KR102361026B1 - 생체신호 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

생체신호 측정 장치가 개시된다. 개시된 생체신호 측정 장치는 일단으로 갈수록 점차 가늘어지는 테이퍼부와 테이퍼부의 일단에서 연장되고 생체 부위에 접촉하여 생체신호를 센싱하는 돌기부를 포함하는 센서 전극과, 센서 전극이 생체 부위에 접촉이 유지되도록 센서 전극을 지지하는 센서 지지부를 포함하며, 본체는 센서 지지부에 연결되고 생체에 착용될 수 있다.

Description

생체신호 측정 장치{Bioelectrical signal measuring apparatus}
본 개시는 생체신호 측정 장치, 생체신호 측정용 센서 전극. 센서 지지 구조체, 및 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생체 움직임의 영향을 최소화하면서 생체신호를 측정할 수 있는 생체신호 측정 장치, 생체신호 측정용 센서 전극. 센서 지지 구조체, 및 생체신호 처리 시스템에 관한 것이다.
생체신호(bioelectric signals)는 피검자의 근육 세포들이나 신경 세포들에서 발생되는 전위 또는 전류 형태의 신호로, 피검자의 신체에 부착된 전극을 통해 검출된 전기적 신호의 변화를 수집, 분석하여 획득된다.
예를 들어, 뇌파는 뇌의 활동 상태에 따라 일어나는 전위 변화를 두피에서 도출하여 기록한 전기적 생체신호의 일종이다. 이러한 뇌파는 다양한 전위변화를 가지는 복잡한 파동 형태를 가지고 있으며, 이러한 파동을 진폭과 주파수로 분석을 진행하게 된다. 이러한 뇌파를 취득하는 방법으로는 직접 두피 및 두개골에 전극을 삽입하는 침습적인 방법과, 두피에 전극을 부착하여 측정하는 비침습적인 방법이 있다. 침습적인 방법은 정확한 뇌파 측정이 가능하지만, 삽입 및 측정하는 과정에서 감염의 우려가 있고, 시술에 의한 고통 등이 있어 뇌파 측정에 쉽게 적용하기 어렵다. 때문에 뇌파 측정에는 비침습적인 방법을 주로 사용하는데, 젤이나 식염수 등의 전해질을 사용하는 습식 방식이 보편적인 방법이었다. 하지만 이러한 습식 방식은 센서 부착하는 과정이 번거롭고, 젤이나 식염수를 사용하기에 머리가 젖는 등의 편의성에서 문제가 있다. 그리고 젤이 경화되거나 식염수가 증발하면 신호의 왜곡이 생기는 등의 한계가 있다.
이러한 불편함을 해결하기 위하여 젤이나 식염수를 사용하지 않는 건식 방식이 많이 연구되고 있다. 건식 방식에서는 전해질 없이 생체신호를 취득해야 하기 때문에 금이나 은 등의 도체를 전극으로 사용한다. 건식 방식에서는 도체 전극과 생체의 표면이 접촉을 하게 된다. 그런데, 인체 움직임 발생시 두피와 전극 사이에 미끄러짐이 발생하면서 신호 왜곡이 발생하는 문제가 있다. 또한, 접촉 시 누르는 압력에 의해 접촉 임피던스가 영향을 받으며, 신호 왜곡 없는 양질의 데이터를 취득하기 위해서는 낮은 임피던스가 일정하게 유지되어야 한다. 하지만 현재 대부분의 건식 센서에서는 이러한 접촉 압력을 유지하는 구조가 없거나 지나치게 복잡한 구조를 가진다.
본 개시는 이러한 문제점을 해결하기 위해 제안하는 것으로 일정한 압력으로 센서 접촉을 유지 시키며, 생체 움직임이 있더라도 안정적으로 전기적 생체신호를 측정할 수 있는 생체신호 측정 장치, 생체신호 측정용 센서 전극. 센서 지지 구조체, 및 생체신호 처리 시스템을 제공하고자 한다.
일 실시예에 따르는 생체신호 측정 장치는 일단으로 갈수록 점차 가늘어지는 테이퍼부와 테이퍼부의 일단에서 연장되고 생체 부위에 접촉하여 생체신호를 센싱하는 돌기부를 포함하는 센서 전극; 센서 전극이 생체 부위에 접촉이 유지되도록 센서 전극을 지지하는 센서 지지부; 및 센서 지지부에 연결되고 생체에 착용될 수 있는 본체;를 포함할 수 있다. 본체가 생체에 착용될 수 있다는 것은, 생체에 직접 착용되는 경우뿐만 아니라, 생체에 착용되는 액세서리에 부착되는 경우도 포함한다. 생체 부위는 생체의 두부, 팔목, 팔뚝, 손목, 손, 발목, 가슴 등이 될 수 있다.
테이퍼부는 끝단으로 갈수록 그 단면적이 점차 작아지는 형상을 갖는다. 일 예로, 테이퍼부는 원뿔대, 타원뿔대 또는 각뿔대 형상을 갖고, 돌기부는 원뿔대, 타원뿔대 또는 각뿔대의 상면에서 돌출된 것으로 이해될 수 있다.
센서 전극이 장착되는 장착면(즉, 테이퍼부의 타단쪽 바닥면)을 기준으로 테이퍼부 및 돌기부의 종단면을 보았을 때, 돌기부의 둘레 외면의 기울기가 테이퍼부의 둘레 외면의 기울기보다 더 클 수 있다. 테이퍼부는 유선형 횡단면을 갖는 뿔 형상일 수도 있다. 돌기부는 원기둥, 타원기둥, 다각기둥 중 어느 하나일 수 있다. 돌기부 역시 테이퍼 형상을 가질 수도 있다. 돌기부의 끝단은 반구와 같은 무딘 형상을 가져 생체에 맞닿을 때 생체에 통증 유발을 최소화하도록 할 수 있다. 테이퍼부의 외면과 돌기부의 외면은 부드러운 곡면으로 연속될 수 있다. 가령, 테이퍼부의 외면과 돌기부의 외면은 내측으로 오목하게 연속된 곡면을 이룰 수 있다. 달리 말하면, 센서 전극의 테이퍼부의 바닥면을 기준으로 테이퍼부 및 돌기부의 종단면을 보았을 때, 테이퍼부의 둘레 외면 및 돌기부의 둘레 외면은 상방으로 갈수록 기울기가 점차 커지는 형상을 가질 수 있다. 물론 돌기부의 끝단은 반구와 같은 무딘 형상을 가질 수 있다.
돌기부는 플렉서블 재질로 형성되어 휨성이 상기 테이퍼부의 휨성보다 클 수 있다. 이에 따라 돌기부는 생체 부위에 접촉시 구부러져 상기 돌기부의 측부가 생체 부위에 접촉하고, 테이퍼부는 이러한 돌기부를 지지할 수 있다. 여기서 휨성은 돌기부와 테이퍼부와 같은 물체가 외력을 받아 일으키는 변형되는 특성을 의미한다.
센서 전극은 건식 전극일 수 있다. 예를 들어, 센서 전극은 전도성 실리콘, 또는 전도성 고무와 같은 전도성 폴리머로 형성될 수 있다. 센서 전극의 테이퍼부와 돌기부는 일체로 형성될 수 있다. 센서 전극의 테이퍼부와 돌기부는 서로 다른 재질로 형성되어 접합되어 있을 수도 있다. 가령, 돌기부는 휨성이 큰 전도성 실리콘나 전도성 고무로 형성되고, 테이퍼부는 휨성이 돌기부의 휨성보다 작은 합성수지로 형성될 수도 있다. 테이퍼부는 전도성 재질 혹은 비전도성 재질로 형성될 수 있다. 테이퍼부가 비전도성 재질로 형성될 경우, 테이퍼부에는 돌기부와 전기적으로 연결되는 별도의 도체가 삽입되어 있을 수도 있다.
테이퍼부의 타단이 부착되어 센서 전극을 지지하는 전극 받침대가 더 마련될 수 있다. 전극 받침대는 원형판, 사각판, 길다란 막대 형상 등을 가질 수 있다. 센서 전극이 뇌파를 측정하는 경우, 전극 받침대는 머리 형상에 맞게 휘어져 있을 수도 있다. 센서 전극과 전극 받침대로 이루어지는 부품은 하나의 센서 유닛으로 이해될 수 있다.본 명세서에서 센서 전극은 생체에 직접 맞닿는 개별적인 전극 부품을 지칭하고, 센서 유닛은 하나 혹은 복수의 센서 전극과, 하나 혹은 복수의 센서 전극을 지지하는 전극 받침대를 포함하는 부품을 지칭하는 것으로 사용된다. 센서 전극을 지지하는 임의의 구조체가 전극 받침대로 이해될 수 있으므로, 이하 명세서에서 센서 유닛이 하나의 센서 전극을 갖는 경우, 혼동되지 않는 범위 내에서 센서 유닛은 센서 전극으로 이해될 수 있다.
전극 받침대상에는 복수개의 센서 전극들이 마련될 수 있다. 가령, 전극 받침대가 길다란 막대 형상인 경우, 길이 방향을 따라 일 열 또는 복수 열로 배열될 수 있다. 센서 전극의 테이퍼부가 타원뿔 형상인 경우, 센서 전극들은 테이퍼부의 횡단면의 장축 방향이 일 열 또는 복수 열의 열 방향에 평행하거나 또는 수직하도록 배치될 수 있다. 다른 예로, 센서 전극의 테이퍼부의 횡단면이 유선형인 형상인 경우, 측정전극들은 테이퍼부의 횡단면의 길이 방향이 일 열 또는 복수 열의 열 방향에 평행하거나 또는 수직하게 배치될 수도 있다. 물론 전극 받침대상에는 하나의 센서 전극만이 마련될 수도 있다.
전극 받침대는 경성 또는 연성의 비전도성 재질로 형성될 수 있다. 이 경우, 전극 받침대의 센서 전극을 지지하는 표면 또는 배면에 센서 전극을 전기적으로 연결하는 전극 패턴이 마련될 수 있다. 나아가, 전극 받침대의 배면 또는 전극 받침대의 내부에 센서 회로부가 배치될 수 있다. 센서 회로부는 센서 전극에서 검출되는 생체신호를 증폭시키는 아날로그 증폭회로를 포함할 수 있다. 나아가, 센서 회로부는 아날로그 증폭회로에서 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 아날로그-디지털 변환회로를 더 포함할 수 있다. 또한, 센서 회로부는 센서 전극에서 검출되는 생체신호를 외부로 전송시키는 유선 통신모듈 또는 무선 통신모듈을 더 포함할 수 있다. 센서 회로부는 배터리, 무선 전력 모듈, 및 에너지 하베스트 모듈 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다. 센서 회로부를 외부의 전자 장치에 전기적으로 연결하는 케이블이 더 마련될 수도 있다. 케이블은 센서 회로부에 전력을 공급하는 전력 라인, 센서 전극에서 검출되는 생체신호를 전송하는 생체신호 라인, 레퍼런스 신호 라인, 및 그라운드 신호 라인 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
전극 받침대는 전도성 재질로 형성될 수도 있다. 이 경우, 전극 받침대는 센서 전극과 전기적으로도 연결되어 있을 수 있다. 센서 전극과 전극 받침대는 동일 재질로 일체로 형성될 수 있다. 물론, 센서 전극과 전극 받침대는 서로 다른 재질로 형성되고, 센서 전극이 전극 받침대에 부착되어 있을 수도 있다.
센서 전극에서 측정되는 생체신호는 뇌파, 심전도, 근전도, 신경전도, 또는 안전도일 수 있다.
센서 지지부는 센서 전극(또는 센서 유닛)을 3축 방향으로 움직임이 가능하도록 탄성 지지할 수 있다.
센서 지지부는 나선형 스프링을 포함하며, 나선형 스프링의 양단 중 일단에 센서 전극(또는 센서 유닛)이 결합될 수 있다. 나선형 스프링은 일단이 타단이 놓이는 면에 대해 돌출될 수 있다. 나선형 스프링은 나선형 스프링의 중심축 방향의 탄성이 나선형 스프링의 중심축에 직교하는 방향의 탄성보다 클 수 있다.
센서 지지부가 센서 전극을 탄성 지지할 때, 탄성은 물체에 외부에서 힘이 가해지면 모양이 바뀌었다가 그 힘이 제거되면 원래의 모양으로 되돌아가려고 하는 성질을 의미하고, 지지는 물체를 붙들어서 버티게 해주는 것을 의미한다. 센서 지지부는 나선형 스프링 구조로 인해 탄성을 갖고, 센서 전극이 생체 부위에 접촉될 때 붙들어서 버티도록 지지해 줄 수 있다.
센서 지지부의 나선형 스프링과 프레임의 연결 부위의 외관의 적어도 일부분은 직선 혹은 완만한 곡선 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 나선형 스프링과 연결 프레임의 연결 부분의 외관은 소정의 곡률로 연속되어 있을 수 있다.
센서 지지부는 나선형 스프링의 외곽을 둘러싸는 고리 형상의 테두리 지지대를 포함하여, 나선형 스프링의 외측 끝단이 테두리 지지대에 부착되어 있을 수 있다. 연결 프레임과 테두리 지지대의 연결 부분은 완만한 곡선 형상의 외관을 가질 수 있다.
나선형 스프링은 원형, 타원형, 혹은 비정형의 나선 형상을 가질 수 있다.
센서 지지부는 센서 전극(또는 센서 유닛)에 소정 거리 이격되어 센서 전극(또는 유닛)의 외곽을 둘러싸는 제1 테두리 지지대와, 센서 전극(또는 센서 유닛)과 제1 테두리 지지대를 연결하는 적어도 2개의 제1 스프링을 포함할 수 있다.
센서 지지부는 제1 테두리 지지대에 소정 거리 이격되어 제1 테두리 지지대를 둘러싸는 제2 테두리 지지대와, 제1 및 제2 테두리 지지대를 연결하는 적어도 2개의 제2 스프링을 포함할 수 있다.
센서 지지부는 플라스틱 혹은 금속으로 형성될 수 있다.
센서 전극에서 측정된 생체신호를 전송하거나 센서 전극에 인가되는 전력을 공급하는 케이블은 센서 지지부의 외부에 위치할 수 있다. 경우에 따라서는, 케이블은 센서 지지부의 내부에 매설될 수 있다.
일 예에 따르면, 본체는 생체의 귀에 착용될 수 있다. 예를 들어, 본체는 생체의 귀에 착용되는 이어셋 형상의 하우징을 가질 수 있다. 나아가, 생체신호 측정 장치는 센서 지지부와 본체를 연결하며 센서 전극(또는 센서 유닛)을 생체의 머리에 접촉시키는 연결 프레임을 더 포함할 수 있다. 이러한 생체신호 측정 장치는 센서 전극이 뇌파를 측정하는 뇌파 측정 장치일 수 있다.
본체는 슬롯을 포함하며, 연결 프레임의 일단은 슬롯에 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 센서 전극에 전력을 공급하는 전력 라인 및 센서 전극에서 측정된 생체신호를 전달받는 신호용 라인 중 적어도 하나를 포함하는 케이블이 연결 프레임의 내부에 매설되며, 슬롯에는 케이블과 전기적 접속을 하는 전원용 커넥터 단자 및 신호용 커넥터 단자 중 적어도 어느 하나가 마련될 수 있다. 슬롯은 연결 프레임이 생체의 귀를 중심으로 생체의 머리의 서로 다른 복수의 방향 또는 생체의 머리의 서로 다른 위치로 향하도록 복수개 마련될 수 있다.
연결 프레임은 생체의 두피에 탄성 가압되도록 탄성 재질로 형성될 수 있다. 센서 유닛은 복수의 센서 전극들을 포함할 수 있다. 센서 유닛의 복수의 센서 전극들은 연결 프레임 상에 길이 방향을 따라 일 열 혹은 복수 열로 배치될 수 있다. 이 경우, 연결 프레임은 복수의 센서 전극들을 지지하는 전극 받침대로 이해될 수 있다. 복수의 센서 전극 각각은, 타원뿔 테이퍼부를 가지는 경우, 타원뿔 테이퍼부의 횡단면의 장축 방향이 일 열 또는 복수 열의 열 방향에 평행하거나 또는 수직하게 배치될 수 있다.
본체가 생체의 귀에 착용되는 이어셋 형상을 지니는 경우, 본체를 생체의 귀의 귀바퀴에 고정시키는 귀 연결고리가 마련될 수 있다. 귀 연결고리는 본체에 탄성있는 바에 의해 연결될 수 있다. 생체의 귀의 외이에 삽입되어 본체를 생체의 귀에 고정시키는 귀 삽입고리가 더 마련될 수도 있다. 귀 삽입고리에는 레퍼런스 전극 또는 그라운드 전극이 설치될 수 있다. 귀 삽입고리는 귀 연결고리에서 연장되어 형성될 수 있다. 또는 귀 연결고리와 귀 삽입고리를 연결하는 것으로서 귀 삽입고리를 3축 방향으로 움직임이 가능하도록 탄성 지지하는 센서 지지부가 마련될 수도 있다. 센서 지지부는 나선형 스프링을 포함하며, 나선형 스프링의 내측 일단이 귀 연결고리에 의해 지지되고, 귀 삽입고리는 나선형 스프링의 외측 단부에 결합될 수도 있다. 귀 삽입고리에는 음향출력을 하는 음향출력소자가 마련되거나, 외부의 소리가 귀 내부로 유입되도록 하는 중공이 형성될 수 있다.
생체신호 측정 장치는 본체를 생체의 머리에 고정시키는 머리 띠 형상, 모자 형상, 또는 헤드밴드 형상의 보조 프레임을 더 포함할 수 있다. 보조 프레임은 본체에 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 예를 들어, 보조 프레임이 머리 띠 형상인 경우, 보조 프레임은 본체에 마련된 복수의 슬롯들 중 적어도 어느 하나와 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 본체는 보조 프레임의 양단에 결합되어 생체의 좌귀 및 우귀에 각각 착용되는 한 쌍으로 이루어질 수도 있다. 본체에는 후술하는 메인 회로부가 내장될 수 있다. 물론, 보조 프레임의 양단에 결합되는 한 쌍 중 하나만이 메인 회로부가 내장된 본체이고, 다른 하나는 메인 회로부가 내장되지 않은 더미(dummy)일 수도 있다.
다른 예에 따르면, 생체신호 측정 장치의 본체는 모자의 내측에 결합될 수 있다. 이러한 본체는 원형 띠 혹은 반원형 띠 형상의 하우징을 가질 수 있다. 본체 하우징의 내측면(즉, 본체가 사용자에게 착용될 때 사용자의 두피에 맞닿는 면)의 적어도 일 영역에 센서 전극이 마련되어, 모자가 생체의 머리에 착용될 때에 센서 전극이 생체의 머리에 접촉하도록 할 수 있다. 또한, 생체신호 측정 장치는 센서 지지부를 지지하며, 본체로부터 연장되어 모자가 생체의 머리에 착용될 때에 센서 전극이 생체의 머리에 접촉하도록 하는 연결 프레임을 더 포함할 수 있다. 나아가, 생체신호 측정 장치는 본체를 모자의 내측 둘레에 탈부착 가능하게 결합시키는 탈부착부를 더 포함할 수 있다. 이러한 생체신호 측정 장치는 뇌파를 측정하는 뇌파 측정 장치일 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 생체신호 측정 장치의 본체는 안경 다리에 결합될 수 있다. 일 예로 본체는 안경 다리의 두께나 폭과 비슷한 크기를 가지는 길다란 바 형상의 하우징을 가지며, 안경 다리의 상부 혹은 측면에 결합될 수 있다. 생체신호 측정 장치는 본체를 안경 다리에 탈부착 가능하게 결합시키는 탈부착부를 더 포함할 수 있다. 탈부착부는 안경 다리에 탈착가능하게 고정시키는 클립을 포함하는 클립형 탈부착 장치, 안경 다리의 일부가 삽입되어 고정되는 탄성재질의 고정홈을 갖는 삽입형 탈부착 장치, 또는 안경 다리의 일부를 둘러 고정시키는 벨크로 테이프를 포함하는 벨크로형 탈부착 장치 중 어느 하나일 수 있다. 생체신호 측정 장치는 센서 지지부를 지지하며 본체에 연결되어 센서 전극(또는 센서 유닛)이 생체의 머리에 접촉하도록 하는 연결 프레임을 더 포함할 수 있다. 연결 프레임은 센서 전극(또는 센서 유닛)이 생체의 두피에 탄성 가압되도록 탄성 재질로 형성될 수 있다. 센서 전극(또는 센서유닛)은, 연결 프레임 없이, 본체의 내측면(즉, 안경 다리에 장착시 사람 머리에 맞닿는 면)에 마련될 수도 있을 것이다. 이러한 생체신호 측정 장치는 뇌파를 측정하는 뇌파 측정 장치일 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 생체신호 측정 장치는 생체의 머리에 착용될 때에 생체의 머리의 양쪽 귀 상방에 위치하는 한 쌍의 메인 프레임과, 센서 전극을 지지하며 한 쌍의 메인 프레임으로부터 연장되어 생체신호 측정용 센서 전극(또는 센서 유닛)이 생체의 머리에 접촉하도록 하는 복수의 연결 프레임과, 센서 전극(또는 센서 유닛)을 지지하며, 한 쌍의 메인 프레임을 탄성적으로 연결하여 생체의 머리에 착용될 때에 한 쌍의 메인 프레임을 생체의 머리에 고정시키는 머리 띠 형상의 보조 프레임을 포함할 수 있다. 복수의 연결 프레임과 보조 프레임은 메인 프레임에 고정적으로 결합될 수 있다. 본체는 한 쌍의 메인 프레임 중 어느 하나 또는 둘에 마련될 수 있다. 연결 프레임은 생체의 두피에 탄성 가압되도록 탄성 재질로 형성될 수 있다. 생체신호 측정 장치는 레퍼런스 전극 및 그라운드 전극 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 레퍼런스 전극 및/또는 그라운드 전극은 생체신호 측정장치가 생체에 착용될 때, 생체의 귀 뒤쪽에 위치하도록 한 쌍의 메인 프레임의 하부에 설치될 수 있다. 레퍼런스 전극 및/또는 그라운드 전극을 메인 프레임에 연결하는 센서 지지부가 마련될 수 있다. 센서 지지부는 레퍼런스 전극 또는 그라운드 전극을 3축 방향으로 움직임이 가능하도록 탄성 지지할 수 있다. 예를 들어, 센서 지지부는 나선형 스프링을 포함하며, 나선형 스프링의 내측 일단에 레퍼런스 전극 또는 그라운드 전극에 결합되고, 나선형 스프링의 외측이 메인 프레임에 의해 지지될 수 있다. 이러한 생체신호 측정 장치는 뇌파를 측정하는 뇌파 측정 장치일 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 생체신호 측정 장치의 본체는 헤드폰에 결합될 수 있다. 이 경우, 생체신호 측정 장치는 본체를 헤드폰에 탈부착 가능하게 결합시키는 탈부착부를 더 포함할 수 있다. 일 예로, 본체는 납짝한 형상의 하우징을 지니며, 탈부착부는 본체를 헤드폰의 헤드 밴드의 하단에 탈부착할 수 있다. 물론, 본체는 헤드폰에 고정적으로 결합될 수도 있다. 또는, 생체신호 측정 장치는 센서 지지부를 지지하며, 본체로부터 연장되어 헤드폰이 생체의 머리에 착용될 때에 센서 전극이 생체의 머리에 접촉하도록 하는 연결 프레임을 더 포함할 수 있다. 연결 프레임의 끝단은 헤드폰에 끈으로 연결되어 있을 수 있다. 이러한 생체신호 측정 장치는 뇌파를 측정하는 뇌파 측정 장치일 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 생체신호 측정 장치의 본체는 헤드폰의 헤드 밴드나 및/또는 음향출력이 되는 드라이버 유닛을 수용하는 하우징에 일체로 형성될 수도 있다. 가령, 본체가 헤드 밴드에 일체로 형성되는 경우, 센서 지지부는 헤드 밴드의 머리쪽 면과 센서 유닛을 연결하면서 센서 전극(또는 센서 유닛)을 3축 방향으로 움직임이 가능하도록 탄성 지지하는 나선형 스프링을 포함할 수 있다. 또는, 생체신호 측정 장치는 센서 지지부를 지지하며, 본체로부터 연장되어 헤드폰이 생체의 머리에 착용될 때에 센서 전극(또는 센서 유닛)이 생체의 머리에 접촉하도록 하는 연결 프레임을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 연결 프레임은 음향출력이 되는 드라이버 유닛을 수용하는 하우징쪽에서 연장되어 센서 전극(또는 센서 유닛)이 사람의 이마에 접촉하도록 할 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 생체신호 측정 장치는 손목에 착용될 수도 있다. 예를 들어, 생체신호 측정 장치는 손목에 착용되는 밴드를 포함할 수 있다. 이러한 생체신호 측정 장치는 손목 시계 형상을 지닐 수 있다. 생체신호 측정 장치의 본체는 손목 시계의 시계부에 마련될 수 있다. 본체의 내측면에는 센서 전극(또는 센서 유닛)이 마련될 수 있다. 또한, 본체의 내측면에는 오목한 공간이 마련되어 센서 전극(또는 센서 유닛)을 탄성 지지하는 센서 지지부가 위치할 수도 있다.
