KR101674579B1 - 생체용 전극 및 이를 포함하는 생체신호 측정장치 - Google Patents

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Abstract

생체용 전극 및 이를 포함하는 생체신호 측정장치가 개시된다. 개시된 생체용 전극은 신체 및 신호처리 모듈을 연결하기 위한 것으로서, 전극부가 관통되어 마련되는 절연 시트에 신호처리 모듈의 장착을 가이드하는 가이드부가 마련되어 있다.

Description

생체용 전극 및 이를 포함하는 생체신호 측정장치{Electrode for living body and device for detecting living signal}
본 개시는 생체용 전극 및 이를 포함하는 생체신호 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시스템의 소형화를 통해 사용자 편의성을 향상시키고 양질의 신호를 안정적으로 얻을 수 있는 생체용 전극 및 그 전극을 이용한 생체신호 측정장치에 관한 것이다.
최근 여러 가지 생체신호를 일상 생활에서 측정하여 진단의 정확성 및 편의성을 향상시키고 개인 건강 정보의 데이터베이스화를 통해 건강 관련 서비스들을 제공하여 의료진의 원격진단을 도와주고 진단/처방 결과를 환자에게 전달하는 연결된 의료 시스템(connected healthcare system)이 등장하고 있다. 신체는　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(electrocardiogram; ECG), 근전도(electromyogram; EMG), 뇌전도(electroencephalogram; EEG), 피부저항(Galvanic Skin Resistance; GSR), 안구운동(Electrooculography; EOG), 신체온도, 맥박, 혈압 및 신체 움직임 등을　측정할 수 있으며, 이러한 생체신호의 변화를 감지하기 위해 생체용 전극이 사용된다.
생체용 전극은 사용자의 피부에 부착되며 동시에 측정시스템과 연결시키는 매개체로 측정되는 생체신호의 품질과 사용자 편의성에 영향을 준다. 일상 생활에서 사용자의 몸에 항상 붙어 있으면서 생체신호를 측정하기 위해서는 측정정확도, 통신, 전력 등의 기술적 문제 해결이 필요함과 동시에 사용 편의성이 요구된다. 더불어 웨어러블 센서(wearable sensor)로서 생체용 전극은 소형화, 경량화가 요구된다. 일반적으로 사용되는 생체용 전극은 전기적 성능과 사용편의성을 고려하여 1회용으로 제작된다. 사용자의 피부에 부착된 후, 장시간 활동을 하면 생체용 전극의 접착력이 약화되거나, 전해질의 증발로 인하여 정확한 신호를 얻을 수 없다. 따라서 생체용 전극은 측정시스템에 대해 탈/부착이 가능해야 하며, 누구나 쉽게 생체용 전극의 설치 및 제거를 할 수 있도록 설계될 필요가 있다.
양질의 생체신호 품질의 확보, 사용자 편의성의 향상 및 측정시스템의 소형화/경량화가 가능한 생체용 전극 및 이를 포함하는 생체신호 측정장치를 제공하고자 한다.
일 유형에 따르는 생체용 전극은 신체 및 신호처리 모듈을 연결하기 위한 것으로서, 적어도 하나의 관통홀을 구비하는 절연 시트; 적어도 하나의 관통홀에 마련되는 전극부; 및 신호처리 모듈의 장착 위치를 가이드하는 가이드부;를 포함한다. 절연 시트은 가요성있는 재질로 형성될 수 있으며, 이에 따라 생체용 전극을 신호처리 모듈에 결합하고자 할 때, 정렬이 용이하지 않을 수 있는데, 일반 착용자도 가이드부를 이용하여 용이하게 생체용 전극을 신호처리 모듈에 결합할 수 있어, 사용자 편의성이 증대된다.
가이드부는 신호처리 모듈의 장착 위치를 가이드하기 위한 적어도 하나의 돌출부를 포함할 수 있다.
가이드부는 절연 시트의 끝단에 마련된 외벽 구조를 가질 수 있다.
가이드부는 신호처리 모듈과 결합하는 전극측 결합부를 포함할 수 있다. 가령, 가이드부는 신호처리 모듈의 슬롯에 삽입가능한 끝단을 포함할 수 있다. 또는 전극측 결합부는 집 결합부재(zip fastener), 훅/루프 결합부재(hook and loop fastener), 또는 가요성 자석일 수 있다. 이와 같이, 가이드부가 생체용 전극과 신호처리 모듈의 결합을 보조하는 전극측 결합부를 더 포함함으로써, 생체용 전극은 신호처리 모듈에 좀 더 안정적으로 결합되어, 외부환경 변화에 강건하게 생체신호를 측정할 수 있게 된다.
가이드부는 신호처리 모듈과 결합된 상태에서 접혀져 신호처리 모듈의 장착 위치를 가이드하는 접힘 구조를 가질 수 있다.
전극부는 절연 시트의 일면에 도전성 및 점착성 물질로 형성되어 신호처리 모듈의 단자에 면접하는 장치 접촉부와, 절연 시트의 타면에 마련되어 장치 접촉부와 전기적으로 연결되는 신체 접촉부를 포함할 수 있다. 나아가, 절연 시트의 장치 접촉부의 주변으로 접착성 물질이 도포될 수 있다.
다른 유형에 따르는 생체신호 측정장치는 적어도 하나의 관통홀을 구비하는 절연 시트와, 적어도 하나의 관통홀에 마련되는 전극부, 및 가이드부를 포함하는 생체용 전극; 및 생체용 전극의 전극부와 대응되는 단자를 포함하는 신호처리 모듈;을 포함하며, 가이드부는 신호처리 모듈의 생체용 전극으로의 장착을 가이드할 수 있다.
가이드부는 신호처리 모듈의 장착 위치를 가이드하기 위한 적어도 하나의 돌출부를 포함할 수 있다.
