KR102194246B1 - 생체용 전극 및 이를 포함하는 생체 신호 측정 장치 - Google Patents

생체용 전극 및 이를 포함하는 생체 신호 측정 장치 Download PDF

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Abstract

생체용 전극 및 이를 포함하는 생체 신호 측정 장치가 개시된다. 일 실시예에 따른 생체용 전극은 이온 전도성 부재, 비전도성 부재, 전도성 부재 및 비분극성 전도성 부재를 포함할 수 있다. 비전도성 부재는 관통 홀이 형성되어 있고, 비분극성 전도성 부재는 전도성 부재 및 이온 전도성 부재 사이를 전기적으로 커플링할 수 있다.

Description

생체용 전극 및 이를 포함하는 생체 신호 측정 장치{ELECTRODE FOR BODY AND DEVICE FOR DETECTING BIO-SIGNAL COMPRISING THE SAME}
아래의 설명은 생체용 전극 및 이를 포함하는 생체 신호 측정 장치에 관한 것이다.
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(ECG), 근전도(EMG), 뇌전도(EEG), 피부저항(GSR), 안구운동(EOG), 신체온도, 맥박, 혈압 및 신체 움직임 등을 측정할 수 있으며, 이를 분석하여 각종 질병관리 및 건강관리에 사용하고자 하는 새로운 기술들이 개발되고 있다. 이러한 생체신호의 변화를 감지하기 위해 생체용 전극이 사용된다. 체표면에 적용되어 생체 전위 신호를 측정하기 위한 기존의 생체용 전극은 하이드로젤-비분극 전극-커넥터로 이루어져 있다. 커넥터는 대개, 시스템 또는 리드(lead) 선에 포함된 커넥터와 점 접촉을 하게 되는 스냅(snap) 등으로 구현된다.
일 실시예에 따른 생체용 전극은, 신체 표면에 부착되는 이온 전도성 부재, 상기 이온 전도성 부재 상에 형성되고, 관통 홀이 형성된 비전도성 부재, 상기 비전도성 부재의 상에 형성된 전도성 부재 및 상기 전도성 부재 및 상기 이온 전도성 부재 사이를 전기적으로 커플링(coupling)하는 비분극성 전도성 부재를 포함할 수 있다.
상기 이온 전도성 부재는 이온 전도성 및 점착성을 갖는 물질을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 이온 전도성 부재는 하이드로젤을 포함할 수 있다.
상기 이온 전도성 부재는 콜라겐, 젤라틴, 피브린, 알긴산, 히알루론산, 키토산 및 덱스트란으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 친수성 폴리머; 및 폴리에틸렌글리콜, 폴리2-하이드록시에틸메타아크릴레이트 (PHEMA), 폴리(N,N-에틸아미노에틸 메타크릴레이트), 폴리아크릴산(PAAc), 폴리락타이드(PLC), 폴리글리콜라이드(PGA), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리(카프로락톤락타이드) 랜덤 공중합체(PCLA), 폴리(카프로락톤글리티콜라이드) 랜덤 공중합체(PCGA), 폴리(락타이드글리티콜라이드) 랜덤 공중합체(PLGA) 및 폴리아크릴아마이드로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 합성 폴리머를 포함할 수 있다.
상기 비전도성 부재는 비전도성, 절연성 및 점착성을 갖는 물질을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 비전도성 부재는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 나일론(Nylon), 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리우레탄(polyurethane; PU), 폴리카보네이트(polycarbonate; PC), 폴리아크릴레이트(polyacrylate; PA)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 전도성 부재는 상기 관통 홀로 분리된 상기 비전도성 부재 사이를 연결할 수 있다.
상기 전도성 부재는 전도성 및 점착성을 갖는 물질을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 전도성 부재는 전도성 접착 테이프를 포함할 수 있다.