본체는 센서 유닛에서 획득된 생체신호를 처리하는 메인 회로부를 내장할 수 있다. 메인 회로부는 센서 유닛에서 획득된 생체신호에 기초하여 사용자의 상태를 결정하고 센서 유닛 및 신호처리부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 또한, 메인 회로부는 센서 유닛에서 획득된 생체신호 및 제어부에서 결정한 사용자의 상태에 대한 정보 중 적어도 어느 하나를 저장하는 메모리를 포함할 수 있다. 메인 회로부는 제어부에서 생성한 생체에 대한 정보를 표출하는 출력부를 더 포함할 수 있다. 출력부는 스피커, 램프, 혹은 디스플레이일 수 있다. 메인 회로부는 배터리 또는 에너지 하베스트 모듈을 포함할 수 있다. 메인 회로부는 생체신호에 대한 정보를 출력시키거나 제어신호를 입력받는 입출력 포트를 포함할 수 있다. 메인 회로부는 외부의 전자 장치와 통신하는 유선 통신모듈 및 무선 통신모듈 중 적어도 어느 하나의 통신 모듈을 포함하며, 센서 유닛에서 획득된 생체신호 및 제어부에서 결정한 사용자의 상태에 대한 정보 중 적어도 어느 하나를 외부의 전자 장치에 전송하고, 외부의 전자 장치로부터 제어 신호를 수신할 수 있다.
일 예로, 제어부에서 결정한 사용자의 상태는 위급상황을 포함할 수 있다. 달리 말하면, 제어부는 센서 유닛에서 획득된 생체신호로부터 위급상황의 예측하거나 발생을 판단할 수 있다. 사용자의 상태가 위급상황인 경우, 제어부는 외부 장치에 사용자의 위급상황에 대한 정보를 전송하거나 경보를 출력하도록 할 수 있다.
본체는 헤드폰, 이어셋, 이어폰, 모자, 헤어밴드, 안경, 팔목시계, 팔찌, 팔목 밴드 및 안대 중 어느 하나의 형상을 가질 수 있다.
다른 실시예에 따르는 생체신호 측정 장치는, 일단으로 갈수록 가늘어지는 테이퍼부와, 테이퍼부의 일단에서 연장되고 생체 부위에 접촉하여 생체신호를 센싱하는 돌기부를 포함한 센서 전극을 포함하는 센서 유닛; 센서 유닛에 연결되고 생체에 착용될 수 있는 본체를 포함할 수 있다. 돌기부는 플렉서블 재질로 형성될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르는 생체신호 측정 장치는, 생체에 접촉하여 전기적 생체신호를 검출하는 센서 전극; 센서 전극을 3축 방향으로 움직임이 가능하도록 탄성 지지하는 센서 지지부; 및 센서 지지부에 연결되고 생체에 착용될 수 있는 본체;를 포함한다. 센서 지지부는 나선형 스프링을 포함하며, 나선형 스프링의 양단 중 일단에 센서 전극이 결합될 수 있다. 나선형 스프링은 일단이 타단이 놓이는 면에 대해 돌출될 수 있다. 센서 지지부는 센서 유닛에 소정 거리 이격되어 센서 유닛의 외곽을 둘러싸는 테두리 지지대와, 센서 유닛과 테두리 지지대를 연결하는 적어도 2개의 스프링을 포함할 수 있다. 센서 유닛에서 측정된 생체신호를 전송하거나 센서 유닛에 인가되는 전원을 공급하는 케이블은 센서 지지부의 외부에 위치할 수 있다. 경우에 따라서는, 케이블은 센서 지지부의 내부에 매설될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르는 생체신호 측정 장치는, 생체신호 측정용 센서 전극을 포함하는 센서 유닛; 센서 유닛이 설치되며, 생체의 귀에 착용되는 이어셋 형상을 지니는 본체; 및 센서 유닛을 지지하며 본체에 연결되어 생체신호 측정용 센서 전극이 생체의 머리에 접촉하도록 하는 연결 프레임;을 포함할 수 있다. 본체는 슬롯을 포함하며, 연결 프레임의 일단은 슬롯에 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 슬롯은 연결 프레임이 생체의 귀를 중심으로 생체의 머리의 서로 다른 복수의 방향 또는 생체의 머리의 서로 다른 위치로 향하도록 복수개 마련될 수 있다. 생체신호 측정 장치는 본체를 생체의 귀의 귀바퀴에 고정시키는 귀 연결고리를 더 포함할 수 있다. 귀 연결고리는 본체에 탄성있는 바에 의해 연결될 수 있다. 생체신호 측정 장치는 생체의 귀의 외이에 삽입되는 귀 삽입고리를 더 포함할 수 있다. 귀 삽입고리에는 레퍼런스 전극 또는 그라운드 전극이 설치될 수 있다. 귀 삽입고리는 귀 연결고리에서 연장되어 형성될 수 있다. 또는 귀 연결고리와 귀 삽입고리를 연결하는 것으로서 귀 삽입고리를 3축 방향으로 움직임이 가능하도록 탄성 지지하는 센서 지지부가 마련될 수 있다. 이 경우, 센서 지지부는 나선형 스프링을 포함하며, 나선형 스프링의 내측 일단이 귀 연결고리에 의해 지지되고, 귀 삽입고리는 나선형 스프링의 외측 단부에 결합될 수 있다. 생체신호 측정 장치는 본체를 생체의 머리에 고정시키는 보조 프레임을 더 포함할 수 있다. 보조 프레임은 머리 띠 형상, 모자 형상, 또는 헤드밴드 형상을 가질 수 있다. 보조 프레임은 본체에 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 본체는 생체의 좌귀 및 우귀에 각각 착용되는 한 쌍일 수 있다.
또 다른 실시예에 따르는 생체신호 측정 장치는, 생체신호 측정용 센서 전극을 포함하는 센서 유닛; 및 센서 유닛이 설치되며, 안경 다리에 결합되는 본체를 포함할 수 있다. 본체를 안경 다리에 탈부착 가능하게 결합시키는 탈부착부가 더 마련될 수 있다. 탈부착부는 안경 다리에 탈착가능하게 고정시키는 클립을 포함하는 클립형 탈부착 장치, 안경 다리의 일부가 삽입되어 고정되는 탄성재질의 고정홈을 갖는 삽입형 탈부착 장치, 또는 안경 다리의 일부를 둘러 고정시키는 벨크로 테이프를 포함하는 벨크로형 탈부착 장치 중 어느 하나일 수 있다. 생체신호 측정 장치는 센서 유닛을 지지하며 본체에 연결되어 센서 전극이 생체의 머리에 접촉하도록 하는 연결 프레임을 더 포함할 수 있다. 연결 프레임은 생체의 두피에 탄성 가압되도록 탄성 재질로 형성될 수 있다. 센서 유닛은 본체의 내측면(즉, 안경 다리에 장착시 사람 머리에 맞닿는 면)에 마련될 수도 있을 것이다.
또 다른 실시예에 따르는 생체신호 측정 장치는, 생체신호 측정용 센서 전극을 포함하는 센서 유닛; 및 센서 유닛이 설치되며, 생체에 착용되는 프레임;을 포함하며, 프레임은 생체의 머리에 착용될 때에 생체의 머리의 양쪽 귀 상방에 위치하는 한 쌍의 메인 프레임과, 생체신호 측정용 센서 유닛을 지지하며 한 쌍의 메인 프레임으로부터 연장되어 생체신호 측정용 센서 전극이 생체의 머리에 접촉하도록 하는 복수의 연결 프레임과, 한 쌍의 메인 프레임을 생체의 머리에 고정시키는 머리 띠 형상의 보조 프레임을 포함하며, 센서 유닛, 프레임이 생체에 착용될 때, 생체의 귀 뒤쪽에 위치하도록 메인 프레임에 설치되는 레퍼런스 전극 또는 그라운드 전극을 더 포함할 수 있다. 본체는 한 쌍의 메인 프레임 중 적어도 어느 하나에 마련될 수 있다. 달리 말하면, 한 쌍의 메인 프레임 중 어느 하나 또는 둘 다에 메인 회로부가 마련될 수 있다. 레퍼런스 전극 또는 그라운드 전극을 메인 프레임에 연결하는 것으로서 3축 방향으로 움직임이 가능하도록 탄성 지지하는 센서 지지부가 더 마련될 수 있다. 센서 지지부는 나선으로 말린 나선형 스프링을 포함하며, 나선형 스프링의 내측 일단에 레퍼런스 전극 또는 그라운드 전극에 결합되고, 나선형 스프링의 외측이 메인 프레임에 의해 지지될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르는 생체신호 측정 장치는, 생체의 귀의 외이에 삽입되는 이어폰 형상을 가지는 센서 받침대; 및 센서 받침대 상에 마련되며, 생체의 귀의 외이에 접촉하여 셍체신호를 검출하는 센서 전극;을 포함할 수 있다. 센서 받침대에서 연장되어 생체의 귀의 귓바퀴에 노출된 몸체를 더 포함할 수 있다. 센서 받침대와 몸체는 일체로 형성되거나 혹은 센서 받침부가 몸체에 고정될 수 있다. 또는 센서 받침대와 몸체 사이에는 센서 유닛을 3축 방향으로 움직임이 가능하도록 탄성 지지하는 센서 지지부가 마련될 수도 있다. 센서 지지부는 나선으로 말린 나선형 스프링을 포함하며, 나선형 스프링의 내측 일단이 몸체에 의해 지지되고, 센서 받침대는 나선형 스프링의 외측 단부에 결합될 수 있다. 센서 전극에서 검출되는 생체신호를 처리하는 센서 회로부가 마련될 수 있다. 센서 회로부는 센서 지지대 또는 센서 받침대를 지지하는 몸체에 내장될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르는 생체신호 측정 장치는, 생체신호 측정용 센서 전극을 포함하는 센서 유닛; 및 센서 유닛이 설치되며, 생체에 착용되는 본체;를 포함하며, 본체는 모자의 내측에 결합되는 원형 띠 혹은 반원형 띠의 형상을 가질 수 있다. 본체의 내측면(즉, 모자가 생체의 머리에 착용될 때에 생체에 맞닿는 면)의 적어도 일 영역에 센서 전극이 마련되어, 모자가 생체의 머리에 착용될 때에 센서 전극이 생체의 머리에 접촉하도록 할 수 있다. 또한, 생체신호 측정 장치는 센서 전극을 지지하며, 본체부터 연장되어 모자가 생체의 머리에 착용될 때에 센서 전극이 생체의 머리에 접촉하도록 하는 연결 프레임을 더 포함할 수 있다. 나아가, 생체신호 측정 장치는 본체를 모자의 내측 둘레에 탈부착 가능하게 결합시키는 탈부착부를 더 포함할 수 있다. 이러한 생체신호 측정 장치는 뇌파를 측정하는 뇌파 측정 장치일 수 있다.
또 다른 실시예에 따르는 생체신호 측정 장치는, 생체신호 측정용 센서 전극을 포함하는 센서 유닛; 및 센서 유닛이 설치되며, 헤드폰의 헤드 밴드의 하단에 결합되는 본체; 및 센서 유닛 지지하며, 본체로부터 연장되어 헤드폰이 생체의 머리에 착용될 때에 센서 전극이 생체의 머리에 접촉하도록 하는 연결 프레임;을 포함할 수 있다. 나아가, 생체신호 측정 장치는 본체를 헤드폰의 헤드 밴드의 하단에 탈부착 가능하게 결합시키는 탈부착부를 더 포함할 수 있다. 물론, 본체는 헤드폰의 헤드 밴드의 하단에 고정 결합될 수도 있다. 연결 프레임의 끝단은 헤드폰에 끈으로 연결되어 있을 수 있다. 이러한 생체신호 측정 장치는 뇌파를 측정하는 뇌파 측정 장치일 수 있다.
또 다른 실시예에 따르는 생체신호 측정 장치는, 생체신호 측정용 센서 전극을 포함하는 센서 유닛; 및 센서 유닛이 설치되며, 손목에 착용되는 밴드;를 포함할 수 있다. 센서 유닛은 생체신호 측정용 센서 전극과, 레퍼런스 전극과, 그라운드 전극을 포함할 수 있다. 생체신호 측정 장치는 손목 시계 형상을 지닐 수 있다. 이 경우, 센서 유닛은 손목 시계의 시계부(즉, 본체)의 생체 손목에 접촉하는 면, 밴드의 생체 손목에 접촉하는 면, 및 밴드를 체결하는 체결부의 생체 손목에 접촉하는 면 중 적어도 어느 한쪽에 마련될 수 있다. 또한, 손목 시계의 시계부(즉, 본체)에 메인 회로부가 마련될 수 있다. 이 경우, 센서 유닛은 근전도를 측정할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르는 생체신호 측정용 센서 전극은, 일단으로 갈수로 가늘어지는 테이퍼부와; 테이퍼부의 일단에서 연장되고 생체 부위에 접촉하여 생체신호를 센싱하는 돌기부;를 포함할 수 있다. 테이퍼부의 타단쪽 바닥면을 기준으로 테이퍼부 및 돌기부의 종단면을 보았을 때, 돌기부의 둘레 외면의 기울기가 테이퍼부의 둘레 외면의 기울기보다 더 클 수 있다. 돌기부는 플렉서블 재질로 형성될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르는 생체신호 측정용 센서 유닛은, 전극 받침대; 및 전극 받침대 상에 마련되며, 일단으로 갈수로 가늘어지는 테이퍼부와 상기 테이퍼부의 일단에서 연장되고 생체 부위에 접촉하여 생체신호를 센싱하는 돌기부를 포함하는 센서 전극;을 포함할 수 있다. 센서 전극은 상기 전극 받침대의 상기 센서 전극이 장착되는 장착면(즉, 테이퍼부의 타단쪽 바닥면)을 기준으로 테이퍼부 및 돌기부의 종단면을 보았을 때, 돌기부의 둘레 외면의 기울기가 테이퍼부의 둘레 외면의 기울기보다 더 클 수 있다. 돌기부는 플렉서블 재질로 형성될 수 있다. 센서 전극은 건식 전극일 수 있다. 예를 들어, 센서 전극은 전도성 폴리머로 형성될 수 있다. 전도성 폴리머는 전도성 실리콘, 또는 전도성 고무일 수 있다. 센서 전극의 테이퍼부와 돌기부는 일체로 형성될 수 있다. 테이퍼부는 유선형 횡단면을 갖는 뿔 형상일 수도 있다. 돌기부는 원기둥, 타원기둥, 다각기둥 중 어느 하나일 수 있다. 돌기부의 끝단은 반구와 같은 무딘 형상을 가져 생체에 맞닿을 때 생체에 통증 유발을 최소화하도록 할 수 있다. 테이퍼부의 외면과 돌기부의 외면은 부드러운 곡면으로 연속될 수 있다. 가령, 테이퍼부의 외면과 돌기부의 외면은 내측으로 오목하게 연속된 곡면을 이룰 수 있다. 달리 말하면, 센서 전극의 테이퍼부의 바닥면을 기준으로 테이퍼부 및 돌기부의 종단면을 보았을 때, 테이퍼부의 둘레 외면 및 돌기부의 둘레 외면은 상방으로 갈수록 기울기가 점차 커지는 형상을 가질 수 있다. 물론 돌기부의 끝단은 반구와 같은 무딘 형상을 가질 수 있다. 전극 받침대는 원형판, 사각판, 길다란 막대 형상 등을 가질 수 있다. 센서 유닛이 뇌파를 측정하는 경우, 전극 받침대는 머리 형상에 맞게 휘어져 있을 수도 있다. 전극 받침대상에는 복수개의 센서 전극들이 마련될 수 있다. 가령, 전극 받침대가 길다란 막대 형상인 경우, 길이 방향을 따라 일 열 또는 복수 열로 배열될 수 있다. 센서 전극의 테이퍼부가 타원뿔 형상인 경우, 센서 전극들은 테이퍼부의 횡단면의 장축이 일 열 또는 복수 열의 열 방향에 평행하거나 또는 수직하도록 배치될 수 있다. 다른 예로, 센서 전극의 테이퍼부의 횡단면이 유선형인 형상인 경우, 측정전극들은 테이퍼부의 횡단면의 길이 방향이 일 열 또는 복수 열의 열 방향에 평행하거나 또는 수직하게 배치될 수도 있다. 물론 전극 받침대상에는 하나의 센서 전극만이 마련될 수도 있다. 전극 받침대는 경성 또는 연성의 비전도성 재질로 형성될 수 있다. 이 경우, 전극 받침대의 센서 전극을 지지하는 표면 또는 배면에 센서 전극을 전기적으로 연결하는 전극 패턴이 마련될 수 있다. 나아가, 전극 받침대의 배면 또는 전극 받침대의 내부에 센서 회로부가 배치될 수 있다. 센서 회로부는 센서 전극에서 검출되는 생체신호를 증폭시키는 아날로그 증폭회로를 포함할 수 있다. 나아가, 센서 회로부는 아날로그 증폭회로에서 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 아날로그-디지털 변환회로를 더 포함할 수 있다. 또한, 센서 회로부는 센서 전극에서 검출되는 생체신호를 외부로 전송시키는 유선 통신모듈 또는 무선 통신모듈을 더 포함할 수 있다. 센서 회로부는 배터리, 무선 전력 모듈, 및 에너지 하베스트 모듈 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다. 센서 회로부를 외부의 전자 장치에 전기적으로 연결하는 케이블이 더 마련될 수도 있다. 케이블은 센서 회로부에 전력을 공급하는 전력 라인, 센서 전극에서 검출되는 생체신호를 전송하는 생체신호 라인, 레퍼런스 신호 라인, 및 그라운드 신호 라인 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 전극 받침대는 전도성 재질로 형성될 수도 있다. 이 경우, 전극 받침대는 센서 전극과 전기적으로도 연결되어 있다. 센서 전극에서 측정되는 생체신호는 뇌파, 심전도, 근전도, 신경전도, 또는 안전도일 수 있다.
또 다른 실시예에 따르는 생체신호 측정용 센서 유닛은, 전극 받침대; 및 전극 받침대 상에 마련되며 센서 전극;을 포함하며, 센서 전극은 타원형 횡단면을 갖는 타원뿔 또는 유선형 횡단면을 갖는 유선형 각뿔일 수 있다. 센서 전극은 플렉서블 재질로 형성될 수 있다. 센서 전극은 복수개가 전극 받침대상에 일 열 또는 복수 열로 배열될 수 있다. 센서 전극은 횡단면의 장축 또는 길이 방향이 일 열 또는 복수 열의 열 방향에 평행하거나 또는 수직하게 배치될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르는 센서 지지 구조체는, 생체에 접촉하여 전기적 생체신호를 검출하는 센서 전극(또는 센서 유닛)이 생체 부위에 접촉이 유지되도록 센서 전극(또는 센서 유닛)을 지지하는 것으로서, 센서 전극(또는 센서 유닛)이 부착되는 센서 장착부; 및 일단에 센서 장착부가 마련되어, 센서 유닛을 3축 방향으로 움직임이 가능하도록 탄성 지지하는 센서 지지부;를 포함할 수 있다. 탄성 지지체는 나선형 스프링을 포함하며, 나선형 스프링의 양단 중 어느 한쪽에 센서 장착부가 마련될 수 있다. 나선형 스프링의 나선 형상의 중심축 방향으로 센서 장착부가 나선형 스프링에 대해 돌출되어 있을 수 있다. 센서 지지부는 나선형 스프링을 포함하며, 나선형 스프링의 양단 중 일단에 센서 유닛이 결합될 수 있다. 나선형 스프링은 일단이 타단이 놓이는 면에 대해 돌출될 수 있다. 나선형 스프링은 나선형 스프링의 중심축 방향의 탄성이 나선형 스프링의 중심축에 직교하는 방향의 탄성보다 클 수 있다. 센서 지지부의 나선형 스프링과 프레임의 연결 부위의 외관의 적어도 일부분은 직선 혹은 완만한 곡선 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 나선형 스프링과 연결 프레임의 연결 부분의 외관은 소정의 곡률로 연속되어 있을 수 있다. 센서 지지부는 나선형 스프링의 외곽을 둘러싸는 고리 형상의 테두리 지지대를 포함하여, 나선형 스프링의 외측 끝단이 테두리 지지대에 부착되어 있을 수 있다. 연결 프레임과 테두리 지지대의 연결 부분은 완만한 곡선 형상의 외관을 가질 수 있다. 나선형 스프링은 원형, 타원형, 혹은 비정형의 나선 형상을 가질 수 있다. 센서 지지부는 센서 유닛에 소정 거리 이격되어 센서 유닛의 외곽을 둘러싸는 제1 테두리 지지대와, 센서 유닛과 제1 테두리 지지대를 연결하는 적어도 2개의 제1 스프링을 포함할 수 있다. 센서 지지부는 제1 테두리 지지대에 소정 거리 이격되어 제1 테두리 지지대를 둘러싸는 제2 테두리 지지대와, 제1 및 제2 테두리 지지대를 연결하는 적어도 2개의 제2 스프링을 포함할 수 있다. 센서 지지부는 플라스틱 혹은 금속으로 형성될 수 있다. 센서 유닛에서 측정된 생체신호를 전송하거나 센서 유닛에 인가되는 전력을 공급하는 케이블은 센서 지지부의 외부에 위치할 수 있다. 경우에 따라서는, 케이블은 센서 지지부의 내부에 매설될 수 있다. 센서 장착부와 센서 유닛의 전극 받침대는 일체로 형성되어, 구조적으로 구분되지 않을 수도 있다. 일 예로, 센서 장착부(전극 받침대)는 사람의 귀의 외이에 삽입되는 원통형 형상을 지니며, 센서 전극은 센서 장착부(전극 받침대)가 사람의 귀의 외이에 삽입될 때 이의 피부에 맞닿도록 센서 장착부의 외주면에 마련될 수도 있다.
또 다른 실시예에 따르는 생체신호 측정 장치는 생체신호를 센싱하는 센서 전극을 포함하며, 상기 센서 전극은 일단으로 갈수록 점차 가늘어지는 테이퍼부와, 상기 테이퍼부의 일단에서 연장되고 생체 부위에 접촉하여 생체신호를 센싱하는 돌기부를 포함하는 센서부; 및 외부 장치와 통신하는 통신부와, 경보를 출력하는 출력부와, 상기 센서부에서 센싱된 생체신호에 기초하여 사용자의 위급 정도를 결정하고 상기 결정된 위급 정도에 따라 상기 출력부를 통해 경보를 출력하도록 상기 출력부를 제어하거나 상기 통신부를 통해 외부장치에 상기 결정된 위급 정도에 대한 정보를 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 제어부를 포함한 회로부;를 포함할 수 있다.
상기 회로부는 제1 위험도와, 상기 제1 위험도보다 높은 제2 위험도를 평가하는 위험도 평가 모델을 저장한 메모리부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 사용자의 위급 정도가 상기 제1 위험도에 속하면 상기 출력부를 통해 경보를 출력하도록 상기 출력부를 제어하며, 상기 사용자의 위급 정도가 상기 제2 위험도에 속하면 상기 통신부를 통해 상기 외부 장치에 사용자의 위급상황에 대한 정보를 전송하도록 상기 통신부를 제어할 수 있다. 경우에 따라서는, 상기 제어부는 사용자의 위급 정도가 상기 제2 위험도에 속하면 경보를 출력하도록 상기 출력부를 제어하며, 사용자의 위급 정도가 상기 제1 위험도에 속하면 상기 외부 장치에 사용자의 위급상황에 대한 정보를 전송하도록 상기 통신부를 제어할 수도 있다.
