KR101849467B1 - 웨어러블 제세동기용 전극 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨어러블 제세동기용 전극 조립체에 관한 것이다. 보다 상세하게는 도전성 유체를 포함하고, 제세동기 동작 전에 도전성 유체를 분출하여 제세동기 작동시 전극과 환자의 피부 사이의 임피던스를 낮출 수 있는 제세동기용 전극조립체에 관한 것이다.
본 발명에 따른 웨어러블 제세동기용 전극 조립체는, 도전성 전극 플레이트와, 합성수지로 제조된 가요성 용기 유닛과, 상기 가요성 용기 유닛의 내부에 수용된 도전성 유체와, 상기 가요성 용기 유닛의 후방에 장착된 열 감응성 변형 플레이트와, 상기 열 감응성 변형 플레이트를 가열하기 위한 가열 수단과, 상기 열 감음성 플레이트를 구속 지지하도록 상기 전극 플레이트의 후면에 고정된 지지 플레이트를 포함한다. 상기 가요성 용기 유닛은 외부에서 가해지는 압력에 의해서 상기 관통구멍을 향하도록 배치된 부분이 파괴되어 내부에 수용된 도전성 유체가 관통 구멍을 향하여 배출되도록 구성되어 있다. 본 발명에 따르면, 열 감응성 변형 플레이트를 사용하여 컴팩트한 전극 조립체를 제조할 수 있다. 또한, 열 감응성 변형 플레이트를 사용하여 변형 플레이트를 가열하는 것만으로 도전성 유체를 용기로부터 배출시켜 전극에 형성된 관통구멍으로 공급할 수 있어서 신뢰성이 있다.

Description

웨어러블 제세동기용 전극 조립체{Electrode Assembly for Wearable Automated External Defibrillator}

본 발명은 웨어러블 제세동기용 전극 조립체에 관한 것이다. 보다 상세하게는 도전성 유체를 포함하고, 제세동기 동작 전에 도전성 유체를 분출하여 제세동기 작동시 전극과 환자의 피부 사이의 임피던스를 낮출 수 있는 제세동기용 전극조립체에 관한 것이다.

최근 웨어러블 제세동기가 개발되어 보급되고 있다. 웨어러블 제세동기에 젤이 도포되어 있는 습식 전극을 사용할 경우, 환자가 습식전극을 착용한 상태로 생활할 경우, 착용감이 좋지 않아서 일상생활에 불편을 느끼며, 장시간 착용할 경우 피부 염증을 유발하거나 는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 기술이 개발되고 있다. 예를 들면, 특허 문헌1에는 홀이 형성된 전극, 홀이 형성된 분리판과, 전도성 젤이 담겨진 용기를 포함하는 전도성 젤 분사 전극이 개시되어 있다. 분리판은 전극과 전도성 젤이 담겨진 용기의 사이에 배치되고, 전극의 홀과 분리판의 홀을 일치시킨 후에, 전도성 젤이 포함된 용기에 외력을 가하여, 전도성 젤이 분리판과 전극의 홀을 통하여 분사되도록 구성되어 있다.

또한, 특허문헌 2에는 용기에 담겨진 전도성 유체를 분사시키기 위한 다양한 방법이 개시되어 있다. 예들 들면, 용기에 보관된 전도성 유체를 전극에 형성된 홀로 배출시키기 위하여 용기에 압력을 가하여 용기를 변형시키거나, 용기의 내부에 가스를 발생시키는 물질을 넣거나 하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 다양한 형상의 펌프를 사용하거나, 피에조일렉트릭 펌프나 MEMS 펌프를 사용하여 전도성 유체를 배출시킬 수 있다고 개시되어 있다.

대한민국 공개특허 공보 제10-2015-0118709호, 발명의 명칭, '제세동기를 위한 젤 분사 홀 패드 및 그 동작 방법' 미국 특허 제9,345,898 B2, 발명의 명칭, 'WEARABLE CARDIAC DEFIBRILLATOR SYSTEM CONTROLLING CONDUCTIVE FLUID DEPLOYMENT'

특허 문헌 1에 개시된 용기에 포함된 전도성 유체를 배출시키는 방법은, 전극의 홀과 분리판의 홀을 일치시키는 공정과, 홀을 일치시킨 상태에서 전도성 유체를 배출시키는 공정으로 구분되어 있다. 따라서, 공정별로 작동 기구가 필요하여 장치가 복잡하여 신뢰성의 확보가 어렵고, 제품의 크기가 커져서 휴대가 불편하다는 문제점이 있다.

