이 직접 노출되어 있으며, 주변의 점착성 시트(20)가 있다고 해도 금속 전극(30)과 피부 간의 접촉이 불안정하게 유지될 수 있다. 따라서 젤(gel) 상태의 전해 물질(60)이 피부에 도포되며, 전해 물질을 매개로 피부와 금속 전극(30)이 비교적 안정된 연결 상태를 유지할 수 있다.
하지만, 젤을 사용한다고 해도, 종래의 생체용 전극을 이용한 연결은 여러 변수를 포함한다. 즉, 피부부터 메인 컨트롤러(40)까지 피부-젤-금속 전극(30)-소켓(52)-메인 컨트롤러(40)의 과정을 거쳐 생체 신호가 전달되는 동안 생체신호가 약해지거나 노이즈가 발생할 수가 있다. 특히, 금속 전극(30)과 소켓(52)은 고정 돌기(34)에 점(point) 접촉을 하기 때문에 전기적 연결 상태가 매우 불안하며, 정확한 측정을 방해하는 가장 큰 이유가 될 수 있다.
특히, 생체용 전극은 소모품으로서 일반적으로 일회용으로 사용되고 있다. 따라서 생체용 전극을 사용할 때마다 새로운
또한, 고정 돌기(34)와 소켓(52)을 이용하는 스냅(snap)은 생체신호 측정기를 소형화하는 데에 유리하지가 않다. 왜냐하면, 금속 전극(30)에 고정 돌기(34)를 형성하여야 하기 때문에 전극을 납작하게 형성할 수가 없으며, 소켓(52)을 이용하여 금속 전극(30)과 접속되기 때문에 소켓(52) 간의 최소 간격을 확보하여야 하며 그 결과 생체용 전극(10)의 면적을 작게 할 수가 없기 때문이다.
본 발명은 상술한 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 일 목적은 생체용 전극과 접속 케이블 간의 연결을 안정하게 유지할 수 있는 생체용 전극 및 생체신호 측정장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 목적은 간단한 구조를 가짐으로써 미량의 전류를 그대로 전달할 수 있으며, 노이즈 발생을 억제할 수 있는 생체용 전극 및 생체신호 측정장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 목적은 하나의 패드 상에 복수의 생체용 전극을 동시에 형성할 수 있으며, 소형화 및 슬림화가 가능한 생체용 전극 및 생체신호 측정장치를 제공하는 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 생체용 전극은 관통 홀을 포함하며 절연성 재질을 이용하여 형성된 시트 부재 및 관통 홀을 통해 시트 부재의 상하면에 형성되는 전극 부재를 포함한다. 전극 부재는 시트 부재의 상면에서 측정장치의 단자와 면접하는 장치 접촉부 및 시트 부재의 저면에서 피부에 접하는 신체 접촉부를 포함한다. 장치 접촉부 및 신체 접촉부가 관통 홀을 통해서 연결되어 있으며, 장치 접촉부는 도전성 재질로 형성되어 측정장치의 단자와 넓은 면적을 통해서 전기적으로 연결될 수가 있다. 피부를 통해서 전달되는 미세 전류는 전극 부재 및 단자로 이루어진 간단한 경로를 통해서 전달되며, 점 접촉이 아닌 면 접촉을 통해서 연결되기 때문에 S/N 비율을 향상시킬 수가 있다.
장치 접촉부 및 신체 접촉부는 하이드로 젤(hydro-gel)과 같이 도전성 및 점착성을 갖는 물질을 이용하여 형성될 수 있으며, 하이드로 젤을 시트 부재의 양면에서 압축 성형하여 형성할 수가 있다. 돌기 및 수용부 간의 점 접촉을 통해서 전기적 신호를 전달하는 종래의 전극과는 달리, 본 발명의 전극은 장치 접촉부 및 단자 간의 면 접촉을 통해서 전기적 신호를 전달할 수가 있다. 또한, 하이드로 젤은 자체적으로 점착성을 갖기 때문에 돌기나 스냅을 이용하지 않아도 단자 또는 생체신호 측정기 자체를 전극 상에 부착시킬 수가 있다.
일반적으로 종래의 전극은 돌기 및 수용부를 형성하여야 하기 때문에 전극을 작게 만드는 것에 대해 하한(lowest limit)가 있다. 하지만, 본 발명에서는 장치 접촉부 및 신체 접촉부를 다양한 크기 및 형상으로 만들 수 있으며, 이들 접촉부를 얇은 평판 형상(planar shape)으로 형성할 수 있어 두께도 얇게 만들 수 있다. 또한, 접촉하는 부분도 서로 면접하는 간단한 구조를 갖기 때문에 두께를 얇게 할 수 있는 것은 물론, 피부부터 회로까지의 신호 전달 과정을 짧게 유지하고 동적 잡음도 줄일 수가 있다.