상기 비분극성 전도성 부재는 금속/금속의 불용염을 포함하는 비분극성 전도성을 갖는 물질을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 비분극성 전도성 부재는 은/염화은(Ag/AgCl), 은(Ag), 구리(Cu), 염화구리(CuCl), 텅스텐(W), 스테인레스 스틸로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 비분극성 전도성 부재는 10 Hz의 계면에서 임피던스(Impedance)가 3 ㏀ 이하일 수 있다.
상기 비분극성 전도성 부재는 잉크 프린팅 또는 코팅 방법에 의해 형성될 수 있다.
상기 비분극성 전도성 부재는 판 또는 필름 형태로 형성될 수 있다.
상기 전도성 부재 및 상기 비분극성 전도성 부재 사이의 계면은 은/염화은-니켈(Ag/AgCl-Ni) 또는 은/염화은-탄소(Ag/AgCl-C)로 형성될 수 있다.
상기 이온 전도성 부재를 지지하는 지지 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 지지 부재는 연질의 고무, 폴리에틸렌 폼, 폴리우레탄 폼, 우레아 폼, 폴리염화비닐 폼, 폴리프로필렌 폼, 폴리스티렌 폼, 폴리비닐아세테이트 폼, 멜라민 수지 폼, 페놀 수지 폼으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치는, 생체용 전극; 및 외부로 노출되는 단자, 상기 단자로부터 전달되는 아날로그 신호를 처리하기 위한 아날로그 신호 처리부, 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D 신호 변환부 및 상기 변환된 디지털 신호를 처리하기 위한 디지털 신호 처리부를 포함하는 신호 처리 시스템을 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 생체용 전극을 나타낸 단면도이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 생체용 전극을 나타낸 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 생체 신호 측정장치의 단면도이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 생체 신호 측정장치의 단면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 생체 신호 측정장치의 신호 처리 시스템의 기능을 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 6은 일 실시예에 따른 생체 신호 측정장치를 나타낸 단면도이다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 폴리머 층이 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 이하에서 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 생체용 전극을 나타낸 단면도이고, 도 2는 다른 실시예에 따른 생체용 전극을 나타낸 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 생체용 전극(100)은, 신체 표면에 부착되는 이온 전도성 부재(110), 이온 전도성 부재(110) 상에 형성되고, 관통 홀(122)이 형성된 비전도성 부재(120), 비전도성 부재의 상에 형성된 전도성 부재(130), 전도성 부재(130) 및 이온 전도성 부재(110) 사이를 전기적으로 커플링(coupling)하는 비분극성 전도성 부재(140) 및 이온 전도성 부재를 지지하는 지지 부재(150)를 포함할 수 있다.
도 1의 일 실시예에 따른 생체용 전극(100)은 비전도성 부재(120)의 관통 홀(122)을 기준으로 이온 전도성 부재(110), 비분극성 전도성 부재(140) 및 전도성 부재(130)가 일체로 형성된 것이고, 도 2의 다른 실시예에 따른 생체용 전극은 비전도성 부재(120)의 관통 홀(122)을 기준으로 비분극성 전도성 부재(140) 및 전도성 부재(130)가 일체로 형성된 것이다.
이온 전도성 부재(110)는, 예를 들어, 하이드로젤(hydrogel)과 같이 이온 전도성 및 점착성을 갖는 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 돌기 및 수용부 간의 점 접촉을 통해서 전기적 신호를 전달하는 것과는 달리, 신호 처리 시스템과 및 생체용 전극 간의 면 접촉을 통해서 전기적 신호를 전달할 수 있다. 하이드로젤은, 신체에 부착 시 불편함이 없어야 하므로, 유연성을 가지는 것일 수 있다. 또한, 신체에 부착되어 생체신호를 전달하여야 하고 접착 불량에 의한 노이즈가 발생하지 않아야 한다. 한편, 상기 수준 이상의 접착력을 가지면서도 피부의 손상, 탈착 시의 통증 및 장기간 사용 시의 피부 괴사 등의 문제점이 없어야 한다. 또한, 하이드로젤은 별도의 접착제를 사용하지 않고도 일정 수준 이상의 피부 접착성을 가질 수 있다. 피부 접착성은 약 50 g/cm2 이상의 피부 접착력일 수 있다.
