KR101747416B1 - Sulface Electromyogram sensor having Multi-channel - Google Patents
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- A61B5/296—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses for electromyography [EMG]
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Abstract
실시예는 표면 근전도 센서에 관한 것으로, 소정 개수의 행과 열을 이루는 전극들을 포함하는 전극 어레이, 소정 길이의 폭과 소정 각도의 굴곡을 가지면서, 상기 전극 어레이를 포함하는 틀을 형성하는 프레임, 상기 프레임의 적어도 두지점을 연결하는 꼬불꼬불한 라인 형상의 복수개의 인터커넥트를 포함하고, 상기 전극 어레이에 포함된 전극들은 상기 인터커넥트 상에 접착된 상태로 지지될 수 있다. 따라서, 피부에 부착된 상태에서 피부의 팽창 및 수축시 인터커넥트의 유동성이 커지기 때문에 전극이 피부에서 잘 떨어지지 않을 뿐만 아니라 부착 위치가 동일하게 유지될 수 있다.[0001] The present invention relates to a surface electromyographic sensor, and more particularly to a surface electromyography sensor which includes an electrode array including electrodes forming a predetermined number of rows and columns, a frame having a width of a predetermined length and a predetermined angle of curvature, Shaped interconnects connecting at least two points of the frame, and electrodes included in the electrode array may be held in an adhered state on the interconnect. Therefore, since the fluidity of the interconnect increases when the skin is expanded and shrunk in the state of being attached to the skin, the electrode can not be easily detached from the skin and the attachment position can be kept the same.
Description
본 발명은 멀티 채널을 갖는 표면 근전도 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신체 표면의 대면적을 커버하면서 탈착 후에 재사용이 가능한 멀티 채널 표면 근전도 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a surface electromyography sensor having a multi-channel, and more particularly, to a multi-channel surface electromyogram sensor capable of reusing after being detached while covering a large area of a body surface.
생체 신호는 생체 의료 기기를 위한 중요한 정보를 제공하며, 최근에는 신체와 외부 환경 사이에 상호 작용을 측정하기 위해 웨어러블 형태의 전자기기들이 연구되고 있다. 넓은 영역의 다중 포인트로부터 개별적인 신호들을 얻기 위해서는 필수적으로 다중 생체 센서가 필요하다. Biomedical signals provide important information for biomedical devices, and in recent years wearable electronic devices have been studied to measure interactions between the body and the external environment. Multiple biosensors are indispensable to obtain individual signals from multiple points in a large area.
살아있는 신체에서의 뇌파, 근전도, 심전도와 같은 생체 신호는 인공기관의 능동제어 또는 HMI 시스템을 위한 필수적인 입력 데이터를 제공한다. 이러한 센서들 사이에서, 표면 근전도는 신경근의 질환을 검출하고 의학적 관리를 위한 근육의 움직임을 이해하기 위해 사용될 수 있으며, 능동적인 웨어러블 디바이스를 통해 자발적인 근육 신호를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 미국 공개특허 US 20160045137A1 에는 복수개의 전극들이 패치에 접촉된 채로 부착된 근전도 신호 측정 장치에 대해 개시되어 있다. Biological signals such as brain waves, electromyograms, electrocardiograms in living bodies provide essential input data for active control of artificial organs or HMI systems. Among these sensors, surface EMG can be used to detect diseases of the nerve roots and to understand muscle movement for medical management, and can be used to provide spontaneous muscle signals through active wearable devices. US Patent Publication No. US 20160045137A1 discloses an electromyographic signal measuring apparatus in which a plurality of electrodes are attached while being in contact with a patch.
최근 연구에서는 초박막 필름 또는 접착력 있는 기판을 사용하여 단일 신호 측정을 위해 펴질 수 있는 표면 근전도 센서가 개발되었으며, 이는 사람의 피부 가까이에 기계적인 요소와 함께 등각으로 접촉되어 부착될 수 있다. 또 다른 연구에서는 다중 채널 데이터의 획득이 가능하도록 넓은 영역의 그물 모양으로 늘어날 수 있는 센서가 개발되었으며, 이는 하나의 센서 어레이에서 여러 개의 근육으로부터 근전도 신호를 측정할 수 있다. Recent research has developed a surface electromyography sensor that can be flattened for single signal measurements using an ultra thin film or an adhesive substrate, which can be attached in an equiangular contact with mechanical elements near the human skin. Another study has developed a sensor that can extend into a wide area to obtain multi-channel data, which can measure EMG signals from multiple muscles in one sensor array.
그러나, 이러한 센서들은 전극 등을 지지하는 지지막을 구비하지 않고는 초박막이면서, 넓은 영역을 커버하도록 제조하기가 용이하지 않으며, 지지막은 전극을 연결하고 있는 인터커넥트의 움직임을 제한하였기 때문에 신체가 움직일 시에 센서가 잘 늘어나지 못하는 문제점이 있었다.However, these sensors are not very easy to fabricate to cover a large area while being ultra-thin without a supporting membrane for supporting electrodes, etc., and since the supporting membrane limits the movement of the interconnect connecting the electrodes, There is a problem that the sensor does not extend well.