특허 문헌 2에는 용기에 담겨진 전도성 유체를 전극으로 분출시키는 다양한 방법이 제시되어 있으나, 전도성 유체가 담겨진 용기의 형태와, 용기의 형태에 따라서 전도성 액체를 전극으로 분사시키는 구체적인 기구에 대하여는 개시되어 있지 않다.

여전히, 환자가 착용하기 편리한 조기(VAST), 허리띠, 또는 다양한 형태의 의류에 장착이 편리하고, 소형이며, 용기에 보관된 전도성 유체를 신뢰성 있게 전극으로 분출할 수 있는 웨어러블 제세동기용 전극의 개발에 대한 수요자의 요청이 있다.

본 발명은 수요자의 요구를 충족하기 위한, 보다 컴팩트하고 신뢰성 있는 웨어러블 제세동기용 전극을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 웨어러블 제세동기용 전극 조립체는, 도전성 전극 플레이트와, 합성수지로 제조된 가요성 용기 유닛과, 상기 가요성 용기 유닛의 내부에 수용된 도전성 유체와, 상기 가요성 용기 유닛의 후방에 장착된 열 감응성 변형 플레이트와, 상기 열 감응성 변형 플레이트를 가열하기 위한 가열 수단과, 상기 열 감음성 플레이트를 구속 지지하도록 상기 전극 플레이트의 후면에 고정된 지지 플레이트를 포함한다. 상기 도전성 전극 플레이트는 피부에 접촉되기 위한 전면과, 상기 접촉면의 반대측 후면에 가요성 용기 유닛을 수용하도록 함몰되어 형성된 수용부와, 상기 수용부와 상기 전면을 연통하도록 형성된 적어도 하나의 관통 구멍을 구비한다. 상기 가요성 용기 유닛은 상기 도전성 전극 플레이트의 수용부에 수용되어 있다. 상기 가요성 용기 유닛은 외부에서 가해지는 압력에 의해서 상기 관통구멍을 향하도록 배치된 부분이 파괴되어 내부에 수용된 도전성 유체가 관통 구멍을 향하여 배출되도록 구성되어 있다.

몇몇 실시예에 있어서, 가요성 용기 유닛은 얇은 합성수지 막으로 제조되거나, 캡슐 형태로 제조될 수 있다. 또한, 가요성 용기 유닛은 전극 플레이트의 관통구멍을 향하는 부분의 두께를 얇게 하거나, 용기의 표면에 용기 두께의 절반 정도를 절단한 칼집을 내어서 외력을 받아 파괴가 쉽게 되도록 하는 것이 바람직하다.

몇몇 실시예에 있어서, 상기 전극 플레이트의 수용부는 길이방향으로 단면이 대체로 반원형이고, 상기 가요성 용기 유닛은 길이방향으로 단면이 대체로 반원형으로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 전극 플레이트의 관통구멍은 반원형 단면의 수용부 중심부에 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 가요성 용기 유닛은 파손을 용이하게 하기 위하여 전극 플레이트의 관통구멍 주위에 돌기를 형성할 수도 있다.

상기 열 감응성 변형 플레이트는 가열되어 온도가 높아지면 형태가 변형되는 금속 플레이트이다. 예를 들면, 스위치로 사용되는 바이메탈을 사용하거나, 정해진 천이 온도에서 형태가 변형되도록 구성된 형상기억합금을 사용할 수 있다. 열 감응성 변형 플레이트로 바이메탈을 사용할 경우에는 바이메탈에 전류를 흘려서 변형되도록 할 수 있다. 열 감응성 변형 플레이트로 형상기억합금을 사용할 경우에는 상기 가열 지지 플레이트의 일면에 전류를 흘리면 발열하는 저항 전열 패턴을 인쇄하여 형성할 수도 있다.

상기 열 감응성 변형 플레이트는 가열 수단에 의해서 가열되어 변형될 때 상기 가요성 용기 유닛을 전극의 관통구멍 방향으로 가압하도록 변형된다. 따라서, 관통구멍을 향하는 방향의 가요성 용기 부분이 파손되고, 파손된 부분으로 내부에 저장된 도전성 유체가 배출된다. 배출된 도전성 유체는 전극의 관통구멍을 통하여 환자의 피부와 전극 사이로 흘러들어 간다. 환자의 피부와 전극 사이에 배치된 도전성 유체는 제세동 작동시에 전극과 피부 사이의 임피던스를 낮추게 된다.