또한, 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 생체신호 측정장치는 신호 처리 부재 및 생체용 전극 부재를 포함한다. 신체 처리 부재는 외부로 노출되는 복수개의 단자, 단자들로부터 전달되는 아날로그 신호를 처리하기 위한 아날로그 신호처리부, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D 신호변환부 및 변환된 디지털 신호를 처리하기 위한 디지털 신호처리부를 포함한다. 생체용 전극 부재는 복수개의 관통 홀을 포함하는 절연 시트, 절연 시트의 상면에서 평판형으로 형성되며 상호 전기적으로 분리되는 복수개의 장치 접촉부 및 절연 시트의 저면에서 평판형으로 형성되며 상호 전기적으로 분리되고 상기 관통 홀을 통해 각각의 장치 접촉부와 독립적으로 연결되는 신체 접촉부를 포함한다. 장치 접촉부와 신체 접촉부는 도전성 및 점착성을 갖는 물질을 이용하여 형성되어 단자와 전기적으로 연결될 수 있으며, 별도의 돌기를 사용하지 않더라도 부착된 상태를 유지할 수가 있다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명 하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체용 전극 및 생체신호 측정장치를 설명하기 위한 사시도이며, 도 4는 도 3의 생체용 전극 및 생체신호 측정장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 생체신호 측정장치(100)는 신호 처리기(110) 및 생체용 전극(200)을 포함한다. 생체용 전극(200)은 측정하고자 하는 신체에 부착되며, 신호 처리기(110)는 생체용 전극(200) 상에 부착된다. 생체용 전극(200)을 신체에 부착하기 위해서 전해 물질을 포함하는 전해 크림이 사용될 수 있으며, 전해 크림을 피부 상에 도포한 후 생체용 전극(200)을 부착할 수 있다. 그리고, 부착된 생체용 전극(200) 상에 신호 처리기(110)를 부착하는데, 이때 신호 처리기(110)의 단자(115)가 생체용 전극(200)과 전기적으로 연결된다. 단자(115)와 생체용 전극(200)은 평평한 접촉면을 통해 면접하기 때문에 넓은 접촉 면적을 가지며, 넓은 면을 이용하기 때문에 저항을 줄일 수 있다. 따라서 신체 내의 미약한 전기도 신호 처리기(110)의 단자(115)로 효율적으로 전달할 수 있다.
생체용 전극(200)는 절연 시트(210) 및 전극 부재(220)를 포함한다. 절연 시트(210)는 비도전성(nonconductive) 또는 절연(insulating) 물질을 이용하여 형성되며, 일반적으로 종이 또는 절연성 수지 등을 이용하여 제공될 수 있다. 절연 시트(210)는 대략 원형 또는 기타 다각형 형상으로 형성되며, 그 중앙에는 관통 홀(212)이 형성된다. 관통 홀(212)은 절연 시트(210)의 상하로 존재하는 전극 부재(220)의 부분들을 일체로 연결할 수 있으며, 전극 부재(220)는 관통 홀(212)을 통 해서 연결되는 장치 접촉부(222) 및 신체 접촉부(224)를 포함한다.
본 실시예에서는 하나의 절연 시트(210)에 하나의 관통 홀(212)이 형성되고, 하나의 전극 부재(220)가 제공된다. 다르게는, 다양한 정보를 한번에 획득하기 위해서 하나의 생체용 전극에서 여러 지점의 변화를 측정할 수가 있다. 이때 하나의 절연 시트에 복수의 관통 홀이 형성되고, 각 관통 홀에 대응하는 전극 부재가 각각 독립적으로 제공될 수도 있다. 신호 처리기 역시 복수의 단자를 포함하며, 각 단자는 각각 대응하는 장치 접촉부에 일대일 관계를 유지하며 전기적으로 연결될 수 있다. 다만, 본 실시예에서는 하나의 생체용 전극(200)에 하나의 전극 부재(220)만 제공되며, 두 개 이상의 생체용 전극(200)이 생체신호 측정장치(100)에 연결되어 각각 필요한 기능을 수행할 수 있다. 참고로, 도 1 및 도 2에 도시된 생체용 전극(10)도 전선 끝에 하나씩 장착되어 기능을 수행하며, 본 실시예의 생체용 전극(200)도 하나씩 신체에 부착되어 수집된 신호들로부터 심전도(ECG), 근전도(EMG), 뇌전도(EEG), 피부저항(GSR), 안구운동(EOG), 신체온도 등을 측정할 수가 있다.