본 발명은 여러 개의 근육을 커버하여 신체의 움직임에 따른 복합적인 근전도 신호를 획득할 수 있는 신체 부착형 멀티 채널의 표면 근전도 센서를 제공하는데 그 목적이 있다. An object of the present invention is to provide a body-mounted multi-channel surface electromyography sensor capable of acquiring complex EMG signals according to body movements by covering a plurality of muscles.
본 발명은 여러 개의 근육을 커버하도록 대면적으로 제조되면서도 탈착 후에 다시 신체에 부착하여 사용이 가능한 멀티 채널 표면 근전도 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a multi-channel surface electromyography sensor which can be manufactured in a large area so as to cover a plurality of muscles and can be attached to a body after desorption.
본 발명의 실시예는 멀티 채널을 갖는 표면 근전도 센서에 관한 것으로서, 소정 개수의 행과 열을 이루는 전극들을 포함하는 전극 어레이; 소정 길이의 폭과 소정 각도의 굴곡을 가지면서, 상기 전극 어레이를 포함하는 틀을 형성하는 프레임; 상기 프레임의 적어도 두 지점을 연결하는 꼬불꼬불한 라인 형상의 복수개의 인터커넥트;를 포함하고, 상기 전극 어레이에 포함된 전극들은 상기 인터커넥트 상에 접착된 상태로 지지될 수 있다. An embodiment of the present invention relates to a surface electromyographic sensor having multi-channels, comprising: an electrode array including electrodes in a predetermined number of rows and columns; A frame having a width of a predetermined length and a predetermined angle of curvature and forming a frame including the electrode array; And a plurality of interconnects in the form of a line-shaped line connecting at least two points of the frame, wherein the electrodes included in the electrode array may be adhered on the interconnect.
그리고, 상기 프레임은 연속적인 볼록부와 오목부로 형성되며, 상기 볼록부는 상기 전극 어레이를 둘러싸는 것을 특징으로 한다. The frame is formed of a continuous convex portion and a concave portion, and the convex portion surrounds the electrode array.
그리고, 상기 인터커넥트는 상기 프레임을 수평방향으로 연결하는 복수개의 수평 라인과 상기 프레임을 수직방향으로 연결하는 복수개의 수직 라인으로 형성될 수 있으며, 상기 수평 라인과 수직 라인이 교차하는 지점에 상기 전극들이 배치될 수 있다. The interconnect may be formed of a plurality of horizontal lines connecting the frame in a horizontal direction and a plurality of vertical lines connecting the frame in a vertical direction, .
그리고, 상기 프레임의 일측에는 상기 전극 어레이에 포함되는 각각의 전극에서 획득되는 근전도 신호를 전달하는 경로인 외부 접속단자가 마련될 수 있다. An external connection terminal may be provided at one side of the frame, which is a path for transmitting an EMG signal obtained at each electrode included in the electrode array.
그리고, 상기 각각의 전극에는 배선이 연결되어 상기 외부 접속단자를 통해 근전도 신호를 외부기기로 전송하는 것을 특징으로 한다. A wire is connected to each of the electrodes, and an EMG signal is transmitted to the external device through the external connection terminal.
그리고, 상기 인터커넥트는 두개의 PI 필름이 접착된 후에 패터닝되어 형성될 수 있으며, 상기 전극들은 상기 두개의 PI 필름 사이에 배치될 수 있다.The interconnect may be patterned after two PI films are bonded, and the electrodes may be disposed between the two PI films.
그리고, 상기 전극들의 일면에 해당되는 PI 필름은 제거되어 피부와 접촉면을 형성하며, 상기 전극들의 타면은 상기 PI 필름으로 덮이도록 형성될 수 있어 외부 환경에 의한 신호 잡음을 최소화하면서 근전도 신호를 측정할 수 있다.The PI film corresponding to one surface of the electrodes may be removed to form a contact surface with the skin, and the other surface of the electrodes may be formed so as to be covered with the PI film to measure an EMG signal while minimizing signal noise due to the external environment .
본 발명의 실시예에 따른 멀티 채널 표면 근전도 센서는 여러 개의 근육에서 신호를 받을 수 있도록 넓은 면적을 커버하는 구조로 형성될 수 있으므로, 신체의 움직임에 따른 복합적인 근전도 신호를 획득할 수 있다. The multi-channel surface electromyogram sensor according to the embodiment of the present invention can be formed in a structure covering a wide area so as to receive signals from a plurality of muscles, so that a complex electromyogram signal according to the movement of the body can be obtained.
본 발명의 실시예에 따른 멀티 채널 표면 근전도 센서는 신체에서 탈착 후에도 서로 달라붙지 않아 그 형태가 유지되는 구조로, 재사용시에도 동일한 근전도 신호를 획득할 수 있다. The multi-channel surface electromyogram sensor according to the embodiment of the present invention does not stick to each other even after desorption from the body, and its shape is maintained, and the same electromyogram signal can be obtained even when reused.
