KR101008879B1 - Ecg electrode having motion artifact electrode - Google Patents
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Abstract
본 발명은 동잡음 획득용 전극을 구비한 심전도 전극에 관한 것에 관한 것으로, 각 심전도 센서 전극 주위에 하나 이상의 동잡음 획득용 전극이 둘러싸여 하나의 패치를 이루도록 하고, 각 동잡음 획득용 전극은 각 센서 전극과 동일한 구조를 갖되, 전도성 피막층 하부에 인체와 유사한 물성을 갖는 인체유사물질층과 절연막이 더 구비되도록 함으로써, 센서 전극에서 발생하는 동잡음을 그대로 동잡음 획득용 전극에서 센싱하게 하고 이를 신호처리로 상쇄할 수 있는 수단을 제공하여, 피검자가 운동 등 움직일때도 선명한 심전도 신호를 얻을 수 있는 효과가 있다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrocardiogram electrode having an electrode for acquiring copper noise, wherein at least one electrode for acquiring copper noise is surrounded around each electrocardiogram sensor electrode to form a patch, and each electrode for acquiring noise is a sensor. By having the same structure as the electrode, but having a human-like material layer and an insulating film beneath the conductive film layer having properties similar to those of the human body, the copper noise generated from the sensor electrode is sensed by the electrode for acquiring copper noise and signal processing. By providing a means that can be canceled, there is an effect that can obtain a clear ECG signal even when the subject moves, such as movement.
동잡음, 심전도, 전극 Copper noise, electrocardiogram, electrode
Description
본 발명은 심전도 전극에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피검자의 움직임에 따른 동잡음을 제거하기 위한 동잡음 획득용 전극을 구비한 심전도 전극에 관한 것이다.The present invention relates to an electrocardiogram electrode, and more particularly, to an electrocardiogram electrode having an electrode for acquiring copper noise for removing the noise due to movement of a subject.
심장병은 최근 주요 사망원인 중 하나로 손꼽히고 있다. 이러한 심장병을 미연에 예방하기 위해서는 심전도(ElectroCardioGram, ECG) 신호를 일상적으로 살펴 볼 필요가 있고, 심장병 환자는 더욱 그러하다.Heart disease is one of the leading causes of death recently. In order to prevent these diseases, it is necessary to routinely look at ECG (ElectroCardioGram) signals, especially in heart patients.
그런데, 현재 사용되고 있는 심전도 전극은 피검자의 움직임에 따른 동잡음에 취약하여, 피검자가 운동 등 움직이는 상태에선 도저히 측정 불가능한 문제점이 있다.However, the electrocardiogram electrode currently used is vulnerable to the dynamic noise caused by the movement of the subject, so that there is a problem that the subject can hardly be measured in the state of movement such as movement.
동잡음의 한 원인이 피부의 신축에 의해 발생하는 잡음으로 보고, 도 8과 같이, 스트레인 게이지(strain gauge, 54)를 사용하여, 피부신축시 전도성 폼(foam)의 양단(56)(58) 사이 저항의 변화를 모니터링 하여 이를 심전도 신호에 반영하려는 시도가 있으나(미국 특허 제5,978,693호), 이는 전극이 피부와의 움직임에 따른 실제의 동잡음과 일치하지 않고, 단순히 전산처리에 의하여 추측되는 신호로 반영하는 것이어서, 근본적인 동잡음 제거에는 한계가 있을 수 밖에 없다.One cause of the dynamic noise is the noise caused by the stretching of the skin, and as shown in FIG. 8, using the
도 8의 도면부호 52는 폼 패드(foam pad), 60은 게이지 리드선, 62는 스트레인 게이지 리드, 64는 전극, 66은 클립(clip)이다.
따라서, 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 심전도 센서 전극 주위에 하나 이상의 동잡음 획득용 전극을 구비하되, 상기 동잡음 획득용 전극은 인체 유사물질로 구성되게 하여, 실제 센서 전극에서 발생되는 동잡음만 잡아내게 한 다음, 이를 신호 처리로 상기 센서 전극에서 측정된 동잡음을 빼어 줌으로써, 순수한 심전도 신호만 얻게 하는 동잡음 획득용 전극을 구비한 심전도 전극을 제공하는 데 그 목적이 있다. Therefore, in order to solve the problems of the prior art, the present invention is provided with one or more copper noise acquisition electrodes around the ECG sensor electrode, wherein the copper noise acquisition electrode is composed of a human body-like material, in the actual sensor electrode The purpose of the present invention is to provide an electrocardiogram electrode having an electrode for acquiring copper noise by capturing only the generated noise and then subtracting the measured noise from the sensor electrode by signal processing. .
