KR102070188B1 - 생체 신호 감지용 전극 및 이를 포함하는 생체 신호 감지 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생체 신호 감지용 전극 및 이를 포함하는 생체 신호 감지 시스템에 대한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 감지용 전극은, 신축성을 갖는 비전도성 섬유로 이루어진 섬유층, 상기 섬유층의 일 표면 상에 형성된 전도층 및 상기 섬유층 및 상기 전도층을 관통하고 상기 전도층과 전기적으로 연결된 감지부를 포함한다.

Description

생체 신호 감지용 전극 및 이를 포함하는 생체 신호 감지 시스템 {BIO-SIGNAL SENSING ELECTRODE, BIO-SIGNAL SENSING SYSTEM INCLUDING THE SAME}

본 발명은 생체 신호 감지용 전극 및 이를 포함하는 생체 신호 감지 시스템에 대한 것이다.

첨단 IT 제품 및 그 융합 시스템을 활용한 스마트 시대의 건강 관리는 심약자들을 대상으로 하는 것뿐만 아니라, 운동 선수나 특수 작업자(소방관, 경찰관, 군인 등)는 물론, 등산을 즐기는 일반인들에게도 필요로 하게 된다. 즉, 상황 별 근전도, 심전도 등의 건강 상태를 점검할 수 있는 방법으로써의 웨어러블 모니터링 기술에 대한 요구가 점차 높아지고 있다.

최근, 일상생활에서 편리하게 생체신호를 측정할 수 있는 스마트 의류 기술을 응용한 제품을 개발하고자 하는 연구가 많이 진행되었으나, 이는 통신 모듈이나 측정 데이터 분석 등 소프트웨어의 개발에 치중되었다.

또한, 그 동안 세계 각국의 많은 기업체와 연구소들은 다양한 건강관리 센싱 기능 스마트 의류를 개발하고 있으며, 그 중에서도 심박 및 심전도 센싱 스마트 의류가 더욱 활발하게 연구 및 개발되고 있다. 그러나 이러한 의류들은 단순히 압박하고 부착하는 등의 인체의 움직임을 고려하지 않은 것이 대부분으로써, 사용자의 활동성을 저하시키는 문제가 있다.

따라서, 착용자의 활동성 및 쾌적성을 보장하면서도, 착용자의 생체 신호를 측정할 수 있기 위해서는 사용되는 의 소재 및 구조의 차별화가 이루어져야 한다.

예를 들어, 종래 기술로써, 생체 신호 측정용 가슴 벨트가 개시되었다. [특허문헌 1] 이는, 인체 흉부와 밀착되는 부분에 전도성 직물 밴드가 형성되어 인체 흉부에서 발생하는 전위차 신호를 지속적으로 측정하고 생체신호로 변환하여 실시간으로 생체신호 표시 디바이스에 전송함으로써, 벨트 착용자의 건강상태를 지속적으로 체크할 수 있도록하는 생체 신호 측정용 가슴 벨트이다.

그러나, 이러한 벨트는 독립적인 시스템로써, 의복과의 일체화가 어렵고, 이질감이 높아 사용자의 활동성을 저하시키는 문제점을 해결하지 못하였다.

[특허문헌 1] 한국등록특허 제10-0926700호, 2009. 11. 17.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 생체 신호 감지용 전극을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 생체 신호 감지 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 목적들은 상술된 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 감지용 전극은, 신축성을 갖는 비전도성 섬유로 이루어진 섬유층; 상기 섬유층의 일 표면 상에 형성된 전도층; 및 상기 섬유층 및 상기 전도층을 관통하고, 상기 전도층과 전기적으로 연결된 감지부; 를 포함한다.

실시예에서, 상기 감지부는, 신축성을 갖는 전도성 물질로 이루어진다.

실시예에서, 상기 감지부는, 신축성을 갖는 전도성 실로 제조된 전도성 실크(conductive silk)로 이루어진다.

실시예에서, 상기 전도성 실은, 필라멘트 또는 스테이플 구조의 원사; 및 상기 원사의 표면에 코팅된 전도성 물질; 을 포함한다.

실시예에서, 상기 전도층은, 상기 섬유층의 일 표면 상에 프린트 된 전도성 잉크로 이루어진다.