본 발명의 실시예에 따르면, 표면 근전도 센서 어레이의 구조는 종래 전극에 부착되었던 후면 지지층을 배제할 수 있어 전체적인 두께를 줄일 수 있어 대면적으로 형성하기에 유리한 장점을 갖는다. According to the embodiment of the present invention, the structure of the surface electromyogram sensor array can eliminate the back support layer which has been attached to the conventional electrode, thereby reducing the overall thickness and advantageously forming a large area.
본 발명의 실시예에 따른 표면 근전도 센서 어레이의 구조는 피부의 팽창 또는 압축시 전극 사이에 배치된 인터커넥트가 잘 늘어나는 구조로 형성되므로, 전극의 위치가 변하지 않아 부착 중 동일한 부위의 근전도 신호를 획득할 수 있다. Since the structure of the surface electromyographic sensor array according to the embodiment of the present invention is formed in such a structure that the interconnect disposed between the electrodes is well elongated when the skin is expanded or compressed, the position of the electrode is not changed, .
본 발명의 실시예에 따른 표면 근전도 센서 어레이의 구조는 다수개의 전극들의 외주부에 마련되는 강경한 강도의 프레임을 구비하기 때문에, 피부에서 탈착된 경우에도 원래의 형상을 유지할 수 있으며 세척 후 다시 재사용이 가능하다.Since the structure of the surface electromyographic sensor array according to the embodiment of the present invention is provided with the frame of strong strength provided on the outer periphery of the plurality of electrodes, it is possible to maintain the original shape even when it is detached from the skin, It is possible.
도 1은 실시예에 따른 표면 근전도 센서의 구조를 나타낸 분해도
도 2는 실시예에 따른 표면 근전도 센서의 구조를 나타낸 평면도
도 3은 실시예에 따른 표면 근전도 센서를 부착한 모습을 나타낸 도면
도 4는 실시예에 따른 표면 근전도 센서 어레이가 피부에서 떼어진 모습을 나타낸 도면
도 5는 실시예에 따른 표면 근전도 센서와 프레임이 구비되지 않은 표면 근전도 센서를 신체에 부착 및 탈착한 것을 나타낸 도면
도 6은 실시예의 표면 근전도 센서의 재사용을 나타낸 도면
도 7은 실시예의 표면 근전도 센서를 물로 부착하였을 때 사용횟수에 따른 근전도 신호를 비교한 그래프
도 8은 실시예의 표면 근전도 센서를 물로 부착하였을 때, 재사용 횟수에 따른 근전도 신호의 SNR을 나타낸 그래프
도 9는 실시예의 표면 근전도 센서를 전도성 젤로 부착하였을 때 사용횟수에 따른 근전도 신호를 비교한 그래프
도 10은 실시예의 표면 근전도 센서를 전도성 젤로 부착하였을 때, 재사용 횟수에 따른 근전도 신호의 SNR을 나타낸 그래프
도 11은 실시예의 표면 근전도 센서를 팔에 부착한 후 움직임에 따라 여러 전극에서 나타나는 근전도 신호를 나타낸 도면1 is an exploded view showing a structure of a surface electromyography sensor according to an embodiment;
2 is a plan view showing the structure of the surface electromyography sensor according to the embodiment.
3 is a view showing a state in which the surface electromyography sensor according to the embodiment is attached;
4 is a view showing a state in which the surface electromyogram sensor array according to the embodiment is detached from the skin
5 is a view showing the surface electromyogram sensor according to the embodiment and the surface electromyogram sensor without the frame attached and detached to the body
6 is a view showing the reuse of the surface electromyogram sensor of the embodiment
7 is a graph showing a comparison between electromyogram signals according to the number of times of use when the surface electromyogram sensor of the embodiment is attached with water
8 is a graph showing the SNR of the electromyogram signal according to the number of times of reuse when the surface electromyogram sensor of the embodiment is attached with water
FIG. 9 is a graph showing the comparison of electromyogram signals according to the number of times of use when the surface electromyogram sensor of the embodiment is attached to the conductive gel.
10 is a graph showing the SNR of the electromyogram signal according to the number of times of reuse when the surface electromyogram sensor of the embodiment is attached with conductive gel
11 is a view showing an electromyogram signal appearing at various electrodes according to movement after the surface electromyogram sensor of the embodiment is attached to an arm;
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위해 생략될 수 있다.The embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to these embodiments. In describing the present invention, a detailed description of well-known functions or constructions may be omitted for the sake of clarity of the present invention.
실시예는 신체의 특정 부위에 부착되어, 부착된 표면 범위 내의 근육으로부터 근전도(electromyogram) 신호를 획득하는 멀티 채널을 갖는 표면 근전도 센서에 관한 것이다. 실시예의 표면 근전도 센서는 신체에 탈착 및 부착이 가능한 웨어러블 전자 장치이다. Embodiments relate to a multi-channel surface electromyography sensor that is attached to a specific area of the body to obtain electromyogram signals from the muscles within the attached surface range. The surface electromyography sensor of the embodiment is a wearable electronic device capable of being detached and attached to the body.