이온 전도성 부재(110)는 수분 함량이 높고 생체적합성이 뛰어난 폴리머의 중합에 의해 제조될 수 있다. 이온 전도성 부재(110)는 친수성 폴리머 및 합성폴리머를 포함할 수 있다. 친수성 폴리머는 천연에서 얻을 수 있는 천연 폴리머로서, 예를 들어, 콜라겐, 젤라틴, 피브린, 알긴산, 히알루론산, 키토산 및 덱스트란으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 합성 폴리머는, 예를 들어, 폴리에틸렌글리콜, 폴리2-하이드록시에틸메타아크릴레이트 (PHEMA), 폴리(N,N-에틸아미노에틸 메타크릴레이트), 폴리아크릴산(PAAc), 폴리락타이드(PLC), 폴리글리콜라이드(PGA), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리(카프로락톤락타이드) 랜덤 공중합체(PCLA), 폴리(카프로락톤글리티콜라이드) 랜덤 공중합체(PCGA), 폴리(락타이드글리티콜라이드) 랜덤 공중합체(PLGA) 및 폴리아크릴아마이드로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
비전도성 부재(120)에 형성된 관통 홀(122)은 비전도성 부재(120) 아래위로 위치하는 전도성 부재(130)와 이온 전도성 부재(110)의 부분들을 일체로 연결할 수 있다.
비전도성 부재(120)는 비전도성, 절연성 및 점착성을 갖는 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 비전도성 부재(120)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 나일론(Nylon), 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리우레탄(polyurethane; PU), 폴리카보네이트(polycarbonate; PC), 폴리아크릴레이트(polyacrylate; PA)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
전도성 부재(130)는 관통 홀(122)로 분리되는 비전도성 부재(120) 사이를 연결할 수 있다. 전도성 부재(130)는 전도성 및 점착성을 갖는 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 전도성 부재(130)는, 예를 들어, 전도성 접착 테이프를 포함할 수 있다. 전도성 부재(130)는, 예를 들어, 탄소(C)와 같이 전기화학적 반응성이 매우 낮은 물질일 수 있다.
비분극성 전도성 부재(140)는 은/염화은(Ag/AgCl), 은(Ag), 구리(Cu), 염화구리(CuCl), 텅스텐(W), 스테인레스 스틸로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 또한, 비분극성 전도성 부재(140)는 은/염화은(Ag/AgCl)과 같은 금소/금속의 불용염을 포함하는 복합 물질을 포함할 수 있다. 이러한 물질로 이루어진 비분극성 전도성 부재(140)에 의해서 이온 전도성 부재(110)와 전도성 부재(130)의 전기적 커플링(coupling)을 향상시킬 수 있다.
비분극성 전도성 부재(140)는 프린팅 또는 코팅 방법에 의해 형성되는 것일 수 있다. 예를 들어, 은/염화은(Ag/AgCl) 페이스트(paste)를 전도성 부재에 코팅하여 비분극성 전도성 부재(140)를 형성할 수 있다. 은/염화은(Ag/AgCl) 페이스트는 Ag(50%~70%), AgCl을 에폭시 등의 폴리머 매트릭스(matrix)에 분산하여 형성할 수 있다. 코팅으로 형성된 비분극성 전도성 부재(140)의 두께는 수 십 마이크로미터(micrometer) 수준일 수 있고, 전체 생체용 전극(100)의 두께도 수 십 마이크로미터 수준일 수 있다.
비분극성 전도성 부재(140)의 비분극성은 AAMI(Association for the Advancement of Medical Instrument) 기준으로 10 Hz의 계면에서 임피던스(Impedance)가 3 ㏀보다 낮아야 한다.
또는, 비분극성 전도성 부재(140)는 판 또는 필름 형태로 형성될 수 있다.
