KR101037405B1 - 스포이트가 체결된 생체 의료용 전극 - Google Patents

스포이트가 체결된 생체 의료용 전극 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생체 의료용 전극에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 컵 디스크형 전극 내부의 공기를 스포이트로 흡입함으로써, 생체 표면에 용이하게 부착하며 아울러 전도성과 부착력을 높여줄 수 있도록 고안된 스포이트가 체결된 생체 의료용 전극에 관한 것이다.

Description

스포이트가 체결된 생체 의료용 전극{BIOMEDICAL ELECTRODE HAVING SPUIT}
본 발명은 생체 의료용 전극에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 컵 디스크형 전극 내부의 공기를 스포이트로 흡입함으로써, 생체 표면에 용이하게 부착하며 아울러 전도성과 부착력을 높여줄 수 있도록 고안된 스포이트가 체결된 생체 의료용 전극에 관한 것이다.
생체 의료용 전극은 생체의 표피층 표면에 부착되어 뇌, 심장, 근육 등의 활동에 의하여 유기되는 생체 전기신호를 감지하기 위한 것으로 사용된다.
뇌전도(EEG: Electroencephalogram)를 얻기 위한 종래 뇌전도 전극은 통상, 도 1과 같이, 크게 전도성 물질로 형성된 디스크형 전극부(1)와, 리드선(3)과, 접속부(4)로 구성되고, 경우에 따라 디스크형 전극부(1)와 리드선(3)의 안정적 연결을 위한 연결부재(2)가 더 체결되어 사용된다.
이러한 종래 뇌전도 전극은 전극을 부착하고자 하는 두피에 전도성 및 점착성 있는 크림(cream)이나 페이스트(paste) 등을 도포한 후 상기 크림 또는 페이스트 상에 상기 디스크형 전극부(1)를 부착하여 사용하고 있다.
이에 따라, 종래 디스크형 전극부(1)는, 도 2에 도시된 단면도와 같이, 전도성 및 점착성 있는 크림이나 페이스트 등을 수용할 수 있도록 벽면(1a)이 형성되고, 리드선(3)의 연결홈(1b)이 형성되어 있으며, 경우에 따라 상방에 개방구(1c)가 형성되어 머리띠 등에 별도 구비된 고정 돌기에 접속되도록 하여 전극의 부착력을 높일 수 있도록 하고 있다.
일반적으로, 뇌전도 기록의 질과 정확성은 뇌전도 전극을 통해 들어오는 입력 신호의 질과 정확성에 달려 있고, 입력 신호의 질과 정확성은 뇌전도 전극의 적절한 부착위치와 적절한 부착력에 달려있다.
그런데, 도 1과 같은 종래 뇌전도 전극은 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 두피에 도포된 크림이나 페이스트와 같은 전도성 및 점착성 있는 물질이 퍼짐에 따라 전극 부착 위치가 부정확하게 되어, 뇌전도 기록의 질과 정확성을 떨어뜨릴 수 있는 문제점이 있다.
둘째, 전도성 및 점착성 있는 물질을 뇌전도 전극의 부착 면적보다 넓게 도포하여야 하므로, 상기 물질이 주는 나쁜 냄새와 차가운 느낌 때문에 수검자에게 불편을 초래하고, 뇌파 측정 후에는 필히 세면과 세발을 해야하는 문제점이 있다.
셋째, 뇌전도 전극은 통상 지름 5~12mm 크기의 작은 디스크형 전극부(1)에 리드선(3)이 연결되어 있어, 전극의 부착력이 떨어져 동잡음(motion artifacts)의 원인이 되고, 별도의 테이프나 고정 수단이 없이는 측정 내내 고정된 위치에 부착되기 어려운 문제점이 있다.