도 1은 실시예에 따른 표면 근전도 센서의 구조를 분해하여 나타낸 분해도이다. 도 1을 참조하면, 실시예에 따른 표면 근전도 센서는 우선 하부에 마련된 제1 폴리이미드(PI) 필름층(12) 상에 금속층(14)을 증착하고 전극어레이를 형성하기 위해 이를 패터닝한 후, 그 상부에 제2 폴리이미드(PI) 필름층(11)으로 덮는다. 이어서, 건식 식각인 RIE 식각 공정으로 상기 제2 폴리이미드 필름층(11)과 제1 폴리이미드 필름층(12)을 식각하여 전극(15)을 노출시키고 프레임과 인터커넥트(interconnect) 및 외부 접속단자를 형성하면, 표면 근전도 센서인 표면 근전도 센서를 제작할 수 있다. Fig. 1 is an exploded view explaining the structure of the surface electromyography sensor according to the embodiment. Referring to FIG. 1, the surface electromyography sensor according to an embodiment of the present invention firstly deposits a
프레임과 인터커넥트(interconnect) 및 외부 접속단자의 구조는 후술한다.The structure of the frame, the interconnect and the external connection terminal will be described later.
도 2는 실시예에 따른 표면 근전도 센서의 구조를 나타낸 평면도이다. 2 is a plan view showing the structure of the surface electromyography sensor according to the embodiment.
도 2를 참조하면, 실시예의 표면 근전도 센서는 소정 개수의 행과 열로 이루어진 전극 어레이(15), 소정 길이의 폭과 소정 각도의 굴곡을 가지면서, 상기 전극 어레이(15)를 포함하는 틀을 형성하는 프레임(11), 상기 프레임의 적어도 두지점을 연결하는 굴곡진 라인 형상의 복수개의 인터커넥트(17)를 포함할 수 있고, 상기 전극 어레이(15)에 포함된 전극들은 상기 인터커넥트(17) 상에 접착된 상태로 지지될 수 있다. Referring to FIG. 2, the surface electromyography sensor of the embodiment includes an
상기 전극과 외부 접속단자(19) 상에는 금속층이 형성될 수 있으며, 상기 금속층은 근전도 신호를 센싱하기 위해, 그리고 외부 증폭기와의 연결을 위해 노출되어 있는 반면에, 전기적인 결선을 이루는 인터커넥트들은 PI 필름층 사이에 배치될 수 있다. A metal layer may be formed on the electrode and the
상기 전극 어레이에 포함되는 전극들은 TI 또는 Au로 형성될 수 있고, 가로 방향과 세로 방향으로 소정의 개수를 가지는 어레이로 형성될 수 있으며, 각각의 전극은 일정한 거리를 가지면서 이격될 수 있다. 도시된 바에 따르면, 각각의 전극의 직경은 5.2㎜이며, 각 전극의 중심간의 거리는 10㎜로 이격되어 형성되어 있으나, 전극의 개수와 중심간의 거리는 이에 한정되지 않으며, 부착하고자 하는 신체 부위에 따라 여러가지로 변형이 가능하다. The electrodes included in the electrode array may be formed of TI or Au, and may be formed in an array having a predetermined number in the horizontal direction and the vertical direction, and each electrode may be spaced apart with a certain distance. Although the distance between the centers of the electrodes is 10 mm, the distance between the centers of the electrodes and the center is not limited thereto. Depending on the body part to be attached, Modification is possible.
인터커넥트(17)는 상기 전극 사이사이를 연결하기 위한 구성으로서, 실시예에서는 그물과 같은 형상으로 프레임(11)의 내부를 연결하도록 형성될 수 있다. 도시된 바에 의하면 상기 인터커넥트의 폭은 0.55㎜로 형성되나 이제 한정되지는 않는다. 상기 인터커넥트는 프레임 내부를 연결하는 꼬불꼬불한 라인 구조일 수 있으며, 상기 인터커넥트 상에 전극이 부착될 수 있다. 실시예에서 상기 인터커넥트는 두개의 PI 필름이 접착된 후에 패터닝되어 형성될 수 있다. 즉, 상기 전극들은 두개의 PI 필름이 접착되기 전에 하나의 PI 필름 상에 패터닝되는 과정을 거치게 된다. The
상기 전극들의 일면에 해당되는 PI 필름은 제거되어 피부와 접촉면을 형성할 수 있으며, 상기 전극들의 타면은 상기 PI 필름으로 덮여있도록 형성될 수 있다.The PI film corresponding to one surface of the electrodes may be removed to form a contact surface with the skin, and the other surface of the electrodes may be covered with the PI film.