가이드부는 절연 시트의 끝단에 마련된 외벽 구조를 가질 수 있다.
생체용 전극과 신호처리 모듈은 상호 결합하는 결합부를 포함할 수 있다. 결합부는 탈착이 용이한 공지의 결합수단이 채용될 수 있다. 가령, 가이드부는 삽입부를 포함하며, 신호처리 모듈은 가이드부의 삽입부가 삽입될 수 있는 슬롯을 포함할 수 있다. 또는, 생체용 전극과 신호처리 모듈의 결합부는 결합부는 집 결합부재, 훅/루프 결합부재, 또는 가요성 자석일 수 있다.
가이드부는 신호처리 모듈과 결합된 상태에서 접혀져 신호처리 모듈의 장착 위치를 가이드하는 접힘 구조를 가질 수 있다.
전극부는 절연 시트의 일면에 도전성 및 점착성 물질로 형성되어 신호처리 모듈의 단자에 면접하는 장치 접촉부와, 절연 시트의 타면에 마련되어 장치 접촉부와 전기적으로 연결되는 신체 접촉부를 포함할 수 있다.
절연 시트의 장치 접촉부의 주변으로 접착성 물질이 도포될 수 있다.
신호처리 모듈의 생체용 전극에 맞닿는 면은 실리콘 이형제로 도포될 수 있다.
신호처리 모듈은 단자로부터 전달되는 아날로그 신호를 처리하기 위한 아날로그 신호처리부, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D 신호변환부 및 변환된 디지털 신호를 처리하기 위한 디지털 신호처리부를 더 포함할 수 있다.
개시된 실시예에 의한 생체용 전극 및 이를 포함하는 생체신호 측정장치는 생체용 전극과 신호처리 모듈의 결합/분리시 편의성이 향상될 수 있으며, 생체용 전극가 신호처리 모듈에 장착될 때, 면접촉을 통해 전기적으로 연결됨으로서 양질의 신호를 안정적으로 얻을 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 생체신호 측정장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 생체신호 측정장치에 채용된 생체용 전극의 개략적인 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 생체신호 측정장치에 채용된 생체용 전극의 I-I선을 따라 절개된 단면도이다.
도 4는 도 1의 생체신호 측정장치에 채용된 신호처리 모듈의 블록도이다.
도 5a 내지 도 5d는 도 1의 생체신호 측정장치에서 생체용 전극에 신호처리 모듈을 부착하는 동작을 도시한다.
도 6은 도 1의 생체신호 측정장치의 일 변형예를 도시한다.
도 7은 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치의 개략적인 구성도이다.
도 8은 도 7의 생체신호 측정장치에 채용된 생체용 전극의 개략적인 분해 사시도이다.
도 9a 내지 도 9d는 도 7의 생체신호 측정장치에서 생체용 전극에 신호처리 모듈을 부착하는 동작을 도시한다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치의 개략적인 구성도이다.
도 11a 내지 도 11c는 도 10의 생체신호 측정장치에서 생체용 전극에 신호처리 모듈을 부착하는 동작을 도시한다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치의 개략적인 구성도이다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치의 개략적인 구성도이다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치의 개략적인 구성도이다.
도 15a 및 도 15b는 도 14의 생체신호 측정장치에서 생체용 전극에 신호처리 모듈을 부착하는 동작을 도시한다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>
100, 100´, 200, 300, 400, 400´, 500...생체신호 측정장치
110, 110´, 210, 310, 410, 410´, 510...생체용 전극
111, 111´, 211, 311, 411, 511...절연 시트
112, 112´, 212, 312, 412, 412´, 512a, 512b...가이드부
113, 113´, 213, 313, 413, 513...전극부
113a...장치 접촉부
113b...신체 접촉부
115, 115´, 215, 315, 415, 515...제1 보호필름
118, 118´, 218, 318, 418, 518...제2 보호필름
120, 120´, 220, 320, 420, 420´, 520...신호처리 모듈
121, 121´, 221, 321, 421, 521...기판
123, 123´, 223, 323, 423, 523...단자
222, 322, 422, 422´, 522a, 522b...모듈측 결합부
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 생체신호 측정장치의 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1의 생체신호 측정장치에 채용된 생체용 전극의 개략적인 분해 사시도이며, 도 3은 도 1의 생체신호 측정장치에 채용된 생체용 전극의 I-I선을 따라 절개된 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 생체신호 측정장치(100)는 생체용 전극(110)과 신호처리 모듈(120)을 포함한다. 생체용 전극(110)은 측정하고자 하는 신체에 부착되며, 신호처리 모듈(120)은 생체용 전극(110) 상에 부착된다. 생체용 전극(110)을 신체에 부착하기 위해서 전해 물질을 포함하는 전해 크림이 사용될 수 있으며, 전해 크림을 피부 상에 도포한 후 생체용 전극(110)을 부착할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 생체용 전극(110)은 절연 시트(111)와, 가이드부(112)와, 전극부(113)와, 제1 및 제2 보호필름(115, 118)을 포함한다.
절연 시트(111)는 그 중앙에는 관통홀(111a)이 마련된 가요성 평판부재이다. 이러한 절연 시트(111)는 비도전성(nonconductive) 또는 절연(insulating) 물질을 이용하여 형성되며, 일반적으로 절연성 수지, 절연성 섬유, 종이 등을 이용하여 형성될 수 있다. 도면에 도시된 절연 시트(111)의 사각형 형상은 일 예이며, 경우에 따라서 원형이나 다각형의 형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 관통홀(111a)은 전극부(113)가 위치하는 곳으로, 도면에는 원형으로 도시되어 있으나, 타원형, 사각형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
가이드부(112)는 절연 시트(111)의 끝단에 돌출되어 형성된 외벽 구조로 마련될 수 있다. 이러한 가이드부(112)는 절연 시트(111)의 끝단이 접혀 형성되거나 별도로 마련된 외벽이 절연 시트(111)의 끝단에 부착되어 형성될 수 있다. 본 실시예의 가이드부(112)는 절연 시트(111)에서 제1 보호필름(116)의 탭부(115b)가 돌출되는 변을 제외한 나머지 3개 변에 마련되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 가이드부(112)는 절연 시트(111)에서 탭부(115b)가 돌출되는 변을 제외한 나머지 변 중 적어도 한 변에 형성될 수 있다. 만일 절연 시트(111)가 원형이나 다각형의 형상을 갖는 경우라면, 가이드부(112)는 이에 상응하여 원형이나 다각형의 모서리에 형성될 수 있다. 이와 같은 외벽 구조는 신호처리 모듈(120)의 위치를 지정하는 돌출부의 일 예로서, 가이드부(112)는 절연 시트(111)의 내측에 돌출된 형태로 마련될 수도 있다.