상기 사용자의 위급 정도는 상대적으로 낮은 제1 위험도와, 상대적으로 높은 제2 위험도를 포함하며, 상기 제어부는 상기 통신부를 통해 상기 센서부에서 센싱된 생체신호를 외부의 컴퓨터 장치에 전송하고, 상기 컴퓨터 장치로부터 상기 생체신호가 처리되어 생성된 사용자의 위급 정도에 대한 정보를 수신하도록 상기 통신부를 제어하며, 상기 컴퓨터 장치로부터 수신한 사용자의 위급 정도가 제1 위험도에 속하면 상기 출력부를 통해 경보를 출력하도록 상기 출력부를 제어하며, 상기 컴퓨터 장치로부터 수신한 사용자의 위급 정도가 제2 위험도에 속하면 상기 통신부를 통해 외부 장치에 사용자의 위급상황에 대한 정보를 전송하도록 상기 통신부를 제어할 수도 있다. 경우에 따라서는, 상기 제어부는 상기 컴퓨터 장치로부터 수신한 사용자의 위급 정도가 제2 위험도에 속하면 경보를 출력하도록 상기 출력부를 제어하며, 상기 컴퓨터 장치로부터 수신한 사용자의 위급 정도가 제1 위험도에 속하면 외부 장치에 사용자의 위급상황에 대한 정보를 전송하도록 상기 통신부를 제어할 수도 있다.
또 다른 실시예에 따르는 생체신호 처리 시스템은, 전술한 생체신호 측정 장치; 및 생체신호 측정 장치로부터 생체신호를 수신하여 생체신호를 처리하는 생체신호 처리 장치;를 포함할 수 있다.
생체신호 처리 장치는 모바일 장치를 포함할 수 있다. 모바일 장치는 상기 생체신호 측정 장치와 통신하는 통신부; 경보를 출력하는 출력부; 생체신호 처리와 관련된 정보를 저장한 메모리부; 상기 메모리부를 참조하여 상기 생체신호 측정 장치로부터 수신한 생체신호를 처리하고 처리된 생체신호에 따라 상기 출력부를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 모바일 장치는 상기 생체신호 측정 장치 및 외부 장치와 통신하는 통신부; 경보를 출력하는 출력부; 상기 생체신호 측정장치로부터 수신한 생체신호에 기초하여 사용자의 위급 정도를 결정하고, 상기 결정된 위급 정도에 대응되는 경보를 상기 출력부를 통해 출력하도록 상기 출력부를 제어하거나 상기 통신부를 통해 상기 외부 장치에 상기 결정된 위급 정도에 대한 정보를 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 모바일 장치는 생체신호로부터 제1 위험도와, 상기 제1 위험도보다 높은 제2 위험도를 평가하는 위험도 평가 모델을 저장한 메모리부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 사용자의 위급 정도가 상기 제1 위험도에 속하면 상기 출력부를 통해 경보를 출력하도록 상기 출력부를 제어하며, 상기 사용자의 위급 정도가 상기 제2 위험도에 속하면 상기 통신부를 통해 상기 외부 장치에 사용자의 위급 정도에 대한 정보를 전송하도록 상기 통신부를 제어할 수 있다. 경우에 따라서는 상기 제어부는 상기 사용자의 위급 정도가 상기 제2 위험도에 속하면 상기 출력부를 통해 경보를 출력하도록 상기 출력부를 제어하며, 상기 사용자의 위급 정도가 상기 제1 위험도에 속하면 상기 통신부를 통해 상기 외부 장치에 사용자의 위급 정도에 대한 정보를 전송하도록 상기 통신부를 제어할 수도 있다.
모바일 장치는 상기 생체신호 측정 장치 및 컴퓨터 장치와 통신하는 통신부; 경보를 출력하는 출력부; 상기 생체신호 측정 장치로부터 수신한 생체신호를 상기 컴퓨터 장치에 전송하고, 상기 컴퓨터 장치로부터 상기 생체신호가 처리되어 생성된 사용자의 상태정보를 수신하며, 상기 수신된 사용자의 상태 정보에 기초하여 상기 출력부 및 상기 통신부를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 컴퓨터 장치는 상기 생체신호를 처리하여, 상기 사용자의 위급 정도에 대한 정보를 생성할 수 있다. 일 예로, 상기 사용자의 위급 정도는 상대적으로 낮은 제1 위험도와, 상대적으로 높은 제2 위험도를 포함할 수 있다. 모바일 장치의 제어부는, 상기 통신부를 통해 상기 생체신호 측정장치에서 수신한 생체신호를 컴퓨터 장치에 전송하고 상기 컴퓨터 장치로부터 상기 생체신호가 처리되어 생성된 사용자의 위급 정도에 대한 정보를 수신하며, 상기 컴퓨터 장치로부터 수신한 사용자의 위급 정도가 제1 위험도에 속하면 상기 출력부를 통해 경보를 출력하도록 상기 출력부를 제어하며, 상기 컴퓨터 장치로부터 수신한 사용자의 위급 정도가 제2 위험도에 속하면 상기 통신부를 통하여 외부 장치에 사용자의 위급상황에 대한 정보를 전송하도록 상기 통신부를 제어할 수도 있다. 컴퓨터 장치와 외부 장치는 동일할 수도 있고, 서로 다른 장치일 수도 있다. 가령, 컴퓨터 장치는 원격 의료 서비스 제공자의 서버이며, 외부 장치는 응급센터의 서버, 사용자가 다니는 병원의 서버, 사용자의 주치의의 전화, 또는 사용자의 보호자의 전화일 수 있다. 외부 장치로의 사용자의 위급상황에 대한 정보의 전송은 모바일 장치의 통신부가 직접 수행할 수도 있지만, 컴퓨터 장치로 하여금 외부 장치에 사용자의 위급상황에 대한 정보를 전송토록 지시하거나 혹은 컴퓨터 장치가 자체내의 메모리부에 저장된 시나리오에 따라 자동적으로 외부 장치에 사용자의 위급상황에 대한 정보를 전송할 수도 있을 것이다.
이러한 모바일 장치는 이동 전화, 스마트 폰, 태블릿 컴퓨터, 개인 휴대 정보 단말기(PDA) 또는 랩탑 컴퓨터일 수 있다. 모바일 장치는 처리된 생체신호의 정보를 네트워크로 연결된 컴퓨터 장치에 전송할 수도 있다. 또한, 모바일 장치는 생체의 위치를 추적하는 위치 추적 센서, 생체의 가속도를 측정하는 가속도 센서, 및 생체의 움직임을 측정하는 모션 센서 중 적어도 어느 하나를 포함하며, 생체의 위치 및 움직임 중 적어도 어느 하나의 정보를 컴퓨터 장치에 전송할 수도 있다.
생체신호 처리 장치는 생체신호 측정 장치와 통신하는 컴퓨터 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터 장치는 생체신호 측정 장치와 직접 통신하여 상기 생체신호 측정 장치로부터 생체신호를 수신하는 통신부; 뇌파 신호로부터 제1 위험도와, 상기 제1 위험도보다 높은 제2 위험도를 평가하는 위험도 평가 모델을 저장한 메모리부; 및 상기 사용자의 위급 정도가 상기 제1 위험도에 속하면 상기 생체신호 측정 장치에 경고 메시지를 전송하도록 상기 출력부를 제어하며, 상기 사용자의 위급 정도가 상기 제2 위험도에 속하면 외부 장치에 사용자의 위급상황에 대한 정보를 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다. 이러한 컴퓨터 장치는 원격 의료 서비스를 제공하는 서비스 제공자의 서버, 사용자가 다니는 병원의 서버, 사용자의 집에 있는 개인 컴퓨터일 수 있다. 한편, 외부 장치는 응급센터의 서버, 사용자가 다니는 병원의 서버, 사용자의 주치의의 전화, 또는 사용자의 보호자의 전화일 수 있다.
생체신호 처리 장치에서 처리된 생체신호의 정보를 표출하는 출력부가 생체신호 측정 장치 또는 생체신호 처리 장치에 내장되거나 또는 외장될 수 있다. 출력부는 스피커, 진동모듈, 램프, 혹은 디스플레이일 수 있다. 예를 들어, 생체신호 측정 장치는 진동모듈을 구비하여, 진동 방식으로 경보를 출력할 수 있을 것이다. 다른 예로, 모바일 장치는 스피커, 진동모듈, 및 디스플레이를 포함하며, 경보음, 진동, 경고 문구 등의 방식으로 경보를 출력할 수 있다.
생체신호 처리 장치의 제어부는 생체신호의 정보로부터 위급상황의 예측하거나 발생을 판단하는 위급상황 예측 모듈 및 생체신호로부터 생체의 의사를 추론하는 생체 의사 추론 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 예로, 생체신호 처리 장치는 생체신호의 정보로부터 위급상황의 예측하거나 발생을 판단하며, 위급상황이 예측되거나 발생시에 경보를 출력 장치에 전송하고, 출력 장치는 경보를 발생할 수 있다. 생체신호는 뇌파, 심전도, 근전도, 신경전도, 및 안전도 중 적어도 어느 하나이며, 생체신호 처리 장치는 생체신호로부터 생체의 의사나 상태를 추론할 수 있다.
또 다른 예로, 생체신호 처리 장치의 제어부는 추론된 의사나 상태에 대한 정보를 출력 장치에 전송하고, 출력 장치는 추론된 의사나 상태에 대한 정보를 출력할 수 있다. 생체신호 처리 장치는 추론된 의사나 상태에 대한 정보에 따른 제어정보를 생성하고, 제어정보를 전자 장치에 전송할 수 있다.
생체신호 측정 장치는 생체의 체온, 심박, 끄덕임, 눈깜박임, 및 뒤척임 중 적어도 어느 하나를 측정하는 측정 센서를 더 포함할 수 있다. 생체의 위치를 추적하는 위치 추적 센서, 생체의 가속도를 측정하는 가속도 센서, 및 생체의 움직임을 측정하는 모션 센서 중 적어도 어느 하나가 더 마련될 수 있다. 이러한 추가적인 센서는 생체신호 측정 장치나 별도의 전자 장치에 마련될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르는 생체신호 처리 방법은, 전술한 생체신호 측정 장치로부터 생체의 생체신호를 측정하는 단계; 및 측정된 생체신호를 처리하여 생체에 대한 정보를 생성하는 단계;를 포함한다.
생체에 대한 정보로부터 위급상황의 예측하거나 발생을 판단하며, 위급상황이 예측되거나 발생시에 사용자에게 경보를 발생하는 단계가 더 포함될 수 있다.
생체의 생체신호를 측정하는 단계는, 생체의 뇌파, 심전도, 근전도, 신경전도, 및 안전도 중 적어도 어느 하나를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 생체에 대한 정보를 생성하는 단계는, 생체신호로부터 생체의 의사나 상태를 추론하는 단계를 포함할 수 있다. 생체의 생체신호를 측정하는 단계는, 생체의 체온, 심박, 끄덕임, 눈깜박임, 및 뒤척임 중 적어도 어느 하나를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 추론된 생체의 의사나 상태에 대한 정보를 사용자에게 전송하는 단계가 더 포함될 수 있다.
생체의 위치를 추적하는 단계가 더 포함되며, 사용자에게 전송되는 정보는 생체의 위치 정보를 포함할 수 있다.
사용자는 생체, 생체의 보호자, 및 의료 전문가 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
개시된 실시예에 의한 생체신호 측정 장치, 생체신호 측정장치용 센서 전극, 센서 지지 구조체, 및 생체신호 측정 시스템은 생체 움직임에 의한 노이즈 발생을 억제할 수 있다.
개시된 실시예에 의한 생체신호 측정용 센서 전극은 머리카락과 같은 방해물을 용이하게 회피하면서 생체 표면에 용이하게 도달할 수 있다.
개시된 실시예에 의한 생체신호 측정용 센서 전극은 센서 전극의 접촉면적을 늘림으로써 신호 품질을 개선할 수 있다.
개시된 실시예에 의한 생체신호 측정 장치는 다양한 형태로 변형가능하여 개인 맞춤이 용이하다.
도 1은 일 실시예에 따른 생체신호 측정장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1의 생체신호 측정장치의 본체를 개략적으로 도시한다.
도 3 및 도 4은 도 1의 생체신호 측정장치에서 센서 지지부 및 센서 유닛을 개략적으로 도시한다.
도 5는 도 4의 센서 전극의 측면도를 도시한다.
도 6a 내지 도 6b는 본 실시예의 센서 전극의 특성을 설명한다.
도 7 및 도 8은 센서 유닛이 두피에 부착되는 경우를 예시적으로 도시한다.
도 9는 본 실시예의 센서 전극과 비교예의 센서 전극의 SNR 및 압박감의 관계를 도시한 그래프이다.
도 10은 센서 유닛의 전극 받침대 내 센서 회로부를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 11은 본 실시예의 센서 지지부를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 12는 도 11의 센서 지지부를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 13a 내지 도 13c는 누르는 힘에 따른 도 11의 센서 지지부의 형상 변화를 도시한다.
도 14는 도 1의 생체신호 측정장치의 귀 삽입고리에 설치되는 레퍼런스 전극을 개략적으로 도시한다.
도 15는 도 1의 생체신호 측정장치의 보조 프레임을 도시한다.
도 16은 도 1의 생체신호 측정장치의 개략적인 블록도이다.
도 17a 내지 도 17d는 센서 전극의 다양한 변형예들을 도시한다.
도 18은 다른 실시예들에 따른 센서 전극를 도시한다.
도 19a는 또 다른 실시예에 따른 센서 전극을 도시한다.
도 19b는 도 19ㅁ의 센서 전극의 횡단면 형상을 도시한다.
도 20은 또 다른 실시예에 따른 센서 전극의 횡단면 형상을 도시한다.
도 21a 내지 도 21e는 다른 실시예들에 따른 센서 지지부를 개략적으로 도시한다.
도 22a 및 도 22b는 또 다른 실시예들에 따른 센서 지지부를 개략적으로 도시한다.
도 23은 또 다른 실시예에 따른 센서 지지부를 개략적으로 도시한다.
도 24a 내지 도 24d는 센서 유닛의 전극 받침대 내의 배선 또는 센서 회로부의 다른 예들을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 25는 도 1의 생체신호 측정장치의 귀 삽입고리에 설치되는 레퍼런스 전극의 다른 예를 개략적으로 도시한다.
도 26은 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치를 개략적으로 도시한다.
도 27은 도 26의 생체신호 측정장치의 본체를 개략적으로 도시한다.
도 28은 도 26의 생체신호 측정장치의 센서 유닛을 개략적으로 도시한다.
도 29는 센서 유닛에 마련된 센서 전극의 배열의 일 예를 개략적으로 도시한다.
도 30은 센서 유닛에 마련된 센서 전극의 다른 예를 개략적으로 도시한다.
도 31은 도 30의 센서 유닛이 두피에 부착되는 경우를 예시적으로 도시한다.
도 32는 센서 유닛에 마련된 센서 전극의 또 다른 예를 개략적으로 도시한다.
도 33은 도 32의 센서 유닛이 두피에 부착되는 경우를 예시적으로 도시한다.
도 34는 센서 유닛에 마련된 센서 전극의 또 다른 예를 개략적으로 도시한다.
도 35a 및 도 35b는 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치를 개략적으로 도시한다.
도 36은 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치를 개략적으로 도시한다.
도 37은 도 36의 생체신호 측정장치가 귀의 외이에 삽입된 착용예를 도시한다.
도 38은 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치를 개략적으로 도시한다.
도 39은 도 38의 생체신호 측정장치가 귀의 외이에 삽입된 착용예를 도시한다.
도 40은 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치를 개략적으로 도시한다.
도 41a 및 도 41b는 도 40의 생체신호 측정장치의 탈부착부의 예를 도시한다.
도 42a 및 도 42b는 도 40의 생체신호 측정장치의 탈부착부의 다른 예를 도시한다.
도 43a 및 도 43b는 도 40의 생체신호 측정장치의 탈부착부의 다른 예를 도시한다.
도 44a 내지 도 44c는 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치의 탈부착부의 예들을 도시한다.
도 45는 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치를 개략적으로 도시한다.
도 46은 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치를 개략적으로 도시한다.
도 47은 도 46의 생체신호 측정장치에 부착되는 레퍼런스 전극 및 이를 지지하는 센서 지지부를 개략적으로 도시한다.
도 48은 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치를 개략적으로 도시한다.
도 49는 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치를 개략적으로 도시한다.
도 50은 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치를 개략적으로 도시한다.
도 51은 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치를 개략적으로 도시한다.
도 52는 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치를 개략적으로 도시한다.
도 53은 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치를 개략적으로 도시한다.
도 54a는 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치를 개략적으로 도시한다.
도 54b는 도 54b의 생체신호 측정장치를 착용하거나 벗을 때의 모습을 개략적으로 도시한다.
도 55는 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치를 개략적으로 도시한다.
도 56은 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치를 개략적으로 도시한다.
도 57은 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치를 개략적으로 도시한다.
도 58a 내지 도 58f는 도 57의 생체신호 측정장치의 다양한 변형예들을 개략적으로 도시한다.
도 59는 또 다른 실시예에 따른 생체신호 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 60은 도 59의 생체신호 처리 시스템의 블록도를 개략적으로 도시한다.
도 61은 도 60의 생체신호 처리 시스템에서 모바일 장치의 제어부와 메모리부의 일 예를 도시한다.
도 62는 뇌졸증 진단을 위한 뇌파 학습의 프로세스를 도시한다.
도 63은 뇌졸증 평가 프로세스를 도시한다.
도 64는 뇌졸증 평가에 따른 위험도 판정의 순서도를 도시한다.
도 65은 도 59의 생체신호 처리 시스템에서 모바일 장치의 제어부와 메모리부의 다른 예를 도시한다.
도 66은 또 다른 실시예에 따른 생체신호 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 67은 도 66의 생체신호 처리 시스템에서 컴퓨터 장치의 개략적인 블록도를 도시한다.
도 68은 또 다른 실시예에 따른 생체신호 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 69는 또 다른 실시예에 따른 생체신호 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 70은 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정용 센서 전극을 개략적으로 도시한다.
도 71은 도 70의 생체신호 측정용 센서 전극의 측면도를 도시한다.
도 72는 도 70의 생체신호 측정용 센서 전극이 센서 지지부에 의해 지지되는 예를 도시한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, 도면에서 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “…부”, “…모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체신호 측정 장치(100)를 개략적으로 도시하며, 도 2는 생체신호 측정 장치(100)의 본체(110)를 개략적으로 도시한다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 생체신호 측정 장치(100)는 사람의 머리(1), 즉 생체에 착용되어 뇌파를 측정하는 장치로서, 본체(110)와, 뇌파를 측정하는 센서 유닛(150)과, 센서 유닛(150)을 지지하는 센서 지지부(120)와, 센서 지지부(120)와 본체(110)를 연결하는 연결 프레임(130)을 포함할 수 있다.
본체(110)에는 센서 유닛(150)에서 획득된 생체신호를 처리하는 메인 회로부(도 16의 140)가 내장될 수 있다. 본체(110)는, 도 2에 도시되듯이 이어셋 형상의 하우징을 가지어 귀(5)에 착용될 수 있다.
본체(110)에는 슬롯(112)이 마련되며, 연결 프레임(130)의 끝단(도 3의 131)이 슬롯(112)에 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 생체신호 측정장치(100)가 뇌파를 측정하고자 할 때, 머리(1)의 특정 위치 혹은 복수의 위치에서 측정할 필요가 있을 수 있다. 예를 들어, 비침습형 뇌파측정에 있어서 공지된 표준적인 센서 전극의 배치 위치로서 10-20 시스템이 알려져 있다. 이와 같은 배치에 대응하여 슬롯(112)은, 연결 프레임(130)이 도 1에 도시되듯이 귀(5)를 중심으로 머리(1)의 서로 다른 복수의 방향 또는 서로 다른 위치로 향할 수 있도록, 복수개가 마련될 수 있다. 또한, 본체(110)에는 커넥터 단자(113)가 마련되어 있다. 커넥터 단자(113)는 센서 유닛(150)에 전원을 공급하는 전원용 커넥터 단자와, 센서 유닛(150)과의 전기적 신호를 입출력하는 신호용 커넥터 단자를 포함할 수 있다. 이러한 본체(110)의 하우징은 플라스틱 혹은 금속재질로 형성될 수 있다.
본체(110)에는 귀(5)에 고정되는 귀 연결고리(115)가 마련될 수 있다. 귀 연결고리(115)는 귀바퀴 외곽을 둘러싸는 형상을 가지며, 귀바퀴 외곽에 끼워져 본체(110)를 고정시킨다. 나아가, 귀 연결고리(115)에서 연장되어 형성되는 귀 삽입고리(118)가 더 마련될 수 있다. 귀 삽입고리(118)는 머리(1)의 귀(5)의 외이에 삽입되어, 본체(110)를 머리(1)에 좀 더 안정적으로 고정시킨다. 귀 삽입고리(118)에는 후술하는 바와 같이 레퍼런스 전극(도 14의 170) 혹은 그라운드 전극이 마련될 수 있다. 달리 말하면서, 귀 삽입고리(118)는 레퍼런스 전극(170) 혹은 그라운드 전극의 전극 받침대로 기능할 수도 있다. 귀 삽입고리(118)는 귀 연결고리(115)에 탄성적인 막대(bar)(116)에 의해 연결되어 있을 수 있다. 이에 따라, 생체신호 측정장치(100)의 착용감을 향상시키고, 본체(110)를 머리(1)에 좀 더 안정적으로 고정시킬 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 연결 프레임(130)은 센서 유닛(150)을 지지하는 것으로, 그 끝단(131)은 본체(110)의 슬롯(112)에 끼워지는 형상을 지닌다. 연결 프레임(130)은 플라스틱이나 금속과 같은 탄성있는 재질로 형성되어, 생체신호 측정 장치(100)가 머리(1)에 착용되었을 때, 센서 유닛(150)을 두피에 접촉하도록 탄성적으로 가압할 수도 있다. 일 예로, 연결 프레임(130)은 3D 프린터를 활용하여, 개인별 맞춤형으로 제작될 수 있다. 이 경우, 사용자의 머리 형상에 최적화된 길이와 곡률로 제작되어, 생체신호 측정 장치(100)가 머리(1)에 착용되었을 때, 센서 유닛(150)이 머리(1)이 정확한 위치에 배치될 수 있도록 할 수 있다.
뇌파는 머리(1)의 어느 한 위치 혹은 복수의 부위에서 측정할 필요가 있을 수 있는바, 이에 따라 센서 유닛(150)은 본체(110)에 하나 혹은 복수개 연결될 수가 있다. 도 3 및 도 4는 센서 지지부(120) 및 센서 유닛(150)을 개략적으로 도시한다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 센서 유닛(150)은 센서 전극(151)들과, 센서 전극(151)들을 지지하는 전극 받침대(153)와, 전극 받침대(153)의 배면에서 돌출되어 센서 지지부(120)에 결합되는 결합부(155)와, 센서 전극(151)에서 검출되는 생체신호를 전달하는 케이블(158)을 포함한다. 여기서, 전극 받침대(153)의 배면이라 함은 전극 받침대(153)에서 센서 전극(151)들이 위치하는 면의 반대쪽 면을 의미한다. 케이블(158)의 단자(159)는 본체(110)의 커넥터 단자(113)에 삽입된다. 센서 유닛(150)은 센서 지지부(120)에 의해 탄성적으로 지지된다. 센서 지지부(120)는 나선형 형상의 스프링(121)과, 센서 유닛(120)의 결합부(155)가 끼워지는 센서 장착부(122)를 포함한다.
센서 전극(151)은 두피에 직접적으로 접촉하여 전기적 생체신호를 검출하는 것이다. 센서 전극(151)에서 측정되는 생체신호는 머리(1)에서 발생되는 뇌파 신호일 수 있다.
도 5는 센서 전극(151)을 개략적으로 도시하며, 도 6은 센서 전극(151)의 측면도를 도시한다. 도 5 및 도 6을 참조하여, 센서 전극(151)에 대해 상술하기로 한다. 센서 전극(151)은 테이퍼부(151a)와, 테이퍼부(151a)의 일단에서 연장된 돌기부(151b)를 포함하는 깔대기 형상을 가진다. 이러한 센서 전극(151)은 비침습형 건식 전극으로 이해될 수 있다.
테이퍼부(151a)는 테이퍼 형상(tapered shape), 즉 일단으로 갈수록 점차 가늘어지는 형상을 갖는다. 구체적인 예로, 테이퍼부(151a)는 원뿔 형상을 가질 수 있다. 테이퍼부(151a)의 타단(즉, 단면적이 가장 넓은 쪽)은 전극 받침대(153)에 부착된다. 여기서, 테이퍼부(151a)의 테이퍼부(151a)의 타단(즉, 은 전극 받침대(153)에 부착된 쪽)의 반대 쪽을 의미한다. 돌기부(151b)는 테이퍼부(151a)의 일단에서 연장되어 돌출된 것으로서, 생체 부위에 접촉하여 생체신호를 센싱한다. 여기서, 원뿔 형상이라 함은 엄밀한 의미에서 원뿔대를 의미하며, 돌기부(151b)는 원뿔대의 상면부분에 돌출된 것으로 이해될 수 있다.