상기 인터커넥트(17)는 상기 프레임을 수평방향으로 연결하는 복수개의 수평 라인과 상기 프레임을 수직방향으로 연결하는 복수개의 수직 라인으로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 수평 라인과 수직 라인이 교차하는 지점에 전극들이 배치될 수 있다. The
인터커넥트(17)는 복수개로 배열되어 있는 전극을 지지해주는 역할을 하며, 실시예에서 그물과 같이 형성된 구조의 인터커넥트(17)는 표면 근전도 센서가 피부에 부착된 상태에서 피부가 팽창하거나 압축되는 등의 상태 변형에 따라서, 늘어나거나 압축되는 유동성을 가지게 되므로, 전극 어레이가 피부에 부착되어 있는 동안 동일한 자리를 유지할 수 있도록 하는 역할을 할 수 있다. The
상기 프레임은 최외각에 배치된 전극과 수평 및 수직 방향으로 연결된 인터커넥트들과 연결되며, 표면 근전도 센서의 틀을 형성하는 구성으로 실시예는 도시된 바와 같이 볼록부와 오목부가 연속적으로 형성될 수 있다. 상기 볼록부는 상기 전극 어레이를 둘러싸도록 형성될 수 있다. The frame is connected to the interconnects connected in the horizontal and vertical directions to the electrode disposed at the outermost periphery, and the frame forms a frame of the surface electromyography sensor. In this embodiment, the convex portion and the concave portion can be continuously formed . The convex portion may be formed so as to surround the electrode array.
또한, 도면에서는 그 폭이 1.2㎜로 형성되었으나 이에 한정되지는 않는다. 바람직하게, 프레임(11)은 인터커넥트(17)들을 연결하여 초기 형상을 유지하기 위한 역할을 하기 위하여 그 폭이 인터커넥트의 폭보다 크게 형성될 수 있다. In the drawings, the width is 1.2 mm, but is not limited thereto. Preferably, the
상기 외부 접속단자(19)는 상기 전극에서 획득된 근전도 신호를 외부에 마련된 증폭기로 보내주기 위한 구성으로서, 프레임의 어느 한측면의 일부분에 부착될 수 있다. 또한, 외부 접속단자는 전극 어레이에 포함된 각각의 전극들로부터 서로 다른 근전도 신호를 획득하기 위해서 각각의 전극에 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 각각의 전극에는 배선(16)이 연결될 수 있으며, 상기 배선은 외부 접속단자와 연결되어 근전도 신호를 전달할 수 있다. The
실시예에서 외부 접속단자는 가로 4㎜, 세로 16㎜이며, 25개의 패드로 이루어지고, 각각의 패드폭은 250㎛이고 패드간의 이격거리는 500㎛로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. In the embodiment, the external connection terminals are 4 mm in width and 16 mm in length and 25 pads, each having a pad width of 250 μm and a spacing distance of 500 μm, but the present invention is not limited thereto.
도 3은 실시예에 따른 표면 근전도 센서를 부착한 모습을 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 실시예의 표면 근전도 센서는 실험자의 상측 팔의 대면적을 커버하도록 물을 사용하여 부착되어 있다. 기존의 신체 부착형 근전도 센서는 전극이 제자리에 붙어있도록 하기 위해 센서를 덮는 지지층을 형성하는 것이 요구되었다. 그러나, 실시예의 표면 근전도 센서는 전극들 사이에 마련되며 전극을 지지하는 인터커넥트가 센서 어레이가 늘어남 또는 압축됨에 따라 쉽게 움직일 수 있다. 3 is a view showing a state in which the surface electromyography sensor according to the embodiment is attached. Referring to Fig. 3, the surface electromyography sensor of the embodiment is attached using water to cover a large area of the upper arm of the experimenter. Conventional body-mounted electromyography sensors have been required to form a supporting layer covering the sensor so that the electrodes are held in place. However, the surface electromyography sensor of the embodiment is provided between the electrodes, and the interconnect supporting the electrodes can easily move as the sensor array is stretched or compressed.
즉, 인터커넥트는 피부에 부착된 상태에서도 자유롭게 움직일 수 있기 때문에 근육의 수축, 팽창, 늘어남과 같은 가벼운 움직임에 대해서 전극이 피부에서 떨어지지 않게 하는 효과가 있으며, 지지층을 형성하지 않고도 피부에 접촉되어 있는 전극 주변으로 가해지는 압력을 흡수할 수 있다. That is, since the interconnect can freely move even when attached to the skin, the electrode has an effect of preventing the electrode from falling off the skin against mild movements such as contraction, expansion, and elongation of the muscle. In addition, It is possible to absorb the pressure applied to the surroundings.
또한, 실시예의 표면 근전도 센서에 구비된 프레임은 서로 연결된 전극 어레이에 기계적인 지지력을 제공할 수 있다. In addition, the frame provided in the surface electromyogram sensor of the embodiment can provide a mechanical supporting force to the electrode array connected to each other.