한편, 심전도(ECG: Electrocardiogram)나 근전도(EMG: Electromyogram) 등을 얻기 위한 종래 생체 의료용 전극은 하이드로젤(hydrogel)과 같은 전도성 및 점착성 있는 물질을 전극판에 넓게 형성시키고 이를 통해 생체와 부착되는 구조이어서, 고가인 하이드로젤의 크기에 따라 부착력과 기록의 질과 정확성이 결정되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 내측에 일정 공간부를 갖는 컵 디스크형 전극부에 공간부의 공기를 흡입할 수 있는 진공발생수단과 컵 디스크형 전극부 내측에 도전성 및 점착성이 있는 물질을 함유하는 내측 피부 접촉부를 구비하여 전극의 부착력 및 전도성을 높일 수 있는 스포이트가 체결된 생체 의료용 전극을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 스포이트 커넥터를 통하여 컵 디스크형 전극부와 리드선이 전기적으로 연결되도록 함으로써, 동잡음이 적게 발생 되도록 하고, 모든 부품이 조립식으로 체결되도록 하여 재사용 가능한 스포이트가 체결된 생체 의료용 전극을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 스포이트가 체결된 생체 의료용 전극은 컵 형상으로 개방된 가장자리를 피부 접촉부로 하고, 내측에 일정 공간부를 갖으며, 상기 공간부와 외부가 연결되도록 일측에 관통공이 형성된 컵 디스크형 전극부와; 상기 컵 디스크형 전극부에 연결되되 상기 관통공을 통하여 상기 공간부 내부의 공기를 흡입할 수 있는 진공발생수단이 구비된 스포이트 커넥터와; 상기 스포이트 커넥터를 통하여 상기 컵 디스크형 전극부와 전기적으로 연결된 리드선을 포함하여 구성되되, 상기 컵 디스크형 전극부의 내측에는 상기 피부 접촉부로부터 이격되어 도전성 및 점착성이 있는 물질을 함유하는 내측 피부 접촉부가 더 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 컵 디스크형 전극부는 상기 관통공 외측으로 속이 빈 제 1 연결구 및 상기 제 1 연결구에 이웃하며 나란히 돌출된 제 2 연결구가 각각 일체로 형성되고, 상기 스포이트 커넥터는 상기 제 1 연결구 및 상기 제 2 연결구에 각각 접속될 수 있도록 제 1 접속홈 및 제 2 접속홈이 형성되고, 상기 제 1 접속홈은 상기 제 1 연결구와 접속되는 반대측에 상기 진공발생수단이 구비되고, 상기 제 2 접속홈은 상기 제 2 연결구와 접속되는 반대측에 상기 리드선의 단자가 체결되는 것을 본 발명에 의한 스포이트가 체결된 생체 의료용 전극의 다른 특징으로 한다.
또한, 상기 도전성 및 점착성이 있는 물질은 하이드로젤이고, 상기 내측 피부 접촉부는 상기 컵 디스크형 전극부의 내측 바닥으로부터 연장된 지지대에 일체로 형성된 것을 본 발명에 의한 스포이트가 체결된 생체 의료용 전극의 다른 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2 접속홈 내측에는 상기 제 2 연결구 및 상기 리드선의 단자가 양측에서 삽입 고정되도록 도전성 연결구가 더 구비된 것을 본 발명에 의한 스포이트가 체결된 생체 의료용 전극의 다른 특징으로 한다.
또한, 상기 진공발생수단은 탄성 재질의 공기주머니인 것을 본 발명에 의한 스포이트가 체결된 생체 의료용 전극의 다른 특징으로 한다.
또한, 상기 공기주머니는 원기둥 형상으로 상기 리드선 연결방향으로 신장 돌출된 것을 본 발명에 의한 스포이트가 체결된 생체 의료용 전극의 다른 특징으로 한다.
또한, 상기 공기주머니를 포함한 상기 스포이트 커넥터는 고무 또는 실리콘 소재로 일체로 형성된 것을 본 발명에 의한 스포이트가 체결된 생체 의료용 전극의 다른 특징으로 한다.