실시예에서, 상기 생체 신호 감지용 전극은, 신축성을 갖는 비전도성 물질로 이루어지며, 상기 섬유층의 타 표면 및 상기 전도층 상에 각각 형성된 코팅층; 을 더 포함한다.

실시예에서, 상기 감지부는, 상기 코팅층을 관통하며, 일부가 상기 코팅층의 표면 위로 돌출되어 접촉 전극을 형성한다.

실시예에서, 상기 감지부는 복수 개이며, 상호 이격 되어 마련된다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 신호 감지 시스템은, 신축성을 갖는 비전도성 섬유로 이루어진 섬유층; 상기 섬유층의 일 표면 상에 형성된 전도층; 상기 섬유층 및 상기 전도층을 관통하고, 상기 전도층과 전기적으로 연결된 감지부; 및 상기 전도층과 전기적으로 연결되고, 상기 감지부에서 감지된 생체 신호를 전달 받아 그와 관련된 생체 정보를 생성하는 제어부; 를 포함한다.

실시예에서, 상기 제어부는, 상기 수신된 생체 신호에 포함된 노이즈를 제거하고, 상기 노이즈가 제거된 생체 신호로부터 상기 생체 정보를 생성한다.

실시예에서, 상기 감지부는 복수 개이며, 상호 이격 되어 마련된다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면들과 함께 상세하게 후술될 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태들로 구현될 수 있으며, 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, "통상의 기술자")에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해서 제공되는 것이다.

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과들을 가진다.

우선, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 감지용 전극은, 신축성을 갖는 물질로 이루어져 사용자의 활동성을 저하 시키지 않으며, 사용자의 활동성을 극대화 시킨 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 감지용 전극은, 신축성을 갖는 물질로 이루어져 있기 때문에, 웨어러블 디바이스 및 스마트 의류 등에 쉽게 적용될 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 감지용 전극은, 비전도성 물질로 이루어진 코팅층을 포함하고, 전도성 물질로 이루어진 감지부에서 생체 신호를 감지 하도록 함으로써, 사용자의 특정 신체 부위에서의 생체 신호를 쉽게 감지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 감지용 전극은 생체 적합성을 갖는 물질로 이루어져, 사용자의 신체 표면에 장기간 부착되더라도 부작용을 발생시키지 않는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 감지용 전극은, 일상 생활에서 쉽게 사용자의 생체 신호를 감지하고, 그에 따라 사용자의 건강 상태를 쉽게 모니터링 할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 신호 감지 시스템은, 사용자의 특정 신체 부위에서의 생체 신호를 쉽게 감지하고, 감지된 생체 신호로부터 사용자의 생체 정보를 생성할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 신호 감지 시스템은, 일상 생활에서 쉽게 사용자의 생체 신호를 감지하고, 감지된 생체 신호로부터 사용자의 생체 정보를 생성함으로써, 사용자의 건강 상태를 쉽게 모니터링 할 수 있도록 하는 효과가 있다.

본 발명의 효과들은 상술된 효과들로 제한되지 않으며, 본 발명의 기술적 특징들에 의하여 기대되는 잠정적인 효과들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 감지용 전극을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 신호 감지 시스템을 도시한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다.

청구범위에 개시된 발명의 다양한 특징들은 도면 및 상세한 설명을 고려하여 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 명세서에 개시된 시스템, 방법, 제법 및 다양한 실시예들은 예시를 위해서 제공되는 것이다. 개시된 구조 및 기능 상의 특징들은 통상의 기술자로 하여금 다양한 실시예들을 구체적으로 실시할 수 있도록 하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 개시된 용어 및 문장들은 개시된 발명의 다양한 특징들을 이해하기 쉽게 설명하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 생체 신호 감지용 전극 및 시스템에 대하여 상세하게 설명하고자 한다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 감지용 전극을 도시한 도면이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 실시예에 따른 생체 신호 감지용 전극(1)은, 섬유층(10), 전도층(20), 코팅층(30) 및 감지부(40)를 포함한다.