도 4는 실시예에 따른 표면 근전도 센서 어레이가 피부에서 떼어진 모습을 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 도시된 바와 같이 피부에서 표면 근전도 센서를 떼어낸 경우에 프레임은 전극 어레이의 형상을 유지하도록 하는 역할을 한다. 따라서, 실시예의 표면 근전도 센서는 신체에서 탈착된 후에도 프레임에 의해 센서 어레이가 꼬이는 것이 방지하기 때문에 세정 후에 반복적인 사용이 가능하다. FIG. 4 is a view showing the surface electromyogram sensor array according to the embodiment detached from the skin. FIG. Referring to FIG. 4, when the surface electromyogram sensor is detached from the skin as shown, the frame serves to maintain the shape of the electrode array. Therefore, the surface electromyographic sensor of the embodiment can be used repeatedly after cleaning because it prevents the sensor array from being twisted by the frame even after being detached from the body.
도 5는 실시예에 따른 표면 근전도 센서와 프레임이 구비되지 않은 표면 근전도 센서를 신체에 부착 및 탈착한 것을 나타낸 도면이다. 도 5에 개시된 바와 같이, 피부에 실시예에 따른 표면 근전도 센서와 프레임이 없는 근전도 센서를 부착한 후에 떼어내면, 실시예에 따른 표면 근전도 센서는 원래의 형상을 유지하지만, 프레임이 없는 근전도 센서는 인터커넥트들이 서로 엉키고 전극 어레이의 배열이 형성되지 않으므로 재사용이 불가능함을 알 수 있다. FIG. 5 is a view showing the surface electromyogram sensor according to the embodiment and the surface electromyogram sensor without the frame attached to and detached from the body. 5, when the surface electromyogram sensor according to the embodiment and the electromyogram sensor without frame are attached to the skin and then detached, the surface electromyogram sensor according to the embodiment maintains its original shape, It can be seen that the interconnects are tangled with each other and the arrangement of the electrode array is not formed, so reusability is impossible.
도 6은 실시예의 표면 근전도 센서의 재사용을 나타낸 도면이다. 6 is a diagram showing reuse of the surface electromyogram sensor of the embodiment.
도 6을 참조하면, 실시예에 따른 표면 근전도 센서의 재사용 과정은 다음과 같은 단계를 거칠 수 있다. 우선, 표면 근전도 센서는 피부에 부착되기 전에 젖은 스펀지 상에 준비될 수 있다. 젖은 스펀지는 표면 근전도 센서가 초기 형상이 되도록하는 이동 기판의 역할을 한다. 이어서, 피부에 물 또는 전도성 젤을 분사하여 접착력을 강화시킨 후에, 이동 기판 상의 표면 근전도 센서를 목적으로 하는 근육에 해당되는 피부에 부착하고, 센서로부터 이동 기판을 벗겨낸다. Referring to FIG. 6, the reuse process of the surface electromyography sensor according to the embodiment may be performed as follows. First, the surface EMG sensor can be prepared on a wet sponge before it is attached to the skin. The wet sponge serves as a moving substrate for allowing the surface electromyogram sensor to assume an initial shape. Subsequently, water or a conductive gel is sprayed onto the skin to enhance the adhesive force. Then, the surface electromyogram sensor on the moving substrate is attached to the skin corresponding to the intended muscle, and the moving substrate is peeled off from the sensor.
그리고, 근전도 신호의 측정이 완료되면, 표면 근전도 센서에서 프레임 부분을 잡아 피부로부터 천천히 벗겨낸다. 마지막으로, IPA와 증류한 탈이온수의 혼합액으로 표면 근전도 센서를 세척하고 다음 사용을 위해 상온에서 건조시키는 과정을 수행할 수 있다. When the measurement of the EMG signal is completed, the surface electromyogram sensor grasps the frame portion and slowly peels off the skin. Finally, the surface EMG sensor may be cleaned with a mixture of IPA and distilled deionized water and dried at room temperature for subsequent use.
실시예의 표면 근전도 센서는 프레임이 상대적으로 강경하게 구성되어 있어, 상술한 과정을 진행하는 도중에도 전극 어레이가 서로 꼬이거나 달라붙지 않으며 원래의 형상을 유지하게 되는데 이는 더 넓은 면적으로 표면 근전도 센서를 제작할 수 있음을 의미한다. 또한, 재사용시에도 초기 사용시와 마찬가지로 근전도 신호의 세기를 동일하게 얻을 수 있었다. In the surface electromyogram sensor of the embodiment, since the frame is structured to be relatively strong, the electrode arrays do not twist or stick to each other and maintain the original shape even during the above-mentioned process. . Also, the intensity of the EMG signal can be obtained in the same way as in the initial use at the time of reuse.
도 7은 실시예의 표면 근전도 센서를 물로 부착하였을 때 사용횟수에 따른 근전도 신호를 비교한 그래프이다. 도 7을 참조하면, 팔뚝 근육(노쪽 손목 굽힘근)에 표면 근전도 센서를 부착하고, 팔뚝 근육을 수축시켰을 때의 근전도 신호이며 (a)는 표면 근전도 센서를 1회 사용시 (b)는 50회 재사용한 경우를 나타낸 것이다. 표면 근전도 센서를 물로 부착시켰을 경우에는 재사용횟수에 따라, 획득되는 근전도 신호의 세기가 변화하게 되는 경향이 있음을 확인할 수 있다. 7 is a graph comparing electromyogram signals according to the number of times of use when the surface electromyogram sensor of the embodiment is attached with water. Referring to FIG. 7, EMG signals when the EMG sensor is attached to the arm muscles (bending muscles of the lower wrist) and the arm muscles are contracted are shown in (a), (b) . It can be confirmed that when the surface electromyogram sensor is attached with water, the intensity of the obtained electromyogram signal tends to change according to the number of times of reuse.