전극 받침대(153)의 센서 전극(151)이 장착되는 장착면, 즉 테이퍼부(151a)의 타단쪽 바닥면을 기준으로 센서 전극(151)의 종단면을 보았을 때, 돌기부(151b)의 둘레 외면의 기울기는 테이퍼부(151a)의 둘레 외면의 기울기보다 더 클 수 있다. 즉, 테이퍼부(151a)의 바닥면을 기준으로 돌기부(151b)의 둘레 외면의 각도(θ2)가 테이퍼부(151a)의 둘레 외면의 각도(θ1)보다 더 클 수 있다. 달리 말하면, 돌기부(151b)는 기둥 형상이거나 테이퍼부(151a)의 기울기보다 좀 더 큰 기울기를 갖는 테이퍼 형상을 가질 수 있다. 돌기부(151b)는 예를 들어 원통형 기둥 형상일 수 있다.
돌기부(151b)의 끝단은 반구와 같은 무딘 형상을 가져 두피에 맞닿을 때 두피에 통증 유발을 최소화하도록 할 수 있다. 물론, 돌기부(151b)의 끝단의 형상은 본 실시예를 제한하지 않으며, 예를 들어 뽀족하거나 평평할 수도 있다. 돌기부(151b)의 높이는 돌기부(151b)의 직경보다 클 수 있다.
센서 전극(151)의 테이퍼부(151a)와 돌기부(151b)는 일체로 형성될 수 있다. 이 경우, 센서 전극(151)은 플렉서블(flexible) 재질로 형성될 수 있다. 플렉서블이라 함은 외력에 의해 용이하게 휘어진다는 것을 의미하며, 플렉서블 재질은 휨성(flexiblilty)이 큰 재질을 의미한다. 센서 전극(151)은 전도성 실리콘이나 전도성 고무와 같은 전도성 폴리머일 수 있다. 센서 전극(151)은 그밖의 플렉서블하며 전도성이 있는 합성수지(synthetic resin)로 형성될 수 있다. 돌기부(151b)는 테이퍼부(151a)에 비해 상대적으로 휨성이 큰 부분이다. 후술하는 바와 같이 센서 전극(151)이 두피에 접촉할 때, 테이퍼부(151a)는 돌기부(151b)를 지지하며, 돌기부(151b)는 휘어지면서 두피에 맞닿게 된다. 이러한 휨성 관계를 만족시키기 위하여 센서 전극(151)은 예를 들어 40도 내지 60도의 경도를 가질 수 있다.
센서 전극(151)의 테이퍼부(151a)와 돌기부(151b)는 별개로 제조된 후 접합되어 있을 수도 있다. 가령, 돌기부(151b)는 휨성이 큰 전도성 실리콘나 전도성 고무로 형성되고, 테이퍼부(151a)는 돌기부의 휨성보다 작은 휨성을 갖는 합성수지로 형성될 수도 있다. 나아가, 테이퍼부(151a)는 휨성이 없는, 즉 경성(rigidity)을 갖는 재질로 형성될 수도 있다. 테이퍼부(151a)는 전도성 재질 혹은 비전도성 재질로 형성될 수 있다. 테이퍼부(151a)가 비전도성 재질로 형성될 경우, 테이퍼부(151a)에는 돌기부(151b)와 전기적으로 연결되는 별도의 도체(미도시)가 삽입되어 있을 수도 있다.
도 6a 내지 도 6c는 본 실시예의 센서 전극(151)의 특성을 설명한다. 도 6a 내지 도 6c에서 힘 F1, F2, F3는 순차적으로 더 큰 힘을 나타낸다. 센서 전극(151)은, 도 6a 내지 도 6c에 도시되듯이, 센서 전극(151)의 돌기부(151b)쪽이 머리(1)의 피부, 즉 두피에 맞닿도록 배치된다. 도 6a를 참조하면, 소정의 힘(F1)이 두피쪽으로 센서 전극(151)에 가해지게 되면, 테이퍼부(151a)는 전극 받침대(153)를 기준으로 움직이지 않고 센서 전극(151)의 돌기부(151b)만이 휘어지면서 돌기부(151b)의 끝단 일부가 두피에 닿아 약간의 접촉 면적(S1)을 가지게 된다. 도 6b에 도시되듯이, 가해지는 힘(F2)이 점차 커짐에 따라, 센서 전극(151)의 돌기부(151b)는 휘어지면서 돌기부(151b)의 측부, 즉 둘레 외면이 두피에 접촉하게 되어, 두피와의 접촉 면적(S2)은 점차 커지게 된다. 도 6c에 도시되듯이, 가해지는 힘(F3)이 더욱 커지게 되면, 센서 전극(151)의 돌기부(151b)는 더욱 휘어지면서 돌기부(151b)의 둘레 외면과 두피의 접촉 면적(S3)이 더욱 커지게 된다. 이와 같이 접촉 면적을 늘어나게 되면, 센서 전극(151)과 두피 사이의 임피던스가 낮은 값을 가지게 되어, 신호 왜곡을 최소화할 수 있게 된다.
도 7 및 도 8은 센서 유닛(150)이 머리(1)에 부착되는 경우를 예시적으로 도시한다. 도 7 및 도 8에 도시되는 바와 같이, 머리(1)에서 생체신호(즉, 뇌파)를 측정하고자 할 때, 머리(1)에 조밀하게 위치하는 머리카락들(3)은 센서 전극(151)이 두피에 맞닿는 데에 방해물이 될 수 있다. 이에 센서 전극(151)의 테이퍼부(151a)는 돌기부(151b)가 머리카락들(3) 사이를 들어갈 수 있도록 돌기부(11b)를 지지하며, 센서 전극(151)의 돌기부(151b)는 그 직경이 테이퍼부(151a)의 직경에 비해 작으므로 머리카락들 사이에 용이하게 진입하여 두피에 도달할 수 있다. 또한, 돌기부(11b)는 용이하게 휘어질 수 있으므로 두피와 맞닿는 접촉면적을 넓게 확보할 수 있다.
도 9는 본 실시예의 센서 전극과 비교예의 센서 전극의 신호대잡음비(singal-to-noise ratio, SNR) 및 압박감의 관계를 도시한 그래프이다. 도 9를 참조하면, 사람 머리에서 뇌파를 측정하고자 할 때, 센서 전극의 형상에 따라 SNR과 사람이 느끼게 되는 압박감이 달라짐을 볼 수 있다. 가령, 종래의 반구 형상의 센서 전극은 두피의 머리카락 때문에 두피에 온전히 접촉하는 것이 용이하지 않으므로, 노이즈 성분이 많아, SNR 특성이 나쁘게 된다. 반면에, 본 실시예의 센서 전극(151)은 깔대기 형상을 가짐에 따라, 두피의 머리카락 사이를 통과하여 두피에 온전히 접촉하는 것이 용이하며, 따라서 SNR 특성이 우수하다. 또한, 종래의 원뿔형 센서 전극은 그 끝단이 뽀족하여 두피에서 느끼게 되는 압박감이 상대적으로 크다. 반면에, 본 실시예의 센서 전극(151)은 두피에 맞닿는 돌기부(151b)가 휘어지면서 돌기부(151b)의 둘레 외면으로 두피에 접촉하게 되므로, 두피에서 느끼게 되는 압박감이 낮게 된다.
다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 전극 받침대(153)은 복수의 센서 전극(151)들을 지지한다. 전극 받침대(153)은 비전도성 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 경성 혹은 연성의 플라스틱 수지로 형성될 수 있다. 센서 전극(151)의 센서 회로부(160)는 전극 받침대(153) 내부에 매립되거나, 전극 받침대(153)의 센서 전극(151)이 설치된 면의 이면쪽에 인쇄 회로 형태로 형성될 수 있다. 센서 회로부(160)는 센서 전극(151)의 케이블(158)을 통해 메인 회로부(110)에 전기적으로 연결된다.
도 10을 참조하면, 센서 유닛(150)은 전극 받침대(153)의 내부에 매립되어 있는 센서 회로부(160)를 포함할 수 있다. 센서 회로부(160)는 아날로그 회로(161)와 디지털 회로(162)를 포함할 수 있다.
아날로그 회로(161)는 센서 전극들(151)에서 검출되는 미약한 생체신호들을 입력받아 증폭시킨다. 일 예로, 센서 전극들(151)에서 검출되는 미약한 생체신호들은 모두 합산되어 증폭될 수 있다. 다른 예로, 센서 전극들(151)에서 검출되는 생체신호들은 개별적으로 증폭되거나 또는 그룹지어 합산된 후 증폭될 수도 있다.
디지털 회로(162)는 아날로그 회로(161)에서 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 아날로그-디지털 변환회로(Analog to Digital Converter, ADC)와, 케이블(158)을 통해 디지털 신호가 출력될 수 있도록 하는 유선 통신 모듈을 포함할 수 있다.
케이블(158)은 생체신호용 배선과, 센서 회로부(160)를 구동하는데 요구되는 배선을 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서 회로부(160)를 구동하는데 요구되는 배선은 예를 들어, 전원 공급을 위한 Vcc 라인 및 GND 라인, 검출된 생체신호의 기준을 설정하는 레퍼런스 신호용 라인, 샘플링 타이밍 동기를 위한 라인을 포함할 수 있다. 물론, 센서 회로부(160)를 구동하는데 요구되는 배선 라인들 중 일부는 생략될 수도 있다.
상기와 같이 센서 유닛(150)에 센서 회로부(160)를 마련함으로써, 신호 노이즈를 최소화 하기 때문에 신호 품질을 향상 시킬 수 있다. 가령, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시킴으로써, 센서 전극(151)에 본체(110)의 메인 회로부(도 16의 140)으로 생체신호를 전송하는 과정에서 유입되는 노이즈를 억제하거나 제거할 수 있다.
도 11은 센서 지지부(120)를 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 12는 센서 지지부(120)를 개략적으로 도시한 평면도이며, 도 13a 내지 도 13c는 누르는 힘에 따른 센서 지지부(120)의 형상 변화를 도시한다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 본 실시예의 센서 지지부(120)는 센서 유닛(도 3의 150)을 지지하는 것으로서, 나선형 스프링(121)과, 나선형 스프링(121)의 일단(121a)에 마련된 센서 장착부(122)를 포함한다.
나선형 스프링(121)은 원형의 나선으로 말린 스프링으로서, 플라스틱 혹은 금속과 같은 탄성(elasticity)을 가진 재질로 형성될 수 있다. 탄성이라 함은 외력이 가해질 때는 그 모양이 일정 정도로 바뀌었다가 외력이 없어지면 다시 본디의 모양으로 되돌아가는 성질을 의미한다. 나선형 스프링(110)이 놓이는 면을 xy 평면이라고 할 때, 센서 장착부(122)는 x축 방향, y축 방향, 및 z축 방향(즉, 3축 방향)으로 탄성적으로 움직일 수 있다. 이와 같은 나선형 스프링(121)은 센서 유닛(150)을 3축 방향으로 탄성적으로 지지할 수 있다. 달리 말하면, 본 실시예의 센서 지지부(120)은 센서 유닛(150)이 공간상의 임의의 방향으로 움직이는 것을 허용한다. 센서 지지부(120)는 연결 프레임(130)을 통해 본체(110)에 연결된다. 머리(1)의 움직임에 따라 본체(110)의 고정 위치가 약간씩 움직일 수 있으며, 이에 따라 연결 프레임(130)의 끝단이 흔들릴 수 있다. 또는 얼굴 표정의 변화등에 따라 두피가 약간씩 움직이고 이에 따라 센서 유닛(150)과 본체(110) 사이의 상대 위치가 약간씩 움직일 수 있다. 이때, 센서 지지부(120)는 센서 유닛(150)을 3축 방향으로 탄성적으로 지지하므로, 센서 유닛(150)과 본체(110) 사이의 상대적 위치가 변동되더라도, 센서 유닛(150)이 최초에 부착된 위치에 안정적으로 부착되어 있을 수 있다.
또한, 나선형 스프링(110)은 나선형 스프링(110)이 놓이는 면(xy 평면)에 수직한 방향(z 방향)의 탄성이 xy 평면에 평행한 방향(x 방향, y 방향)의 탄성보다 크게 함으로써, 센서 유닛(150)을 머리(1)쪽으로 가압하는 힘(즉, z 방향의 탄성력)을 xy 평면에 평행한 방향에서의 복원력(즉, x 방향 및 y 방향의 탄성력)보다 크게 할 수 있다. 예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 나선형 스프링(110)은 판형 탄성 부재를 폭 방향을 z축으로 세운 상태로 원형의 나선으로 말린 형상을 가짐으로써 상기와 같이 z축 방향의 탄성을 xy 평면에 평행한 방향의 탄성보다 크게 할 수 있다. 물론, 나선형 스프링(110)의 3축 방향의 탄성이 모두 같게 형성하거나, 혹은 z축 방향의 탄성이 xy평면 방향의 탄성력보다 작게 형성하거나, 혹은 3축 방향의 탄성력을 모두 다르게 형성할 수도 있을 것이다.
도 13a 내지 도 13c는 누르는 힘에 따른 센서 지지부(120)의 형상 변화를 도시한다. 도 13a은 센서 지지부(120)에 힘이 작용하지 않은 상태를 도시한다. 도 13a에 도시되듯이, 나선형 스프링(110)은 센서 장착부(122)가 위치하는 나선형 스프링(121)의 일단(121a)이 나선형 스프링(121)이 놓이는 면(xy 평면)에 대해 수직한 방향(z축 방향)으로 돌출되도록 형성될 수 있다. 도 13b 및 도 13c에 도시되듯이, 센서 장착부(122)쪽을 힘 F1, F2으로 수직하게 가압하게 되면, 나선형 스프링(121)의 돌출부분(즉, 센서 장착부(122)은 점차 안쪽으로 들어가게 된다. 이와 같이 나선형 스프링(110)의 센서 장착부(120)가 돌출됨에 따라, 나선형 스프링(110)의 돌출 구조에 의해 센서 유닛(150)의 면적이 나선형 스프링(110)의 크기에 의해 제한받지 않고 센서 유닛(150)이 수직 방향으로 움직이는 공간을 확보할 수 있다.
본 실시예의 센서 지지부(120)는 힘이 작용하지 않은 상태에서 나선형 스프링(121)의 센서 장착부(122)가 위치하는 일단(121a)이 나선형 스프링(121의 타단(121b) 대해 돌출되도록 형성되고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 힘이 작용하지 않은 상태에서 나선형 스프링(121) 전체가 평면 내에 있을 수도 있음은 물론이다.
다시 도 11 및 도 12를 참조하면, 센서 지지부(120)의 나선형 스프링(121)의 내측 단부(121a)에는 센서 장착부(122)가 마련된다. 센서 장착부(122)의 홈 및 센서 유닛(150)의 결합부(155)는 서로 맞물려 장착될 수 있다. 센서 장착부(122)는 일 예로, 원형 홈 형상을 가지며, 센서 유닛(150)의 전극 받침대(153)의 배면에서 돌출된 원기둥 형상의 결합부(155)가 센서 장착부(122)의 홈에 삽입된다. 센서 유닛(150)이 센서 장착부(122)에 장착되는 방식은 본 실시예를 제한하지 않는다. 예를 들어 센서 유닛(150)의 결합부(155)는 정사각 기둥, 직사각기둥, 삼각 기둥, 오각 기둥, 육각 기둥 등의 형상을 지닐 수 있으며, 센서 장착부(122)는 이러한 형상에 맞물리는 홈 형상을 지닐 수 있다. 나아가, 센서 장착부(122)은 평평한 면일 수 있으며, 센서 유닛(150)은 접착 방식으로 센서 장착부(122)에 장착될 수도 있다.
센서 지지부(120)는 연결 프레임(130)과 일체로 형성될 수 있다. 센서 지지부(120)의 나선형 스프링(121)과 연결 프레임(130)의 연결 부분(즉, 나선형 스프링(121)의 외측 타단(121b)이 위치하는 부분)은 직선 혹은 곡선의 완만한 형상을 가질 수 있다. 가령, 도 12에 도시되듯이, 나선형 스프링(121)와 연결 프레임(130)의 연결 부위의 외관은 소정의 곡률(R)로 부드럽게 이어져 있을 수 있다. 이에 따라, 센서 지지부(120)가 센서 유닛(150)을 탄성적으로 지지함에 따라 발생되는 기계적 스트레스가 나선형 스프링(121)와 연결 프레임(130)의 연결 부분에 집중되는 것을 완화시킬 수 있어, 센서 지지부(120)의 기계적 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 14는 본 실시예의 생체신호 측정장치(100)의 귀 삽입고리(118)에 설치되는 레퍼런스 전극(170)을 개략적으로 도시한다. 도 14에 도시되듯이, 레퍼런스 전극(170)은 귀 삽입고리(118)에 설치될 수 있다. 레퍼런스 전극(170)은 고리 형상을 가지며, 귀 삽입고리(118)에 결합될 수 있다. 달리 말하면, 귀 삽입고리(118)는 레퍼런스 전극(170)의 전극 받침대로 기능할 수 있다. 귀 삽입고리(118)가 귀(5)의 외이에 삽입되게 되면, 레퍼런스 전극(170)의 외주면이 귀(5)의 외이 피부에 맞닿아, 생체신호를 측정하게 된다. 레퍼런스 전극(170)은 센서 유닛(150)에서 측정되는 생체신호(즉, 뇌파)의 기준 전압을 제공한다. 귀 삽입고리(118) 및 레퍼런스 전극(170)은 중앙부(171)쪽이 뚫린 고리 형상을 지님에 따라, 착용하더라도 외부의 소리 유입을 방해하지 않을 수 있다.
경우에 따라서는 레퍼런스 전극(170)은 생략될 수도 있다. 또는, 레퍼런스 전극(170)을 대신하여, 그라운드 전극(미도시)이 귀 삽입고리(118)쪽에 마련될 수도 있다. 그라운드 전극은 머리(1)에 접지되어, 센서 유닛(150)에서 측정되는 생체신호의 노이즈를 제거하는 역할을 수행할 수 있다. 본 실시예의 생체신호 측정 장치(100)은 머리(1)의 양쪽 귀(5)에 각각 설치될 수 있는 바, 좌귀 및 우귀 중 어느 한 쪽에 착용되는 본체(110)의 귀 삽입고리(118)에 레퍼런스 전극(170)이 설치되고, 한 쪽에 착용되는 본체(110)의 귀 삽입고리(118)에 그라운드 전극이 설치될 수도 있다.
도 15는 본 실시예의 생체신호 측정장치(100)의 보조 프레임(190)을 도시한다. 도 15를 참조하면, 생체신호 측정장치(100)는 본체(110)를 머리(1)에 고정시키는 머리 띠 형상의 보조 프레임(190)을 더 포함할 수 있다. 보조 프레임(190)은 본체(110)에 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 전술한 바와 같이 본체(110)에는 복수의 슬롯(112)들이 마련되어 있는바, 슬롯(112)들은 연결 프레임(130) 및 보조 프레임(190)에 공용으로 사용될 수도 있다. 이 경우, 보조 프레임(190)은 비어있는 하나 혹은 복수의 슬롯(112)에 끼워져, 본체(110)를 머리(1)에 안정적으로 고정시킬 수 있게 된다. 생체신호 측정 장치(100)는 머리(1)의 좌우 양쪽 귀에 착용될 수 있는바, 이 경우 본체(110)는 보조 프레임(190)의 양단에 결합되어 생체의 좌우 귀에 착용되는 한 쌍일 수 있다.
본체(110)에는 센서 유닛(150)에서 획득된 생체신호를 처리하는 메인 회로부(140)가 내장될 수 있다. 도 16은 본 실시예의 생체신호 측정장치(100)의 개략적인 블록도이다. 도 16을 참조하면, 메인 회로부(140)는 제어부(141), 사용자의 제어명령을 입력받는 사용자 인터페이스(143), 메모리(144), 및 통신부(145)를 포함할 수 있다.
제어부(141)는 센서 유닛(150)에서 획득된 생체신호로부터 유의미한 뇌파 정보를 생성한다. 센서 전극(151)을 통해 얻어낸 신호는 그대로 뇌파 데이터로 이용되지는 않을 수 있다. 센서 전극(151)을 통해 들어온 신호에는 뇌파 외에도 다양한 신호가 섞여 있다. 두피와 가까이 있는 눈의 움직임과 근육의 움직임, 혀의 움직임, 그리고 심장의 박동까지 전극에 흘러 들어와 뇌파 측정에 영향을 미친다. 가령 눈꺼풀의 움직임에 의한 신호는 자주 일어나지는 않지만 발생하는 전위의 세기가 커 실제 뇌파와 쉽게 헷갈릴 수 있다. 제어부(141)는 이러한 불필요한 정보를 제거할 수 있다. 나아가, 제어부(141)는 뇌파 정보를 주파수별로 α파, β파, γ파 등을 분류하여 처리할 수도 있다. 나아가, 제어부(141)는 센서 전극(151)을 통해 얻어낸 뇌파 신호를 기초로 사용자의 상태를 결정할 수도 있다. 가령, 제어부(141)는 센서 전극(151)을 통해 얻어낸 뇌파 신호를 기설정된 뇌파 모델의 알고리즘에 따라 분석하여 사용자가 위급상황에 있는지 여부를 결정할 수도 있다 (도 60 내지 도 65 참조). 경우에 따라서는, 뇌파 정보의 추가적인 처리는 생체신호 측정장치(100)와 유선 혹은 무선으로 통신하는 외부의 장치(예를 들어, 도 59의 1200)에서 맡음으로써, 제어부(141)에서 처리하는 부담을 경감시킬 수도 있다.
나아가, 제어부(141)는 생체신호 측정장치(100)의 각종 기능을 제어한다. 예를 들어, 제어부(141)는, 메모리(144)에 저장된 프로그램들을 실행함으로써, 센서 유닛(150), 사용자 인터페이스(143), 통신부(145), 메모리(144) 등을 전반적으로 제어할 수 있다. 일 예로, 사용자의 상태가 위급상황인 경우, 제어부(141)는 통신부(145)를 제어하여 외부 장치에 사용자의 위급상황에 대한 정보를 전송하거나 출력장치(미도시)를 제어하여 하여금 경보를 발행할 수 있도록 할 수 있을 것이다.
사용자 인터페이스(143)는 생체신호 측정장치(100)를 제어하기 위한 데이터를 입력받는다. 예를 들어, 사용자 인터페이스(143)는 스위치 등을 포함하며 온/오프나, 작동모드 등의 사용자의 제어명령을 입력받는다.
메모리(144)는 센서 유닛(150)에서 획득된 생체신호의 원본 데이터이거나 혹은 제어부(141)에서 생성한 생체에 대한 정보를 저장할 수 있다. 또한, 메모리(144)는 생체신호 측정 장치(100)의 동작 제어에 필요한 프로그램이나, 생체신호의 분석에 필요한 뇌파 모델 알고리즘이나, 인증정보 등이 저장되어 있을 수 있다. 나아가, 메모리(144)는 사용자의 상태 정보(예를 들어, 위급상황에 해당되는 뇌파 패턴, 투약이 필요한 상황에 해당되는 뇌파 패턴 등)를 저장하여, 제어부(141)에서 사용자의 상태를 결정할 수 있게 할 수도 있다.
통신부(145)는 유선 통신모듈 및 무선 통신모듈 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 무선 통신모듈은 예를 들어 근거리 통신 모듈이나 이동 통신 모듈을 포함할 수 있다. 근거리 통신 모듈은 소정 거리 이내의 근거리 통신을 위한 모듈을 의미한다. 일 예로, 근거리 통신 기술에는 무선 랜(Wireless LAN), 와이파이(Wi-Fi), 블루투스, 지그비(ZigBee), WFD(Wi-Fi Direct), UWB(ultra wideband), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), BLE (Bluetooth Low Energy), NFC(Near Field Communication) 등이 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이동 통신 모듈은 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다. 유선 통신 모듈은 전기적 신호 또는 광 신호를 이용한 통신을 위한 모듈을 의미하며, 일 실시예에 의한 유선 통신 기술에는 트위스티드 페어 케이블(twisted pair cable), 동축 케이블, 광섬유 케이블, 이더넷(ethernet) 케이블 등이 있을 수 있다. 통신부(145)는 센서 유닛(150)에서 획득된 생체신호를 수신하고, 제어신호등을 전송한다. 또한, 통신모듈(145)은 센서 유닛(150)에서 획득된 생체신호 및 제어부(141)에서 생성한 생체에 대한 정보 중 적어도 어느 하나를 외부의 전자 장치에 전송하고, 외부의 전자 장치로부터 제어 신호나 신호처리에 필요한 정보를 수신할 수 있다.