본 발명은 가장자리 이외에도 내측 피부 접촉부를 갖는 컵 디스크형 전극부에 진공발생수단이 구비된 스포이트 커넥터를 체결함으로써, 진공발생수단의 간단한 조작으로 전극을 생체 표면에 부착할 수 있고, 내측 피부 접촉부에 의한 부착력 및 생체와의 전도성을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 스포이트 커넥터를 통하여 컵 디스크형 전극부와 리드선이 전기적으로 연결되도록 함으로써, 동잡음이 적게 발생 되도록 함은 물론, 각 부품이 재사용 가능하게 한 효과가 있다.
도 1은 종래 뇌전도 전극을 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 디스크형 전극부(1) 구조를 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 스포이트가 체결된 생체 의료용 전극의 일 예를 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 3의 각 구성의 결합 관계를 보여주는 분해 사시도이다.
도 5 및 도 6은 도 3의 컵 디스크형 전극부(10)의 구조를 보여주기 위해 제 1 연결구(18) 및 제 2 연결구(19)의 방향과 각각 수직, 평행하게 절단한 단면도이다.
도 7은 도 3의 각 구성의 결합 관계 및 중요 구성의 구조를 보여주는 분해 사시도이다.
도 8은 도 3에 도시된 스포이트가 체결된 생체 의료용 전극의 진공발생수단(21)을 간단히 잡고 놓음으로써, 전극을 부착할 수 있음을 보여주는 사용 상태도이다.
도 9는 도 8에서 진공발생수단(21)을 잡았던 손을 놓을 때 진공이 발생되어 이에 의한 흡착력으로 전극이 생체 표면(200)에 부착되는 원리를 보여주는 요부 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하며 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다. 도 3 내지 도 9에 도시된 내용은 본 발명의 구체적인 일 실시예에 지나지 아니하므로, 이하 설명되는 각 실시예의 구성을 이해하기 위한 목적으로 반복 인용됨을 주지하여야 할 것이다.
도 3 내지 도 7에 일 예로 도시된 도면을 참조하면, 본 발명에 의한 스포이트가 체결된 생체 의료용 전극(100)은 기본적으로, 컵 형상(11)으로 개방된 가장자리를 피부 접촉부(12)로 하고, 내측에 일정 공간부(13)를 갖으며, 상기 공간부와 외부가 연결되도록 일측에 관통공(14)이 형성된 컵 디스크형 전극부(10)와; 상기 컵 디스크형 전극부(10)에 연결되되 상기 관통공(14)을 통하여 상기 공간부(13) 내부의 공기를 흡입할 수 있는 진공발생수단(21)이 구비된 스포이트 커넥터(20)와; 상기 스포이트 커넥터(20)를 통하여 상기 컵 디스크형 전극부(10)와 전기적으로 연결된 리드선(30)을 포함하여 구성되되, 상기 컵 디스크형 전극부(10)의 내측에는 상기 피부 접촉부(12)로부터 이격되어 도전성 및 점착성이 있는 물질(15a)을 함유하는 내측 피부 접촉부(15)가 더 구비된다.
상기와 같이, 내측에 일정 공간부(13)를 갖는 컵 디스크형 전극부(10)에 진공발생수단(21)이 구비된 스포이트 커넥터(20)를 체결함으로써, 진공발생수단(21)으로 컵 디스크형 전극부(10)의 공간부(13) 내부의 공기를 흡입하여 생체에 피부 접촉부(12)가 접촉시 흡착력이 발생하도록 한 것이 본 실시예의 특징 중 하나이다.
이때, 상기 진공발생수단(21)에 의한 흡착력은 이론적으로 하기 수학식 1에 의하여 계산될 수 있다.
[수학식 1]
W = (P x A)/760
여기서, W는 피부 접촉부의 흡착력, P는 진공발생수단에 의한 진공도(mmHg), A는 피부 접촉부의 면적(cm2)이다.
따라서, 피부 접촉부(12)의 흡착력(W)은 진공발생수단(21)에 의한 진공도(P)와 피부 접촉부(12)의 면적(A)에 비례하게 된다. 그런데, 피부 접촉부(12)의 흡착력(W)은 생체 표면에 전극의 부착을 유지할 수 있는 정도이어야 하나 지나치게 클 경우 수검자의 불편을 초래하게 되므로, 전극의 목적에 따라 진공발생수단(21) 및 피부 접촉부(12)를 설계하는 것이 바람직하다.