다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 전극 부재(220)를 구성하는 장치 접촉부(222) 및 신체 접촉부(224)는 도전성 및 점착성을 갖는 물질을 이용하여 형성되며, 전극 부재(220)는 신체의 미세 전기를 신호 처리기(110)로 전달할 수 있다. 또한, 장치 접촉부(222)가 점착성을 갖기 때문에 신호 처리기(110)의 저면을 부착시킬 수 있으며, 종래와 같은 돌기 및 홈으로 이루어진 암수 결합 관계를 형성하지 않더라도, 유효한 부착력을 유지할 수 있다. 도전성 및 점착성을 갖는 물질은 다양하게 선택될 수 있지만, 일반적으로 하이드로 젤이 많이 사용되고 있다.
장치 접촉부(222) 및 신체 접촉부(224)는 일체로 연결되어 있으며, 이는 용융 또는 유동 상태에 있는 하이드로 젤을 절연 시트(210)의 양면에서 성형하여 제작할 수가 있다. 구체적으로, 관통 홀(212)의 주변에 일면 또는 양면에 유동 상태의 하이드로 젤을 분사하고, 절연 시트(210)의 상하면에서 금형으로 압축하여 장치 접촉부(222) 및 신체 접촉부(224)를 한번에 성형할 수가 있다.
절연 시트(210) 및 전극 부재(220)는 유연성을 가지고 변형할 수 있으며, 부착되는 부분의 형상에 적응하면서 용이하게 부착될 수 있다. 또한, 생체용 전극(200)을 용이하게 부착시키기 위해서, 신체 접촉부(224)의 주변에 있는 절연 시트(210)의 가장자리를 접착성 물질로 도포할 수도 있다.
신호 처리기(110)의 저면에는 금속 재질의 단자(115)가 노출되어 있으며, 신호 처리기(110)의 저면이 장치 접촉부(222) 상에 위치하도록 하여 신호 처리기(110)를 생체용 전극(200)에 부착시킬 수가 있다. 단자(115)와 장치 접촉부(222)가 평평한 접촉면을 통해 서로 부착되기 때문에, 단자(115)는 넓은 면을 통해서 장치 접촉부(222)와 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서 장치 접촉부(222) 및 단자(115) 간의 전달 효율을 증가시킬 수 있으며, 그 결과 S/N 비율(Signal-to-Noise ratio)을 향상시킬 수가 있다.
또한, 장치 접촉부(222)는 점착성을 갖기 때문에 별도의 고정 구조를 갖지 않아도 신호 처리기(110)와의 결합된 상태를 유지할 수가 있다. 신호 처리기(110)는 외부의 장치와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있으며, 신체에 착용된 상태를 유지하면서 착용자의 심전도(ECG), 근전도(EMG), 뇌전도(EEG), 피부저항(GSR) 등의 생체 신호 자료를 전달할 수가 있다. 종래에는 신호 처리기를 생체용 전극에 부착하기 위해서 돌기/홈을 이용한 체결구조를 사용하였으나, 본 실시예의 장치 접촉부(222)는 하이드로 젤이 갖는 점착성을 이용하여 결합된 상태를 유지한다.
도 4를 참조하면, 장치 접촉부(222)와 신체 접촉부(224)는 관통 홀(212)을 통해 연결되어 있으며, 구조적으로는 장치 접촉부(222)와 신체 접촉부(224)가 관통 홀(212)에 대응하는 홀 연결부(226)를 통해서 상호 연결되어 있다.
도 5는 도 3의 신호 처리기의 기능을 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 5를 참조하면, 신호 처리기(110)는 저면의 단자(115)로부터 순차적으로 연결된 아날로그 신호 처리부(120), A/D 변환부(130), 디지털 신호 처리부(140) 및 무선 송신 모듈(150)을 포함한다. 아날로그 신호 처리부(120)는 단자(115)로부터 전달되는 신체의 미세 전기, 즉 아날로그 형태의 신호를 증폭 또는 필터링을 하여 A/D 변환부(130)로 전달할 수 있다. A/D 변환부(130)가 전달된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 후, 디지털 신호 처리부(140)는 변환된 디지털 신호를 프로그램된 방법에 따라 처리한다. 그리고, 그 처리 결과는 무선 송신 모듈(150)을 통해 외부 장치로 전달될 수 있으며, 다르게는 내부 메모리에 저장될 수가 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체신호 측정장치 및 생체용 전극을 설명하기 위한 부분 단면도이다.
참고로, 도 6의 신호 처리기(110) 및 생체용 전극(201)은 도 5의 신호 처리기(110) 및 생체용 전극(200)과 거의 동일하다. 단, 도 6의 생체용 전극(201)은 도 5의 생체용 전극(200)에 비해 장치 고정부(230)를 더 포함한다.