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 동잡음 획득용 전극을 구비한 심전도 전극은 하나 이상의 센서 전극과; 상기 각 센서 전극 주위에 절연체를 사이에 두고 하나 이상의 동잡음 획득용 전극이 둘러싸여 하나의 패치 형상으로 구비되되, 상기 각 센서 전극은, 전도성 피막층과; 상기 전도성 피막층 상에 전기적으로 접촉하고 있는 전극판을 포함하여 구성되고, 상기 각 동잡음 획득용 전극은 상기 각 센서 전극과 동일한 구조를 갖되, 전도성 피막층 하부에 인체와 유사한 물성을 갖는 인체유사물질층과; 상기 인체유사물질층 하부에 절연막이 더 형성된 것을 특 징으로 한다.In order to achieve the above object, an electrocardiogram electrode having an electrode for acquiring copper noise according to the present invention comprises at least one sensor electrode; One or more copper noise acquiring electrodes are surrounded by an insulator between the respective sensor electrodes and provided in a patch shape, wherein each sensor electrode comprises: a conductive coating layer; And an electrode plate in electrical contact with the conductive coating layer, wherein each of the copper noise acquisition electrodes has the same structure as each of the sensor electrodes, and has a human-like material layer having physical properties similar to those of the human body under the conductive coating layer. and; An insulating film is further formed below the human-like material layer.
본 발명은 각 센서 전극 주위에 동잡음 획득용 전극이 둘러싸여 하나의 패치를 이루도록 하고, 각 동잡음 획득용 전극은 각 센서 전극과 동일한 구조를 갖되, 전도성 피막층 하부에 인체와 유사한 물성을 갖는 인체유사물질층과 절연막이 더 구비되도록 함으로써, 센서 전극에서 발생하는 동잡음을 그대로 동잡음 획득용 전극에서 센싱하게 하고 이를 신호처리로 상쇄할 수 있는 수단을 제공하여, 피검자가 운동 등 움직일때도 선명한 심전도 신호를 얻을 수 있게된 효과가 있다. The present invention is to surround the sensor electrode to obtain a copper noise acquisition electrode to form a patch, each of the movement noise acquisition electrode has the same structure as each sensor electrode, human body similar to the physical properties similar to the human body under the conductive coating layer By providing the material layer and the insulating film further, it provides a means to sense the copper noise generated from the sensor electrode in the electrode for acquiring the copper noise and to cancel it by the signal processing, so that the ECG signal is clear even when the subject moves, such as movement There is an effect that can be obtained.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention.
도 1은 피검자가 운동 중일때도 심전도 계측이 가능함을 보인 것으로, 피검자의 적색점은 심전도 패치(patch) 부착 지점을 나타내고, 청색점은 심장 위치를 나타낸다. Figure 1 shows that the ECG can be measured even when the subject is in motion, the red point of the subject represents the point of the ECG patch (patch) attachment, the blue point represents the heart position.
심전도는 심장의 수축시 발생되는 생체 전위를 서로 다른 신체부위에서 측정한 전위차 즉 전압에 대한 시간의 그래프를 말하는 것으로, 기준 지점(reference point 혹은 reference electrode)과 측정 지점(active electrode)이 있게 되는데, 주로 심장에 가까운 지점(왼쪽 팔)이 측정 지점이 되고, 심장에서 상대적으로 떨어진 지점(오른쪽 다리)이 기준 지점이 된다.Electrocardiogram refers to a graph of the time difference of the potential difference, or voltage, measured at different body parts of the biopotential generated during contraction of the heart. There are reference points or reference electrodes and active electrodes. The point closest to the heart (left arm) is the measurement point, and the point relatively close to the heart (right leg) is the reference point.
도 1은 또한 본 발명의 핵심 기술적 사상인 하나의 패치(patch)에 하나 이상 의 센서 전극과; 상기 각 센서 전극 주위에 절연체를 사이에 두고 하나 이상의 동잡음 획득용 전극이 둘러싸여 이루어짐을 보여주고 있다.1 is also one or more sensor electrodes in one patch, which is a core technical idea of the present invention; At least one copper noise acquisition electrode is surrounded by an insulator interposed around each sensor electrode.
도 2는 도 1의 AA선을 따라 수직 절단했을 경우 일 실시예에 따른 구조를 보여주는 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a structure according to an embodiment when vertically cut along the line AA of FIG. 1.