본체(110)에는 제어부(141)에서 생성한 생체에 대한 정보를 표출하는 출력 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. 출력장치는 스피커, 진동모듈, 램프, 및 디스플레이 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이러한 출력장치는 제어부(141)에서 처리된 생체에 대한 정보를 표시하거나, 긴급한 상황을 알리는 알람을 출력할 수 있다.
또한, 메인 회로부(140)는 메인 회로부(140) 및 센서 유닛(150)의 구동을 위한 배터리 및 에너지 하베스트 모듈 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
전술한 실시예에서 연결 프레임(130)은 본체(110)의 슬롯(112)에 탈부착되는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 연결 프레임(130)은 본체(110)과 일체로 형성될 수도 있다. 가령, 3D 프린터를 활용하는 경우, 사용자의 두상에 최적화되게 본체(110) 및 연결 프레임(130)을 일체의 플라스틱 몰드로 형성할 수 있을 것이다.
도 5 내지 도 8을 참조하여 설명한 실시예는 센서 전극(151)이 원뿔 형상의 테이퍼부(151a)와, 원통 형상의 돌기부(151b)로 형성된 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 17a 내지 도 17d는 센서 전극의 다양한 변형예들을 도시한다. 예를 들어, 도 17a에 도시된 바와 같이, 센서 전극(151-1)은 타원뿔 형사의 테이퍼부(151-1a)와 타원뿔 형상의 테이퍼부(151-1a)의 일단에서 연장된 타원기둥형 돌기부(151-1b)를 포함할 수 있다. 타원뿔 형상의 테이퍼부(151-1a)는 도 17a에 도시된 것과 같이 횡단면(151-1c)이 타원이다. 여기서, 테이퍼부(151-1a)가 타원뿔 형상이라 함은 엄밀한 의미에서 타원뿔대를 의미하며, 돌기부(151-1b)는 타원뿔대의 상면부분에 마련된 것으로 이해될 수 있다. 돌기부(151-1b)의 끝단은 도시된 것같이 반구와 같은 무딘 형상을 가질 수 있다. 또 다른 예로, 도 17b에 도시된 바와 같이, 센서 전극(151-2)은 다각뿔 형상의 테이퍼부(151-2a)와 다각뿔 형상의 테이퍼부(151-2a)의 일단에서 연장된 원통형 돌기부(151-2b)를 포함할 수 있다. 다각뿔은 예를 들어, 삼각뿔, 사각뿔, 오각뿔 등일 수 있다. 또 다른 예로, 도 17c에 도시된 바와 같이, 센서 전극(151-3)은 다각뿔 테이퍼부(151-3a)와 다각뿔 테이퍼부(151-3a)의 일단에서 연장된 다각기둥 형상의 돌기부(151-3b)를 포함할 수 있다. 여기서, 테이퍼부(151-2a, 151-3a)가 다각뿔 형상이라 함은 엄밀한 의미에서 다각뿔대를 의미하며, 돌기부(151-2b, 151-3b)는 다각뿔대의 상면부분에 마련된 것으로 이해될 수 있다. 또 다른 예로, 도 17d에 도시된 바와 같이, 테이퍼부(151-4)는 횡단면(151-4c)이 유선형 형상을 갖는 유선형 뿔 형상일 수도 있을 것이다. 상기와 같은 조합 외에도, 센서 전극은 타원뿔, 다각뿔 등의 테이퍼부와, 테이퍼부에서 돌출된 원기둥, 타원기둥, 다각기둥 등의 돌기부가 조합 가능한 다양한 형태가 채용될 수 있다. 센서 전극의 테이퍼부는 비정형 횡단면을 갖는 뿔 형태도 가능할 것이다. 나아가, 테이퍼부 및/또는 돌기부는 중심축이 전극 받침대(153)에서 수직한 경우뿐만 아니라 비스듬할 수도 있을 것이다. 한편, 테이퍼 형상은 타단에서 일단(즉, 돌기부가 마련된 쪽)으로 갈수록 단면적이 단조 감소하는 경우로 한정되는 것은 아니다. 달리 말하면, 테이퍼 형상은 타단에서 일단으로 갈수록 대부분의 구간에서 단면적이 단조 감소하고. 일부 구간에서 단면적이 일정할 수도 있다.
도 18은 센서 전극의 또 다른 변형예를 도시한다. 도 18에 도시된 바와 같이, 센서 전극(151-5)은 테이퍼부(151-1a)의 외면과 돌기부(151-5b)의 외면이 외형적으로 구분되지 않고 부드러운 곡면으로 이어져 있을 수도 있다. 나아가, 테이퍼부(151-5a)와 돌기부(151-5b)의 외면 즉, 센서 전극(151-5)의 빗면은, 원뿔의 빗면에 비해 안쪽으로 오목하게 들어가 있을 수 있다. 달리 표현하면, 센서 전극(151-5)의 바닥면을 기준으로 센서 전극(151-5)의 종단면을 보았을 때, 테이퍼부(151-5a)에서 돌기부(151-5b) 쪽으로 갈수록 기울기가 점차 가파른 형상을 지닐 수 있다. 이와 같은 센서 전극(151-5)은 돌기부(151-51b)쪽으로 갈수록 급격히 횡단면적이 작아져, 끝단으로 갈수록 휨성이 급격이 커지게 된다. 따라서, 센서 전극(151-5)에서 휨성이 상대적으로 큰 부분을 돌기부(151-5b)으로 이해할 수 있을 것이다.
도 19a 및 도 19b는 센서 전극의 또 다른 변형예를 도시한다. 센서 전극(151-6)은 돌기부 구조 없이 테이퍼부만으로 이루어지되, 도 19b에 도시되듯이 횡단면은 타원형 형상을 가질 수 있다. 센서 전극(151-6)의 끝단은 반구와 같은 무딘 형상을 가질 수 있다. 이와 같이 센서 전극(151-6)의 횡단면이 타원형 형상을 가짐에 따라, 생체의 표면상의 방해물을 용이하게 회피하면서 생체의 표면에 접촉할 수 있다. 예를 들어 두피에서 생체신호(즉, 뇌파)를 측정하고자 할 때, 두피에 조밀하게 위치하는 머리카락들이 방해물이 될 수 있는바, 센서 전극(151-6)의 타원뿔 형상은 머리카락들 사이에 용이하게 진입하여 두피에 도달할 수 있도록 할 수 있다. 센서 전극(151-6)의 횡단면 형상은 타원형에 제한되지 아니하며, 예를 들어 센서 전극(151-6)은 도 20에 도시되는 바와 같이 횡단면이 유선형 형상인 형상을 가질 수도 있다.
전술한 실시예들에서 센서 전극은 테이퍼부가 있는 경우들을 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 1의 생체신호 측정장치(100)에 적용되는 센서 유닛(150)에는 테이퍼부가 없고 기둥형상의 돌기부(예를 들어, 도 5의 151b)만이 있는 센서 전극들이 채용될 수도 있다. 이 경우, 센서 전극은 생체 부위에 접촉시 가압하는 힘에 의해 생체 전극(즉, 돌기부)가 휘어져 생체 전극의 측부, 즉 둘레 외면이 생체 부위에 맞닿게 되어 생체신호를 센싱하게 될 것이다.
나아가, 도 1의 생체신호 측정장치(100)에 적용되는 센서 유닛(150)에는 반구 형상의 센서 전극들이나, 다단 구조의 돌기부를 갖는 센서 전극들이 채용될 수도 있다.
도 21a 내지 도 21e는 다른 실시예들에 따른 센서 지지부를 개략적으로 도시한다.
도 3, 도 11, 도 12, 도 13a 내지 도 13c를 참조하여 설명한 실시예의 센서 지지부(120)는 원형으로 말린 나선형 스프링(121)을 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 21a에 도시되듯이, 센서 지지부(120-1)는 마름모 형상으로 나선이 감겨진 나선형 스프링(121-1)을 가질 수도 있다. 마름모 형상의 나선형 스프링(121-1)은 디자인적 요소가 가미된 형상의 일 예로서, 그밖의 다양한 비정형적인 형상을 갖는 나선형 스프링이 채용될 수 있을 것이다. 나선형 스프링(121-1)의 내측 일단(121-1a)에는 센서 장착부(122)가 마련되고, 나선형 스프링(121-1)의 타단(121-1b)와 연결 프레임(130)는 완만한 곡선으로 이어져 있을 수 있다.
또한, 도 3, 도 11, 도 12, 도 13a 내지 도 13c를 참조하여 설명한한 실시예의 센서 지지부(120)가 나선형 스프링(121) 및 센서 장착부(122)만으로 이루어진 구조를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 21b에 도시되듯이, 센서 지지부(120-2)는 나선형 스프링(121-2)의 외곽을 둘러싸는 테두리 지지대(123)를 더 포함할 수 있다. 테두리 지지대(123)는 나선형 스프링(121-2)를 보호하면서 지지한다. 테두리 지지대(123)는 연결 프레임(130)에 연결된다. 테두리 지지대(123)와 연결 프레임(130)의 외관은 완만한 곡선으로 이어져 있을 수 있다. 가령, 도 21b에 도시되듯이, 테두리 지지대(123)와 연결 프레임(130)의 외관은 소정의 곡률(R)로 부드럽게 이어져 있을 수 있다.
또한, 도 3, 도 11, 도 12, 도 13a 내지 도 13c를 참조하여 설명한 실시예들의 센서 지지부(120, 120-1, 120-2)는 하나의 나선형 스프링(121, 121-1, 121-2)를 구비한 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 21c에 도시되듯이, 센서 지지부(120-3)는 2개의 나선형 스프링(121-3a, 121-3b)을 구비하거나 혹은 도 21d에 도시되듯이, 센서 지지부(120-4)는 3개의 나선형 스프링(121-4a, 121-4b, 121-4c)을 구비할 수 있다. 물론, 개시된 실시예들에서 센서 지지부를 이루는 나선형 스프링의 개수는 예시적인 것이며, 이에 제한되지 않는다. 나선형 스프링의 개수가 증가됨에 따라 좀 더 균일한 탄성을 제공하여 센서 유닛(150)을 지지하는 힘의 분산이 이루질 수 있다. 또 다른 예로, 도 21e에 도시되듯이, 센서 지지부(120-5)는 타원형으로 말린 나선형 스프링(112)을 가질 수도 있다. 이 경우, 센서 지지부(120-5)는 나선형 스프링(121-5a, 121-5b)의 외곽을 둘러싸는 타원형 형상의 테두리 지지대(123-5)를 더 포함할 수 있다. 테두리 지지대(123-5)와 연결 프레임(130)의 외관은 부드럽게 이어져 있을 수 있다. 이와 같이 나선형 스프링의 형상은 타원형이나 그밖의 다양한 형상으로 변형되어 디자인적 요소를 가미할 수도 있다.
도 21b 내지 도 21e에 도시된 센서 지지부(120-2, 120-3, 120-5)의 나선형 스프링은 평면내에 위치할 수도 있다. 또는 도 11을 참조하여 설명한 실시예와 같이 센서 장착부(122) 쪽 끝단이 테두리 지지대(123)가 연결된 부위보다 돌출되어 있을 수도 있다.
나선형 스프링(110)은 센서 전극을 3축 방향으로 움직임이 가능하도록 탄성 지지하는 지지구조의 일 예며, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 22a는 또 다른 실시예에 따른 센서 지지부(120-6)를 개략적으로 도시한다. 도 22a를 참조하면, 센서 지지부(120-6)는 센서 유닛(150)이 장착되는 센서 장착부(122)를 사이에 두고 소정 거리 이격되어 외곽을 둘러싸는 테두리 지지대(123)와 센서 장착부(122)와 테두리 지지대(123)를 연결하는 4개의 스프링(121-6)을 포함할 수 있다. 상기 스프링(121-6)은 코일 형태의 용수철이나, 고무 밴드나, 그밖의 공지된 탄성부재일 수 있다. 4개의 스프링(121-6)은 센서 장착부(122)를 3축 방향으로 움직임이 가능하도록 탄성 지지한다. 4개의 스프링(121-6)의 탄성력을 적절히 설계함으로써, 센서 지지부(120-6)가 놓이는 면쪽으로 작용하는 탄성력보다 이에 수직한 방향의 탄성력을 더 크게 하거나, 혹은 수직축 방향의 탄성이 평면 방향의 탄성력보다 작게 형성하거나, 혹은 3축 방향의 탄성이 모두 같게 형성하거나, 혹은 3축 방향의 탄성력을 모두 다르게 형성할 수도 있다. 본 실시예는 지지구조로 4개의 스프링(121-6)가 마련된 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 스프링(121-6)의 개수는 본 실시예를 제한하지 않는다.
도 22b는 또 다른 실시예에 따른 센서 지지부(120-7)를 개략적으로 도시한다. 도 22b를 참조하면, 센서 지지부(120-7)는 센서 유닛이 장착되는 센서 장착부(122)를 사이에 두고 소정 거리 이격되어 외곽을 둘러싸는 제1 테두리 지지대(123-7a)와 제1 테두리 지지대(123-7a)를 사이에 두고 소정 거리 이격되어 외곽을 둘러싸는 제2 테두리 지지대(123-7b)를 포함한다. 센서 장착부(122)와 제1 테두리 지대(123-7a)는 5개의 제1 스프링(121-7a)에 의해 탄성 연결되며, 제1 테두리 지지대(123-7a)와 제2 테두리 지지대(123-7b)는 5개의 제2 스프링(123-7b)에 의해 탄성 연결된다. 제1 스프링(121-7a)의 탄성계수와 제2 스프링(123-7b)의 탄성계수는 같거나 혹은 서로 다를 수 있다. 물론, 제1 및 제2 스프링(121-7a, 121-7b)의 개수는 본 실시예를 한정하지 않는다. 나아가, 본 실시예는 테두리 지지대가 2개인 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 3개 이상일 수도 있을 것이다.
전술한 실시예에서 센서 유닛(150)은 아날로그 회로(161) 및 디지털 회로(162)를 구비한 센서 회로부(160)를 포함하고 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 실시예에서 센서 유닛(150)은 케이블(158)이 외부로 노출되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 23은 또 다른 실시예에 따른 센서 지지부(120-8)를 개략적으로 도시한다. 도 23을 참조하면, 본 실시예의 센서 지지부(120-8)는 내부에 배선이 매립되어 있는 나선형 스프링(121-8)을 포함한다. 센서 지지부(120-8)의 센서 장착부(122-8)에는 센서 유닛(150)이 장착될 때 전기적 접속을 위한 접속 단자들(124)이 마련될 수 있다. 이 경우, 센서 유닛(도 3의 150)의 돌출부(150)에는, 케이블(158)을 대신하여, 센서 장착부(122-8)의 접속 단자들(124)과 전기적 접촉을 위한 접속 단자들(미도시)이 마련될 수 있다. 전술한 바와 센서 지지부(120-8)는 연결 프레임(130)과 일체로 형성될 수 있는바, 이 경우 연결 프레임(130) 역시 배선(139)이 내부에 매립되어 있을 수 있다. 다른 예로, 센서 지지부(120) 및 연결 프레임(130)의 내부가 빈 공간으로 되어 있어서, 케이블이 삽입되어 있을 수 있다. 또는 센서 지지부(120) 및 연결 프레임(130)의 내부 자체가 전도체로 형성되어, 케이블(158)의 기능을 수행하도록 할 수도 있다.
전술한 실시예들에서 센서 유닛(150)은 하나의 전극 받침대(153)에 복수의 센서 전극(151)들이 마련된 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 하나의 전극 받침대(153)에 하나의 센서 전극(151)이 마련되어 있을 수 있다. 또한, 전극 받침대(153)는 센서 장착부(도 11의 122)와 일체로 형성되어, 구조적으로 구분되지 않을 수도 있다. 따라서, 전술한 실시예들에서 센서 유닛(150)은 혼동이 없는 범위내에서 하나의 개별적인 센서 전극(151)으로 이해될 수도 있다.
도 10을 참조한 센서 유닛(150)의 센서 회로부(160)는 아날로그 회로와 ADC 및 유선통신 모듈을 포함한 디지털 회로(162)를 갖고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 24a는 센서 유닛(150)의 전극 받침대(153) 내에 배선 회로를 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 24a를 참조하면, 센서 유닛(150)은 전극 받침대(153)과, 전극 받침대(153) 상에 마련되는 복수의 센서 전극들(151)을 포함한다. 전극 받침대(153)은 비전도성 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 플라스틱 수지로 형성될 수 있다. 센서 전극들(151)에 전기적으로 연결된 배선회로(160-1)는 전극 받침대(153) 내부에 매립되거나, 전극 받침대(153)의 센서 전극들(151)이 설치된 면 혹은 그의 이면쪽에 인쇄 회로 형태로 형성될 수 있다. 배선회로(160-1)는 센서 전극들(151)을 공통 연결하여 센서 전극들(151)에서 측정된 생체신호들을 모두 합하여 케이블(158)을 통해 출력될 수 있다. 예를 들어, 배선회로(160-1)는 센서 전극들(151)을 직렬로 연결하여 측정된 생체신호들의 전압을 합할 수 있다. 또 다른 예로, 배선회로(160-1)는 센서 전극들(151)을 병렬로 연결하여 측정된 생체신호들의 전류를 합할 수도 있다. 이때 출력되는 생체신호는 아날로그 신호일 수 있다. 이와 같이 복수의 센서 전극들(151)에서 측정된 생체신호들을 모두 합해짐에 따라 미약한 생체신호의 검출 신호를 좀 더 강화시킬 수 있다. 다른 예로, 센서 전극들(151)은 배선회로(45)에 의해 개별적 혹은 그룹지어 연결되어, 센서 전극들(151)에서 측정된 생체신호들이 개별적으로 혹은 그룹지어 합쳐진 상태로 외부로 출력될 수도 있다. 본 실시예는 케이블(158)을 통해 아날로그의 생체 신호를 출력하므로, 별도의 전원 라인이나 회로 구동용 라인이 필요하지 않다.
도 24b는 센서 유닛(150)의 센서 회로부의 다른 예를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 24b를 참조하면, 센서 회로부(160-2)는 아날로그 회로(161), ADC(163), 유선 통신모듈(164)과 함께, 무선 통신모듈(165)을 추가적으로 포함할 수도 있다. 무선 통신모듈(165)은 예를 들어 무선 랜, 와이파이, 블루투스, 지그비, WFD, UWB, 적외선 통신, BLE, NFC 등이 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 유선 통신모듈(164)과 무선 통신모듈(165)은 선택적으로 센서 전극들(151)에서 검출되는 생체신호를 유선 또는 무선으로 본체(110) 혹은 외부의 전자 장치에 전송할 수 있다. 물론, 센서 회로부(160-2)는 유선 통신모듈 없이 무선 통신모듈(165)만을 포함할 수도 있을 것이다.
도 24c는 센서 유닛(150)의 센서 회로부의 또 다른 예를 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 24c를 참조하면, 센서 회로부(160-3)는 아날로그 회로(161), ADC(163), 유선 통신모듈(164), 및 무선 통신모듈(165)과 함께 배터리(166)를 더 포함할 수도 있다. 이 경우, 케이블(158)에서 전력 라인이 생략될 수 있다. 다른 예로, 케이블(158)에 전력 라인이 마련되고, 배터리(166)는 예비적으로 사용될 수도 있다.
도 24d는 센서 유닛(150)의 센서 회로부의 또 다른 예를 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 24d를 참조하면, 센서 회로부(160-4)는 아날로그 증폭회로(161), ADC(163), 무선 통신모듈(165), 및 배터리(166)를 포함하며, 유선 통신모듈은 없을 수도 있다. 이 경우, 센서 유닛(150)은 무선 통신모듈(165)을 통해 케이블 없이 무선으로 본체(110) 또는 외부의 전자 장치와 통신한다. 센서 회로부(160-4)는 무선으로 전력을 공급받는 무선 전력 모듈이나 생체신호 측정 장치(100)가 부착되는 머리(1)의 움직임을 에너지로 수확하는 에너지 하베스트 모듈을 추가적으로 혹은 배터리를 대신하여 포함할 수도 있다.
도 24b 내지 도 24d를 참조한 실시예는 센서 유닛(150) 내에 디지털 회로를 구비한 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 디지털 회로는 생략되고 아날로그 회로만 마련될 수도 있다. 이 경우, 케이블(158)은 증폭된 아날로그 신호 전달을 위한 라인과, 아날로그 회로의 구동을 위한 전원 라인(Vcc, GND)와, 레퍼런스 신호 라인을 포함할 수 있을 것이다.
도 25는 생체신호 측정장치(100)에 설치되는 레퍼런스 전극의 다른 예를 개략적으로 도시한다. 도 25를 참조하면, 생체신호 측정장치(100)는 귀 연결고리(115)와 귀 삽입고리(118-1)를 연결하는 것으로서 3축 방향으로 움직임이 가능하도록 탄성 지지하는 센서 지지부(175)를 더 포함할 수 있다. 귀 삽입고리(118-1)에는 고리 형상의 레퍼런스 전극(170-1)이 부착되어 있다. 즉, 귀 삽입고리(118-1)는 레퍼런스 전극(170-1)의 전극 받침대로 이해될 수 있다. 센서 지지부(175)는 도 11을 참조하여 설명한 나선형 스프링과 유사한 형상을 지닐 수 있으며, 나선형 스프링의 내측 일단은 귀 연결고리(115)의 끝단에 결합되며, 나선형 스프링의 외측 타단은 귀 삽입고리(118-1)에 결합된다. 이에 따라 레퍼런스 전극(170-1)이 센서 지지부(175)에 의해 3축으로 움직임이 가능하도록 탄성 지지되어, 본체(110)의 움직임에 대해 레퍼런스 전극(170-1)은 귀(5)의 외이에 안정적으로 삽입되어 있을 수 있다. 레퍼런스 전극(170-1)을 대신하여, 그라운드 전극이 귀 삽입고리(118-1)에 마련될 수도 있다.
도 26은 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치(200)를 개략적으로 도시하며, 도 27은 본 실시예의 생체신호 측정장치(200)의 본체(210)를 개략적으로 도시하며, 도 28은 본 실시예의 생체신호 측정장치(200)의 센서 유닛(250)을 개략적으로 도시한다.
도 26 내지 도 28을 참조하면, 본 실시예의 생체신호 측정 장치(200)는 도 1 내지 도 16을 참조하여 설명한 실시예의 생체신호 측정 장치(100)에서 센서 유닛 및 연결 프레임 구조를 제외한 나머지는 실질적으로 동일하므로, 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
생체신호 측정장치(200)는 이어셋 형상을 지니는 본체(210)와, 본체(210)에 탈착가능하게 결합되는 센서 유닛(250)을 포함한다.
본체(210)에는 센서 유닛(250)에서 획득된 생체신호를 처리하는 메인 회로부(도 16의 140 참조)가 내장될 수 있다.본체(210)에는 슬롯들(212)이 마련되며, 센서 유닛(250)의 일단(253)은 슬롯들(212) 중 어느 하나에 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 슬롯들(212)은 센서 유닛(250)이 도 26에 도시되듯이 머리(1)의 귀(5)를 중심으로 복수의 방향으로 향하도록 배치될 수 있다. 본체(210)는 사람의 귀(5)에 고정되는 귀 연결고리(115)와, 귀(5)의 외이에 삽입되어, 본체(210)를 귀(5)에 좀 더 안정적으로 고정시키는 귀 삽입고리(118)을 더 포함할 수 있다. 귀 삽입고리(118)에는 레퍼런스 전극 및/또는 그라운드 전극이 마련될 수 있다. 슬롯들(212) 내에는 커넥터 단자(213)가 마련된다.
도 28을 참조하면, 센서 유닛(250)은 센서 전극들(251)과 전극 받침대(252)을 포함한다. 전극 받침대(252)는 센서 전극들(251)이 머리(1)의 굴곡진 형상에 대응하여 곡선으로 길게 연장되는 바 형상일 수 있다. 전극 받침대(252)의 일면에는 센서 전극들(251)이 배치되어 있다. 복수의 센서 전극(251) 각각은 전술한 실시예들에서처럼 원뿔, 타원뿔, 또는 다각뿔 형상의 테이퍼부와 원통 또는 다각 기둥 형상의 돌기부로 이루어질 수 있다.
전극 받침대(252) 내부에는 센서 회로부(도 10, 도 24a 내지 도 24d 참조)가 마련되어 있을 수 있다. 센서 유닛(250)의 일단(253)에는 커넥터 단자(254)가 노출되어 있다. 커넥터 단자(254)는 전원용 커넥터 단자 및/또는 신호용 커넥터 단자들을 포함할 수 있다. 센서 유닛(250)의 일단(253)이 본체(210)의 슬롯(212)에 삽입될 때, 센서 유닛(250)의 커넥터 단자(254)와 슬롯(212)내의 커넥터 단자(213)는 전기적 접속을 한다.