비분극성 전도성 부재(140)가 판 또는 필름 형태로 형성되는 경우, 이온 전도성 부재(110)의 하이드로젤의 수분이 비분극성 전도성 부재(140)를 통과하는 것이 용이하지 않으므로 상기의 화학적 변질의 문제에 대한 영향을 받지 않게 된다.
도 1의 일 실시예에 따른 생체용 전극(100)은 비전도성 부재(120)의 관통 홀(122)을 기준으로 이온 전도성 부재(110), 비분극성 전도성 부재(140) 및 전도성 부재(130)가 일체로 형성된 것이고, 도 2의 다른 실시예에 따른 생체용 전극은 비전도성 부재(120)의 관통 홀(122)을 기준으로 비분극성 전도성 부재(140) 및 전도성 부재(130)가 일체로 형성된 것일 수 있다.
비분극성 전도성 부재(140)가 잉크로 형성된 경우, 이온 전도성 부재(110)의 하이드로젤의 수분이 잉크로 형성된 비분극성 전도성 부재(140) 및 전도성 부재(130) 사이에 흡수되어 전기화학적 이종 금속 접합을 형성하게 되고 이에 따라 이온 전도성 부재(110), 비분극성 전도성 부재(140) 및 전도성 부재(130) 사이에 가스가 발생하거나 잉크 및 전도성 부재가 화학적으로 변질될 수도 있다. 다른 실시예에 따른 생체용 전극은, 이온 전도성 부재(110)가 포함하고 있는 습기가 비분극성 부재에 스며들어 전도성 부재(130)에까지 스며들어 화학 전지가 형성되어 원치 않는 화학반응이 일어나는 것을 방지할 수 있다. 또는, 이러한 화학적 변질을 대비하기 위하여 전도성 부재(130) 및 상기 비분극성 전도성 부재(140) 사이의 계면을 이종 금속 접합에 따른 전기화학적 반응이 적은 은/염화은-니켈(Ag/AgCl-Ni) 또는 은/염화은-탄소(Ag/AgCl-C)로 형성할 수도 있다.
지지 부재(150)는 이온 전도성 부재(110)가 생체용 전극을 이탈하지 않도록 형성되는 것일 수 있다. 지지 부재(150)는, 예를 들어, 연질의 고무, 폴리에틸렌 폼(foam), 폴리우레탄 폼, 우레아 폼, 폴리염화비닐 폼, 폴리프로필렌 폼, 폴리스티렌 폼, 폴리비닐아세테이트 폼, 멜라민 수지 폼, 페놀 수지 폼으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고, 지지하기 위한 마찰력을 제공할 수도 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 생체 신호 측정장치의 단면도이고, 도 4는 다른 실시예에 따른 생체 신호 측정장치의 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 생체 신호 측정장치(200)는 생체용 전극(100) 및 신호 처리 시스템(210)을 포함할 수 있다. 생체 신호 측정장치(200)는 신호 처리기(110) 및 생체용 전극(200)을 포함할 수 있다. 생체용 전극(100)은, 신체 표면에 부착되는 이온 전도성 부재(110), 이온 전도성 부재(110) 상에 형성되고, 관통 홀(122)이 형성된 비전도성 부재(120), 비전도성 부재의 상에 형성된 전도성 부재(130), 전도성 부재(130) 및 이온 전도성 부재(110) 사이를 전기적으로 커플링(coupling)하는 비분극성 전도성 부재(140) 및 이온 전도성 부재(110)를 지지하는 지지 부재(150)를 포함할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 생체 신호 측정장치의 신호 처리 시스템의 기능을 설명하기 위한 다이어그램이다.
신호 처리 시스템(210)은 외부로 노출되는 단자(215), 단자(215)로부터 전달되는 아날로그 신호를 처리하기 위한 아날로그 신호 처리부(220), 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D 신호 변환부(230) 및 상기 변환된 디지털 신호를 처리하기 위한 디지털 신호 처리부(240)를 포함한다.