도 3은 도 2의 구조에 센서 전극과 동잡음 획득용 전극에서 각 전압신호를 추출하는 방법을 보인 일 예시도이고, 도 4는 도 3에서 획득된 심전도 센싱신호(Ve)를 소정의 신호처리 방식에 의하여 동잡음 신호(Vm)를 제거하면 순수한 심전도 전압 신호(V)만 얻을 수 있음을 보여주는 개념도이고, 도 5는 본 발명을 이용한 심전도 측정 시스템의 구성을 보여주는 블록도이다.FIG. 3 is an exemplary view illustrating a method of extracting each voltage signal from a sensor electrode and a noise obtaining electrode in the structure of FIG. 2, and FIG. 4 illustrates a signal processing of the ECG sensing signal Ve obtained in FIG. 3. The conceptual diagram showing that only the pure ECG voltage signal V can be obtained by removing the dynamic noise signal Vm by the method, and FIG. 5 is a block diagram illustrating the configuration of an ECG measuring system using the present invention.
도 6은 본 발명의 다른 실시예로, 하나의 패치(patch)에 하나의 센서 전극과 하나의 동잡음 획득용 전극이 내장된 모습을 보여주는 사시도이고, 도 7은 도 6의 요부 단면도이다.6 is a perspective view showing a state in which one sensor electrode and one dynamic noise acquisition electrode are built in one patch, and FIG. 7 is a cross-sectional view of the main part of FIG. 6.
따라서, 첨부된 도면을 참조하며, 본 발명에 의한 동잡음 획득용 전극을 구비한 심전도 전극의 구성을 살펴보면, 기본적으로, 도 1 및 도 2와 같이, 하나의 패치(patch)에 하나 이상의 센서 전극(110)(120)과; 상기 각 센서 전극 주위에 절연체(50)를 사이에 두고 하나 이상의 동잡음 획득용 전극(210)(220)(230)이 둘러싸여 하나의 패치 형상으로 구비되되, 상기 각 센서 전극(110)은, 전도성 피막층(13)과; 상기 전도성 피막층 상에 전기적으로 접촉하고 있는 전극판(14)을 포함하여 구성되고, 상기 각 동잡음 획득용 전극(210)은 상기 각 센서 전극(110)과 동일한 구 조를 갖되, 전도성 피막층(23) 하부에 인체와 유사한 물성을 갖는 인체유사물질층(22)과; 상기 인체유사물질층 하부에 절연막(21)이 더 형성된 것을 특징으로 한다.Therefore, referring to the accompanying drawings, referring to the configuration of an electrocardiogram electrode having an electrode for acquiring copper noise according to the present invention, basically, as shown in FIGS. 1 and 2, one or more sensor electrodes in one
여기서, 상기 각 센서 전극의 전극판(14)은, 도 2와 같이, 전기적으로 연결된 하나의 제 1 도전층(31)에 비아홀(15)을 통하여 접속되어 있고, 상기 각 동잡음 획득용 전극의 전극판(24)은 상기 제 1 도전층(31)과 절연층(42)을 사이에 두고 전기적으로 연결된 하나의 제 2 도전층(32)에 비아홀(25)을 통해 접속되어 있고, 상기 각 동잡음 획득용 전극의 인체유사물질층(22)은 도 1에서 대각선 방향으로 이웃한 인체유사물질층과 서로 전기적으로 연결된 것으로 하여, 하나의 패치에 센싱 단자가 최소(도 2와 같은 구조일 경우 도 3과 같이 최소 3개의 단자가 필요함)로 요구되도록 함이 바람직하다. 이때, 제 2 도전층(32) 연결을 위한 비아홀(25)과 같이 다른 도전층(여기선 제 1 도전층)을 지날 경우 비아홀(25) 형성후 측면에 절연성 물질로 코팅 처리한 다음 제 2 도전층 물질을 증착하여 상기 비아홀(25)을 메꿈으로써, 다른 도전층(제 1 도전층)과는 전기적으로 연결되지 않게 하여야 한다. Here, the