본 발명에 따르면, 컴팩트하고 신뢰성 있는 웨어러블 제세동기용 전극 조립체가 제공된다. 필요 시에 도전성 유체를 피부와 전극 사이에 공급하기 위하여 도전성 유체가 수용된 가요성 용기와 가열되면 변형하도록 구성된 열 감응성 변형 플레이트를 사용하여, 컴팩트한 전극 조립체를 제조할 수 있다. 또한, 열 감응성 변형 플레이트를 사용하여 변형 플레이트를 가열하는 것만으로 도전성 유체를 용기로부터 배출시켜 전극에 형성된 관통구멍으로 공급할 수 있어서 신뢰성이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전극 조립체가 적용된 웨어러블 제세동기의 사시도
도 2는 도1에 도시된 웨어러블 제세동기의 블록도
도 3은 본 발명에 따른 웨어러블 제세동기용 전극 조립체의 일실시예의 사시도
도 4는 도 3에 도시된 전극 조립체가 작동하기 전 상태를 나타내는 부분 단면도
도 5는 도 3에 도시된 전극 조립체가 작동한 후 상태를 나타내는 부분 단면도
도 6은 가열/지지 플레이트에 저항 가열 패턴이 형성된 상태를 나타내는 평면도

이하에서는 첨부의 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 웨어러블 제세동기용 전극 조립체에 대하여 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 한 쌍의 전극 조립체(30)를 사용한 웨어러블 제세동기(10)가 제공된다. 웨어러블 제세동기(10)는 환자가 착용할 수 있는 착용 세트(20), 한 쌍의 제세동 전극 조립체(30), 모니터링 모듈(Monitoring module: 40), 배터리 팩(50)과 컨트롤러(60)를 구비한다. 착용 세트(20)는 환자가 조끼 또는 벨트 방식으로 착용할 수 있도록 구성될 수 있으며, 의복 형태로 구성될 수도 있다. 제세동 전극 조립체(30)들은 착용 세트(20)에 장착되어 있으며, 컨트롤러(60)의 제세동 컨트롤 유닛(Defibrillation controller unit: 62)에 연결되어 있다. 제세동 전극 조립체(30)들은 환자의 등이나 흉부에 패치 형태(Patch type)로 부착하도록 구성된다.

모니터링 모듈(40)은 복수의 심전도 전극(Electrocardiogram electrode: 42), 심전도 측정 유닛(44), 복수의 생체 신호 센서(46), 생체 신호 측정 유닛(48) 등으로 구성되어 있다. 심전도 전극(42)들은 심전도 측정 유닛(44)을 통해 컨트롤러(60)에 연결되어 있으며, 환자의 가슴둘레를 따라 배치되도록 착용 세트(20)에 장착되어 있다. 심전도 측정 유닛(44)은 심전도 전극(42)들로부터 입력되는 심전도 신호(Electrocardiogram signal(ECG) signal)를 처리하여 환자의 심전도를 측정하고, 컨트롤러(60)에 입력한다.

생체 신호 센서(46)는 생체 신호 측정 유닛(48)을 통해 컨트롤러(60)에 연결되어 있으며, 환자의 가슴둘레를 따라 배치되도록 착용 세트(20)에 장착되어 있다. 생체 신호 센서(46)는 근전도 센서(Electromyography(EMG) sensor)로 구성될 수 있다. 생체 신호 측정 유닛(48)은 생체 신호 센서(46)로부터 입력되는 생체 신호를 처리하여 환자의 움직임을 측정하고, 컨트롤러(60)에 입력한다.

배터리 팩(50)은 컨트롤러(60)의 케이스(Case: 64)에 수용되어 있다. 케이스(64)는 착용 세트(20)의 허리 벨트(22)에 착용할 수 있도록 구성되어 있다. 심전도 측정 유닛(44), 생체 신호 측정 유닛(48), 컨트롤러(60)와 제세동 컨트롤 유닛(62)은 케이스(64)에 내장되는 마이크로프로세서(Microprocessor)로 구성되어 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 배터리 팩(50)은 케이스(64)와 분리되어 허리 벨트(22)에 착용하도록 구성될 수도 있다.