도 8은 실시예의 표면 근전도 센서를 물로 부착하였을 때, 재사용 횟수에 따른 근전도 신호의 SNR을 나타낸 그래프이다. 도 8을 참조하면, 근육을 수축하는 동안 근전도 신호의 실효 출력과 근육을 이완하였을 때의 기준 노이즈를 측정하였다. 평균 실효 출력 신호는 0.26V이며, 평균 실효 노이즈는 0.092V로 나타났다. 신호대잡음비(SNR)는 50회를 재사용하는 동안 모두 비슷한 수준을 나타냄을 확인하였다. 8 is a graph showing the SNR of the electromyogram signal according to the number of times of reuse when the surface electromyogram sensor of the embodiment is attached with water. Referring to FIG. 8, the effective output of the EMG signal during the contraction of the muscle and the reference noise when the muscle was relaxed were measured. The average effective output signal was 0.26V and the average effective noise was 0.092V. The signal-to-noise ratios (SNRs) were similar during 50 re-use.
도 9는 실시예의 표면 근전도 센서를 전도성 젤로 부착하였을 때 사용횟수에 따른 근전도 신호를 비교한 그래프이다. 도 9를 참조하면, (a)는 표면 근전도 센서를 1회 사용시 (b)는 50회 재사용한 경우를 나타낸 것으로, 이를 도 7과 비교하면 전도성 젤로 부착한 경우에는 50회 재사용하여도 얻어지는 근전도 신호가 초기와 유사함을 확인할 수 있다. 9 is a graph comparing electromyographic signals according to the number of times of use when the surface electromyogram sensor of the embodiment is attached to a conductive gel. Referring to FIG. 9, (a) shows a case in which the surface electromyogram sensor is used once, and (b) shows 50 times of reuse. In comparison with FIG. 7, Is similar to the initial one.
도 10은 실시예의 표면 근전도 센서를 전도성 젤로 부착하였을 때, 재사용 횟수에 따른 근전도 신호의 SNR을 나타낸 그래프이다. 도 10을 참조하면, 평균 실효 출력 신호는 0.33V로 물로 부착시킨 경우보다 높았으며, 평균 실효 노이즈는 0.032로V로 물로 부착시킨 경우보다 낮게 나타났다. 이에 신호대잡음비(SNR)는 현저히 증가하게 되므로, 실시예의 표면 근전도 센서를 피부에 부착하는 물질에 대해서도 고려될 필요가 있으며, 전도성을 가지는 물질이 사용됨이 바람직하다.10 is a graph showing the SNR of the electromyogram signal according to the number of times of reuse when the surface electromyogram sensor of the embodiment is attached to the conductive gel. Referring to FIG. 10, the average effective output signal was higher than 0.33 V when applied with water, and the average effective noise was 0.032, which was lower than when V was applied with water. Therefore, the SNR of the surface electromyogram sensor of the embodiment needs to be considered for the substance adhering to the skin, and it is preferable to use a substance having conductivity.
도 11은 실시예의 근전도 신호를 팔에 부착한 후 움직임에 따라 여러 전극에서 나타나는 근전도 신호를 나타낸 도면이다. 실시예의 표면 근전도 센서는 다수개의 전극이 어레이를 이루는 구조로 여러 개의 근육을 커버할 수 있도록 넓은 면적으로 형성되어, 동시에 여러 개의 근육으로부터 근전도 신호를 획득할 수 있다. FIG. 11 is a diagram showing electromyographic signals appearing at various electrodes according to movement after an EMG signal of the embodiment is attached to an arm. FIG. The surface electromyogram sensor of the embodiment has a structure in which a plurality of electrodes are arrayed and is formed in a large area so as to cover a plurality of muscles, and an EMG signal can be obtained from several muscles at the same time.
도 11을 참조하면, 두개의 다른 근육을 커버하도록 팔뚝에 표면 근전도 센서를 부착하였으며, 전극 어레이 중에서 모서리에 배치된 전극에서 근전도 신호를 측정하여 나타내었다. 주먹을 낮출 때는 검은색으로 표기된 전극에서 발생되는 근전도 신호가 더 크게 나타났으며, 주먹을 위로 올릴 때는 빨간색으로 표시된 전극에서 발생되는 근전도 신호가 더 크게 나타났고, 주먹을 세게 쥐어 양쪽 근육이 모두 수축하는 경우에는, 두개의 전극에서 모두 근전도 신호가 발생함을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 11, an EMG sensor was attached to the forearm to cover two different muscles, and an electromyogram signal was measured at an electrode disposed at an edge of the electrode array. When lowering the fist, the EMG signals generated from the electrodes marked with black were larger. When the fist was raised, the EMG signals generated from the electrode marked with red were larger. When the fist was tightly held, both muscles contracted , It was confirmed that an EMG signal was generated at both electrodes.