도 6을 참조하면, 장치 고정부(230)는 장치 접촉부(222)의 상면 또는 그 주변에 형성되며, 신호 처리기(110)의 하부 가장자리를 수용할 수 있다. 따라서 신호 처리기(110)가 장치 접촉부(222)에 부착된 후, 신호 처리기(110)의 이동은 장치 고정부(230)에 의해서 제한될 수 있다. 장치 고정부(230)는 부착된 신호 처리기(110)가 생체용 전극(200)으로부터 용이하게 이탈되지 않도록 한다. 또한, 장치 고정부(230)는 비도전성 물질로 구성되어 절연 특성을 가지며, 연질의 고무나 폼(foam) 등으로 형성되어 신호 처리기(110)를 고정하기 위한 마찰력을 제공할 수 있다.
본 실시예에서 신호 처리기(110)는 케이블을 통해 외부의 장치와 연결되어 있으며, 디지털 신호 처리부에 의해서 처리된 결과는 케이블을 통해 외부의 장치로 전달될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체용 전극 및 생체신호 측정장치를 설명하기 위한 단면도이며, 도 8은 도 7의 생체용 전극 및 생체신호 측정장치를 설명하기 위한 평면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 생체신호 측정장치(300)는 신호 처리기(310) 및 생체용 전극(400)을 포함한다. 생체용 전극(400)은 측정하고자 하는 신체에 부착되며, 신호 처리기(310)는 생체용 전극(400) 상에 부착된다. 생체용 전극(400)을 신체에 부착하기 위해서 전해 물질을 포함하는 전해 크림이 사용될 수 있다. 생체용 전극(400) 상에는 신호 처리기(310)를 부착하는데, 신호 처리기(310)의 3개 단자(315)가 생체용 전극(400)과 각각 전기적으로 연결된다. 단자(315)와 생체용 전극(400)은 평평한 접촉면을 통해 면접하기 때문에 넓은 접촉 면적을 가지며, 넓은 면을 이용하기 때문에 저항을 줄일 수 있다. 따라서 신체 내의 미약한 전기도 단자(315)의 넓은 접촉면을 이용하여 효율적으로 전달할 수 있다.
생체용 전극(400)는 절연 시트(410) 및 전극 부재(420, 430, 440)를 포함한다. 절연 시트(410)는 비도전성(nonconductive) 또는 절연(insulating) 물질을 이 용하여 형성되며, 일반적으로 종이 또는 절연성 수지 등을 이용하여 제공될 수 있다. 절연 시트(410)는 밴드 형상으로 길게 연장되며, 절연 시트(410)를 따라 3개의 전극 부재(420, 430, 440)가 나란히 형성되어 있다. 절연 시트(410)에는 3개의 관통 홀(412)이 직사각형 형상으로 형성되며, 절연 시트(410)의 길이 방향을 따라 평행하게 형성되어 있다. 관통 홀(412)은 절연 시트(410)의 상하로 존재하는 전극 부재(420)의 부분들을 일체로 연결할 수 있으며, 전극 부재(420, 430, 440)는 관통 홀(412)을 통해서 연결되는 장치 접촉부(422, 432, 442) 및 신체 접촉부(424, 434, 444)를 포함한다.
가장 좌측에 위치한 전극 부재(420)를 참조하면, 해당 전극 부재(420)에서 장치 접촉부(422)와 신체 접촉부(424)는 홀 연결부(426)를 통해서 연결되며, 홀 연결부(426)는 관통 홀(412) 내에 형성되어 있다. 전극 부재(420)를 구성하는 장치 접촉부(422) 및 신체 접촉부(424)는 홀 연결부(426)에 의해서 일체로 연결되어 있으며, 하이드로 젤과 같이 도전성과 점착성을 갖는 물질을 이용하여 형성된다. 상기 전극 부재(420)는 절연 시트(410)의 좌측에 해당하는 부분의 생체 신호를 감지하기 위한 용도로 사용된다. 가장 우측에 위치한 전극 부재(440)는 좌측의 전극 부재(420)와 대칭되는 구조를 갖는다.
중앙에 위치한 전극 부재(430)도 역시 장치 접촉부(432)와 신체 접촉부(434)를 포함하며, 장치 접촉부(432) 및 신체 접촉부(434) 역시 홀 연결부(436)을 통해 서로 연결되어 있다. 다만, 중앙에 위치한 전극 부재(430)에서 장치 접촉부(432)와 신체 접촉부(434)는 상하 동일한 중심을 갖는다.