그러나, 경우에 따라, 도 6 및 도 7과 같이, 상기 각 센서 전극의 전극판(14) 및 상기 각 동잡음 획득용 전극의 전극판(24)은 각각 외부로 돌출된 리드선(2)(4) 연결구(10)(20)와 연결될 수도 있다.However, in some cases, as shown in FIGS. 6 and 7, the
도 6 및 도 7은 패치 1에 하나의 센서 전극과 하나의 동잡음 획득용 전극으로 형성 되어 있으나, 이에 국한되지 않음은 물론이다. 6 and 7 are formed of one sensor electrode and one copper noise acquisition electrode in
후자의 경우, 상기 각 동잡음 획득용 전극의 인체유사물질층(22)은, 각 전극 판(14)(24)이 별도의 연결구(10)(20)와 연결되는 것과는 달리, 여기서도 도 1에서 대각선 방향으로 이웃한 인체유사물질층과 서로 전기적으로 연결되도록 함이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 인체유사물질층(22)은 하나의 접속단자(27)만 필요하게 된다. 도면부호 40은 절연성 보호커버이고, 26은 인체유사물질층(22)과 접속단자(27)를 연결하는 도전성 연결구이고, 3은 동잡음 센싱 리드선이다.In the latter case, the human-
한편, 상기 인체유사물질층(22)은 인체와 유사한 물성(특히, 전기적 저항 및 유연성)을 갖는 것으로 전도성 실리콘 또는 전도성 카본블랙인 것이 바람직하다.On the other hand, the human-
여기서, 카본블랙(Carbon Black)이란 천연가스, 타르, 오일(oil) 등의 탄화수소 등을 불완전연소시켜 생긴 그을음을 모으거나, 열분해에 의해서 탄소육원환(炭素六員環)의 형성이 행해지고 이어 탈수소축합(脫水素縮合) 등의 과정에 의해 다환식방향족(多環式芳香族) 화합물을 거쳐 탄소원자 6각 그물구조의 결정자(結晶子)를 낳게 되는데, 이 결정자의 집합체를 일컷는 말이다. 이러한 카본블랙 중에서 배합물질을 조절함으로써 원하는 물성을 얻을 수 있는 전도성 카본 블랙(혹은 케천 블랙<Ketjenblack> EC)이 바람직하다.Here, carbon black means soot produced by incomplete combustion of hydrocarbons such as natural gas, tar, oil, or the like, or carbon six-membered ring is formed by pyrolysis, followed by dehydrogenation. By the process of condensation, etc., a polycyclic aromatic compound is used to produce crystallites of carbon-hexagonal hexagonal net structure. Among the carbon blacks, conductive carbon blacks (or Ketjenblack> EC) which can obtain desired physical properties by adjusting the compounding material are preferable.
그러나, 상기 인체유사물질층(22)은 인체와 유사한 물성(특히, 전기적 저항 및 유연성)을 갖는 것이면 족하므로, 상기 전도성 실리콘이나 전도성 카본블랙에 국한되지 않음은 물론이다.However, the human-
기타, 상기 각 센서 전극 및 상기 각 동잡음 획득용 전극의 전도성 피막층(13)(23)은 전도성과 접착성이 있는 하이드로겔(hydrogel)이 바람직하고, 상기 각 센서 전극 및 상기 각 동잡음 획득용 전극의 전극판(14)(24)은 은-염화은(Ag- AgCl) 또는 백금(Pt)이 바람직하며, 상기 절연막(21)은 접착성 테잎인 것이 바람직하다.In addition, the
특히, 상기 접착성 테잎으로 형성된 절연막(21)은 상기 센서 전극을 제외한 전면에 부착되어, 패치의 부착력을 높이는 것이 보다 바람직하다.In particular, the
이상으로 설명한 심전도 전극 패치는 도 1과 같이 왼쪽 팔, 오른쪽 팔, 오른쪽 발(기준 부위로 이용시, 측정 부위로 할 경우엔 주로 왼쪽 발을 이용함)에 각각 부착하고, 운동 등을 하여도, 심전도 신호만 얻을 수 있게 된다.The ECG patch described above is attached to the left arm, the right arm, and the right foot (when used as a reference site and mainly the left foot when used as a measurement site), as shown in FIG. Only you will get.