섬유층(10)은, 감지부(40)가 사용자의 신체 표면에 쉽게 밀착될 수 있도록 함과 동시에, 사용자에게 이물감을 주지 않도록 신축성을 갖는 물질로 이루어진 층이다. 섬유층(10)이 신축성을 갖는 재질로 이루어져 있기 때문에, 본 실시예에 따른 생체 신호 감지용 전극(1)은, 사용자의 활동성을 저하 시키지 않으며, 사용자의 활동성을 극대화 시킨 효과가 있다.

또한, 섬유층(10)은, 비전도성 섬유로 이루어진다. 이는 후술할 바와 같이, 감지부(40)에서 감지된 생체 신호가 전도층(20)을 거쳐 송출부(50)로 전달되도록 하기 위함이다. 또한, 섬유층(10)은, 사용자의 신체 표면과 직접 접촉할 수 있기 때문에, 섬유층(10)은, 사용자의 신체 표면과 직접 접촉하더라도 피부 손상 및 장기간 사용에 따른 피부 괴사 등의 문제가 없는 물질로 이루어진다.

섬유층(10)에 사용되는 원단은, 신축성을 갖는 재질의 원단으로써, 비전도성을 갖고, 사용자의 신체 표면과 접촉하더라도 사용자의 피부에 문제를 일으키지 않는 원단이라면 특별히 한정되지 않는다.

전도층(20)은, 섬유층(10)의 일 표면 상에 형성된 전도성 물질로 이루어진 층이다. 또한, 전도층(20)은, 감지부(40)가 사용자의 신체 표면에 쉽게 밀착될 수 있도록 함과 동시에, 사용자에게 이물감을 주지 않도록 신축성을 갖는 물질로 이루어진 층이다. 이러한 전도층(20)은, 3D 프린터를 통해 섬유층(10)의 일 표면 상에 전도성 잉크(conductive ink)를 프린트 함으로써 형성될 수 있다.

코팅층(30)은, 섬유층(10)의 타 표면 및 전도층(20) 상에 형성된 비전도성 물질로 이루어진 층이다. 코팅층(30)은 비전도성 물질로 이루어져 있기 때문에, 사용자의 신체 표면과 접촉하더라도, 사용자의 신체 표면으로부터 생체 신호를 수용하지 않는다. 이는, 후술할 바와 같이, 코팅층(30)과 접촉된 사용자의 모든 신체 표면이 아니라, 감지부(40)와 접촉된 사용자의 신체 표면으로부터 생체 신호를 수용함으로써, 사용자의 특정 신체 부위에서의 생체 신호를 받을 수 있도록 하기 위함이다.

또한, 코팅층(30)은, 감지부(40)가 사용자의 신체 표면에 쉽게 밀착될 수 있도록 신축성을 갖는 재질로 이루어진 층이다. 코팅층(30) 또한 신축성을 갖는 재질로 이루어져 있기 때문에, 본 실시예에 따른 생체 신호 감지용 전극(1)은, 사용자의 활동성을 저하 시키지 않으며, 사용자의 활동성을 극대화 시킨 효과가 있다.

한편, 코팅층(30)은, 사용자의 신체 표면과 직접 접촉할 수 있기 때문에, 코팅층(30)은, 사용자의 신체 표면과 직접 접촉하더라도 피부 손상 및 장기간 사용에 따른 피부 괴사 등의 문제가 없는 물질로 이루어진다.

코팅층(30)을 구성하는 물질은, 비전도성을 갖는 물질인 동시에 신축성을 갖는 물질이면서, 사용자의 신체 표면과 접촉하더라도 사용자의 피부에 문제를 일으키지 않는 물질로 이라면 특별히 한정되지 않는다.

감지부(40)는, 사용자의 신체 표면에 쉽게 밀착될 수 있도록 함과 동시에, 사용자에게 이물감을 주지 않도록 신축성을 갖는 물질로 이루어진다. 감지부(40) 또한 신축성을 갖는 재질로 이루어져 있기 때문에, 본 실시예에 따른 생체 신호 감지용 전극(1)은, 사용자의 활동성을 저하 시키지 않으며, 사용자의 활동성을 극대화 시킨 효과가 있다.

또한, 감지부(40)는, 사용자의 신체 표면으로부터 사용자의 생체 신호를 수용할 수 있도록 전도성 물질로 이루어진다.