도 7를 살피면, 좌측에 있는 전극 부재(420)의 장치 접촉부(422)와 신체 접촉부(424)는 상하로 어긋난 위치에 배치되며, 단 공통된 관통 홀(412) 영역을 통해서 상호 연결되어 있다. 상하로 배치되는 장치 접촉부와 신체 접촉부는 상하로 동일한 중심에 형성될 수 있으며, 어긋난 위치에도 형성될 수 있다. 더 나아가 상하로 공통되는 영역 없이 형성될 수도 있다. 따라서 신체 접촉부(424, 434, 444)의 위치 및 상호 간격과는 무관하게 장치 접촉부(422, 432, 442)의 위치를 변경할 수 있으며, 편의에 따라 원하는 영역 내에 집중시킬 수도 있다. 장치 접촉부(422, 432, 444)의 위치를 집중시킴으로써, 신호 처리기(310)의 크기를 작게 할 수 있으며, 생체신호 측정장치의 크기를 더 축소화하는 것이 가능해진다.
전극 부재(420, 430, 440)는 각각의 영역에서 감지된 생체 신호를 신호 처리기(310)로 전달할 수 있다. 또한, 장치 접촉부(422, 432, 442)가 점착성을 갖기 때문에 신호 처리기(310)의 저면을 부착시킬 수 있으며, 유효한 부착력을 유지할 수 있다. 도전성 및 점착성을 갖는 물질은 다양하게 선택될 수 있지만, 일반적으로 하이드로 젤이 많이 사용되고 있다.
도시된 바와 같이, 장치 접촉부(422, 432, 442)의 주변으로 절연 접촉부(452)를 형성할 수 있으며, 절연 접촉부(452)는 장치 접촉부(422, 432, 442)와 대략 동일한 두께로 형성되어 장치 접촉부(422, 432, 442)와 함께 신호 처리기(310)의 저면을 함께 지지할 수 있다. 절연 접촉부(452)는 비도전성 및 점착성을 갖는 물질로 구성될 수 있다. 절연 접촉부(452)가 비도전성을 갖기 때문에 장치 접촉부(422, 432, 442)를 상호 절연시킬 수 있으며, 점착성을 갖기 때문에 장치 접촉부와 함께 신호 처리기(310)를 부착할 수가 있다.
또한, 절연 시트(410)의 저면 및 신체 접촉부(424, 434, 444)의 주변으로 절연성을 갖는 접촉부가 형성되거나 절연성을 갖는 접착제가 도포될 수 있다. 본 실시예에서는 절연 접착부(454)가 형성되며, 신체 접촉부(424, 434, 444)와 함께 생체용 전극(400)을 피부에 부착시킬 수가 있다. 절연 시트(410) 및 전극 부재(420, 430, 440)는 유연성을 가지고 변형할 수 있으며, 부착되는 부분의 형상에 적응하면서 용이하게 부착될 수 있다.
신호 처리기(310)의 저면에는 금속 재질의 단자(315)가 나란히 노출되어 있으며, 신호 처리기(310)의 저면이 장치 접촉부(422, 432, 442) 상에 위치하도록 하여 신호 처리기(310)를 생체용 전극(400)에 부착시킬 수가 있으며, 각 단자(315)와 장치 접촉부가 쌍으로 상호 면접한다. 각 단자(315)와 장치 접촉부(422, 432, 442))가 평평한 접촉면을 통해 서로 부착되기 때문에, 단자(315)는 넓은 면을 통해서 장치 접촉부(422)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 각 단자(315)과 장치 접촉부 간의 연결은 서로 전기적으로 분리되어 있다. 따라서 장치 접촉부(422) 및 단자(315) 간의 독립적인 연결을 유지할 수 있으며, 전달 효율을 증가시킬 수 있고, 그 결과 S/N 비율(Signal-to-Noise ratio)을 전체적으로 향상시킬 수가 있다.
또한, 장치 접촉부(422, 432, 442)는 점착성을 갖기 때문에 별도의 고정 구조를 갖지 않아도 신호 처리기(310)와의 결합된 상태를 유지할 수가 있다. 신호 처리기(310)는 외부의 장치와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있으며, 신체에 착용된 상태를 유지하면서 착용자의 심전도나 근전도 등의 생체 신호 자료를 전달할 수 가 있다. 종래에는 신호 처리기를 생체용 전극에 부착하기 위해서 돌기/홈을 이용한 체결구조를 사용하였으나, 본 실시예의 장치 접촉부들은 하이드로 젤이 갖는 점착성을 이용하여 결합된 상태를 유지할 수 있다.
신호 처리기(310)는 저면의 단자(315)로부터 순차적으로 연결된 아날로그 신호 처리부, A/D 변환부, 디지털 신호 처리부 및 무선 송신 모듈을 포함한다. 아날로그 신호 처리부는 3개의 단자로부터 전달되는 생체 신호를 전달 받으며, 증폭 또는 필터링 등을 통해 A/D 변환부로 전달한다. A/D 변환부가 전달된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 후, 디지털 신호 처리부는 변환된 디지털 신호를 프로그램된 방법에 따라 처리하고, 처리 결과는 무선 송신 모듈을 통해 외부 장치로 전달될 수 있다.