이러한 가이드부(112)는 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 후술하는 바와 같이 신호처리 모듈(120)이 생체용 전극(110)의 정확한 위치에 장착될 수 있도록 가이드한다. 또한, 가이드부(112)는 제1 보호필름(115)을 제거할 때, 생체용 전극(110) 또는 신호처리 모듈(120)이 한 쪽으로 밀리는 것을 방지한다.
전극부(113)는 신체의 미세 전기를 신호처리 모듈(120)로 전달하는 것으로, 장치 접촉부(113a) 및 신체 접촉부(113b)를 포함한다. 장치 접촉부(113a) 및 신체 접촉부(113b)는 도전성 및 점착성을 갖는 물질을 이용하여 형성된다. 장치 접촉부(113a)가 점착성을 갖기 때문에 장치 접촉부(113a)는 신호처리 모듈(120)의 저면(도 1의 121a)에 유효한 부착력을 유지한 채 부착될 수 있다. 도전성 및 점착성을 갖는 물질은 다양하게 선택될 수 있지만, 일반적으로 하이드로 젤(hydro gel)이 많이 사용되고 있다. 장치 접촉부(123a) 및 신체 접촉부(123b)는 관통홀(111a)을 통하여 일체로 연결되어 있으며, 이는 용융 또는 유동 상태에 있는 하이드로 젤을 절연 시트(111)의 양면에서 성형하여 제작할 수가 있다. 구체적으로, 관통홀(111a)의 주변에 일면 또는 양면에 유동 상태의 하이드로 젤을 분사하고, 절연 시트(111)의 상하면에서 금형으로 압축하여 장치 접촉부(113a) 및 신체 접촉부(113b)를 한번에 성형할 수가 있다. 도면은 전극부(113)의 장치 접촉부(113a) 및 신체 접촉부(113b)가 관통홀(111a) 내에만 있는 경우를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않는다. 장치 접촉부(113a) 및 신체 접촉부(113b)는 관통홀(111a) 주변의 절연 시트(111) 상하면에 퍼져 형성될 수도 있다. 본 실시예의 전극부(113)는 신호처리 모듈(120)과 점착력에 의해 결합되므로, 장치 접촉부(113a)를 얇은 평판 형상(planar shape)으로 형성할 수 있어 두께도 얇게 만들 수 있다. 또한, 장치 접촉부(113a)와 신호처리 모듈(120)의 접촉하는 단자(123)도 서로 면접하는 간단한 구조를 갖기 때문에 신호처리 모듈(120)의 두께를 얇게 할 수 있는 것은 물론, 피부부터 회로까지의 신호 전달 과정을 짧게 유지하고 동적 잡음도 줄일 수가 있다.
절연 시트(111) 및 전극부(113)는 유연성을 가지고 변형할 수 있으며, 부착되는 부분의 형상에 적응하면서 용이하게 부착될 수 있다. 또한, 생체용 전극(110)과 신호처리 모듈(120)의 기계적 결합력을 향상시켜 안정적인 측정환경을 제공할 수 있도록, 장치 접촉부(113a)의 주변에 있는 절연 시트(111) 상면의 가장자리를 접착성 물질로 도포할 수도 있다. 또한, 신체 접촉부(113b)의 주변에 있는 절연 시트(111) 하면의 가장자리도 접착성 물질로 도포할 수도 있다.
제1 보호필름(115)은 보호부(115a)과 보호부(115a)의 일측이 연장되어 형성된 탭부(115b)를 포함한다. 보호부(115a)는 절연 시트(111)의 신호처리 모듈(120)에 맞닿는 면 전체를 커버하도록 마련될 수 있다. 보호부(115a)는 생체용 전극(110)의 신호처리 모듈(120)에 맞닿는 면에 도포된 접착제의 성능을 유지할 수 있도록 이를 보호한다. 보호부(115a)는 한 장의 보호필름이 접혀 형성된 이중층 구조를 지닐 수 있다. 이때, 탭부(115b)는 접힌 이중층 중 신호처리 모듈(120) 쪽 층(즉, 도면에서 볼 때 상부층)의 일부가 연장되어 형성될 수 있다.
제2 보호필름(118)은 생체용 전극(110)의 신체에 맞닿는 면에 도포된 접착제의 성능을 유지할 수 있도록 이를 보호하는 것으로, 절연 시트(111)의 신호처리 모듈(120)에 맞닿는 면의 이면, 즉 신체와 맞닿는 면 전체를 커버하도록 마련될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 신호처리 모듈(120)은 신호처리를 위한 전자부품들(125)이 실장되는 기판(121)과, 생체용 전극(110)의 전극부(113)와 맞닿는 단자(123)를 포함한다.
기판(121)은 절연 시트(111)의 외벽 구조로 된 가이드부(112)의 내측에 안착되는 사각형상을 지닐 수 있다. 만일 가이드부(112)가 원형이나 다각형의 모서리 형상으로 형성된 경우라면, 기판(121)은 이에 상응하여 원형이나 다각형의 형상으로 형성될 수 있다. 만일, 가이드부(112)가 절연 시트(111)의 내측에 돌출된 형태로 마련된 경우라면, 기판(121)의 저면(121a)에는 가이드부(112)가 삽입되는 오목한 홈이 마련될 수 있다.