또한, 웨어러블 제세동기(10)는 컨트롤러(60)에 연결되어 있는 사용자 인터페이스(User interface)로 진동자(Vibrator or Oscillator: 70), 오디오 장치(72), 파워 스위치(Power switch), 버튼(Button), 디스플레이(Display) 등을 구비한다. 진동자(70)는 환자의 가슴, 등, 흉부, 팔 등에 배치되도록 착용 세트(20)에 장착될 수 있다. 오디오 장치(72)는 케이스(64)에 장착되는 스피커나 부저로 구성될 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 제세동기용 전극 조립체(30)는, 도전성 전극 플레이트(32)와, 합성수지로 제조된 복수의 가요성 용기 유닛(34)과, 상기 가요성 용기 유닛(34)의 후방에 장착된 열 감응성 변형 플레이트(36)와, 상기 열 감음성 플레이트를 구속 지지하도록 상기 전극 플레이트의 후면에 고정된 지지 플레이트(38)를 포함한다. 상기 가요성 용기 유닛(34)의 내부에는 도전성 유체가 수용되어 있다. 상기 지지 플레이트(38)는 후술하는 바와 같이, 열 감응성 변형 플레이트(36)를 가열하기 위한 가열 수단을 구비한다. 도전성 전극 플레이트(32)는 피부에 접촉되기 위한 전면과, 상기 접촉 면의 반대측 후면에 함몰되어 형성된 수용부(32b)와, 상기 수용부(32b)와 상기 전면을 연통하도록 형성된 적어도 하나의 관통구멍(32a)을 구비한다. 가요성 용기 유닛(34)은 도전성 전극 플레이트의 수용부(32b)에 수용되어 있다.

도 3 내 도 5를 참조하면, 전극 플레이트(32)의 수용부(32b)는 길이 방향으로 단면이 대체로 반원형으로 형성되어 있고, 가요성 용기 유닛(34)도 길이 방향으로 단면이 대체로 반원형으로 형성되어 있다. 또한, 전극 플레이트(32)의 관통구멍(32a)은 반원형 단면의 수용부(32b) 중심부에 형성되어 있다. 가요성 용기 유닛(34)은 수용부(32b)에 삽입되고, 용기 유닛(34)의 반원형 볼록한 부분이 수용부(32b)의 반원형 오목한 부분과 마주하게 된다.

가요성 용기 유닛(34)은 외부에서 가해지는 압력에 의해서 전극 플레이트(32)의 관통구멍(32a)과 마주하는 부분이 파괴가 용이하게 구성되어 있다. 가요성 용기 유닛(34)의 관통구멍(32a)과 마주하는 부분이 파괴되면, 내부에 수용된 도전성 유체가 배출되어 관통구멍을 통과하여 전극 플레이트(32)의 전면으로 용이하게 배출된다. 도시하지는 않았으나, 가요성 용기 유닛(34)의 파손을 용이하게 하기 위하여 전극 플레이트(32)의 관통구멍(32a) 주위에 돌기를 형성할 수도 있다.

몇몇 실시예에 있어서, 가요성 용기 유닛(34)은 파우치 형태의 얇은 합성수지 막을 적층하여 제조하거나, 캡슐 형태로 제조할 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 가요성 용기 유닛(34)은 전극 플레이트(32)의 관통구멍(32a)을 향하는 부분의 두께를 얇게 하거나, 용기 유닛(34)의 표면에 용기 두께의 절반 정도를 절단한 칼집을 내어서 외력을 받을 경우, 약하게 된 부분에서 파괴가 되도록 할 수 있다.

열 감응성 변형 플레이트(36)는 가열되어 온도가 높아지면 형태가 변형되는 금속 플레이트이다. 예를 들면, 열 감응성 변형 플레이트(36)로 스위치로 사용되는 바이메탈을 사용하거나, 정해진 천이 온도에서 형태가 변형되도록 구성된 형상기억합금을 사용할 수 있다. 열 감응성 변형 플레이트(36)로 바이메탈을 사용할 경우, 별도의 가열수단이 필요하지 않고, 바이메탈 자체가 가열 수단이 된다. 컨트롤러(60)와 열 감응성 변형 플레이트(36)에 도선을 연결하고, 전류 공급을 제어하여 열 감응성 변형 플레이트(36)의 변형을 제어한다. 열 감응성 변형 플레이트(36)로 형상기억합금을 사용할 경우에는 별도의 가열 수단이 필요하다. 열 감응성 변형 플레이트(36)로 형상기억합금을 사용할 경우, 도 6에 도시된 것과 같이, 지지 플레이트(38)의 열 감응성 변형 플레이트(36)와 접촉하는 면에, 저항 전열 패턴(38a)을 형성하여 가열수단을 구성할 수 있다. 도시하지 않았으나, 저항 전열 패턴(38a)에 전류를 공급하기 위한 도선이 컨트롤러(60)에 연결되어 있다.

도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 웨어러블 제세동기용 전극 조립체(30)의 작용에 대하여 설명한다.

도 4는 전극 조립체(30)의 작동 전 상태를 나타낸다. 전극 플레이트(32)의 수용부(32b)에 가요성 용기 유닛(34)이 수용되어 있고, 가용성 용기 유닛(34)의 후방에는 형상기억합금으로 된 열 감응성 변형 플레이트(36)가 장착되어 있다. 열 감응성 변형 플레이트(36)의 후방에는 저항 전열 패턴(38a)이 접촉되어 있다. 지지 플레이트(38)는 전극 플레이트(32)와 견고하게 고정되어 있다. 저항 전열 패턴(38a)에 전류가 공급되지 않아서 열 감응성 변형 플레이트(36)가 변형되지 않고 평평한 상태를 유지하고 있다.