장치 고정부(460)는 양 측에 위치한 장치 접촉부(422, 442)의 상면 또는 그 주변에 형성되며, 신호 처리기(310)의 양측 가장자리를 수용할 수 있다. 따라서 신호 처리기(310)가 장치 접촉부(422)에 부착된 후, 신호 처리기(310)의 이동은 장치 고정부(460)에 의해서 더 안정적으로 고정될 수 있다. 장치 고정부(460)는 비도전성 물질로 구성되어 절연 특성을 가지며, 연질의 고무나 폼(foam) 등으로 형성되어 신호 처리기(310)를 고정하기 위한 마찰력을 제공할 수도 있다.
본 실시예에서 신호 처리기(310)는 케이블을 통해 외부의 장치와 연결되어 있으며, 디지털 신호 처리부에 의해서 처리된 결과는 케이블을 통해 외부의 장치로 전달될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체용 전극 및 생체신호 측정장치를 설 명하기 위한 단면도이며, 도 10은 도 9의 생체용 전극을 설명하기 위한 평면도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 생체신호 측정장치(500)는 신호 처리기(510) 및 생체용 전극(600)을 포함한다. 생체용 전극(600)은 측정하고자 하는 신체에 부착되며, 신호 처리기(510)는 생체용 전극(600) 상에 부착된다. 또한, 신호 처리기(510)의 2개 단자(515)가 생체용 전극(600)과 각각 전기적으로 연결된다. 단자(515)와 생체용 전극(600)은 평평한 접촉면을 통해 면접하기 때문에 넓은 접촉 면적을 가지며, 넓은 면을 이용하기 때문에 저항을 줄일 수 있다.
생체용 전극(600)는 절연 시트(610) 및 전극 부재(620, 630)를 포함한다. 절연 시트(610)는 비도전성(nonconductive) 또는 절연(insulating) 물질을 이용하여 형성되며, 일반적으로 종이 또는 절연성 수지 등을 이용하여 제공될 수 있다. 절연 시트(610)의 양측으로 2개의 전극 부재(620, 630)가 제공되며, 절연 시트(610)의 양단으로부터 전극 부재(620, 630)가 외부로 노출된다. 또한, 전극 부재(620, 630)의 상면에는 다른 절연 시트(660)가 제공된다.
이전 실시예와는 달리, 절연 시트(610)에는 관통 홀이 없으며, 전극 부재(620, 630)의 외측 저면으로 노출된 부분이 신체 접촉부가 되며, 전극 부재(620, 630)의 내측 상면으로 노출된 부분이 장치 접촉부가 된다. 전극 부재(620, 630)는 하이드로 젤과 같이 도전성과 점착성을 갖는 물질을 이용하여 형성되기 때문에 생체용 전극(600)을 신체에 부착시킬 수 있으며, 전극 부재(620, 630)의 장치 접촉부가 내측에 집중되기 때문에 신호 처리기(510)의 크기를 작게 할 수 있으며, 생체신호 측정장치의 크기를 더 축소화하는 것이 가능해진다.
전극 부재(620, 630)는 각각의 영역에서 감지된 생체 신호를 신호 처리기(510)로 전달할 수 있다. 또한, 장치 접촉부가 점착성을 갖기 때문에 신호 처리기(510)의 저면을 부착시킬 수 있으며, 유효한 부착력을 유지할 수 있다.
또한, 절연 시트(610)의 저면 및 전극 부재(620, 630) 사이에는 점착성 물질이 도포되어 생체용 전극(600) 및 신체 간의 접착력 및 생체용 전극(600) 및 신호 처리기(510) 간의 접착력을 향상시킬 수가 있다.
신호 처리기(510)의 저면에는 금속 재질의 단자(515)가 나란히 노출되어 있으며, 신호 처리기(510)의 저면이 전극 부재(620, 630)의 장치 접촉부 상에 위치하도록 하여 신호 처리기(510)와 생체용 전극(600)에 부착시킬 수가 있으며, 각 단자(515)와 장치 접촉부가 쌍으로 상호 면접한다.
신호 처리기(510)는 저면의 단자(515)로부터 순차적으로 연결된 아날로그 신호 처리부, A/D 변환부, 디지털 신호 처리부 및 무선 송신 모듈을 포함한다. 아날로그 신호 처리부는 2개의 단자로부터 전달되는 생체 신호를 전달 받으며, 증폭 또는 필터링 등을 통해 A/D 변환부로 전달한다. A/D 변환부가 전달된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 후, 디지털 신호 처리부는 변환된 디지털 신호를 프로그램된 방법에 따라 처리하고, 처리 결과는 무선 송신 모듈을 통해 외부 장치로 전달될 수 있다.