상기 진공발생수단(21)은 다양한 형태와 구조로 구현될 수 있으나, 탄성 재질의 공기주머니로 형성될 수 있다. 상기 공기주머니는 보다 구체적으로, 도 7 내지 도 9와 같이, 속이 빈(22) 원기둥 형상으로 상기 리드선(30) 연결방향으로 신장 돌출된 구조로 함이 바람직하다.
상기와 같이, 진공발생수단(21)을 구성함으로써, 도 8과 같이, 진공발생수단(21)을 엄지와 검지 손가락(50)으로 간단히 잡고 가압한 후, 피부 접촉부(12)를 측정하고자 하는 생체 표면에 접촉시킨 다음, 손가락의 압력을 해제하게 되면, 도 9와 같이, 원기둥 형상의 공기주머니(21)가 소재의 탄성력으로 가압된 형상(21a)에서 원래 형상(21b)으로 복원되면서 복원된 부피만큼 내측에 진공을 유발하게 되고, 상기 진공의 발생으로 컵 디스크형 전극부(10)의 공간부(13)에 있던 공기가 공기주머니(21) 속으로 이동되며 피부 접촉부(12)가 생체 표면(210)에 흡착하게 된다.
상기 공기주머니(21)는 고무 또는 실리콘 소재로 형성함이 바람직하나, 이에 국한되지 않고 복원력(탄성력)이 있는 재질이면 어떤 것도 가능하다. 다만, 뇌전도 전극과 같이 전극의 지름이 5~12mm 정도로 작을 경우에는 심전도나 근전도 전극에서의 공기주머니(21) 재질 보다 복원력(탄성력)이 큰 재질로 선택함이 바람직하다.
한편, 외부 기기와 연결되는 접속부(40)가 일측에 형성된 리드선(30)은 스포이트 커넥터(20)를 통하여 컵 디스크형 전극부(10)와 전기적으로 연결되도록 하여, 동잡음이 적게 발생 되도록 함은 물론, 각 부품이 재사용 가능하게 한 것이 상기 실시예의 다른 특징이다.
즉, 도 4 또는 도 7과 같이, 스포이트 커넥터(20)가 컵 디스크형 전극부(10)와 리드선(30)의 전기적 연결을 중개함으로써, 서로 바로 연결되는 것보다 리드선(30)의 움직임이 바로 전극부(10)에 전달되지 않도록 하여 동잡음에 둔감하게 할 수 있고, 전극부(10)의 교체를 용이하게 할 수 있다.
그리고, 상기 컵 디스크형 전극부(10)는 피부 접촉부(12)가 생체 표면(210)에 흡착되어, 생체에서 발생된 전기신호를 감지하는 것이므로, 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 은-염화은(Ag-AgCl) 또는 이들의 합금과 같은 전도성 물질로 형성된다.
한편, 상기 컵 디스크형 전극부(10)는, 도 5 및 도 6과 같이, 전체적으로 엎어진 컵 형상을 하도록 피부 접촉부(12)를 하부에 두며 상협하광의 원통형 벽체(11)가 형성되어 내측에 소정의 공간부(13)를 가진다. 이때, 가장자리 즉 피부 접촉부(12)로부터 일정거리 이격된 위치에 도전성 및 점착성이 있는 물질(15a)을 함유하는 내측 피부 접촉부(15)가 더 구비되도록 함이 바람직하다.
이렇게 함으로써, 상기 진공발생수단(21)에 의한 흡착력 이외에 상기 내측 피부 접촉부(15)에 함유된 도전성 및 점착성이 있는 물질(15a)로 전극의 부착력을 보충함과 동시에 생체와의 전도성을 높여 생체에서 발생된 전기신호를 효과적으로 감지할 수 있는 장점이 있다.