이를 위한 시스템은 다양하게 구현될 수 있으나, 그 일예는 도 5의 블록도와 같다. 즉, 생체신호전극(센서전극)에서 측정된 신호는 생체신호처리부에서 증폭되고, 동잡음신호전극(동잡음획득용전극)에서 측정된 신호는 동잡음신호처리부에서 증폭되어, 각각 마이크로 컨트롤러(제어부)의 제어 신호에 따라 기억장치부에 저장되면서, 프로그램화된 신호처리방법에 의거 동잡음제거부에서 동잡음을 제거하게 된다. 그 결과는 다시 기억장치부에 저장된 후 제어부의 제어 신호에 따라 디스플레이부에 순수 심전도 신호만 디스플레이 하게 된다.The system for this may be implemented in various ways, but one example thereof is the block diagram of FIG. That is, the signal measured by the biosignal electrode (sensor electrode) is amplified by the biosignal processing unit, and the signal measured by the copper noise signal electrode (the copper noise acquisition electrode) is amplified by the dynamic noise signal processing unit, respectively. In accordance with the control signal of the control unit) is stored in the storage unit, the dynamic noise canceling unit is removed in accordance with the programmed signal processing method. The result is stored in the storage unit again, and according to the control signal of the controller to display only the pure ECG signal on the display unit.
상기 시스템은 손목시계 형태로 얼마든지 소형화시킬 수 있고, 무선 방식의 신호 전송기술을 접목하면 리드선 없이도 구현 가능하다. 즉, 심전도 전극 패치 3개와 손목 시계 형태의 신호 분석 시스템만 있으면 된다.The system can be miniaturized in the form of a wrist watch, and can be implemented without a lead wire by incorporating a wireless signal transmission technology. That is, only three ECG patches and a wristwatch-like signal analysis system are required.
이상으로, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 기술하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시예에 제한됨이 없이 다양하게 구현될 수 있고, 이러한 구현 은 당업자에게 상기 실시예를 토대로 어려움 없이 가능할 것이 명백하므로 이에 대한 설명은 생략한다.As described above, although the preferred embodiment of the present invention has been described, the technical idea of the present invention can be variously implemented without being limited to the above embodiments, and such an implementation will be apparent to those skilled in the art without difficulty based on the above embodiments. Description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의하여 피검자가 운동 중일때도 심전도 계측이 가능한 심전도 측정용 패치(patch)를 보여주는 도면이다.1 is a view showing an electrocardiogram measurement patch (patch) that can be measured by electrocardiogram even when the subject is exercising according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 AA선을 따라 수직 절단했을 경우 일 실시예에 따른 구조를 보여주는 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a structure according to an embodiment when vertically cut along the line AA of FIG. 1.
도 3은 도 2의 구조에 센서 전극과 동잡음 획득용 전극에서 각 전압신호를 추출하는 방법을 보인 일 예시도이다.FIG. 3 is an exemplary view illustrating a method of extracting each voltage signal from a sensor electrode and an electrode for acquiring copper noise in the structure of FIG. 2.
도 4는 도 3에서 획득된 각 신호를 소정의 신호처리 방식에 의하여 동잡음 신호를 제거하면 순수한 심전도 전압 신호만 얻을 수 있음을 보여주는 개념도이다.FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating that only a pure electrocardiogram voltage signal may be obtained by removing the dynamic noise signal from each signal obtained in FIG. 3 by a predetermined signal processing method.
도 5는 본 발명을 이용한 심전도 측정 시스템의 구성을 예시적으로 보여주는 블록도이다.5 is a block diagram illustrating an exemplary configuration of an electrocardiogram measuring system using the present invention.
도 6은 본 발명의 다른 실시예로, 하나의 패치(patch)에 하나의 센서 전극과 하나의 동잡음 획득용 전극이 내장된 모습을 보여주는 사시도이다.FIG. 6 is a perspective view showing another embodiment of the present invention in which one sensor electrode and one electrode for acquiring dynamic noise are embedded in one patch. FIG.
도 7은 도 6의 요부 단면도이다.FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating main parts of FIG. 6. FIG.
도 8은 종래 기술(미국 특허 제5,978,693호)에 따라 동잡음 제거 방법을 보여주는 도면이다.8 is a view showing a method for removing noise in accordance with the prior art (US Pat. No. 5,978,693).
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1: 심전도 측정용 패치 2, 3, 4: 리드선1:
10, 20: 리드선 연결구 13, 23: 전도성 피막층10, 20:
14, 24: 전극판 15, 25: 비아홀14, 24:
21: 절연막 22: 인체유사물질층21: insulating film 22: human-like substance layer
26: 도전성 연결구 27: 접속단자26: conductive connector 27: connection terminal
31: 제 1 도전층 32: 제 2 도전층31: first conductive layer 32: second conductive layer
41, 42: 절연층 40, 43: 절연성 보호커버41, 42: insulating
50: 분리 절연체 110, 120: 센서 전극50:
210, 220, 230: 동잡음 획득용 전극210, 220, 230: electrode for acquiring copper noise
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