본 발명의 생체용 전극은 외부 단자 또는 신호 처리기와의 연결을 안정하게 유지할 수 있으며, 넓고 평평한 영역을 통해 접해 있기 때문에 미세한 전기로 원활하게 전달할 수가 있다. 또한, 안정된 접속을 유지하기 때문에 노이즈 발생이 적으며, S/N 비율의 향상을 기대할 수 있다.
또한, 하나의 패드 상에 복수의 생체용 전극을 동시에 형성할 수 있으며, 접촉부의 위치, 크기 및 형상 등을 자유롭게 조절할 수가 있고, 종래에 비해 소형화 및 슬림화된 제품을 생산할 수 있게 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (22)

  1. 신체 및 생체신호 측정장치를 연결하기 위한 생체용 전극에 있어서,
    관통 홀을 포함하며 절연성 재질을 이용하여 형성된 시트 부재; 및
    상기 시트 부재의 상면에 형성되며 상기 생체신호 측정장치의 단자와 면접하여 상기 단자와 안정하게 연결되는 장치 접촉부 및 상기 시트 부재의 저면에 형성되는 신체 접촉부를 포함하며, 상기 장치 접촉부 및 상기 신체 접촉부는 상기 관통 홀을 통해서 일체로 연결되며 도전성 물질을 이용하여 형성된 전극 부재;
    를 구비하는 생체용 전극.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극 부재는 도전성 및 점착성을 갖는 물질을 이용하여 형성된 것을 특징으로 하는 생체용 전극.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전극 부재는 상기 시트 부재의 상기 관통 홀 주변에 유동 가능한 상태의 도전성 및 점착성 물질을 도포하고, 상기 시트 부재의 상하에서 상기 도포된 도전성 및 점착성 물질을 금형으로 압축하여 형성되는 것을 특징으로 하는 생체용 전극.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 시트 부재의 저면에서 상기 신체 접촉부의 주변으로 점착성 물질이 도포되는 것을 특징으로 하는 생체용 전극.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 시트 부재의 상면에는 상기 장치 접촉부의 주변에서 상기 생체신호 측정장치와 면접하는 절연 접촉부가 제공되며, 상기 절연 접촉부는 비도전성 및 점착성을 갖는 물질을 이용하여 형성된 것을 특징으로 하는 생체용 전극.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 시트 부재의 상면에서 상기 생체신호 측정기의 몸체 또는 단자 가장자리를 수용하기 위한 장치 고정부를 더 포함하며, 상기 장치 고정부는 비도전성 물질을 이용하여 형성된 것을 특징으로 하는 생체용 전극.
  7. 신체 및 생체신호 측정장치를 연결하기 위한 생체용 전극에 있어서,
    복수개의 관통 홀을 포함하는 절연 시트;
    상기 절연 시트의 상면에서 평판형으로 형성되며 상호 전기적으로 분리되고 상기 생체신호 측정장치의 단자와 면접하여 상기 단자와 안정하게 연결되는 복수개의 장치 접촉부, 상기 절연 시트의 저면에서 평판형으로 형성되며 상호 전기적으로 분리된 복수개의 신체 접촉부, 및 상기 관통 홀을 통해 상기 장치 접촉부와 상기 신체 접촉부를 각각 독립적으로 연결하는 복수개의 홀 연결부를 포함하고, 상기 장치 접촉부, 상기 신체 접촉부 및 상기 홀 연결부는 도전성 및 점착성을 갖는 물질을 이용하여 형성되는 전극 부재 ;
    를 구비하는 생체용 전극.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 절연 시트에는 상기 장치 접촉부 및 상기 신체 접촉부의 주변으로 비도전성 및 점착성을 갖는 물질이 도포되는 것을 특징으로 하는 생체용 전극.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 절연 시트에는 상기 장치 접촉부 및 상기 신체 접촉부의 주변으로 비도전성 및 점착성을 갖는 물질을 이용하여 형성된 절연 접촉부가 제공되며, 상기 절연 접촉부는 상기 장치 접촉부 및 상기 신체 접촉부의 두께와 동일 또는 그 이하의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 생체용 전극.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 절연 시트의 상면에서 상기 생체신호 측정기의 몸체 또는 단자의 가장자리를 수용하기 위한 장치 고정부를 더 포함하며, 상기 장치 고정부는 비도전성 물질을 이용하여 형성된 것을 특징으로 하는 생체용 전극.