기판(121)은 유연성을 가지고 변형하는 플렉서블 회로기판(flexible circuit board)로 형성되어, 생체용 전극(110)의 변형에 대응되게 변형될 수 있다. 경우에 따라서는, 기판(121)은 강성을 지닌 부재로 형성될 수도 있다. 기판(121)이 강성 재질로 형성되는 경우라면, 단자(123)는 생체용 전극(110)의 변형에 대응되게 움직이도록 탄력적으로 형성될 수 있다.
기판(121)의 저면(121a)에는 금속 재질의 단자(123)가 노출되어 있으며, 기판(121)의 저면(121a)이 장치 접촉부(113a) 상에 위치하도록 하여 신호처리 모듈(120)를 생체용 전극(110)에 부착시킬 수가 있다. 기판(121)의 저면(121a)에는 실리콘 이형제가 도포될 수 있다. 생체용 전극(110)에 도포된 접착제의 접착력이 강할 경우에는 생체용 전극(110)의 제거시 신호처리 모듈(120)의 손상 위험이 있는바, 실리콘 이형제는 생체용 전극(110)의 제거를 용이하게 하여 신호처리 모듈(120)의 손상 위험을 방지한다.
전극부(113)와 단자(123)는 평평한 접촉면을 통해 서로 부착되기 때문에, 넓은 면을 이용하여 전극부(113)와 단자(123) 사이의 저항을 줄일 수 있다. 이에 따라, 신체 내의 미약한 전기도 신호처리 모듈(120)의 단자(123)로 효율적으로 전달할 수 있으며, 그 결과 S/N 비율(Signal-to-Noise ratio)을 향상시킬 수가 있다.
또한, 전극부(113)의 장치 접촉부(113a)는 점착성을 갖기 때문에 별도의 고정 구조를 갖지 않아도 신호처리 모듈(120)과의 결합된 상태를 유지할 수가 있다.
도 4는 신호처리 모듈(120)의 블록도의 일 예를 도시한다. 도 4를 참조하면, 신호처리 모듈(120)은 저면의 단자(123)로부터 순차적으로 연결된 아날로그 신호 처리부(126), A/D 변환부(127), 디지털 신호 처리부(128) 및 유/무선 송수신 모듈(129)을 포함한다. 아날로그 신호 처리부(126)는 단자(123)로부터 전달되는 신체의 미세 전기, 즉 아날로그 형태의 신호를 증폭 또는 필터링을 하여 A/D 변환부(127)로 전달할 수 있다. A/D 변환부(127)는 전달된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 후, 디지털 신호 처리부(128)로 전달한다. 디지털 신호 처리부(128)는 변환된 디지털 신호를 프로그램된 방법에 따라 처리한다. 유/무선 송수신 모듈(129)은 디지털 신호 처리부(128)에서 처리된 디지털 신호를 외부 장치로 유선 및/또는 무선의 방식으로 전달하며 외부 장치로부터 오퍼레이팅 신호를 전달받는다. 경우에 따라서는, 유/무선 송수신 모듈(129)은 유선 송신, 무선 송신, 유/무선 송신만을 수행할 수도 있다. 이와 같이, 신호처리 모듈(120)은 외부의 장치와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있으며, 신체에 착용된 상태를 유지하면서 착용자의 심전도(ECG), 근전도(EMG), 뇌전도(EEG), 피부저항(GSR) 등의 생체신호 자료를 전달할 수가 있다. 경우에 따라서는, 유/무선 송수신 모듈(129) 대신에, 신호처리 모듈(120) 내에 메모리(미도시)가 마련되어, 디지털 신호 처리부(128)에서 처리된 디지털 신호가 메모리에 저장될 수도 있을 것이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 실시예의 생체신호 측정장치(100)에서 생체용 전극(110)에 신호처리 모듈(120)을 부착하는 동작을 도시한다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 신호처리 모듈(120)을 생체용 전극(110)의 가이드부(112)에 정렬시킨 상태로 생체용 전극(110)에 배치시킨다. 이때, 가이드부(112)는 생체용 전극(110)의 전극부(113)와 신호처리 모듈(120)의 단자(123)가 정확히 정렬될 수 있도록 가이드하는 역할을 한다. 생체용 전극(110)과 신호처리 모듈(120)이 가용성 재질로 형성됨에 따라, 신호처리 모듈(120)을 생체용 전극(110)에 부착하고자 할 때, 쉽게 정렬 위치가 어긋날 위험이 있다. 그러나, 본 실시예의 생체신호 측정장치(100)는, 가이드부(112)에 의해 전극부(113)와 단자(123)가 정확히 정렬됨에 따라, 생체용 전극(110)에서 검출된 생체신호의 전기적 경로를 확보할 수 있으며, 생체용 전극(110)와 신호처리 모듈(120) 사이의 임피던스를 최소화할 수 있다.
다음으로, 도 5c를 참조하면, 신호처리 모듈(120)이 생체용 전극(110)의 가이드부(112)에 정렬된 상태에서, 제1 보호필름(115)의 탭부(115b)를 잡아당긴다. 탭부(115b)가 잡아당겨짐에 따라 보호부(115a)의 상부층이 끌려 나가면서, 보호부(115a)의 끝단 (115c)은 절연 시트(111)의 상면에서 떨어진다. 이와 같이, 제1 보호필름(115)의 끝단 (115c)이 절연 시트(111)로부터 순차적으로 떨어짐에 따라, 신호처리 모듈(120)가 생체용 전극(110)에 배치된 상태에서 제1 보호필름(115)이 제거될 수 있다. 이때, 생체용 전극(110)과 신호처리 모듈(120)이 가용성 재질로 형성됨에 따라, 제1 보호필름(115)을 제거할 때, 생체용 전극(110) 또는 신호처리 모듈(120)이 한 쪽으로 밀릴 수 있는데, 가이드부(112)는 제1 보호필름(115)의 제거시, 생체용 전극(110) 또는 신호처리 모듈(120)이 한 쪽으로 밀리는 것을 방지한다.