아날로그 신호 처리부(220)는 단자(215)로부터 전달되는 신체의 미세 전기, 즉 아날로그 형태의 신호를 증폭 또는 필터링을 하여 A/D 변환부(230)로 전달할 수 있다. A/D 변환부가 전달된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 후, 디지털 신호 처리부(240)는 변환된 디지털 신호를 미리 프로그램된 방법에 따라 처리할 수 있다. 그 처리 결과는 무선 송신 모듈을 통해 외부 장치로 전달될 수 있으며, 내부 메모리에 저장될 수도 있다.
생체용 전극(100)은 사용자의 측정하고자 하는 측정 부위에 부착된다. 사용자의 측정 부위는 귀, 손가락, 발가락, 목, 팔목, 또는 이마 등일 수 있다. 신호 처리 시스템(210)는 생체용 전극(100) 상에 부착될 수 있다. 부착된 생체용 전극(100) 상에 신호 처리 시스템(210)을 부착하는데, 이때 신호 처리 시스템(210)의 단자(215)가 생체용 전극(100)과 전기적으로 연결될 수 있다. 단자(215)와 생체용 전극(100)은 평평한 접촉면을 통해 면 접촉하기 때문에 넓은 접촉 면적을 가지며, 넓은 면을 이용하기 때문에 저항을 줄일 수 있다. 따라서, 신체 내의 미약한 전기도 신호 처리 시스템(210)의 단자(215)로 효율적으로 전달할 수 있으며, 생체용 전극과 신호 처리 시스템과의 기계적 결합을 가능하게 하며, 원활한 전기적 경로를 제공하게 된다. 그 결과 신호-대-잡음 비율(Signal-to-Noise; S/N)을 향상시킬 수가 있다. 또한, 생체 신호 측정장치의 부피를 줄여 최소 부피를 구현할 수 있고, 초박형 센서에 적합하게 사용할 수 있다. 사용자는 별도의 특정 커넥터(connector)를 찾아서 장착할 필요 없이, 생체용 전극에 신호 처리 시스템을 부착하는 방식으로 물리적/전기적 접합을 완성할 수 있으므로, 편리한 사용자 경험을 제공할 수 있다.
신호 처리 시스템(210)은 외부의 장치와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있으며, 사용자의 신체에 착용된 상태를 유지하면서 사용자의 심전도(ECG), 근전도(EMG), 뇌전도(EEG), 피부저항(GSR), 안구운동(EOG), 신체온도, 맥박, 혈압 및 신체 움직임 등을 측정 등의 생체 신호 자료를 전달할 수 있다. 이러한 생체 신호 자료를 분석하여 각종 질병관리 및 건강관리에 사용할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 생체 신호 측정장치를 나타낸 단면도이다.
도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 생체 신호 측정장치(200)는 생체용 전극(100) 및 신호 처리 시스템(210)을 포함할 수 있다.
생체용 전극(100)은 사용자의 측정하고자 하는 측정 부위(300)에 부착된다. 구체적으로, 생체용 전극(100)의 이온 전도성 부재(110)에 부착될 수 있다. 사용자의 측정 부위(300)는 귀, 손가락, 발가락, 목, 팔목, 또는 이마 등일 수 있다. 생체용 전극(100)을 신체에 부착하기 위해서 전해 물질을 포함하는 전해 크림이 사용될 수도 있지만, 측정 부위(300)에 직접 닿는 이온 전도성 부재(110)가 이온 전도성 및 점착성을 가지기 때문에 전해 크림을 사용하지 않아도 이온 전도율이 높고 측정 부위에 이온 전도성 부재(110)가 쉽게 점착될 수 있다.
생체용 전극(100)은, 신체 표면에 부착되는 이온 전도성 부재(110), 이온 전도성 부재(110) 상에 형성되고, 관통 홀(122)이 형성된 비전도성 부재(120), 비전도성 부재의 상에 형성된 전도성 부재(130), 전도성 부재(130) 및 이온 전도성 부재(110) 사이를 전기적으로 커플링(coupling)하는 비분극성 전도성 부재(140) 및 이온 전도성 부재(110)를 지지하는 지지 부재(150)를 포함할 수 있다.