  11. 신체와 접촉하여 생체신호를 측정하기 위한 생체신호 측정장치에 있어서,
    외부로 노출되는 단자, 상기 단자로부터 전달되는 아날로그 신호를 처리하기 위한 아날로그 신호처리부, 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D 신호변환부 및 상기 변환된 디지털 신호를 처리하기 위한 디지털 신호처리부를 포함하는 신호 처리 부재; 및
    관통 홀을 포함하며 절연성 재질을 이용하여 형성된 절연 시트, 상기 절연 시트의 상면에 형성되며 상기 단자와 면접하여 상기 단자와 안정하게 연결되는 장치 접촉부 및 상기 절연 시트의 저면에 형성되며 상기 관통 홀을 통해 상기 장치 접촉부와 일체로 형성되는 신체 접촉부를 포함하며, 상기 장치 접촉부와 상기 신체 접촉부는 도전성 물질을 이용하여 형성된 생체용 전극 부재;
    를 구비하는 생체신호 측정장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 신호 처리 부재는 상기 디지털 신호처리부에 의해서 처리된 신호를 외부로 전달하는 유/무선 송신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 장치 접촉부 및 상기 신체 접촉부는 도전성 및 점착성을 갖는 물질을 이용하여 형성되며, 상기 장치 접촉부는 점착성을 이용하여 상기 신호 처리 부재를 부착하며, 상기 단자와 전기적인 연결 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 생체신 호 측정장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 장치 접촉부 및 상기 신체 접촉부는 상기 절연 시트의 상기 관통 홀 주변에 유동 가능한 상태의 도전성 및 점착성 물질을 도포하고, 상기 절연 시트의 상하에서 상기 도포된 도전성 및 점착성 물질을 금형으로 압축하여 형성되는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 절연 시트의 저면에서 상기 신체 접촉부의 주변으로 점착성 물질이 도포되는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 절연 시트의 상면에는 상기 장치 접촉부의 주변에서 상기 신호 처리 부재와 면접하는 절연 접촉부가 제공되며, 상기 절연 접촉부는 비도전성 및 점착성을 갖는 물질을 이용하여 형성된 것을 특징으로 하는 생체신호 측정장치.
  17. 신체와 접촉하여 생체신호를 측정하기 위한 생체신호 측정장치에 있어서,
    외부로 노출되는 복수개의 단자, 상기 단자들로부터 전달되는 아날로그 신호를 처리하기 위한 아날로그 신호처리부, 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D 신호변환부 및 상기 변환된 디지털 신호를 처리하기 위한 디지털 신호처리부를 포함하는 신호 처리 부재; 및
    복수개의 관통 홀을 포함하는 절연 시트, 상기 절연 시트의 상면에서 평판형으로 형성되며 상호 전기적으로 분리되고 상기 단자와 면접하여 상기 단자와 안정하게 연결되는 복수개의 장치 접촉부 및 상기 절연 시트의 저면에서 평판형으로 형성되며 상호 전기적으로 분리되고 상기 관통 홀을 통해 각각의 상기 장치 접촉부와 독립적으로 연결되는 신체 접촉부를 포함하며, 상기 장치 접촉부와 상기 신체 접촉부는 도전성 및 점착성을 갖는 물질을 이용하여 형성된 생체용 전극 부재;
    를 구비하는 생체신호 측정장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 절연 시트에는 상기 장치 접촉부 및 상기 신체 접촉부의 주변으로 비도전성 및 점착성을 갖는 물질이 도포되는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 절연 시트에는 상기 장치 접촉부 및 상기 신체 접촉부의 주변으로 비도전성 및 점착성을 갖는 물질을 이용하여 형성된 절연 접촉부가 제공되며, 상기 절연 접촉부는 상기 장치 접촉부 및 상기 신체 접촉부의 두께와 동일 또는 그 이하의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 절연 시트의 상면에서 상기 생체신호 측정기의 몸체 또는 단자의 가장자리를 수용하기 위한 장치 고정부를 더 포함하며, 상기 장치 고정부는 비도전성 물질을 이용하여 형성된 것을 특징으로 하는 생체신호 측정장치.
  21. 신체 및 생체신호 측정장치를 연결하기 위한 생체용 전극에 있어서,
    제1 절연 시트;
    상기 제1 절연 시트의 상면에서 평판형으로 형성되며, 일 단부는 상기 제1 절연 시트 상에 위치하고, 타 단부는 상기 제1 절연 시트의 외부로 노출되며, 도전성 및 점착성을 갖는 물질을 이용하여 형성되는 적어도 하나의 전극 부재; 및
    상기 전극 부재 상에 제공되며, 상기 전극 부재의 상기 일 단부의 상면을 노출시키며, 상기 전극 부재의 상기 타 단부의 상면을 전기적으로 차단하는 제2 절연 시트; 를 구비하는 생체용 전극.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 절연 시트의 저면 및 상기 전극 부재의 사이에는 비도전성 및 점착성 물질이 도포되는 것을 특징으로 하는 생체용 전극.
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