이와 같이, 제1 보호필름(115)이 생체용 전극(110)으로부터 제거되면, 도 5d에 도시된 바와 같이, 신호처리 모듈(120)은 생체용 전극(110)에 직접적으로 맞닿아 접착하게 된다.
생체용 전극(110)과 신호처리 모듈(120)의 결합은, 생체용 전극(110)이 신체에 부착되기 전 상태에서 혹은 신체에 부착된 상태에서 이루어질 수 있다. 만일, 생체용 전극(110)은 신체에 부착된 상태에서 생체용 전극(110)과 신호처리 모듈(120)이 결합되는 경우라면, 도 5a 내지 도 5d에서 제2 보호필름(118)은 제거될 것이다.
본 실시예의 생체신호 측정장치(100)는 생체용 전극(110)과 신호처리 모듈(120)의 전기적 접촉과 기계적 결합을 도전성 점착제로 동시에 해결하여 생체신호 측정장치(100)의 두께를 최소화함과 아울러, 생체용 전극(110)과 신호처리 모듈(120)의 결합을 가이드부(112)에 의해 용이하게 이루어지도록 하여, 사용자 편의성을 향상시킬 수 있다.
본 실시예는 생체용 전극(110)에 하나의 전극부(113)가 마련된 경우를 설명하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 도 6은 본 실시예의 일 변형예에 따른 생체신호 측정장치(100´)의 개략적인 구성도이다. 본 변형예의 생체신호 측정장치(100´)에서, 생체용 전극(110´)은 여러 지점의 변화를 측정할 수 있도록 복수의 전극부(113´)를 구비한다. 또한, 이에 대응하여 신호처리 모듈(120´)에는 복수의 단자(121´)가 마련된다. 전극부(113´) 및 단자(121´)의 개수가 늘어남에 따라, 가용성있는 생체용 전극(110´)과 생체신호 측정장치(100´)가 정확한 정렬될 상태로 결합하는 것이 용이하지 않을 수 있는데, 가이드부(112)는 복수의 단자(121´)가 복수의 전극부(113´)와 일대일로 정확하게 정렬될 수 있도록 한다.
본 변형예의 생체신호 측정장치(100´)는 하나의 생체용 전극(110´)에 복수의 전극부(113´)가 마련되고, 하나의 신호처리 모듈(120´)에 복수의 단자(121´)가 마련된다는 점을 제외하고는 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다.
도 7은 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치의 개략적인 구성도이며, 도 8은 도 7의 생체신호 측정장치에 채용된 생체용 전극의 개략적인 분해 사시도이다.
도 7 및 8을 참조하면, 본 실시예의 생체신호 측정장치(200)는 생체용 전극(210)과 신호처리 모듈(220)을 포함한다. 생체용 전극(210)은 절연 시트(211)와, 가이드부(212)와, 전극부(213)와, 제1 및 제2 보호필름(215, 218)을 포함한다. 신호처리 모듈(220)은 기판(222)과, 생체용 전극(210)의 전극부(213)와 맞닿는 단자(223) 및 가이드부(212)와 결합하는 모듈측 결합부(222)를 포함한다. 생체용 전극(210)와 신호처리 모듈(220)의 가이드 및 결합 구조를 제외한 나머지 구성요소들은 전술한 실시예의 대응되는 구성요소와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
절연 시트(211)는 그 중앙에는 관통홀(211a)이 마련된 가요성 평판부재이다. 이러한 절연 시트(211)는 비도전성 또는 절연 물질을 이용하여 형성되며, 일반적으로 절연성 수지, 절연성 섬유, 종이 등을 이용하여 형성될 수 있다.
가이드부(212)는 절연 시트(211)의 일 끝단에 마련되며, 소정 경계(212a)를 따라 접힐 수 있는 형태일 수 있다. 이러한 가이드부(212)는 절연 시트(211)의 일부 이거나, 별도로 마련되어 절연 시트(211)의 끝단에 부착되어 형성될 수도 있다. 가이드부(212)가 접히는 경계(212a)는, 신호처리 모듈(120)이 생체용 전극(110)의 정확한 위치에 안착될 수 있도록 미리 정해져 있다. 경계(212a)는 표시되어 있을 수 있으며, 나아가 가이드부(212)가 용이하게 접힐 수 있도록 사전처리될 수 있다. 가이드부(212)의 끝단(212b)을 포함하는 일부 영역은 신호처리 모듈(220)의 모듈측 결합부(222)에 삽입되는 삽입부가 된다.
신호처리 모듈(220)의 기판(221)에는 생체용 전극(210)의 가이드부(212)의 끝단(212b)이 삽입될 수 있는 슬롯 형상의 모듈측 결합부(222)가 마련된다. 모듈측 결합부(222)는 가요성 재질 또는 강성 재질로 형성될 수 있다. 이러한 슬롯 형상의 모듈측 결합부(222)는 가이드부(212)의 삽입부와 함께, 생체용 전극(110)과 신호처리 모듈(120)을 결합시키면서 탈착이 용이한 결합부재의 일예이다.