상술한 바와 같이 실시예의 표면 근전도 센서의 구조는 적어도 두개의 근육을 커버하는 면적으로 형성될 수 있으며, 다수개의 전극을 구비한 멀티 채널 근전도 센서로 실시간으로 여러 개의 근전도 신호를 획득할 수 있는 장점을 가진다. As described above, the structure of the surface electromyography sensor of the embodiment can be formed with an area covering at least two muscles, and it is possible to acquire a plurality of EMG signals in real time by a multi-channel electromyogram sensor having a plurality of electrodes I have.
실시예의 표면 근전도 센서 어레이는 실시간 생체 신호의 모니터링, 수술 보조 시스템, 피하에 삽입하는 전자 장치, 전자 발전기와 같은 분야에 광범위하게 적용될 수 있을 것이다. The surface electromyogram sensor array of the embodiment can be widely applied to fields such as real-time monitoring of living body signals, a surgical assistance system, an electronic device to be implanted under the skin, and an electronic generator.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various modifications and applications other than those described above are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments of the present invention can be modified and implemented. It is to be understood that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are therefore intended to be embraced therein.
11: 제2 PI 필름층
12: 제1 PI 필름층
14: 금속층
15: 전극 어레이
16: 배선
17: 인터커넥트
19: 외부 접속단자11: second PI film layer
12: first PI film layer
14: metal layer
15: Electrode array
16: Wiring
17: Interconnect
19: External connection terminal
Claims (9)
소정 길이의 폭과 소정 각도의 굴곡을 가지면서, 상기 전극 어레이를 포함하는 틀을 형성하는 프레임;
상기 프레임의 적어도 두지점을 연결하는 꼬불꼬불한 라인 형상으로 이루어진 복수개의 인터커넥트;를 포함하고,
상기 전극 어레이에 포함된 전극들은 상기 인터커넥트 상에 접착된 상태로 지지되는 표면 근전도 센서. An electrode array including electrodes forming a predetermined number of rows and columns;
A frame having a width of a predetermined length and a predetermined angle of curvature and forming a frame including the electrode array;
And a plurality of interconnects in a twisted line shape connecting at least two points of the frame,
And the electrodes included in the electrode array are held in an adhered state on the interconnect.
상기 프레임은 연속적인 볼록부와 오목부로 형성되며, 상기 볼록부는 상기 전극 어레이를 둘러싸는 표면 근전도 센서. The method according to claim 1,
Wherein the frame is formed as a continuous convex portion and a concave portion, and the convex portion surrounds the electrode array.
상기 인터커넥트는 상기 프레임을 수평방향으로 연결하는 복수개의 수평 라인과 상기 프레임을 수직방향으로 연결하는 복수개의 수직 라인으로 형성되는 표면 근전도 센서. The method according to claim 1,
Wherein the interconnect is formed of a plurality of horizontal lines connecting the frame in a horizontal direction and a plurality of vertical lines connecting the frame in a vertical direction.
상기 수평 라인과 수직 라인이 교차하는 지점에 상기 전극들이 배치되는 표면 근전도 센서. The method of claim 3,
Wherein the electrodes are arranged at a position where the horizontal line and the vertical line cross each other.
상기 프레임의 일측에는 상기 전극 어레이에 포함되는 각각의 전극에서 획득되는 근전도 신호를 전달하는 경로인 외부 접속단자가 마련되는 표면 근전도 센서. The method according to claim 1,
Wherein an external connection terminal is provided at one side of the frame, the external connection terminal being a path for transmitting an EMG signal obtained at each electrode included in the electrode array.
상기 각각의 전극에는 배선이 연결되어 상기 외부 접속단자를 통해 근전도 신호를 외부기기로 전송하는 표면 근전도 센서.6. The method of claim 5,
And a wire is connected to each of the electrodes, and an EMG signal is transmitted to an external device through the external connection terminal.
상기 인터커넥트는 두개의 PI 필름이 접착된 후에 패터닝되어 형성되는 표면 근전도 센서.The method according to claim 1,
Wherein the interconnect is formed by patterning after two PI films are bonded.
상기 전극들은 상기 두개의 PI 필름 사이에 배치되는 표면 근전도 센서.8. The method of claim 7,
And the electrodes are disposed between the two PI films.
상기 전극들의 일면에 해당되는 PI 필름은 제거되어 피부와 접촉면을 형성하며, 상기 전극들의 타면은 상기 PI 필름으로 덮여있는 표면 근전도 센서.9. The method of claim 8,
Wherein the PI film corresponding to one surface of the electrodes is removed to form a contact surface with the skin, and the other surface of the electrodes is covered with the PI film.
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