이온 전도성 부재(110)는 예를 들어, 하이드로젤(hydrogel)과 같이, 이온 전도성 및 점착성을 갖는 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 돌기 및 수용부 간의 점 접촉을 통해서 전기적 신호를 전달하는 것과는 달리, 신호 처리 시스템과 및 생체용 전극 간의 면 접촉을 통해서 전기적 신호를 전달할 수 있다.
이온 전도성 부재(110)는 수분 함량이 높고 생체적합성이 뛰어난 폴리머의 중합에 의해 제조될 수 있다. 이온 전도성 부재(110)는 친수성 폴리머 및 합성폴리머를 포함할 수 있다. 친수성 폴리머는 천연에서 얻을 수 있는 천연 폴리머로서, 예를 들어, 콜라겐, 젤라틴, 피브린, 알긴산, 히알루론산, 키토산 및 덱스트란으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 합성 폴리머는, 예를 들어, 폴리에틸렌글리콜, 폴리2-하이드록시에틸메타아크릴레이트 (PHEMA), 폴리(N,N-에틸아미노에틸 메타크릴레이트), 폴리아크릴산(PAAc), 폴리락타이드(PLC), 폴리글리콜라이드(PGA), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리(카프로락톤락타이드) 랜덤 공중합체(PCLA), 폴리(카프로락톤글리티콜라이드) 랜덤 공중합체(PCGA), 폴리(락타이드글리티콜라이드) 랜덤 공중합체(PLGA) 및 폴리아크릴아마이드로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
비전도성 부재(120)에 형성된 관통 홀(122)은 비전도성 부재(120) 상하로 존재하는 전도성 부재(130)와 이온 전도성 부재(110)의 부분들을 일체로 연결할 수 있다.
비전도성 부재(120)는 비전도성, 절연성 및 점착성을 갖는 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 비전도성 부재(120)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 나일론(Nylon), 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리우레탄(polyurethane; PU), 폴리카보네이트(polycarbonate; PC), 폴리아크릴레이트(polyacrylate; PA)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
전도성 부재(130)는 관통 홀(122)로 분리되는 비전도성 부재(120) 사이를 연결할 수 있다. 전도성 부재(130)는 전도성 및 점착성을 갖는 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 전도성 부재(130)는, 예를 들어, 전도성 접착 테이프를 포함할 수 있다. 전도성 부재(130)는, 예를 들어, 탄소(C)와 같이 전기화학적 반응성이 매우 낮은 물질일 수 있다.
비분극성 전도성 부재(140)는 은/염화은(Ag/AgCl), 은(Ag), 구리(Cu), 염화구리(CuCl), 텅스텐(W), 스테인레스 스틸로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 또한, 비분극성 전도성 부재(140)는 은/염화은(Ag/AgCl)과 같은 금소/금속의 불용염을 포함하는 복합 물질을 포함할 수 있다. 이러한 물질로 이루어진 비분극성 전도성 부재(140)에 의해서 이온 전도성 부재(110)와 전도성 부재(130)의 전기적 커플링(coupling)을 향상시킬 수 있다.
비분극성 전도성 부재(140)는 프린팅 또는 코팅 방법에 의해 형성되는 것일 수 있다. 예를 들어, 은/염화은(Ag/AgCl) 페이스트(paste)를 전도성 부재에 코팅하여 비분극성 전도성 부재(140)를 형성할 수 있다.
지지 부재(150)는 이온 전도성 부재(110)가 생체용 전극을 이탈하지 않도록 형성되는 것일 수 있다. 지지 부재(150)는, 예를 들어, 연질의 고무, 폴리에틸렌 폼(foam), 폴리우레탄 폼, 우레아 폼, 폴리염화비닐 폼, 폴리프로필렌 폼, 폴리스티렌 폼, 폴리비닐아세테이트 폼, 멜라민 수지 폼, 페놀 수지 폼으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고, 지지하기 위한 마찰력을 제공할 수도 있다.