도 29는 센서 유닛(250-1)에 마련된 센서 전극(251)의 배열의 일 예를 개략적으로 도시한다. 도 29에 도시되듯이, 센서 전극(251)들은 각각 원뿔 형상의 테이퍼부와 원기둥 형상의 돌기부를 가지며, 전극 받침대(252)의 길이 방향을 따라 2열 혹은 3열 이상으로 배열될 수 있다.
도 30은 센서 유닛(250-2)에 마련된 센서 전극(251-2)의 다른 예를 개략적으로 도시하며, 도 31은 도 30의 센서 유닛(250-2)이 두피에 부착되는 경우를 예시적으로 도시한다.
도 30을 참조하면, 본 실시예의 센서 유닛(250-2)은 전극 받침대(252)과, 전극 받침대(252) 상에 마련되는 복수의 센서 전극들(251-2)을 포함한다. 센서 전극들(251-2) 각각은 도 17a를 참조하여 설명한 것과 같이 타원뿔 테이퍼부(251-2a)와 돌기부(251-2b)를 가지고 있다. 센서 전극들(251-2)은 전극 받침대(252)상에 일 방향(258)으로 일 열 또는 복수 열로 배열될 수 있다. 이하 센서 전극들(251-2)이 배열된 방향(258)을 배열 방향이라 한다. 센서 전극들(251-2)은 타원뿔 테이퍼부(251-2a)의 횡단면의 장축이 배열 방향(258)에 일치하도록 한다.
도 31을 참조하면, 센서 유닛(250-2)의 센서 전극들(251-2)이 타원뿔 테이퍼부(251-2a)의 횡단면의 장축이 배열 방향(258)에 일치하도록 배열되므로, 도 31에 도시되듯이, 센서 전극들(251-2)의 타원뿔 테이퍼부(251-2a)은 배열 방향(258)에 수직한 폭이 배열 방향(258)에 평행한 폭보다 좀 더 얇다. 따라서 두피의 머리카락들(3)은 결을 가지고 있으므로, 센서 유닛(250-2)은 머릿결의 방향을 고려하여 착용할 수 있다. 가령, 센서 유닛(250-2)을 센서 전극들(251-2)의 배열 방향(258)이 머릿결의 방향(259)과 평행하도록 두피에 진입시키면, 센서 유닛(250-2)의 센서 전극들(251-2)은 조밀하게 있는 머리카락들을 용이하게 가르면서 진입하여 두피에 도달할 수 있다. 또한, 센서 전극들(251-2)이 타원뿔 테이퍼부(251-2a) 및 돌기부(251-2b)를 갖는 깔대기 형상을 가짐에 따라, 타원뿔 테이퍼부들(251-2a) 사이에 넓은 공간에 머리카락(3)이 위치할 수 있게 되므로, 센서 전극들(251-2)의 돌기부(251-2b)가 두피에 용이하게 접촉할 수 있게 된다. 또한, 센서 전극들(251-2)을 두피쪽으로 가압하게 되면 전술한 바와 같이 돌기부(251-2b)가 휘어지면서 센서 전극들(251-2)이 두피에 접촉하는 접촉 면적이 증가할 수 있다.
본 실시예는 센서 전극들(251-2)의 타원뿔 테이퍼부(251-2a)의 횡단면의 장축이 배열 방향(258)에 일치하도록 배열되는 경우를 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 32는 또 다른 실시예에 따른 센서 유닛(250-3)을 개략적으로 도시하며, 도 33은 도 32의 센서 유닛(250-3)이 두피에 부착되는 경우를 예시적으로 도시한다. 도 32를 참조하면, 센서 유닛(250-3)의 센서 전극들(251-3)은 전극 받침대(252)상에 타원뿔 테이퍼부(251-3a)의 횡단면의 장축이 배열 방향(258)에 직교하도록 배열될 수도 있다. 즉, 센서 전극들(251-3)의 타원뿔 테이퍼부(251-3a)는 배열 방향(258)에 평행한 폭이 배열 방향(258)에 수직한 폭보다 좀 더 얇다. 따라서, 센서 유닛(250-3)을 센서 전극들(251-3)의 배열 방향(258)이 머릿결의 방향(259)에 직교하는 상태로 두피쪽에 진입시키면, 센서 전극(250-3)은 센서 전극들(251-3)의 형상 및 배열 구조 덕분에, 조밀하게 있는 머리카락들을 용이하게 가르면서 진입하여 두피에 도달할 수 있을 것이다.
또한 도 29 내지 도 33을 참조한 실시예들의 센서 유닛은 센서 전극들이 테이퍼부와 돌기부를 갖는 경우를 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 34는 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정용 센서 전극(250-4)을 개략적으로 도시한다. 도 34를 참조하면, 센서 전극(250-4)은 전극 받침대(252) 상에 배열되는 복수의 센서 전극들(251-4)을 포함하며, 센서 전극들(251-4) 각각은 도 19a를 참조하여 설명한 예와 같이 돌기부가 없는 타원뿔 테이퍼부만을 가지며, 횡단면의 장축이 배열 방향(258)에 평행하거나 직교하도록 배열될 수도 있을 것이다. 또 다른 예로, 센서 전극들의 횡단면은 도 20을 참조하여 설명한 바와 같이 유선형 형상을 가지며, 센서 전극들은 유선형 형상의 길이 방향이 배열 방향(258)에 평행하거나 직교하도록 배열될 수도 있을 것이다. 또는 복수의 센서 전극(251-4) 각각은 개별적으로 횡단면의 장축 방향이 생체의 머리결 방향을 따라 나란하도록 배치될 수 있다.
도 1 및 도 15를 참조하여 설명한 실시예는 머리띠 형상의 보조 프레임을 이용하여 생체신호 측정장치(100)를 머리(1)에 고정시키고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 35a는 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치(201)를 개략적으로 도시한다. 도 35a를 참조하면, 생체신호 측정장치(201)는 헤어 밴드(291)에 의해 머리(1)에 고정될 수 있다. 생체신호 측정장치(201)의 본체(210) 및/또는 헤어 밴드(291)에는 탈부착부(215)가 마련되어, 헤어 밴드(291)가 본체(210)에 탈부착되도록 할 수 있다. 물론, 헤어 밴드(291)가 본체(210)에 고정되어 있을 수도 있을 것이다.
도 35b는 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치(202)를 개략적으로 도시한다. 도 35b를 참조하면, 생체신호 측정장치(202)는 모자(292)에 의해 머리(10)에 고정될 수 있다. 모자(292)의 내측면에 본체(210)를 고정시키는 고정 부재(미도시)가 마련되어 있을 수 있다. 이러한 고정 부재는 탈착이 가능한 구조일 수 있다. 나아가, 모자(292)의 내측면에는 센서 유닛(250)의 위치를 고정시키는 고정 부재(미도시)가 추가적으로 마련될 수도 있을 것이다. 이와 같이 모자(292)를 이용하여 본체(210)를 고정시킴에 따라, 외부의 영향을 상대적으로 덜 받을 수 있다. 가령, 본 실시예의 생체신호 측정장치(202)는 사용자가 수면중에도 안정적으로 뇌파를 측정할 수 있다.
도 36은 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치(300)를 개략적으로 도시하며, 도 37은 도 36의 생체신호 측정장치(300)가 귀(5)의 외이(6)에 삽입된 착용예를 도시한다. 도 37 및 도 38을 참조하면, 본 실시예의 생체신호 측정장치(300)는 귀(5)의 외이(6)에 삽입되는 센서 받침대(320)과, 센서 받침대(320) 상에 마련되는 센서 전극(350)을 포함한다. 이러한 생체신호 측정장치(300)는 이어폰 형상을 지닐 수 있다. 예를 들어, 센서 받침대(320)는 외이(6)에 삽입될 수 있도록 원통형의 형상을 지닐 수 있다. 센서 전극(350)은 센서 받침대(320)의 외주면을 둘러싸는 원형 고리 형상을 전극일 수 있다. 센서 전극(350)은 외이(6)의 피부에 접촉하여 전기적 셍체신호를 검출한다. 센서 받침대(320) 및 센서 전극(350)에는 중공이 형성되어 외부의 소리가 귀 내부로 유입되도록 할 수 있다. 생체신호 측정장치(300)는 센서 받침대(320)를 지지하며 귀(5)의 귓바퀴에 노출된 연장 지지부(310)와, 연장 지지부(310)에 연결된 케이블(390)을 더 포함할 수 있다. 센서 받침대(320)와 연장 지지부(310)는 일체로 형성되거나 혹은 센서 받침부(320)가 연장 지지부(310)에 고정되어 있을 수 있다. 연장 지지부(310) 내에는 센서 전극(350)에서 측정된 생체신호를 처리하는 센서 회로부(도 10, 도 24a 내지 도 24d 참조) 또는 메인 회로부(도 16의 140 참조)가 마련되어 있을 수 있다. 이러한 생체신호 측정장치(300)는 음향 출력을 하는 이어폰에 설치될 수도 있을 것이다.
본 실시예는 센서 받침대(320)가 연장 지지부(310)에 고정된 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 38은 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치(301)를 개략적으로 도시하며, 도 39는 도 38의 생체신호 측정장치(301)가 귀(5)의 외이(6)에 삽입된 착용예를 도시한다. 도 38 및 도 39를 참조하면, 생체신호 측정장치(301는 센서 받침대(320)와 연장 지지부(310) 사이에 센서 전극(350)을 3축 방향으로 독립적인 움직임이 가능하도록 탄성 지지하는 센서 지지부(330)를 더 포함할 수도 있다. 센서 지지부(330)는 도 11 또는 도 25를 참조하여 설명한 나선형 스프링과 유사한 형상을 지닐 수 있다. 즉, 나선형 스프링(330)의 내측 일단은 연장 지지부(310)에 결합되며, 나선형 스프링(330)의 외측 타단은 센서 받침대(320)에 결합된다. 이에 따라 센서 전극(350)이 센서 지지부(330)에 의해 3축으로 움직임이 가능하도록 탄성 지지되어, 연장 지지부(310)가 다소 움직이더라도, 센서 전극(350)이 귀(5)의 외이의 피부에 안정적으로 접촉되어 있을 수 있다.
도 40은 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정 장치(400)를 개략적으로 도시며, 도 41a 및 도 41b는 도 40의 생체신호 측정 장치(400)의 탈부착부(420)을 도시한다.
본 실시예의 생체신호 측정장치(400)는 안경 다리(8)에 결합되는 본체(410)와, 본체(410)에서 연장되는 연결 프레임(450)과, 연결 프레임(450)에 설치되는 생체신호 측정용 센서 유닛(460)을 포함한다. 이러한 생체신호 측정장치(400)는 안경 다리(8)의 양쪽(8a, 8b)에 설치되어, 안경을 착용한 생체의 생체신호를 측정한다.
생체신호 측정장치(400)는 본체(410)가 안경에 탈부착 가능하게 결합되도록, 탈부착부(420)를 더 포함할 수 있다.
본체(410)는 안경 다리(8)의 상부에 위치한다. 연결 프레임(450)은 생체의 귀를 중심으로 생체의 두피에 밀착되도록 본체(410)의 상부에서 길게 연장되는 곡선 바 형상일 수 있다. 연결 프레임(450)은 본체(410)에 일체로 결합되거나, 혹은 탈착가능하게 결합될 수 있다. 본체(410) 및/또는 연결 프레임(450)은 예를 들어, 3D 프린터를 활용하여, 개인별 맞춤형으로 제작될 수 있다.
본체(410)에는 센서 유닛(460)에서 획득된 생체신호를 처리하는 메인 회로부(도 16의 140 참조)가 내장될 수 있다.
연결 프레임(450)에 의해 지지되는 센서 유닛(460)은 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 센서 유닛(150)이나 이의 변형예들과 같은 수 있다. 예를 들어, 센서 유닛(460)은 도 5, 도 17a 내지 도 17d, 및 도 18 내지 도 20을 참조하여 설명한 센서 전극을 포함할 수 있다. 또는 센서 유닛(460)은 공지의 센서 전극을 포함할 수도 있다. 센서 유닛(460)에는 센서 전극에서 검출된 생체 신호를 증폭하거나, 디지털 신호로 변환시키는 센서 회로부(도 10 참조)가 마련될 수 있다.
나아가, 센서 유닛(460)을 3축으로 움직임이 가능하게 탄성지지하는 센서 지지부(도 3 및 도 11 참조)가 센서 유닛(460)와 연결 프레임(450)의 사이에 더 마련될 수 있다.
탈부착부(420)는 도 41a 및 도 41b에 도시되듯이 탄성적으로 개폐되는 클립형 구조를 지닐 수 있다. 도 41a을 참조하면, 탈부착부(420)를 바깥쪽(425)으로 열어 안경 다리(8)를 삽입시키고, 도 41b에 도시되듯이, 탈부착부(420)를 닫음으로써 본체(410)를 안경 다리(8)에 고정시킬 수 있다.
도 42a 및 도 42b는 도 40의 생체신호 측정장치(400)의 다른 예에 따른 탈부착부(421)를 도시한다. 탈부착부(421)는 도 42a 및 도 42b에 도시되듯이 본체(410)을 감싸 고정하는 고정부(421a)와 안경 다리(8)가 삽입될 수 있는 홈을 가진 홈부(421b)을 가진 삽입형 구조를 지닐 수 있다. 이러한 탈부착부(421)는 고무 재질로 형성될 수 있다. 도 42a을 참조하면, 탈부착부(421)의 홈부(421b)를 벌려 안경 다리(8)를 삽입시키고, 도 42b에 도시되듯이, 홈부(421b)를 닫음으로써 본체(410)를 안경 다리(8)에 고정시킬 수 있다.
도 43a 및 도 43b는 도 40의 생체신호 측정장치의 탈부착부의 또 다른 예를 도시한다. 탈부착부(422)는 도 43a 및 도 43b에 도시되듯이 본체(410)를 감싸며 일측 벨크로(423a)가 부착된 고정부(422a)와, 안경 다리(8)를 감싸며 타측 벨크로(423b)가 마련된 벨트(422b)를 포함하는 벨크로형 구조를 지닐 수 있다. 도 43a을 참조하면, 탈부착부(422)의 벨트(422b)를 벌려 안경 다리(8)를 삽입시키고, 도 43b에 도시되듯이, 벨트(422b)를 감싸 양측 벨크로(423a, 423b)를 부착시킴으로써 본체(410)를 안경 다리(8)에 고정시킬 수 있다.
도 44a 내지 도 44c는 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치(401)의 탈부착부의 예들을 도시한다. 도 44a 내지 도 44c에 도시된 생체신호 측정장치(401)는 본체(411)가 안경 다리(8)의 측부에 위치하는 경우이다. 도 44a 내지 도 44c에 도시되듯이, 본체(411)가 안경 다리(8)의 측부에 위치하는 경우에도, 본체(411)를 클립형 구조의 탈부착 장치(420)나, 삽입형 구조의 탈부착 장치(421)나, 벨크로형 탈부착 장치(422)이나, 그밖의 공지의 수단을 통해 안경 다리(8)에 고정시킬 수 있을 것이다.
도 40은 생체신호 측정 장치(400)가 안경 다리(8)의 양쪽(8a, 8b)에 모두 설치된 경우를 도시하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 도 45는 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정 장치(402)를 개략적으로 도시한다. 도 45에 도시되듯이, 생체신호 측정 장치(400)는 안경(8)의 어느 한쪽 다리에만 설치될 수도 있을 것이다.
도 40 내지 도 45를 참조하여 설명한 생체신호 측정 장치(400, 401, 402)는 센서 유닛(460)이 연결 프레임(450)에 의해 지지되는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 생체신호 측정 장치의 본체(420)를 안경 다리(8)에 부착하고 머리에 착용할 때 본체(420)의 머리에 맞닿는 면, 즉 내측면에 센서 유닛(460)이 마련될 수도 있다. 이 경우, 센서 유닛(460)은 전술한 나선형 스프링과 같은 센서 지지부(도 3의 120 참조)에 의해 지지될 수도 있다.
도 46은 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정 장치(500)를 개략적으로 도시한다.
생체신호 측정장치(500)는 머리(2)에 장착되는 프레임과, 프레임에 설치되는 생체신호 측정용 센서 유닛(540)을 포함한다. 프레임은 생체 머리의 양쪽에 위치하는 좌측 및 우측 메인 프레임(510R, 510L)과, 센서 유닛(540)을 지지하며 좌측 및 우측 메인 프레임(510R, 510L)에 연결되는 연결 프레임(530)과, 좌측 및 우측 메인 프레임(510R, 510L)을 연결하는 고정 프레임(590)을 포함한다.
좌측 및 우측 메인 프레임(510R, 510L)은 플라스틱 몰드로 형성되어, 연결 프레임(530)과, 고정 프레임(590)을 고정시킬 수 있다. 좌측 및 우측 메인 프레임(510R, 510L)은 착용시 귀(5)의 상방에 위치하며, 예를 들어 3D 프린터를 통해 착용자의 머리(1) 형상에 맞게 맞춤형으로 제작될 수 있다.
연결 프레임(530)과, 고정 프레임(590)은 좌측 및 우측 메인 프레임(510R, 510L)과 일체로 형성될 수 있다. 다른 예로, 좌측 및 우측 메인 프레임(510R, 510L)에 적어도 하나의 슬롯(미도시)을 포함하며, 연결 프레임(530) 및/또는 고정 프레임(590)이 슬롯에 탈착 가능하게 결합될 수도 있다.
연결 프레임(530)은 생체의 귀를 중심으로 생체의 두피에 밀착되도록 길게 연장되는 곡선 바 형상일 수 있다. 연결 프레임(530)은 두피에 센서 유닛(540)을 탄성 가압하도록 탄성 재질로 형성될 수 있다. 연결 프레임(530)의 끝단에는 센서 유닛(540)이 마련될 수 있다. 센서 유닛(540)은 예를 들어 도 29 내지 도 34에 도시된 구조를 지닐 수 있다. 센서 유닛(540)은 도 5, 도 17a 내지 도 17d, 및 도 18 내지 도 20을 참조하여 설명한 센서 전극을 포함할 수 있다. 또는 센서 유닛(540)은 공지의 센서 전극을 채용할 수도 있다. 센서 유닛(540)에는 센서 전극에서 검출된 생체 신호를 증폭하거나, 디지털 신호로 변환시키는 센서 회로부(도 10 참조)가 마련될 수 있다.
레퍼런스 전극(520L)은 생체신호 측정장치(500)가 머리(1)에 착용될 때, 머리(1)의 좌측 귀 뒤쪽에 위치하도록 좌측 메인 프레임(510L)에 결합될 수 있다. 그라운드 전극(520R)은 생체신호 측정장치(500)가 생체에 착용될 때, 생체의 우측 귀 뒤쪽에 위치하도록 우측 메인 프레임(510R)에 결합될 수 있다.
도 47은 본 실시예의 생체신호 측정장치(500)에 부착되는 레퍼런스 전극(520L)및 이를 지지하는 센서 지지부(550)를 개략적으로 도시한다. 도 47을 참조하면, 좌측 메인 프레임(510L)과 레퍼런스 전극(520L) 사이에는 레퍼런스 전극(520L)이 좌측 메인 프레임(510L)에 대해 3축 움직임이 가능하도록 탄성적으로 지지하는 센서 지지부(550)가 마련될 수 있다. 센서 지지부(550)는 나선형 스프링(551)과 지지테두리(555)를 포함할 수 있다. 나선형 스프링(551)의 내측 일단에는 레퍼런스 전극(520L)가 부착되고, 나선형 스프링(551)의 외측 타단은 지지테두리(555)에 고정된다. 지지테두리(555)는 좌측 메인 프레임(510L)의 귀 뒤쪽 부분에 고정됨으로써, 레퍼런스 전극(520L)을 귀 뒤쪽 부분에 접촉시킬 수 있다. 이러한 나선형 스프링(551)과 지지테두리(555)는 플라스틱 재질로 일체로 형성될 수 있다. 또한, 나선형 스프링(551)과 지지테두리(555)의 내부에는 레퍼런스 전극(520L)에 인가되는 전원 배선과 레퍼런스 신호를 전달받는 배선을 포함하는 케이블이 매설되어 있을 수 있다. 지지 테두리(555)는 생략되어, 나선형 스프링(551)가 좌측 메인 프레임(510L)에 곧바로 고정될 수도 있다. 그라운드 전극(520R) 역시 유사하게 3축 움직임이 가능하도록 탄성적으로 지지하는 센서 지지부에 의해 지지될 수 있을 것이다.
레퍼런스 전극(520L)과 그라운드 전극(520R)은 좌우가 서로 바뀔 수 있다.
좌측 메인 프레임(510L)과 우측 메인 프레임(510R) 중 적어도 어느 한 쪽에는 메인 회로부(515)가 마련될 수 있다. 예를 들어, 도 16에 도시되듯이, 우측 메인 프레임(510R)에 메인 회로부(515)가 내장되고, 좌측 메인 프레임(510L)에는 단순한 배선 만이 있을 수 있다. 이 경우, 우측 메인 프레임(510R)은 본체이고, 좌측 메인 프레임(510L)은 더미 프레임으로 이해될 수 있다. 물론, 좌측 메인 프레임(510L)이 본체가 되어 메인 회로부(515)을 내장할 수도 있다. 또는 메인 회로부(515)의 일부는 좌측 메인 프레임(510L)에 마련되고 메인 회로부(515)의 다른 일부는 우측 메인 프레임(510R)에 마련되거나, 메인 회로부(515)가 좌측 및 우측 메인 프레임(510L, 510R) 모두에 마련될 수도 있다. 이 경우, 좌측 및 우측 메인 프레임(510L, 510R)모두가 본체로 이해될 수 있을 것이다.
메인 회로부(515)는 도 16을 참조하여 설명한 예처럼, 센서 유닛(540), 레퍼런스 전극(520L) 및 그라운드 전극(520R)에서 획득된 생체신호를 처리하고, 나아가 외부와 통신할 수도 있다.
도 48은 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치(501)를 개략적으로 도시한다. 도 48을 참조하면, 본 실시예의 생체신호 측정장치(501)는 센서 유닛(540-1)을 제외한 나머지 구성은 도 46 및 도 47을 참조하여 설명한 생체신호 측정장치(500)와 실질적으로 동일할 수 있다. 센서 유닛(540-1)은 연결 프레임(530)의 끝단에 마련되며, 예를 들어 도 3 및 도 4에 도시된 구조를 지닐 수 있다. 즉, 센서 유닛(540-1)은 연결 프레임(530) 사이에 3축 방향으로 탄성 지지하는 나선형 스프링 구조의 센서 지지부가 마련될 수 있다. 이러한 센서 지지부는 연결 프레임(530)과 일체로 형성될 수 있다.
도 49는 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치(502)를 개략적으로 도시한다. 도 49를 참조하면, 본 실시예의 생체신호 측정장치(502)는 모자(9)에 부착되는 탈부착부(560)를 포함한다. 본 실시예의 생체신호 측정장치(502)는 탈부착부(560)를 제외한 나머지 구성은 도 46 및 도 47을 참조하여 설명한 생체신호 측정장치(500)와 실질적으로 동일할 수 있다. 탈부착부(560)는 좌측 및 우측 메인 프레임(511R, 511L) 및/또는 고정 프레임(590)에 마련된 클립(561)을 포함할 수 있다. 클립(561)은 생체신호 측정장치(501)가 모자(9)의 캡(9a) 내측에 삽입될 때, 모자(9)의 캡(9a)의 테두리(9b)쪽에 끼워질 수 있다. 이와 같이 본 실시예의 생체신호 측정장치(501)는 모자(9)에 부착되어, 일상적으로 장착된 채 사용될 수 있다. 본 실시예의 생체신호 측정장치(502)는 모자(9)에 의해 머리(1)에 고정되므로, 외부의 영향을 상대적으로 덜 받을 수 있다. 가령, 본 실시예의 생체신호 측정장치(502)는 사람이 수면중에도 안정적으로 뇌파를 측정할 수 있을 것이다.
도 49에는 탈부착부(560)가 클립형 구조인 경우를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 아니한다. 예를 들어, 탈부착부(560)로는 삽입형, 벨크로형 등 공지의 수단이 채용될 수 있을 것이다.