도 9a 내지 도 9d는 본 실시예의 생체신호 측정장치(200)에서 생체용 전극(210)에 신호처리 모듈(220)을 부착하는 동작을 도시한다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 생체용 전극(210)의 가이드부(212)의 일부를 신호처리 모듈(220)의 모듈측 결합부(222)에 삽입시키고, 신호처리 모듈(220)가 생체용 전극(210)에 정렬되도록 가이드부(212)를 접는다. 이때, 가이드부(212)는 생체용 전극(210)의 전극부(213)와 신호처리 모듈(220)의 단자(223)가 정확히 정렬될 수 있도록 가이드하는 역할을 할 뿐만 아니라, 신호처리 모듈(220)이 생체용 전극(210)에 안정적으로 고정될 수 있도록 한다.
다음으로, 도 9c를 참조하면, 신호처리 모듈(220)이 생체용 전극(210)의 가이드부(212)에 정렬된 상태에서, 제1 보호필름(215)의 탭부(215b)를 잡아당긴다. 탭부(215b)가 잡아당겨짐에 따라 보호부(215a)의 상부층이 끌려 나가면서, 제1 보호필름(115)이 제거될 수 있다. 가이드부(212)는 제1 보호필름(215)의 제거시, 생체용 전극(210) 또는 신호처리 모듈(220)이 한 쪽으로 밀리는 것을 방지한다.
이와 같이, 제1 보호필름(215)이 생체용 전극(210)으로부터 제거되면, 도 9d에 도시된 바와 같이, 신호처리 모듈(220)은 생체용 전극(210)에 직접적으로 맞닿아 접착하게 된다.
본 실시예의 생체신호 측정장치(200)는 생체용 전극(210)과 신호처리 모듈(220)가 전극부(213)의 점착성 물질에 의해 접착될 뿐만 아니라, 가이드부(212)가 생체용 전극(210)과 신호처리 모듈(220)의 결합 기능까지 수행함으로써, 신호처리 모듈(220)이 좀 더 안정적으로 생체용 전극(210)에 장착될 수 있도록 한다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치의 개략적인 구성도이다. 도 10을 참조하면, 본 실시예의 생체신호 측정장치(300)는 생체용 전극(310)과 신호처리 모듈(320)을 포함한다. 생체용 전극(310)은 절연 시트(311)와, 가이드부(312)와, 전극부(313)와, 제1 및 제2 보호필름(315, 318)을 포함한다. 신호처리 모듈(320)은 기판(322)과, 생체용 전극(310)의 전극부(313)와 맞닿는 단자(323) 및 가이드부(312)와 결합하는 모듈측 결합부(322)를 포함한다. 생체용 전극(310)와 신호처리 모듈(320)의 가이드 및 결합 구조를 제외한 나머지 구성요소들은 전술한 실시예들의 대응되는 구성요소와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
절연 시트(311)는 비도전성 또는 절연 물질을 이용하여 형성되며, 일반적으로 절연성 수지, 절연성 섬유, 종이 등을 이용하여 형성될 수 있다. 가이드부(312)는 절연 시트(311)의 일 끝단에 연장되어 마련되며, 가이드부(312)의 끝단(312a)은 끝이 몽툭한 돌출부 형상의 집 결합부재(zip fastener)일 수 있다. 가이드부(312)는 절연 시트(311)의 일단 자체가 성형되어 형성되거나 별도로 재질로 마련되어 절연 시트(311)의 끝단에 부착되어 형성될 수도 있다. 신호처리 모듈(320)의 기판(321)의 일단에는 가이드부(312)의 끝단(312a)에 대응되는 오목부 형상의 집 결합부재인 모듈측 결합부(322)가 마련될 수 있다. 가이드부(312)의 끝단(312a)의 돌출부 형상과 모듈측 결합부(322)의 오목부 형상은 서로 뒤바뀔 수 있다. 가이드부(312)는 접어지거나 휘어질 수 있다. 생체용 전극(310)의 전극부(313)와 신호처리 모듈(320)의 단자(323)가 정확히 정렬될 수 있도록, 가이드부(312) 및 모듈측 결합부(322)의 위치, 크기 등은 미리 결정된다.
도 11a 내지 도 11c는 본 실시예의 생체신호 측정장치(300)에서 생체용 전극(310)에 신호처리 모듈(320)을 부착하는 동작을 도시한다.
도 11a를 참조하면, 생체용 전극(310)의 가이드부(312)의 끝단을 신호처리 모듈(320)의 모듈측 결합부(322)에 삽입시키고, 신호처리 모듈(320)가 생체용 전극(310)에 정렬되도록 가이드부(312)를 접는다. 이때, 가이드부(312)는 생체용 전극(310)의 전극부(313)와 신호처리 모듈(320)의 단자(323)가 정확히 정렬될 수 있도록 가이드하는 역할을 할 뿐만 아니라, 신호처리 모듈(320)이 생체용 전극(310)에 안정적으로 고정될 수 있도록 한다.
다음으로, 도 11b를 참조하면, 신호처리 모듈(320)이 생체용 전극(310)의 가이드부(312)에 정렬된 상태에서, 제1 보호필름(315)을 잡아당겨 제거한다. 이와 같이, 제1 보호필름(315)이 생체용 전극(310)으로부터 제거되면, 도 11c에 도시된 바와 같이, 신호처리 모듈(320)은 생체용 전극(310)에 직접적으로 맞닿아 접착하게 된다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치의 개략적인 구성도이다.
도 12를 참조하면, 본 실시예의 생체신호 측정장치(400)는 생체용 전극(410)과 신호처리 모듈(420)을 포함한다. 생체용 전극(410)은 절연 시트(411)와, 가이드부(412)와, 전극부(413)와, 제1 및 제2 보호필름(415, 418)을 포함한다. 신호처리 모듈(420)은 기판(422)과, 생체용 전극(410)의 전극부(413)와 맞닿는 단자(423) 및 가이드부(412)와 결합하는 모듈측 결합부(422)를 포함한다. 생체용 전극(410)와 신호처리 모듈(420)의 가이드 및 결합 구조를 제외한 나머지 구성요소들은 전술한 실시예들의 대응되는 구성요소와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
절연 시트(411)는 비도전성 또는 절연 물질을 이용하여 형성되며, 일반적으로 절연성 수지, 절연성 섬유, 종이 등을 이용하여 형성될 수 있다.