감지부(40) 또한, 사용자의 신체 표면과 직접 접촉할 수 있기 때문에, 감지부(40) 또한, 사용자의 신체 표면과 직접 접촉하더라도 피부 손상 및 장기간 사용에 따른 피부 괴사 등의 문제가 없는 물질로 이루어진다.

구체적으로, 감지부(40)는, 신축성을 갖는 전도성 실로 제조된 전도성 실크(conductive silk)로 이루어질 수 있다. 이때, 전도성 실은 필라멘트(filament) 구조 또는 스테이플(staple) 구조를 갖는 폴리에스테르(polyester) 원사에 전도성 물질이 코팅된 것일 수 있다.

감지부(40)는, 섬유층(10), 전도층(20) 및 코팅층(30)을 관통하도록 형성된다. 구체적으로, 감지부(40)는, 섬유층(10), 전도층(20) 및 코팅층(30)을 포함하는 구조체의 길이 방향에 대하여 수직 방향으로, 구조체를 관통하도록 형성된다. 또한, 감지부(40)의 일부는, 코팅층(30)의 표면 위로 돌출된다. 이때, 감지부(40)의 일부는 코팅층(30)의 양 표면 위로 돌출될 수 있고, 코팅층(30)의 어느 한 표면 위로 돌출될 수도 있다. 돌출된 감지부(40)의 일부는 접촉 전극을 형성한다. 형성된 접촉 전극은, 사용자의 신체 표면과 접촉하며, 사용자의 신체 표면으로부터 생체 신호를 감지한다. 감지부(30)에서 감지되는 생체 신호는, 사용자의 신체 표면으로부터 측정될 수 있는 모든 전기적 생체 신호를 포함한다. 예를 들어, 감지부(30)에서 감지되는 생체 신호는, 심전도 신호, 근전도 신호, 신경 신호 및 뇌파 등을 포함한다.

한편, 전술한 바와 같이, 섬유층(10) 및 코팅층(30)은 비전도성 물질로 이루어져 있기 때문에, 감지부(30)와 전도층(20)만이 전기적으로 연결된다. 따라서, 감지부(30)에서 감지된 생체 신호는 섬유층(10) 및 코팅층(30)이 아닌, 전도층(20)을 거쳐 외부 디바이스로 전달된다.

이상에서 하나의 감지부(40)가 제공되는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 감지용 전극(1)에 대하여 상술하였다.

다른 실시예에서는 다양한 생체 신호들을 한 번에 수용할 수 있도록, 즉, 여러 신체 지점의 생체 신호들을 한 번에 감지할 수 있도록 마련된 생체 신호 감지용 진극이 제공될 수도 있다. 본 실시예에 따른 생체 신호 감지용 전극은, 복수의 감지부들을 포함한다. 이때, 감지되는 생체 신호들 간에 간섭이 발생하지 않도록, 복수의 감지부들은 상호 이격되어 마련된다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 신호 감지 시스템을 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 생체 신호 감지 시스템(2)은, 생체 신호 감지용 전극(1) 및 제어부(100)를 포함한다.

생체 신호 감지용 전극(1)은, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 감지용 전극(1)이다. 즉, 생체 신호 감지용 전극(1)은, 섬유층(10), 전도층(20), 코팅층(30) 및 감지부(40)를 포함하며, 각 구성의 구체적인 구성 및 기능은 전술한 바와 동일하다.

제어부(100)는, 전도층(20)과 전기적으로 연결된다. 제어부(100)는, 감지부(40)에서 감지된 생체 신호를 전도층(20)을 거쳐 수신하고, 수신된 생체 정보에 기초하여 그와 관련된 생체 정보를 생성한다. 즉, 제어부(100)는, 감지부(40)에서 감지된 사용자의 생체 신호를 분석하여 사용자의 생체 정보를 생성한다. 한편, 제어부(100)는, 내부에 통신 모듈이 마련되어 있을 수 있으며, 이러한 통신 모듈을 통해 생성된 생체 신호를 외부의 서버로 전송할 수 있다.

예를 들어, 감지부(40)에서 감지된 생체 신호가 근전도 신호인 경우, 제어부(100)는, 수신된 생체 신호의 노이즈를 제거하고, 노이즈가 제거된 생체 신호와 관련된 생체 정보인 raw EMG 데이터를 생성하여 외부의 서버로 전송한다. 외부의 서버는, raw EMG 데이터를 캘리브레이션(calibration)하여 그래프화 할 수 있다.