신호 처리 시스템(210)은 외부로 노출되는 단자(215), 단자(215)로부터 전달되는 아날로그 신호를 처리하기 위한 아날로그 신호 처리부(220), 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D 신호 변환부(230) 및 상기 변환된 디지털 신호를 처리하기 위한 디지털 신호 처리부(240)를 포함한다.
신호 처리 시스템(210)는 생체용 전극(100) 상에 부착될 수 있다. 그리고, 부착된 생체용 전극(100) 상에 신호 처리 시스템(210)을 부착하는데, 이때 신호 처리 시스템(210)의 단자(215)가 생체용 전극(100)과 전기적으로 연결될 수 있다. 단자(215)와 생체용 전극(100)은 평평한 접촉면을 통해 면 접촉하기 때문에 넓은 접촉 면적을 가지며, 넓은 면을 이용하기 때문에 저항을 줄일 수 있다. 따라서 신체 내의 미약한 전기도 신호 처리 시스템(210)의 단자(215)로 효율적으로 전달할 수 있으며, 생체용 전극과 신호 처리 시스템과의 기계적 결합을 가능하게 하며, 원활한 전기적 경로를 제공할 수 있다.
아날로그 신호 처리부(220)는 단자(215)로부터 전달되는 신체의 미세 전기, 즉 아날로그 형태의 신호를 증폭 또는 필터링을 하여 A/D 변환부(230)로 전달할 수 있다. A/D 변환부가 전달된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 후, 디지털 신호 처리부(240)는 변환된 디지털 신호를 미리 프로그램된 방법에 따라 처리할 수 있다. 그 처리 결과는 무선 송신 모듈을 통해 외부 장치로 전달될 수 있으며, 내부 메모리에 저장될 수도 있다.
신호 처리 시스템(210)은 외부의 장치와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있으며, 사용자의 신체에 착용된 상태를 유지하면서 사용자의 심전도(ECG), 근전도(EMG), 뇌전도(EEG), 피부저항(GSR), 안구운동(EOG), 신체온도, 맥박, 혈압 및 신체 움직임 등을 측정 등의 생체 신호 자료를 전달할 수 있다. 이러한 생체 신호 자료를 분석하여 각종 질병관리 및 건강관리에 사용할 수 있다.
일 실시예에 따른 생체 신호 측정장치(200)는 돌기 및 수용부 간의 점 접촉을 통해서 전기적 신호를 전달하는 것과는 달리, 생체용 전극(100)과 신호 처리 시스템(210) 간의 평평한 접촉면을 통해 면 접촉을 하기 때문에 넓은 접촉 면적을 가지며, 넓은 면을 이용하여 전기적 신호를 전달할 수 있다. 따라서, 단자(215)와 신호 처리 시스템(210) 간의 연결을 안정하게 유지할 수 있고, 미세한 전기로 원활하게 전달할 수가 있으며, 안정된 접속을 유지하기 때문에 노이즈 발생이 적으며, 신호-대-잡음비(Signal-to-Noise Ratio; SNR)의 향상을 기대할 수 있다.