가이드부(412)는 절연 시트(411)의 상면의 가장자리에 마련되며, 훅/루프 결합부재, 즉 벨크로(Velcro)형태일 수 있다. 또한, 신호처리 모듈(420)의 기판(421)의 저면의 가장자리에도 가이드부(412)의 훅/루프 결합부재에 대응되는 훅/루프 결합부재인 모듈측 결합부(422)가 마련될 수 있다. 가령, 가이드부(412)는 훅 결합부재이고, 모듈측 결합부(422)는 루프 결합부재일 수 있으며, 서로 뒤바뀔 수도 있다. 가이드부(412)와 모듈측 결합부(422)의 위치는, 생체용 전극(310)의 전극부(313)와 신호처리 모듈(320)의 단자(323)가 정확히 정렬될 수 있도록 정해진다. 가이드부(412)와 모듈측 결합부(422)는 하나 또는 복수개 마련될 수 있다. 가이드부(412)와 모듈측 결합부(422)의 위치는 절연 시트(411)의 상면의 가장자리 및 기판(421)의 저면의 가장자리에 한정되는 것은 아니고, 다양한 위치에 마련될 수 있다.
본 실시예는 가이드부(412)와 모듈측 결합부(422)가 훅/루프 결합부재, 즉 벨크로 형태인 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이는 일 예일 뿐이며 다양한 변형예가 가능하다. 도 13은 본 실시예의 일 변형예에 따른 생체신호 측정장치(400´)의 개략적인 구성도이다. 본 변형예의 생체신호 측정장치(400´)는 가이드부(412´)와 모듈측 결합부(422´)가 자석으로 형성되어, 생체용 전극(410´)과 신호처리 모듈(420´)이 자기적 결합으로 결합된다. 이때, 가이드부(412´)와 모듈측 결합부(422´)를 형성하는 자석은 가요성 자석일 수 있다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치의 개략적인 구성도이다. 도 14를 참조하면, 본 실시예의 생체신호 측정장치(500)는 생체용 전극(510)과 신호처리 모듈(520)을 포함한다. 생체용 전극(510)은 절연 시트(511)와, 가이드부(512a, 512b)와, 전극부(513)와, 제1 및 제2 보호필름(515, 518)을 포함한다. 신호처리 모듈(520)은 기판(522)과, 생체용 전극(510)의 전극부(513)와 맞닿는 단자(4523) 및 가이드부(512a, 512b)와 결합하는 모듈측 결합부(522a, 522b)를 포함한다. 생체용 전극(410)와 신호처리 모듈(420)의 가이드 및 결합 구조를 제외한 나머지 구성요소들은 전술한 실시예들의 대응되는 구성요소와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
절연 시트(511)는 사각형 형상을 지니며, 비도전성 또는 절연 물질을 이용하여 형성되며, 일반적으로 절연성 수지, 절연성 섬유, 종이 등을 이용하여 형성될 수 있다. 가이드부(512a, 512b)는 절연 시트(511)의 양 끝단에 연장되어 마련되며, 가이드부(512)의 끝단은 끝이 몽툭한 돌출부 형태의 집 결합부재(zip fastener)일 수 있다. 또한, 신호처리 모듈(520)의 기판(521)에도 가이드부(512a, 512b)에 대응되는 오목부 형상의 집 결합부재인 모듈측 결합부(522a, 522b)가 마련된다. 가이드부(512a, 512b)의 돌출부 형상과 모듈측 결합부(522a, 522b)의 오목부 형상은 서로 뒤바뀔 수 있다. 가이드부(512a, 512b)는 시트부(511)의 양 끝단에서 안쪽으로 접어질 수 있으며, 생체용 전극(510)의 전극부(513)와 신호처리 모듈(520)의 단자(523)가 정확히 정렬될 수 있도록 접히는 위치가 미리 정해질 수 있다.
도 15a 및 도 15b는 본 실시예의 생체신호 측정장치(500)에서 생체용 전극(510)에 신호처리 모듈(520)을 부착하는 동작을 도시한다.
도 15a를 참조하면, 생체용 전극(510)의 가이드부(512a, 512b)의 양 끝단을 신호처리 모듈(520)의 모듈측 결합부(522a, 522b)에 결합시킨다. 이때, 가이드부(512a, 512b)는 생체용 전극(510)의 전극부(513)와 신호처리 모듈(520)의 단자(523)가 정확히 정렬될 수 있도록 가이드하는 역할을 할 뿐만 아니라, 신호처리 모듈(520)이 생체용 전극(510)에 안정적으로 고정될 수 있도록 한다. 다음으로, 신호처리 모듈(520)이 생체용 전극(510)의 가이드부(512a, 512b)에 정렬된 상태에서, 제1 보호필름(515)을 잡아당겨 제거하여, 도 15b에 도시된 바와 같이, 신호처리 모듈(520)이 생체용 전극(510)에 직접적으로 맞닿아 접착하도록 한다.
전술한 본 발명인 생체용 전극 및 이를 포함하는 생체신호 측정장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (24)

  1. 신체 및 신호처리 모듈을 연결하기 위한 생체용 전극에 있어서,
    적어도 하나의 관통홀을 구비하는 절연 시트;
    상기 적어도 하나의 관통홀에 마련되는 전극부;
    신호처리 모듈의 장착 위치를 가이드하는 가이드부; 및
    상기 절연 시트의 신호처리 모듈의 단자에 면접하는 면에 제거가능하게 부착된 제1 보호필름;을 포함하며,
    상기 제1 보호필름의 적어도 일 부분은 한 장의 보호필름이 접혀 형성된 이중층의 구조를 지니는 생체용 전극.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 가이드부는 신호처리 모듈의 장착 위치를 가이드하기 위한 적어도 하나의 돌출부를 포함하는 생체용 전극.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 가이드부는 상기 절연 시트의 끝단에 마련된 외벽 구조를 갖는 생체용 전극.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 가이드부는 신호처리 모듈과 결합하는 전극측 결합부를 포함하는 생체용 전극.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 가이드부는 신호처리 모듈의 슬롯에 삽입가능한 끝단을 포함하는 생체용 전극.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 전극측 결합부는 집 결합부재(zip fastener), 훅/루프 결합부재(hook and loop fastener), 또는 가요성 자석인 생체용 전극.