이상에서 하나의 감지부(40)가 제공되는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 감지용 전극(1)을 포함하는 생체 신호 감지 시스템(2)에 대하여 상술하였다.

다른 실시예에서는 다양한 생체 신호들을 한 번에 수용할 수 있도록, 즉, 여러 신체 지점의 생체 신호들을 한 번에 감지할 수 있도록 마련된 생체 신호 감지 시스템이 제공될 수도 있다. 본 실시예에 따른 생체 신호 감지 시스템은, 복수의 감지부들을 포함한다. 이때, 감지되는 생체 신호들 간에 간섭이 발생하지 않도록, 복수의 감지부들은 상호 이격되어 마련된다. 복수의 감지부들 각각은 전도층을 통하여 제어부와 전기적으로 연결된다. 제어부는, 감지부들에서 감지된 복수의 생체 신호들에 기초하여 복수의 생체 정보들을 생성한다.

한편, 본 실시예에 따른 생체 신호 감지 시스템(2)은 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 생체 신호 감지 시스템(2)은, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호 감지용 전극(1)이 내부면에 마련되며, 제어부(100)를 내부에 포함하는 의복의 형태로 구현될 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 통상의 기술자라면 본 발명의 본질적인 특성이 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능할 것이다.

따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

1 : 생체 신호 감지용 전극 2 : 생체 신호 감지 시스템
10 : 섬유층 20 : 전도층
30 : 코팅층 40 : 감지부
100 : 제어부

Claims (11)

1. 신축성을 갖는 비전도성 섬유로 이루어진 섬유층;
   상기 섬유층의 일 표면 상에 형성되고, 신축성을 갖는 전도성 물질로 이루어진 전도층;
   신축성을 갖는 비전도성 물질로 이루어지며, 상기 섬유층의 타 표면 및 상기 전도층 상에 각각 형성된 코팅층; 및
   상기 전도층과 전기적으로 연결되고, 신축성을 갖는 전도성 실로 제조된 전도성 실크(conductive silk)로 이루어진 감지부;
   를 포함하고,
   상기 감지부는, 상기 섬유층, 상기 전도층 및 상기 코팅층을 수직으로 관통하고, 일부가 상기 코팅층의 표면 위로 돌출되어 접촉 전극을 형성하는,
   생체 신호 감지용 전극.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 전도성 실은,
   필라멘트 또는 스테이플 구조의 원사; 및
   상기 원사의 표면에 코팅된 전도성 물질;
   을 포함하는,
   생체 신호 감지용 전극.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 전도층은,
   상기 섬유층의 일 표면 상에 프린트 된 전도성 잉크로 이루어진,
   생체 신호 감지용 전극.
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 감지부는 복수 개이며, 상호 이격 되어 마련된,
   생체 신호 감지용 전극.
   
9. 신축성을 갖는 비전도성 섬유로 이루어진 섬유층;
   상기 섬유층의 일 표면 상에 형성되고, 신축성을 갖는 전도성 물질로 이루어진 전도층;
   신축성을 갖는 비전도성 물질로 이루어지며, 상기 섬유층의 타 표면 및 상기 전도층 상에 각각 형성된 코팅층;
   상기 전도층과 전기적으로 연결되고, 신축성을 갖는 전도성 실로 제조된 전도성 실크(conductive silk)로 이루어진 감지부; 및
   상기 전도층과 전기적으로 연결되고, 상기 감지부에서 감지된 생체 신호를 전달 받아 그와 관련된 생체 정보를 생성하는 제어부;
   를 포함하고,
   상기 감지부는, 상기 섬유층, 상기 전도층 및 상기 코팅층을 수직으로 관통하고, 일부가 상기 코팅층의 표면 위로 돌출되어 접촉 전극을 형성하는,
   생체 신호 감지 시스템.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전달 받은 생체 신호에 포함된 노이즈를 제거하고, 상기 노이즈가 제거된 생체 신호로부터 상기 생체 정보를 생성하는,
    생체 신호 감지 시스템.
    
11. 제9항에 있어서,
    상기 감지부는 복수 개이며, 상호 이격 되어 마련된,
    생체 신호 감지 시스템.

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