도 50은 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치(600)를 개략적으로 도시한다. 도 50을 참조하면, 본 실시예의 생체신호 측정장치(600)는 모자(9)에 부착되는 것으로, 테두리 형상의 본체(610)와, 본체(610)에 내측면에 배치되는 센서 유닛(650)과, 탈부착부(660)를 포함한다. 본체(610)는 탄성력을 가진 플라스틱 몰드로 형성될 수 있다. 센서 유닛(650)은 측정 부위를 달리하는 복수의 센서 전극들(651, 652, 653, 654)로 이루어질 수 있다. 이들 복수의 센서 전극들(651, 652, 653, 654) 중 일부는 레퍼런스 전극 및/또는 그라운드 전극으로 기능하고, 나머지는 뇌파 측정용 센서 전극으로 기능할 수 있다. 센서 유닛(650)은 도 5, 도 17a 내지 도 17d, 및 도 18 내지 도 20을 참조하여 설명한 센서 전극을 포함할 수 있다. 또는 센서 유닛(650)은 공지의 센서 전극을 포함할 수도 있다.. 센서 유닛(650)은 전술한 나선형 스프링과 같은 센서 지지부(도 3의 120 참조)에 의해 지지될 수도 있다
본체(610) 내에는 메인 회로부(615)가 내장되어 있을 수 있다. 메인 회로부(615)는 도 16을 참조하여 설명한 예처럼, 센서 유닛(650)에서 획득된 생체신호를 처리하고, 나아가 외부와 통신할 수도 있다. 탈부착 유닛(660)은 본체(610)에 설치되며, 예를 들어 클립형 구조를 지녀, 생체신호 측정장치(600)가 모자(9)의 캡(9a) 내측에 삽입될 때, 모자(9)의 캡(9a)의 테두리(9b)쪽에 끼워질 수 있다. 도 50에는 탈부착부(660)가 클립형 구조인 경우를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 아니한다. 예를 들어, 탈부착부(660)로는 삽입형, 벨크로형 등 공지의 수단이 채용될 수 있을 것이다.
본 실시예의 생체신호 측정장치(600)는 모자(9)에 의해 머리(1)에 고정되므로, 외부의 영향을 상대적으로 덜 받을 수 있다. 가령, 본 실시예의 생체신호 측정장치(600)는 사람이 수면중에도 안정적으로 뇌파를 측정할 수 있을 것이다.
도 51은 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치를 개략적으로 도시한다.
도 51을 참조하면, 본 실시예의 생체신호 측정장치는 모자(9)에 부착되는 테두리 형상의 제1 생체신호 측정장치(601)와, 제1 생체신호 측정장치(601)에 탈착가능하게 결합하는 제2 생체신호 측정장치(602)를 포함한다. 제1 생체신호 측정장치(601)는 모자(9)의 내측면에 배치될 테두리 형상의 본체(610)와, 본체(610)에 내측면에 배치되는 센서 유닛(650)과, 모자(9)에 탈부착되는 탈부착부(660)를 포함한다. 또한, 제2 생체신호 측정장치(602)는 의 양쪽에 위치하는 좌측 및 우측 메인 프레임(510R, 510L)과, 좌측 및 우측 메인 프레임(510R, 510L)에 연결되는 연결 프레임(530)과, 연결 프레임(530)의 끝단에 위치하는 센서 유닛(540)과, 좌측 및 우측 메인 프레임(510R, 510L)을 연결하는 고정 프레임(590)을 포함한다. 1 생체신호 측정장치(601)의 본체(610) 및 제2 생체신호 측정장치(602)의 좌측 및 우측 메인 프레임(510R, 510L)에는 상호 결합을 위한 결합부(670R, 670L, 675R, 675R)가 마련된다. 결합부(670R, 670L, 675R, 675R)은 예를 들어, 영구자석이나 벨크로와 같이 탈부착이 가능한 구조를 지닐 수 있다. 나아가, 결합부(670R, 670L, 675R, 675R)에는 제1 생체신호 측정장치(601)와 제2 생체신호 측정장치(602) 사이의 전기적 연결을 위한 접속부(미도시)가 마련될 수도 있다. 제1 생체신호 측정장치(601)와 제2 생체신호 측정장치(602)는 상호 결합 부분을 제외하고는 도 46을 참조하여 설명한 생체신호 측정장치(500) 및 도 50을 참조하여 설명한 생체신호 측정장치 (600)와 각각 실질적으로 동일할 수 있다.
도 52는 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치(700)를 개략적으로 도시한다. 도 52를 참조하면, 본 실시예의 생체신호 측정장치(700)는 모자(9)에 부착되는 테두리 형상의 본체(710)와, 본체(710)에서 연장되는 연결 프레임(730)과, 연결 프레임(730)의 끝단에 배치된 센서 전극(750)을 포함한다. 연결 프레임(730)은 두피에 센서 유닛(750)을 탄성 가압하도록 탄성 재질로 형성될 수 있다. 센서 유닛(750)은 연결 프레임(730)의 끝단에 마련되며, 예를 들어 도 3 및 도 4에 도시된 구조를 지닐 수 있다. 즉, 센서 유닛(750)과 연결 프레임(730) 사이에 3축 방향으로 탄성 지지하는 나선형 스프링 구조의 센서 지지부가 마련될 수 있다. 이러한 센서 지지부는 연결 프레임(730)과 일체로 형성될 수 있다. 물론, 도 53에 도시된 것처럼, 센서 유닛(750)은 나선형 스프링 구조의 센서 지지부 없이 곧바로 연결 프레임(730)에 의해 지지되는 구조를 지닐 수 있음은 물론이다.
본체(710) 내에는 메인 회로부(715)가 내장되어 있을 수 있다. 탈부착부(770)는 본체(710)에 설치되며, 예를 들어 클립형 구조를 지녀, 생체신호 측정장치(700)가 모자(9)의 캡(9a) 내측에 삽입될 때, 모자(9)의 캡(9a)의 테두리(9b)쪽에 끼워질 수 있다. 본 실시예의 생체신호 측정장치(700)는 모자(9)에 의해 머리(1)에 고정되므로, 외부의 영향을 상대적으로 덜 받을 수 있다. 가령, 본 실시예의 생체신호 측정장치(700)는 사람이 수면중에도 안정적으로 뇌파를 측정할 수 있을 것이다.
도 52 및 도 53에는 탈부착부(770)가 클립형 구조인 경우를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 아니한다. 예를 들어, 탈부착부(770)로는 삽입형, 벨크로형 등 공지의 수단이 채용될 수 있을 것이다.
도 54는 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정 장치(800)를 개략적으로 도시한다.
도 54a를 참조하면, 본 실시예의 생체신호 측정장치(800)는 헤드폰(990)에 부착되어 사람의 뇌파를 측정하는 장치이다. 헤드폰(890)은 음향출력이 되는 드라이버 유닛이 각각 위치하는 한 쌍의 드라이버 유닛 하우징(891)이 헤드 밴드(headband)(895)에 의해 연결되는 구조를 지닌다. 참조번호 893은 헤드 벤드(895)의 길이를 조절하는 슬라이더를 나타낸다. 헤드폰(890) 착용시 헤드 벤드(895)와 머리(1)의 상부는 소정 거리 이격되어 있을 수 있다. 헤드폰(990)의 형상은 본 실시예를 제한하지 않으며, 단순히 예시적인 것이다. 생체신호 측정장치(800)는 헤드폰(890) 착용시 헤드 벤드(895)와 머리(10)의 사이에 위치하게 되는 본체(810)와, 본체(810)를 헤드 벤드(895)의 하단에 탈부착시키는 탈부착부(820)와, 본체(610)에서 머리(1)의 양쪽으로 연장되는 한 쌍의 연결 프레임(830)과, 한 쌍의 연결 프레임(830)에 각각 부착되어 있는 한 쌍의 센서 유닛(850)을 포함한다.
본체(810) 내에는 메인 회로부(미도시)가 내장되어 있을 수 있다. 메인 회로부는 양쪽 드라이버 유닛 하우징(891) 중 어느 한쪽에 마련될 수도 있다. 메인 회로부는 도 16을 참조하여 설명한 예처럼, 센서 유닛(850)에서 획득된 생체신호를 처리하고, 나아가 외부와 통신할 수도 있다.
연결 프레임(830)은 두피에 센서 유닛(850)을 탄성 가압하도록 탄성 재질로 형성될 수 있다. 연결 프레임(830)은 본체(610)에 일체로 결합되어 있거나 또는 탈부착 가능하게 결합되어 있을 수 있다. 탈부착부(820)는, 예를 들어, 본체(810)의 상단에 마련된 클립 구조를 지녀 헤드 벤드(895)에 끼워질 수 있다. 다른 예로, 탈부착부(820)으로는 벨크로형, 단추 등 공지의 수단이 채용될 수 있을 것이다.
센서 유닛(850)은 도 5, 도 17a 내지 도 17d, 및 도 18 내지 도 20을 참조하여 설명한 센서 전극을 포함할 수 있다. 또는 센서 유닛(850)은 공지의 센서 전극을 채용할 수도 있다. 나아가, 센서 유닛(850)은 예를 들어 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 구조를 지닐 수 있다. 또는 센서 유닛(850)은 예를 들어 도 29 내지 도 34를 참조하여 설명한 구조를 지닐 수도 있다. 센서 유닛(850)과 연결 프레임(830) 사이에는 3축 방향으로 탄성 지지하는 나선형 스프링 구조의 센서 지지부(도 3의 120 참조)가 마련될 수 있다.
착용시 머리(1)의 좌우에 위치하는 한 쌍의 센서 유닛(850)은 헤드폰(890)의 좌우에 끈(860)으로 연결되어 있을 수 있다. 도 54b는 본 실시예의 생체신호 측정장치(800)를 착용하거나 벗을 때의 모습을 개략적으로 도시한다. 도 54b에 도시되듯이 사용자가 헤드폰(890)을 착용하거나 벗기 위하여 양쪽의 드라이버 유닛 하우징(891)을 벌리게 되는데, 끈(860)은 양쪽의 드라이버 유닛 하우징(891)이 벌어질 때 센서 유닛(850)을 드라이버 유닛 하우징(891)에 연동되어 좌우로 벌어지게 함으로써, 헤드폰(890) 착용시 생체신호 측정장치(800)의 착용을 용이하게 한다. 센서 유닛(850)에 연결되는 끈(860)은 센서 유닛(850)과 본체(810) 내에는 메인 회로부와 전기적 연결을 위한 케이블일 수 있다. 물론, 기계적 내구성을 고려하여 케이블은 별도로 마련될 수도 있다. 또는 케이블은 연결 프레임(830) 내에 매립되어 있을 수도 있다.
본 실시예에서 센서 유닛(850)은 본체(810)의 좌우에 하나씩 마련된 경우를 예를 들어 설명하고 있으나, 본체(810)의 어느 한 쪽에만 마련되거나, 혹은 본체(810)의 좌우에 두 개 이상씩 마련될 수도 있을 것이다. 가령, 본체(810)에서 연결 프레임(830)이 3개 이상 연장되어 있을 수도 있다.도 55는 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치(800-1)를 개략적으로 도시한다. 도 55를 참조하면, 본 실시예의 생체신호 측정장치(800-1)는 한 쌍의 드라이버 유닛 하우징(891)과, 한 쌍의 드라이버 유닛 하우징(891)을 연결하는 헤드 밴드(895-1)를 포함하는 헤드폰 형상을 지닌다. 헤드폰의 형상은 본 실시예를 제한하지 않으며, 단순히 예시적인 것이다. 헤어 밴드(865-1)의 하부면에는 센서 유닛(850)이 마련되어 마련되어 사람의 뇌파를 측정한다. 헤어 밴드(865-1)의 적어도 일부는 플라스틱과 같은 경성 재질로 형성되어 센서 유닛(850)를 지지할 수 있도록 할 수 있다. 한 쌍의 센서 유닛(850)이 예를 들어, 양쪽 귀의 상부 쪽 지점을 측정하도록 배치될 수 있다. 물론, 하나의 센서 유닛(850) 혹은 셋 이상의 센서 유닛(850)이 헤어 밴드(865-1)의 하부면에 배치될 수 있다. 센서 유닛(850)과 헤어 밴드(865-1) 사이에는 3축 방향으로 탄성 지지하는 나선형 스프링(도 3의 121 참조)의 센서 지지부(855)가 마련될 수 있다. 본체(810) 내에는 메인 회로부(미도시)가 내장되어 있을 수 있다. 메인 회로부는 양쪽의 드라이버 유닛 하우징(891) 또는 헤어 밴드(865-1)에 마련될 수도 있다.
도 56은 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정장치(800-2)를 개략적으로 도시한다. 본 실시예의 생체신호 측정장치(800-2)는 한 쌍의 드라이버 유닛 하우징(891)과, 한 쌍의 드라이버 유닛 하우징(891)을 연결하는 헤드 밴드(895-1), 헤어 밴드(865-1)의 하부면에는 제1 센서 유닛(850), 및 한 쌍의 드라이버 유닛 하우징(891)에서 연장되어 마련된 제2 센서 유닛(870)을 포함한다. 이러한 생체신호 측정장치(800-2)는 도 55를 참조하여 설명한 생체신호 측정장치(800-1)가 추가적으로 제2 센서 유닛(870)이 덧붙여진 경우로 이해될 수 있다. 제2 센서 유닛(870)은 드라이버 유닛 하우징(891)에서 사람의 이마쪽으로 연장되어 형성된 연결 프레임(875)에 의해 지지된다. 제2 센서 유닛(870)은 이마에 부착되어 생체 신호를 검출한다. 제2 센서 유닛(870)과 연결 프레임(875) 사이에는 3축 방향으로 탄성 지지하는 나선형 스프링(도 3의 121 참조)의 센서 지지부(872)가 마련될 수 있다. 연결 프레임(875)은 드라이버 유닛 하우징(875)에 탈착 가능하게 결합되거나 혹은 일체로 되어 있을 수 있다. 연결 프레임(875)은 위치가 조정될 수 있도록 휘어질 수 있거나, 또는 연결 프레임(875)은 드라이버 유닛 하우징(875)에 회전 가능하게 결합되어 있을 수 있다. 본 실시예는, 제2 센서 유닛(870) 및 연결 프레임(875)이 한쌍이 마련된 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 양쪽의 드라이버 유닛 하우징(891) 중 어느 한 쪽에서만 센서 유닛(870) 및 연결 프레임(875)이 마련될 수도 있다.
도 57은 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정 장치(900)를 개략적으로 도시한다. 본 실시예의 생체신호 측정 장치(900)는 본체(910)와, 본체(910)를 지지하는 것으로 손목에 착용되는 밴드(930)를 포함한다. 본체(910) 및 밴드(930)는 손목시계 내지 손목 밴드로 이해될 수 있다. 본체(910) 내에는 메인 회로부(도 16 참조)가 내장되어 있을 수 있다. 본체(910)의 내측면, 즉 손목에 맞닿는 면에는 센서 유닛(920)이 마련된다. 센서 유닛(920)은 적어도 하나의 생체신호 측정용 센서 전극(921)과, 레퍼런스 전극(922)과, 그라운드 전극(923)을 포함할 수 있다. 생체신호의 처리 방식에 따라서는 레퍼런스 전극(922)과 그라운드 전극(923) 중 어느 하나가 생략되거나 둘 다 생략될 수도 있다. 이러한 센서 유닛(920)은 손목에서 예를 들어 근전도를 측정할 수 있다. 이러한 센서 전극들(921, 922, 922)은 도 5, 도 17a 내지 도 17d, 및 도 18 내지 도 20을 참조하여 설명한 센서 전극일 수 있다. 도면에 도시된 센서 전극(921, 922, 922)은 형상을 식별하기 용이하게 크게 그린 것이며, 실질적으로는 매우 작은 크기로 다수개가 마련될 수 있다. 본체(910)의 내측면에는 오목한 공간이 마련되어 센서 유닛(920)을 탄성 지지하는 센서 지지부(미도시)가 위치할 수도 있다. 가령 센서 지지부는 도 11 또는 도 25를 참조하여 설명한 나선형 스프링과 유사한 형상을 지닐 수 있으며, 나선형 스프링의 일단은 본체(910)에 결합되며, 나선형 스프링의 타단은 센서 유닛(920)에 결합될 수 있다.
생체신호 측정 장치(900)는 센서 유닛(920)이 본체(910)의 내측면에 마련된 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 58a 내지 도 58f는 도 57을 참조하여 설명한 생체신호 측정장치(900)의 다양한 변형예들을 개략적으로 도시한다.
일 예로, 도 58a에 도시되듯이 생체신호 측정장치(901)는 센서 전극들(921, 922, 922)이 손목 밴드의 내측면, 즉 손목에 맞닿는 면에 마련될 수 있다.
다른 예로, 도 58b에 도시되듯이 생체신호 측정장치(902)는 일부 센서 전극들(921, 922)이 본체(910)의 내측면에 마련되고, 다른 일부의 센서 전극(923)은 손목 밴드의 내측면에 마련될 수도 있다.
또 다른 예로, 도 58c에 도시되듯이 생체신호 측정장치(903)는 일부 센서 전극들(921, 922)이 본체(910)의 내측면에 마련되고, 다른 일부의 센서 전극(923)은 손목 밴드(930)의 버클(931)에 마련될 수도 있다.
또 다른 예로, 도 58d에 도시되듯이 생체신호 측정장치(904)는 생체신호 측정용 센서 전극(921)과, 레퍼런스 전극(922)과, 그라운드 전극(923)은 각각 다수개가 그룹지어 손목 밴드의 내측면, 즉 손목에 맞닿는 면에 위치할 수 있다.
또 다른 예로, 도 58e에 도시되듯이 생체신호 측정장치(905)의 생체신호 측정용 센서 전극(921)은 다수개가 이 본체(910)의 내측면에 마련되고, 레퍼런스 전극(922)과, 그라운드 전극(923)은 각각 다수개가 그룹지어 손목 밴드의 내측면, 즉 손목에 맞닿는 면에 위치할 수도 있다.
또 다른 예로, 도 58f에 도시되듯이 생체신호 측정장치(906)의 센서 유닛(920-1)은 센서 전극들(921-1, 922-1, 922-1)이 부착되는 면에 수직한 방향(950)을 기준으로 돌기부 부분이 굽어지거나 경사진 형상을 지닐 수도 있다. 이와 같이 센서 전극들(921-1, 922-1, 922-1)의 돌기부 부분이 굽어지거나 경사짐으로써, 착용자가 느끼는 압박감을 좀 더 완화시킬 수 있을 것이다.
도 57 및 도 58a 내지 도 58f를 참조하여 설명한 실시예들에서 센서 전극은 테이퍼부가 있는 경우들을 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 센서 유닛(920, 920-1)에는 테이퍼부가 없고 기둥형상의 돌기부(예를 들어, 도 65의 2010b)만이 있는 센서 전극들이 채용될 수도 있다. 이 경우, 센서 전극은 손목 부위에 접촉시 가압하는 힘에 의해 생체 전극(즉, 돌기부)가 휘어져 생체 전극의 측부, 즉 둘레 외면이 손목 부위에 맞닿게 되어 근전도를 센싱하게 될 것이다.
도 59는 또 다른 실시예에 따른 생체신호 측정 시스템(1000)을 개략적으로 도시하며, 도 60은 본 실시예의 생체신호 처리 시스템(1000)에서 모바일 장치(1200)의 블록도를 도시한다. 도 61은 도 60의 생체신호 처리 시스템(1000)에서 모바일 장치(1200)의 제어부(1220)와 메모리부(1240)의 일 예를 도시한다.
도 59를 참조하면, 본 실시예의 생체신호 측정 시스템(1000)은 생체신호 측정장치(1100) 및 생체신호 측정장치(1100)와 유선 혹은 무선으로 연결되는 모바일 장치(1200)를 포함한다. 모바일 장치(1200)는 생체신호 측정장치(1100)에서 획득된 생체신호를 처리한다. 생체신호 측정장치(1100)는 사람의 생체신호를 측정하는 센서부(1110)와, 센서부(1110)에서 측정된 생체신호를 처리하는 메인 회로부(1120)을 포함한다. 이러한 생체신호 측정장치(1100)는 도 1 내지 도 58f를 참조하여 설명한 실시예들의 생체신호 측정장치 중 어느 하나일 수 있다. 생체신호 측정장치(1100)는 사람이 상시적으로 착용하는 액세서리 형상을 지니거나 사람이 상시적으로 착용하는 액세서리에 부착되는 형상을 지녀, 상시적으로 사람의 생체신호를 측정할 수 있다.
도 60을 참조하면, 모바일 장치(1200)는 통신부(1210), 제어부(1220), 메모리부(1240), 및 표시부(1250)를 포함한다. 이러한 모바일 장치(1200)는 이동 전화, 스마트 폰, 태블릿 컴퓨터, 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 랩탑 컴퓨터 등이 있을 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
통신부(1210)은 생체신호 측정장치(1100)의 메인 회로부(1120) 내에 마련된 통신부(도 16의 145 참조)와 통신한다. 이러한 통신부(1210)는 예를 들어, 무선 랜, 와이파이, 블루투스, 지그비, WFD, UWB, 적외선 통신, BLE, NFC 등과 같은 무선 통신모듈이나 유선 통신모듈을 포함할 수 있다. 통신부(1210)는 생체신호 측정장치(1100)의 메인 회로부(1120)에서 처리된 생체신호 정보를 수신하고, 제어 명령을 생체신호 측정장치(1100)의 메인 회로부(1120)에 전송한다.
제어부(1220)는 메인 회로부(1120)로부터 수신한 생체신호 정보를 유의미한 생체 데이터로 가공하며, 이러한 제어부(1220)는 도 61에 도시되듯이 위급상황 예측 모듈(1221)을 포함할 수 있다. 위급상황 예측 모듈(1221)은 가공된 생체 데이터로부터 생체신호 측정장치(1100)의 착용자, 즉 피검사자의 위급상황을 예측한다. 제어부(1220)는 통신부(1210), 메모리부(1240), 및 표시부(1250) 등의 모바일 장치(1200) 내의 유닛들을 제어한다. 메모리부(1240)는 생체신호 처리와 관련된 정보를 저장한다. 일 예로, 메모리부(1240)는 제어부(1220)에서 생체신호 정보를 유의미한 생체 데이터로 가공하기 위하여 생체신호를 평가하는 생체신호 평가모델들(1241)을 포함할 수 있다. 또한, 메모리부(1240)는 제어부(1220)에서 생체신호를 평가한 결과 위급상황이라고 판단되는 경우 제어부(1220)가 처리해야 할 위급상황별 시나리오들(1242)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리부(1240)는 위습상황시 연락할 응급센터의 서버 주소, 사용자가 다니는 병원의 서버, 사용자의 집의 개인 컴퓨터, 사용자의 주치의 전화번호, 보호자의 전화번호, 등을 포함할 수 있다. 표시부(1240)는 생체 데이터나, 생체 데이터와 관련된 정보를 표시하는 디스플레이를 포함할 수 있다. 나아가, 모바일 장치(1200)는 스피커, 진동모듈과 같은 사용자에게 정보를 전달할 수 있는 공지의 수단을 더 포함할 수 있다.
뇌는 잠시도 쉬지 않고 움직이기 때문에 뇌파도 항상 발생하고 있으며, 간질, 뇌졸증, 기절, 우을증, 치매, ADHD, 등의 병변은 각기 특유의 뇌파 특징점을 가지고 있다. 또한, 졸음 상태나 스트레스가 높은 상태등에 따른 특유의 뇌파 특징점을 가지고 있다. 따라서, 생체신호 측정장치(1100)가 뇌파를 측정하는 경우, 제어부(1220)는 수신한 뇌파 정보를 처리하여 뇌파 특징점들을 추출한다. 뇌파신호 평가모델은 각종 병변 특유의 뇌파 특징점들에 대한 정보를 포함하고 있으며, 위급상황 예측 모듈(1221)은 제어부(1220)에서 추출된 뇌파 특징점들을 병변 특유의 뇌파 특징점들과 매칭하여, 피검사자의 이상 징후를 판단할 수 있다. 나아가, 위급상황 예측 모듈(1221)은 각 병변별로 초기 증상, 중증 증상 등을 점수화하여, 피검사자의 현재 상태를 위험도 내지 긴급도별로 판단할 수도 있다.
도 62 내지 도 64를 참조하여 위급상황 예측 모듈(1221)이 뇌파신호를 기초로 뇌졸증의 위험도를 판단하는 구체적인 프로세서를 설명하기로 한다.
도 62는 뇌졸증 진단을 위한 뇌파 학습의 프로세스를 도시한다.
도 62를 참조하면, 먼저 뇌졸증과 관련된 학습 데이터를 수집한다(S1310). 이러한 학습 데이터는 예를 들어, EEG 신호, 성별, 나이, 음주, 흡연 등일 수 있으며, 일반인의 데이터와 뇌졸중 환자의 데이터를 모두 포함할 수 있다.
다음으로, 수집된 학습 데이터를 가공하여 뇌졸증과 관련된 특징을 추출한다(Feature Extraction)(S1320). 예를 들어, 주파수 분석(FFT, Wavelet), 복잡도 분석(Multi-scale Entropy, Corelation Dimension) 등 다양한 분석함수를 단일 혹은 조합하여 사용할 수 있다.