상기 내측 피부 접촉부(15)가 컵 형상의 벽체(11) 내부에서 고정될 수 있는 수단은 다양하게 있을 수 있으나, 도 5 및 도 6과 같이, 상기 컵 디스크형 전극부(10)의 내측 바닥으로부터 연장된 지지대(17) 끝단에 고정 형성될 수 있다.
상기 지지대(17)는 원통형일 수도 있고, 도 5 및 도 6과 같이, 원통형 구조에서 관통공(14)이 약간 가릴 수 있도록 양측이 절단된 구조로 형성하여 내측 공간부(13)가 확보되도록 함이 바람직하다.
또한, 상기 내측 피부 접촉부(15)의 바닥 가운데는 작은 구멍(16)이 형성되어 도전성 및 점착성이 있는 물질(15a) 장착시 용이하게 함이 바람직하다.
물론, 상기 내측 피부 접촉부(15) 및 상기 지지대(17)는 상기 컵 디스크형 전극부(10)의 다른 부위와 함께 도전성 물질로 일체로 형성함이 바람직하다.
그리고, 상기 도전성 및 점착성이 있는 물질(15a)은 하이드로젤이 바람직하나, 반드시 이에 국한되지는 아니한다. 예컨대, 도전성 및 점착성이 있는 크림이나 페이스트를 상기 내측 피부 접촉부(15)에 채워 사용될 수도 있다.
한편, 상기 컵 디스크형 전극부(10), 상기 스포이트 커넥터(20) 및 상기 리드선(30)이 하나로 조립식으로 체결되기 위해서 각 구성이 다양한 구조를 가질 수 있으나, 하기와 같이 구성됨이 바람직하다.
상기 컵 디스크형 전극부(10)는, 도 4 내지 도 6과 같이, 상기 관통공(14) 외측으로 속이 빈(18a) 제 1 연결구(18) 및 상기 제 1 연결구(18)에 이웃하며 나란히 돌출된 제 2 연결구(19)가 각각 벽체(11)와 일체로 형성되고, 상기 스포이트 커넥터(20)는, 도 7과 같이, 상기 제 1 연결구(18) 및 상기 제 2 연결구(19)에 각각 접속될 수 있도록 제 1 접속홈(23) 및 제 2 접속홈(24)이 형성되고, 상기 제 1 접속홈(23)은 상기 제 1 연결구(18)와 접속되는 반대측에 상기 진공발생수단(21)이 구비되고, 상기 제 2 접속홈(24)은 상기 제 2 연결구(19)와 접속되는 반대측에 상기 리드선(30)의 단자(31)가 체결되도록 관통하여 형성될 수 있다.
그러나, 상기 구조와 반대로 상기 컵 디스크형 전극부(10)의 벽체(11) 일측을 두껍게 형성하고 여기에 2개의 접속홈을 나란히 형성한 다음, 상기 스포이트 커넥터(20)의 진공발생수단(21) 및 상기 리드선(30)의 단자(31)를 상기 각 접속홈에 삽입되도록 할 수도 있다.
그런데, 후자의 경우는 진공발생수단(21)을 기밀성 있게 벽체에 형성된 접속홈(미도시)에 체결하기 어려움이 있으며, 리드선(30)의 단자(31)를 바로 벽체에 형성된 다른 접속홈(미도시)에 체결하는 경우 동잡음 발생 원인을 제공할 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 전자의 경우로 구성함이 바람직한데, 이 경우 상기 진공발생수단인 공기주머니(21)를 포함한 상기 스포이트 커넥터(20)를 고무나 실리콘 소재로 일체로 형성함이 더욱 바람직하다. 이렇게 함으로써, 관통공(14)과 연결된 속이 빈 제 1 연결구(18)에 제 1 접속홈(23)이 기밀성이 있게 체결할 수 있다.