  7. 신체 및 신호처리 모듈을 연결하기 위한 생체용 전극에 있어서,
    적어도 하나의 관통홀을 구비하는 절연 시트;
    상기 적어도 하나의 관통홀에 마련되는 전극부; 및
    신호처리 모듈의 장착 위치를 가이드하는 가이드부;를 포함하며,
    상기 가이드부는 일 장착 위치에서 접혀 신호처리 모듈의 장착 위치를 가이드하는 접힘 구조를 갖는 생체용 전극.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극부는 절연 시트의 일면에 도전성 및 점착성 물질로 형성되어 신호처리 모듈의 단자에 면접하는 장치 접촉부와, 상기 절연 시트의 타면에 마련되어 상기 장치 접촉부와 전기적으로 연결되는 신체 접촉부를 포함하는 생체용 전극.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 절연 시트의 상기 장치 접촉부의 주변으로 접착성 물질이 도포된 생체용 전극.
  10. 적어도 하나의 관통홀을 구비하는 절연 시트와, 상기 적어도 하나의 관통홀에 마련되는 전극부, 가이드부, 및 제1 보호필름을 포함하는 생체용 전극; 및
    상기 생체용 전극의 전극부와 대응되는 단자를 포함하는 신호처리 모듈;을 포함하며,
    상기 가이드부는 상기 신호처리 모듈의 상기 생체용 전극으로의 장착을 가이드하며,
    상기 제1 보호필름은 상기 절연 시트의 신호처리 모듈의 단자에 면접하는 면에 제거가능하게 부착되며, 상기 제1 보호필름의 적어도 일 부분은 한 장의 보호필름이 접혀 형성된 이중층의 구조를 지니는 생체신호 측정장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 가이드부는 신호처리 모듈의 장착 위치를 가이드하기 위한 적어도 하나의 돌출부를 포함하는 생체신호 측정장치.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 가이드부는 상기 절연 시트의 끝단에 마련된 외벽 구조를 갖는 생체신호 측정장치.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 생체용 전극과 상기 신호처리 모듈은 상호 결합하는 결합부를 포함하는 생체신호 측정장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 가이드부는 삽입부를 포함하며,
    상기 신호처리 모듈은 상기 가이드부의 삽입부가 삽입될 수 있는 슬롯을 포함하는 생체신호 측정장치.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 생체용 전극과 상기 신호처리 모듈의 결합부는 결합부는 집 결합부재, 훅/루프 결합부재, 또는 가요성 자석인 생체신호 측정장치.
  16. 적어도 하나의 관통홀을 구비하는 절연 시트와, 상기 적어도 하나의 관통홀에 마련되는 전극부, 및 가이드부를 포함하는 생체용 전극; 및
    상기 생체용 전극의 전극부와 대응되는 단자를 포함하는 신호처리 모듈;을 포함하며,
    상기 가이드부는 상기 신호처리 모듈의 상기 생체용 전극으로의 장착을 가이드하며,
    상기 가이드부는 일 장착 위치에서 접혀 신호처리 모듈의 장착 위치를 가이드하는 접힘 구조를 갖는 생체신호 측정장치.
  17. 제10 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극부는 절연 시트의 일면에 도전성 및 점착성 물질로 형성되어 신호처리 모듈의 단자에 면접하는 장치 접촉부와, 상기 절연 시트의 타면에 마련되어 상기 장치 접촉부와 전기적으로 연결되는 신체 접촉부를 포함하는 생체신호 측정장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 절연 시트의 상기 장치 접촉부의 주변으로 접착성 물질이 도포된 생체신호 측정장치.
  19. 제10 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호처리 모듈의 상기 생체용 전극에 맞닿는 면은 실리콘 이형제로 도포된 생체신호 측정장치.
  20. 제10 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호처리 모듈은 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 더 포함하는 생체신호 측정장치.
  21. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연 시트의 신호처리 모듈의 단자에 면접하는 면의 타면에 제거가능하게 부착된 제2 보호필름을 더 포함하는 생체용 전극.
  22. 제21 항에 있어서,
    상기 제1 보호필름은 상기 절연 시트의 신호처리 모듈에 면접하는 면을 보호하는 보호부와 상기 보호부에서 연장되어 형성된 탭부를 포함하며,
    상기 보호부는 한 장의 보호필름이 접혀 형성된 이중층의 구조를 지니며, 상기 탭부는 상기 이중층 중 상기 절연 시트의 신호처리 모듈에 면접하는 쪽의 일부가 연장되어 형성되는 생체용 전극.
  23. 제10 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 생체용 전극은 상기 절연 시트의 신호처리 모듈의 단자에 면접하는 면의 타면에 제거가능하게 부착된 제2 보호필름을 더 포함하는 생체신호 측정장치.
  24. 제23 항에 있어서,
    상기 제1 보호필름은 상기 절연 시트의 신호처리 모듈에 면접하는 면을 보호하는 보호부와 상기 보호부에서 연장되어 형성된 탭부를 포함하며,
    상기 보호부는 한 장의 보호필름이 접혀 형성된 이중층의 구조를 지니며, 상기 탭부는 상기 이중층 중 상기 절연 시트의 신호처리 모듈에 면접하는 쪽의 일부가 연장되어 형성되는 생체신호 측정장치.
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