도 5는 전극 조립체(30)의 작동 후 상태를 나타낸다. 컨트롤러(60)에서 저항 전열 패턴(38a)에 전류를 공급하여 열 감응성 변형 플레이트(36)를 가열한다. 열 감응성 변형 플레이트(36)는 형상기억합금으로 되어 있어서, 일정한 온도 이상으로 가열되면, 금속의 조직이 변화되어 기억된 형상으로 변형된다. 도 5에 도시된 것과 같이, 사전에 열 감응성 변형 플레이트(36)는 가열에 의해서 변형되는 형상을 길이 방향으로 단면이 반원형 형태가 되도록 제조한다. 열 감응성 변형 플레이트(36)가 도 5에 도시된 것과 같이 전극 플레이트(32)를 향하는 방향으로 볼록하게 변형되면, 열 감응성 변형 플레이트(36)는 가요성 용기 유닛(34)을 가압하게 되고, 가요성 용기 유닛(34)은 관통 구멍과 접촉되는 부분의 주변이 약하게 제조되어 있어서 파손된다. 가요성 용기 유닛(34)의 관통구멍(32a)을 향하는 부분이 파손되면, 용기 유닛(34)의 내부에 저장된 도전성 유체가 압력에 의해서 압착되어 외부로 배출된다. 배출된 도전성 유체는 전극플레이트(32)의 관통구멍(32a)을 통하여 환자의 피부와 전극 플레이트(32) 사이로 흘러들어 간다. 환자의 피부와 전극 플레이트(32) 사이에 배치된 도전성 유체는 제세동 작동시에 전극과 피부 사이의 임피던스를 낮추게 된다.

앞에서 설명된 본 발명에 따른 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니고 예시적인 것으로 이해되어야 하며, 본 발명에 따른 가요성 용기 유닛, 열 감응성 변형 플레이트는 다양한 형태로 변형될 수 있다. 앞서 설명된 실시예 이외에도 가용성 용기 유닛과, 이를 수용하기 위한 전극 플레이트의 다양한 형태가 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 당업자에 의해서 구체화 될 수 있다. 본 발명은 청구항에 기재된 범위 및 그와 동등 범위 내에서 다양한 형태로 변경되어 구체화 될 수 있다.

10 웨어러블 제세동기
20 착용 세트
30 제세동 전극 조립체
32 전극 플레이트
34 가용성 용기 유닛
36 열 감응성 변형 플레이트
38 지지 플레이트
40 모니터링 모듈
60 컨트롤러

Claims (4)

1. 피부에 접촉되기 위한 전면과, 상기 전면의 반대 측 후면에 함몰되어 형성된 수용부와, 상기 수용부와 상기 전면을 연통하도록 형성된 적어도 하나의 관통구멍을 구비한 도전성 전극 플레이트와,
   상기 수용부에 수용되어 있고, 외부에서 가해지는 압력에 의해서 상기 관통구멍을 향하도록 배치된 부분이 파괴되어 내부에 수용된 도전성 유체가 관통구멍을 향하여 배출되도록 구성되고, 합성수지로 제조된 가요성 용기 유닛과,
   상기 가요성 용기 유닛의 내부에 수용된 전도성 유체와,
   상기 가요성 용기 유닛의 후방에 장착되고, 가열시 길이방향으로 전면을 향하여 볼록하게 변형되도록 구성된 형상기억합금 플레이트와,
   상기 형상기억합금 플레이트의 후방에 밀착 배치된 가열수단과,
   상기 형상기억합금 플레이트를 변형시에 구속 지지하도록 상기 전극 플레이트의 후면에 고정된 지지 플레이트를 포함하고,
   상기 전극 플레이트의 수용부는 길이방향으로 단면이 반원형이고, 상기 관통구멍은 반원형 단면의 중심부에 형성되어 있고,
   상기 가요성 용기 유닛은 길이방향으로 단면이 반원형으로 형성되고, 가요성 용기유닛의 볼록한 부분에는 파괴가 용이하도록 두께가 얇은 부분이 형성된 웨어러블 제세동기용 전극 조립체.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 가열 수단은 상기 지지 플레이트의 형상기억합금 플레이트를 향하는 면에 인쇄되어 형성된 면 저항 전열 패턴인 웨어러블 제세동기용 전극 조립체.
4. 삭제

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