또한, 상기와 같이 스포이트 커넥터(20)를 고무나 실리콘 소재와 같은 부도체로 형성할 경우 스포이트 커넥터(20)의 제 2 접속홈(24) 내측에는, 도 7과 같이, 제 2 연결구(19) 및 리드선의 단자(31)가 양측에서 삽입 고정되도록 도전성 연결구(25)가 더 장착되는 것이 바람직하다.
도 9는 도 7의 방법으로 각 구성(부품)이 조립 체결된 모습을 아울러 보여준다.
마지막으로, 상기 스포이트 커넥터(20)의 제 2 접속홈(24)은, 도 9에 도시된 바와 같이, 제 1 접속홈(23) 하부에 형성되어, 제 2 접속홈(24)의 외측 하부가 전극 부착시 생체(200)의 표면(210)에 닿을 수 있도록 함이 바람직하다.
10: 컵 디스크형 전극부
11: 벽체
12: 피부 접촉부
13: 공간부
14: 관통공
15: 내측 피부 접촉부
15a: 하이드로젤
16; 작은 구멍
17: 지지대
18: 제 1 연결구
19: 제 2 연결구
20: 스포이트 커넥터
21: 진공발생수단(공기주머니)
23: 제 1 접속홈
24: 제 2 접속홈
25: 도전성 연결구
30: 리드선
31: 단자
40: 접속부
50: 손가락
100: 스포이트가 체결된 생체 의료용 전극
200: 생체
210: 생체의 표면

Claims (7)

  1. 컵 형상으로 개방된 가장자리를 피부 접촉부로 하고, 내측에 일정 공간부를 갖으며, 상기 공간부와 외부가 연결되도록 일측에 관통공이 형성된 컵 디스크형 전극부와;
    상기 컵 디스크형 전극부에 연결되되 상기 관통공을 통하여 상기 공간부 내부의 공기를 흡입할 수 있는 진공발생수단이 구비된 스포이트 커넥터와;
    상기 스포이트 커넥터를 통하여 상기 컵 디스크형 전극부와 전기적으로 연결된 리드선을 포함하여 구성되되,
    상기 컵 디스크형 전극부의 내측에는 상기 피부 접촉부로부터 이격되어 도전성 및 점착성이 있는 물질을 함유하는 내측 피부 접촉부가 더 구비된 것을 특징으로 하는 스포이트가 체결된 생체 의료용 전극.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컵 디스크형 전극부는 상기 관통공 외측으로 속이 빈 제 1 연결구 및 상기 제 1 연결구에 이웃하며 나란히 돌출된 제 2 연결구가 각각 일체로 형성되고,
    상기 스포이트 커넥터는 상기 제 1 연결구 및 상기 제 2 연결구에 각각 접속될 수 있도록 제 1 접속홈 및 제 2 접속홈이 형성되고,
    상기 제 1 접속홈은 상기 제 1 연결구와 접속되는 반대측에 상기 진공발생수단이 구비되고,
    상기 제 2 접속홈은 상기 제 2 연결구와 접속되는 반대측에 상기 리드선의 단자가 체결되는 것을 특징으로 하는 스포이트가 체결된 생체 의료용 전극.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 도전성 및 점착성이 있는 물질은 하이드로젤이고,
    상기 내측 피부 접촉부는 상기 컵 디스크형 전극부의 내측 바닥으로부터 연장된 지지대에 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 스포이트가 체결된 생체 의료용 전극.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 접속홈 내측에는 상기 제 2 연결구 및 상기 리드선의 단자가 양측에서 삽입 고정되도록 도전성 연결구가 더 구비된 것을 특징으로 하는 스포이트가 체결된 생체 의료용 전극.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공발생수단은 탄성 재질의 공기주머니인 것을 특징으로 하는 스포이트가 체결된 생체 의료용 전극.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 공기주머니는 원기둥 형상으로 상기 리드선 연결방향으로 신장 돌출된 것을 특징으로 하는 스포이트가 체결된 생체 의료용 전극.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 공기주머니를 포함한 상기 스포이트 커넥터는 고무 또는 실리콘 소재로 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 스포이트가 체결된 생체 의료용 전극.
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