이상과 같이, 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 쉽게 이해될 수 있을 것이다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 이러한 폴리머 층으로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 생체용 전극
110: 이온 전도성 부재
120: 비전도성 부재
122: 관통 홀
130: 전도성 부재
140: 비분극성 전도성 부재
150: 지지 부재
200: 생체 신호 측정 장치
210: 신호 처리 시스템
215: 단자
220: 아날로그 신호 처리부
230: A/D 신호 변환부
240: 디지털 신호처리부
300: 접촉 부위

Claims (18)

  1. 지지 부재;
    신체 표면에 부착되는 이온 전도성 부재;
    상기 이온 전도성 부재 상에 형성되고, 관통 홀이 형성된 비전도성 부재로서, 상기 관통 홀은 단지 상기 비전도성 부재를 통해 형성되어 있는 비전도성 부재;
    상기 비전도성 부재의 상에 형성되고, 상기 비전도성 부재의 상기 관통 홀을 채우는 전도성 부재; 및
    상기 전도성 부재 및 상기 이온 전도성 부재 사이를 전기적으로 커플링(coupling)하는 비분극성 전도성 부재
    를 포함하고,
    상기 지지 부재는 상기 비분극성 전도성 부재 및 상기 이온 전도성 부재를 지지하기 위해 일체로 연장되는
    생체용 전극.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이온 전도성 부재는 이온 전도성 및 점착성을 갖는 물질을 이용하여 형성된 생체용 전극.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이온 전도성 부재는 하이드로젤을 포함하는 생체용 전극.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이온 전도성 부재는,
    콜라겐, 젤라틴, 피브린, 알긴산, 히알루론산, 키토산 및 덱스트란으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 친수성 폴리머; 및
    폴리에틸렌글리콜, 폴리2-하이드록시에틸메타아크릴레이트 (PHEMA), 폴리(N,N-에틸아미노에틸 메타크릴레이트), 폴리아크릴산(PAAc), 폴리락타이드(PLC), 폴리글리콜라이드(PGA), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리(카프로락톤락타이드) 랜덤 공중합체(PCLA), 폴리(카프로락톤글리티콜라이드) 랜덤 공중합체(PCGA), 폴리(락타이드글리티콜라이드) 랜덤 공중합체(PLGA) 및 폴리아크릴아마이드로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 합성 폴리머
    를 포함하는 생체용 전극.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 비전도성 부재는 비전도성, 절연성 및 점착성을 갖는 물질을 이용하여 형성된 생체용 전극.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 비전도성 부재는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 나일론(Nylon), 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리우레탄(polyurethane; PU), 폴리카보네이트(polycarbonate; PC), 폴리아크릴레이트(polyacrylate; PA)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 생체용 전극.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 부재는 관통 홀로 분리된 상기 비전도성 부재 사이를 연결하는 생체용 전극.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 부재는 전도성 및 점착성을 갖는 물질을 이용하여 형성된 생체용 전극.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 부재는 전도성 접착 테이프를 포함하는 생체용 전극.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 비분극성 전도성 부재는 금속/금속의 불용염을 포함하는 비분극성 전도성을 갖는 물질을 이용하여 형성된 생체용 전극.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 비분극성 전도성 부재는 은/염화은(Ag/AgCl), 은(Ag), 구리(Cu), 염화구리(CuCl), 텅스텐(W), 스테인레스 스틸로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 생체용 전극.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 비분극성 전도성 부재는 10 Hz의 계면에서 임피던스(Impedance)가 3 ㏀ 이하인 생체용 전극.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 비분극성 전도성 부재는 잉크 프린팅 또는 코팅 방법에 의해 형성되는 생체용 전극.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 비분극성 전도성 부재는 판 또는 필름 형태로 형성되는 생체용 전극.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 부재 및 상기 비분극성 전도성 부재 사이의 계면은 은/염화은-니켈(Ag/AgCl-Ni) 또는 은/염화은-탄소(Ag/AgCl-C)로 형성되는 생체용 전극.
  16. 삭제
  17. 제1항에 있어서,
    상기 지지 부재는 연질의 고무, 폴리에틸렌 폼, 폴리우레탄 폼, 우레아 폼, 폴리염화비닐 폼, 폴리프로필렌 폼, 폴리스티렌 폼, 폴리비닐아세테이트 폼, 멜라민 수지 폼, 페놀 수지 폼으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 생체용 전극.
  18. 제1항 내지 제15항, 제17항 중 어느 한 항의 생체용 전극; 및
    외부로 노출되는 단자, 상기 단자로부터 전달되는 아날로그 신호를 처리하기 위한 아날로그 신호 처리부, 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D 신호 변환부 및 상기 변환된 디지털 신호를 처리하기 위한 디지털 신호 처리부를 포함하는 신호 처리 시스템
    을 포함하는 생체 신호 측정 장치.
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