다음으로, 추출된 특징들에서 정확성에 기여도가 높은 최적의 특징을 선별한다(Feature Selection)(S1330). 이와 같은 선별에는 카이제곱 검정법(Chi squared test), 재귀적 특징 제거법(Recursive feature elimination), LASSO, 엘라스틱 넷(Elastic Net), 리지 리그레션(Ridge Regression) 등의 알고리즘을 활용할 수 있다.
다음으로, 학습 알고리즘 및 파라미터를 이용하여 학습을 진행한다(S1340). 학습에는 예를 들어, 다층 퍼셉트론(Multilayer Perceptron), 결정 트리(Decision Tree), 서포트 벡터 머신(Support vector machine), 베이즈 네트워크(Bayesian Network) 등의 학습법을 활용할 수 있다.
다음으로, 교차 검정(Cross Validation) 등의 평가방법을 통해 성능평가를 시행하고(S1350), 알고리즘 및 파라미터의 재설정(S1360)을 통해 단계 1320 내지 단계 1340을 반복 실행함으로써, 최적의 뇌졸증 진단모델을 생성한다(S1370).
상기와 같은 뇌졸증 진단모델은 별도의 학습장치에 의해 생성되어 모바일 장치(1200)내에 이식될 수 있다. 또는 모바일 장치(1200)를 학습시킴으로써 구현될 수도 있다. 모바일 장치(1200)를 학습시키는 경우, 모바일 장치(1200) 내에 하드웨어적 혹은 소프트웨어적으로 신경망 회로가 마련되어 있을 수도 있다.
도 63은 모바일 장치(1200)에서의 뇌졸증 평가 프로세스를 도시한다.
도 63을 참조하면, 모바일 장치(1200)는 진단 데이터를 수집한다(S1410). 진단 데이터는 생체신호 측정 장치(1100)에서 센싱된 뇌파신호를 포함한다. 진단 데이터의 일부는 사용자의 입력이나, 제3 자(의료인, 제조업자 등)에 의해 입력될 수 있다. 이러한 진단 데이터는 학습 데이터와 동일한 조건의 데이터일 수 있다.
다음으로, 모바일 장치(1200)의 제어부(1220)는 진단 데이터를 선처리(Preprocessing)하여 특징을 추출한다(S1420). 이러한 선처리는 학습할 때와 동일한 방법으로 이루어질 수 있다.
다음으로, 추출된 특징을 뇌졸증 평가 모델에 입력하고(S1430), 뇌졸증 평가 모델에 적합한지 여부를 평가함으로써 뇌졸중 여부를 예측한다(S1440).
상기와 같은 뇌졸중 여부의 예측은 뇌졸증의 위험도 판정을 포함할 수 있다.
하기의 표 1은 뇌졸증 평가 모델들의 일 예를 보여준다.
모델 NIHSS 스코어 뇌졸증 위험도
그룹 0 0 | 1-42 전체 테스트 세트
그룹 1 0 | 1~4 중증도 하
그룹 2 0 | 5~15 중증도 중
그룹 3 0 | 16~20 중증도 상
그룹 4 0 | 21~42 중증도 최상
NIHSS(National Institutes of Health Stroke Scale)은 미국 국립 보건원의 뇌졸증 척도로서, 상기 표 1에서 그룹들은 NIHSS 스코어에 따라 분류된 것이다. 그룹 0 평가 모델은 뇌졸중 발병 유무를 평가하는 모델이며, 그룹 1~4 평가 모델은 뇌졸중의 중증도를 평가하는 모델들이다.
도 64는 상기와 같은 그룹 0~4 평가 모델을 이용한 뇌졸증 평가에 따른 위험도 판정의 일예의 순서도이다.
도 64를 참조하면, 뇌파신호를 지속적으로 취득하고(S1510), 취득된 뇌파신호를 그룹 0 평가모델에 매칭한다(S1520). 만일, 취득된 뇌파신호가 그룹 0 평가모델에 매칭되지 않으면, 다시 뇌파신호를 취득하는 프로세스를 반복함으로써 하여 뇌졸중 발병여부를 지속적으로 모니터링 한다. 취득된 뇌파신호가 그룹 0 평가모델에 매칭되지 않는다는 것은, 취득된 뇌파신호를 그룹 0 평가모델에 적용한 결과로 산출된 값이 NHISS 스코어 0으로 나온다는 것을 의미한다. NHISS 스코어 0은 뇌졸증이 발병되지 않았음을 의미하므로, 취득된 뇌파신호가 그룹 0 평가모델에 매칭되지 않는다면, 뇌졸증이 발병되지 않았고, 따라서 뇌졸증 위험도가 없다고 판정할 수 있다(S1530).
만일, 취득된 뇌파신호가 그룹 0 평가모델에 매칭된다면, 뇌졸중 중증도를 평가하는 프로세스로 넘어간다. 달리 말하면, 취득된 뇌파신호를 그룹 0 평가모델에 적용한 결과로 언어진 값이 NHISS 스코어 1 이상의 값이 나온다면, 뇌졸증이 발병된 것으로 판단할 수 있는바, 뇌졸중 중증도를 평가하는 프로세스를 진행한다(S1540~S1610).
먼저 취득된 뇌파신호를 그룹 4 평가모델에 매칭한다(S1540). 그룹 4 평가모델에 매칭한 결과로 산출된 값이 NIHSS 스코어 21~42의 범위 내에 있게 된다면, 뇌졸증의 위험도가 최상이라고 판정한다(S1550). 그룹 4 평가모델에 매칭한 결과로 산출된 값이 NIHSS 스코어 21~42 범위를 벗어나면, 취득된 뇌파신호를 그룹 3 평가모델에 매칭하는 단계(S1560)로 넘어간다.
다음으로, 취득된 뇌파신호를 그룹 3 평가모델에 매칭한다(S1560). 그룹 3 평가모델에 매칭한 결과로 산출된 값이 NIHSS 스코어 16~20의 범위 내에 있게 된다면, 뇌졸증의 위험도가 상이라고 판정한다(S1570). 그룹 3 평가모델에 매칭한 결과로 산출된 값이 NIHSS 스코어 16~20 범위를 벗어나면, 취득된 뇌파신호를 그룹 2 평가모델에 매칭하는 단계(S1580)로 넘어간다.
다음으로, 취득된 뇌파신호를 그룹 2 평가모델에 매칭한다(S1580). 그룹 2 평가모델에 매칭한 결과로 산출된 값이 NIHSS 스코어 5~15의 범위 내에 있게 된다면, 뇌졸증의 위험도가 중이라고 판정한다(S1590). 그룹 2 평가모델에 매칭한 결과로 산출된 값이 NIHSS 스코어 5~15 범위를 벗어나면, 취득된 뇌파신호를 그룹 1 평가모델에 매칭하는 단계(S1600)로 넘어간다.
다음으로, 취득된 뇌파신호를 그룹 1 평가모델에 매칭한다(S1600). 그룹 1 평가모델에 매칭한 결과로 산출된 값이 NIHSS 스코어 1~4의 범위 내에 있게 된다면, 뇌졸증의 위험도가 하이라고 판정한다(S1610). 그룹 1 평가모델에 매칭한 결과로 산출된 값이 NIHSS 스코어 1~4 범위를 벗어나면, 종료하고, 다시 뇌파신호를 취득하는 프로세스(S1510)로 넘어갈 수 있다.
뇌졸증의 위험도 평가는 서로 다른 방법이 적용된 평가모델들을 통합하여 이루어질 수도 있다. 예를 들어 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT) 방법, 멀티스케일 엔트로피(Multi-scale Entropy, MSE) 방법, 상관 차원(Correlation Dimension) 방법을 적용한다고 한다면, FFT 결과를 학습한 평가모델(FFT_MODEL), MSE 결과를 학습한 평가모델(MSE_MODEL), 상관차원 결과를 학습한 평가모델(Corel_MODEL)을 각각 학습하여 교차 검증(Cross Validation)을 통해 성능을 평가할 수 있다. 각 평가모델의 평가결과(TrainResult)는 0~1 사이의 값으로 도출된다. 각 평가모델의 평가결과에 아래와 같은 수학식 1~3을 사용하여 가중치를 계산할 수 있다.
Figure 112015046874605-pat00001
Figure 112015046874605-pat00002
Figure 112015046874605-pat00003
최종 뇌졸중 평가결과(PredictResult)는 아래의 수학식 4을 사용하여 얻어질 수 있다.
Figure 112015046874605-pat00004
수학식 4에서 최종 뇌졸중 평가결과는 0~1 사이의 값으로 표현되며, 이 결과는 뇌졸중 가능성을 나타낸다.
표 2는 최종 뇌졸중 평가결과(PredictResult)의 값에 따른 뇌졸증 가능성을 보여준다.
PredictResult (x) 뇌졸중 가능성
0≤x<0.3 정상
0.3≤x<0.7 뇌졸중 의심
0.7≤x≤1 뇌졸중 가능성 높음
상기와 같이 위급상황 예측 모듈(1221)은 뇌파신호 측정 장치(1100)로부터 수신한 뇌파신호를 기초로 뇌졸증의 위험도를 판단할 수 있으며, 만일 위급상황 예측 모듈(1221)이 피검사자의 현재 상태가 위급상황이라고 판단되는 경우, 제어부(1220)는 메모리부(1240)에 저장되어 있는 상황별 대응 시나리오에 따라 프로세스를 진행할 수 있다.
예를 들어, 위급상황 예측 모듈(1221)이 뇌졸증의 초기 상태라고 판단되는 경우, 모바일 장치(1200)의 표시부(1250)를 통해 피검사자에게 뇌졸증의 초기 상태임을 알리는 동작을 수행할 수 있다. 위급상황 예측 모듈(1221)이 뇌졸증이 심각한 상태라고 판단하는 경우, 제어부(1220)는 통신부(1210)을 통해 기저장된 응급센터나 병원 혹은 보호자에게 피검사자의 뇌졸증의 심각 상황을 알리는 동작을 수행할 수 있다. 나아가, 위급상황 예측 모듈(1221)이 뇌졸증이 최고로 심각한 상태 또는 응급 상황이라고 판단하는 경우, 제어부(1220)는 모바일 장치(1200) 자체의 스피커(미도시)를 통해 응급상황임을 최고 볼륨으로 알리거나, 기저장된 응급센터나 병원의 서버를 통해 사용자의 위치에 인접한 응급요원, 의사 등에게 통지하여 사용자의 응급상황을 처리하도록 할 수도 있을 것이다. 위급상황 예측 모듈(1221)이 뇌졸증이 최고로 심각한 상태 또는 응급 상황이라고 판단하는 경우, 제어부(1220)는 모바일 통신 사업자에게 사용자가 있는 위치에 인접하면서 통신가능한 모바일 장치에 위급상황을 알리고 도움을 요청하는 메시지를 전송하도록 요청할 수도 있을 것이다.
도 65는 다른 실시예에 따른 모바일 장치(1201)의 제어부(1220)와 메모리부(1240)의 블록도를 도시한다. 생체의사 추론 모듈(1223) 및 메모리부(1240)를 제외한 나머지 구성요소들은 전술한 실시예의 모바일 장치(1200)와 실질적으로 동일하다. 도 65를 참조하면, 생체의사 추론 모듈(1223)은 가공된 생체신호 정보로부터 생체신호 측정장치(1100)의 착용자의 생각하는 바, 즉 의사를 추론한다. 메모리부(1240)는 생체의사 추론모델들(1245)을 포함하며, 생체의사 추론모델들(1245)에 의해 추정되는 제어명령들 세트(1246)를 저장한다.
생체의사 추론모델들(1245)은 생체신호의 패턴과 생체의 의사의 상관관계를 모델링한 것이다. 예를 들어, 생체신호 측정장치(1100)가 뇌파를 측정하는 경우, 수신한 뇌파 정보를 주파수 성분 분석하여, α파, β파, γ파 등으로 뇌파를 분류할 수 있다. α파, β파, γ파 등의 뇌파는 1~20Hz 영역에서 주로 나타나게 되는데, 뇌의 활동 상태에 따라 주된 주파수가 나타나는 영역이 변화하게 된다. 이러한 α파, β파, γ파 등의 뇌파는 뇌의 활동 상태와 연관이 있다. 예를 들어, α파는 전두엽과 측두엽에서 주로 측정되는 파로 이완된 상태의 뇌에서 주로 발생한다. β파는 불안이나 긴장, 집중할 때 일어나는 파동으로 전두엽에서 가장 강하게 나타난다. 이러한 주파수의 특성과 뇌파 발생 위치를 결합하면 뇌의 어떠한 부분이 지금 활성화되어 있는지 예측할 수 있다. 뇌는 위치별로 특정 기능을 가진다는 점을 고려하면, 뇌가 하는 일에 대한 정보를 얻을 수 있다. 생체의사 추론 모듈(1223)은 획득된 뇌파신호와 생체의사 추론모델들을 매칭하여, 매칭되는 생체의사 추론모델로부터 사용자의 의사를 추론한다. 제어부(도 60의 1220)는, 생체의사 추론 모듈(1223)에서 추론된 사용자의 의사에 기초하여 모바일 장치(1200)나 다른 전자장치에 대한 제어명령을 생성할 수 있다.
전술한 실시예는 위급상황 예측모듈(도 61의 1221)이나 생체의사 추론모듈(1223)이 모바일 장치(1200)에 각각 마련된 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 모바일 장치(1200)에 동시에 마련될 수 있음은 물론이다. 그밖에, 모바일 장치(1200)는 제어부(1220)에서 처리된 생체 데이터를 기초로, 사용자에게 최적화된 건강관리모듈, 투약관리모듈 등을 포함할 수 있을 것이다.
도 66는 또 다른 실시예에 따른 생체신호 처리 시스템(1001)을 개략적으로 도시하며, 도 67은 도 66의 생체신호 처리 시스템(1001)에서 컴퓨터 장치(1700)의 개략적인 블록도를 도시한다. 도 66 및 도 67을 참조하면, 본 실시예의 생체신호 측정 시스템(1001)은 생체신호 측정장치(1100), 생체신호 측정장치(1100)와 유선 혹은 무선으로 연결되는 모바일 장치(1201), 및 모바일 장치(1201)와 직접 혹은 네트워크로 연결되는 컴퓨터 장치(1700)를 포함할 수 있다.
컴퓨터 장치(1700)는 모바일 장치(1200)와 통신하는 통신부(1710), 생체신호 처리와 관련된 정보를 저장한 데이터 저장부(1740), 컴퓨터 장치(1700) 내의 각종 유닛을 제어하는 제어부(1720)를 포함한다. 통신부(1710)는 예를 들어, 무선 랜, 와이파이, 블루투스, 지그비, WFD, UWB, 적외선 통신, BLE, NFC 등과 같은 무선 통신모듈이나 유선 통신모듈을 포함할 수 있다.
컴퓨터 장치(1700)는 생체신호처리의 적어도 일부분 혹은 전부를 처리할 수 있다. 이 경우, 모바일 장치(1201)는 생체신호 측정 장치(1100)에서 수신한 생체신호를 컴퓨터 장치(1700)로 전송하고, 컴퓨터 장치(1700)에서 분석된 생체신호 정보를 전송 받는다. 전술한 실시예는 모바일 장치(1200)에서 뇌졸증 위험도 분석이나 사용자의 의사추론과 같은 생체신호처리를 모두 수행하는 예를 설명하고 있는데, 본 실시예는 모바일 장치(1201)에서 생체신호처리의 일부만을 하거나 혹은 전혀 하지 않고, 생체신호 측정 장치(1100)에서 수신한 생체신호를 그대로 컴퓨터 장치(1700)로 전송하거나 혹은 일부만 처리한 상태로 컴퓨터 장치(1700)로 전송한다. 데이터 저장부(1740)는 생체신호를 평가하는데 사용되는 생체신호 평가모델들을 포함하고, 제어부(1720)는 이러한 생체신호 평가모델들에 기초하여 모바일 장치(1200)로부터 수신한 뇌파신호로부터 사용자의 위급상황을 판단하거나 의사를 추론할 수 있다.
컴퓨터 장치(1300)는 예를 들어 병원의 서버, 응급센터에 있는 서버, 또는 사용자의 집에 있는 개인용 컴퓨터일 수 있다. 모바일 장치(1200)는 생체신호 측정장치(1100)를 통해 수집된 사용자의 생체정보를 컴퓨터 장치(1700)에 전송하고, 컴퓨터 장치(1700)는 수신한 사용자의 생체정보를 저장하고, 사용자의 현재 상태에 매칭되는 시나리오에 따라 후속 절차를 진행하도록 할 수 있다.
다른 예로, 컴퓨터 장치(1700)는 모바일 장치(1200)에 의해 제어가능한 전자 기기일 수 있다. 이 경우, 생체신호 측정 시스템(1001)은 도 59 내지 도 65를 참조하여 설명하는 생체신호 측정 시스템(1000)에 단순히 컴퓨터 장치(1300)가 더 추가된 구성으로 이해될 수도 있다. 즉, 뇌졸증 위험도 분석이나 사용자의 의사추론과 같은 생체신호처리는 모바일 장치(1201)에서 수행되고, 컴퓨터 장치(1700)는 는 모바일 장치(1200)에 의해 제어되는 전자 장치(예를 들어, 텔레비전, 조명기구, 도어락, 에어컨, 등과 같은 가전 장치)일 수 있다. 가령, 전술한 바와 같이 생체신호 측정장치(1100)가 사용자의 뇌파를 측정하는 경우, 모바일 장치(1200)는 사용자의 의사를 추론하여 컴퓨터 장치(1700)를 제어하는 제어명령을 생성할 수도 있을 것이다.
도 68은 또 다른 실시예에 따른 생체신호 처리 시스템(1002)을 개략적으로 도시한다. 도 68을 참조하면, 본 실시예의 생체신호 측정 시스템(1002)은 생체신호 측정장치(1100) 및 생체신호 측정장치(1100)와 네트워크로 연결되는 컴퓨터 장치(1701)를 포함한다. 본 실시예의 생체신호 측정장치(1100)는 모바일 장치(도 59의 1200 참조) 없이 컴퓨터 장치(1701)에 직접적으로 연결된다. 생체신호 측정장치(1100)는 네트워크에 접속가능한 통신부(도 16의 145)를 포함하여, 컴퓨터 장치(1301)에 네트워크를 통해 접속될 수도 있다.
도 60 내지 도 65를 참조하여 설명한 생체신호처리 프로세서는 생체신호 측정장치(1100)에서 실행될 수도 있다. 가령, 생체신호 측정장치(1100)의 메인 회로부(도 16의 140 참조) 내의 제어부(141)은 위급상황 예측모듈이나 생체의사 추정모듈을 포함할 수 있으며, 메모리(144)는 각종 생체신호 평가모델들과, 위급상황 대응시나리오 등에 대한 정보를 저장할 수 있다. 제어부(141)는 센싱된 생체신호를 기초로 사용자의 생체 상태를 판단하고, 나아가 판단된 생체 상태에 대한 정보에 따라 후속하는 절차들을 제어한다. 다른 예로, 도 66 및 도 67을 참조하여 설명한 실시예처럼 생체신호처리 프로세서는 컴퓨터 장치(1701)에서 실행될 수도 있다.
컴퓨터 장치(1701)는 예를 들어 병원, 응급센터에 있는 서버이거나, 사용자의 집에 있는 데스트탑 컴퓨터, 노트북 등일 수 있다. 나아가, 컴퓨터 장치(1701)는 네트워크 접속 가능한 가전 기기일 수도 있다. 예를 들어, 사용자의 집에 무선 엑세스 포인트(wireless acess point, WAP)를 갖는 네트워크 환경이 마련되어 있고, 가전 기기들이 네트워크 접속 가능한 경우, 생체신호 측정장치(1100)는 무선 엑세스 포인트를 통해 네트워크에 접속함으로써, 가전 기기들을 제어할 수 있을 것이다.
도 69는 또 다른 실시예에 따른 생체신호 처리 시스템(1003)을 개략적으로 도시한다. 도 69를 참조하면, 본 실시예의 생체신호 측정 시스템(1003)은 생체신호 측정장치(1101) 및 생체신호 처리 장치(1203)를 포함한다. 생체신호 측정장치(1101)는 제1 센서 유닛(1111)와 제2 센서 유닛(1121)를 포함한다. 제1 센서 유닛(1111)는 전기적 생체신호를 측정하는 센서 전극를 포함할 수 있다. 생체신호 처리 시스템(1003)은 도 1 내지 도 58f를 참조하여 설명한 생체신호 측정장치에 제2 센서 유닛(1120)가 추가적으로 마련된 경우로 이해될 수 있다. 제2 센서 유닛(1121)는 전기적 센서신호 외에 생체의 상태를 측정하는 추가적인 센서를 포함한다. 예를 들어, 제2 센서 유닛(1121)는 자이로스코프 센서, 가속도 센서, GPS, 지자기 센서, 및 조도센서 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 생체신호 측정장치(1101)는 제1 센서 유닛(1111)을 통해 사용자의 생체신호로부터 얻어지는 생체신호 정보를 획득하고, 제2 센서 유닛(1120)을 통해 사용자의 위치 정보, 사용자가 넘어졌는지 여부, 사용자가 배회하는지 여부 등에 대한 주변 정보를 수집한다. 생체신호 측정장치(1101)는 생체신호 정보와 함께 주변 정보를 생체신호 처리장치(1203)에 전송하고, 생체신호 처리장치(1203)는 생체신호 정보와 주변 정보를 모두 취합하여 사용자의 현재 상태에 대해 좀 더 정확한 판단을 할 수 있다. 생체신호 처리장치(1203)가 사용자가 휴대하는 모바일 장치인 경우, 제2 센서 유닛(1120)는 생체신호 측정장치(1101) 대신에 생체신호 처리장치(1203)에 마련될 수도 있다.
다음으로, 전술한 실시예들의 생체신호 처리 시스템이 적용되는 예들을 설명한다.
전술한 실시예들의 생체신호 처리 시스템은 의료 분야에 적용될 수 있다. 전술한 바와 같이 생체신호 측정장치는 다양한 형태로 제작하여 일상생활에서 활용 가능하다. 예를 들어, 생체신호 측정장치는 모자, 안경, 헤어밴드, 머리핀, 안대, 패치, 배게, 시계, 목걸이, HMD, 등의 형태로 제작되거나, 이들에 결합될 수 있다. 따라서, 사용자가 상시적으로 생체신호 측정장치를 착용하고 있으면, 획득된 사용자의 생체정보를 병원과 연계하여 질병을 예방하거나 신속하게 진단할 수 있다. 예를 들어, 뇌파로 질병을 모니터링하고 위급상황이 예측되거나 발생시 사용자에게 알림. 동시에 사용자의 위치 등의 상황정보와 함께 해당 내용(간질, 뇌졸증 등)을 의료기관, 의료 종사자에게 전달하여 질병의 진단, 응급 구조, 치료를 받을 수 있도록 조치할 수 있다.
다른 예로, 치매 환자가 길을 잃었을 경우 불안함, 당황스러움 등을 분석하고 장시간 평소 다니던 길과 다른 길을 배회할 때 환자의 위치 정보와 함께 상태 정보를 지인, 경찰 등에 제공하여 실종을 방지할 수 있다.
또 다른 예로, 사용자 특성(ADHD 증상, 연령 등)에 따른 맞춤형 뉴로 피드백(집중력 강화 훈련)을 제공할 수도 있다.
또 다른 예로, 생체신호로부터 우울증 지표를 생성하고, 이를 사용자나 의료진에게 알림으로써, 지속적인 진단을 할 수 있도록 할 수 있다. 가령, 뇌파 측정을 통해 우울증 지표가 높아지게 되면, 사용자에게 우울증 약물의 투약을 권하거나 지시하는 메시지를 출력하도록 하여 투야 관리를 할 수 있다. 또는 우울증 약물의 투약에 따른 현재 치료 단계를 뇌파 측정을 통해 알려주고 꾸준한 치료 유도. 투약 이력에 따른 효과를 뇌파 측정을 통해 추정하여 투약 전후의 차이점을 알릴 수 있다. 투약 효과를 치료에 대한 의지를 가질 수 있는 방향으로 알려주어 장기간의 치료 기간을 계속 유지할 수 있도록 도와줄 수 있다. 또한, 히스토리 정보를 지인 및 의료진에게 공유하여 적절한 조치를 취할 수 있도록 할 수 있다.
또 다른 예로, 아기 뇌파를 측정하여 의사 표현(배고픔, 아픔, 싫음 등) 인지할 수도 있다. 뇌파를 이용하므로 울지 않아도 아기 의사 파악 가능. 배고품, 지루함, 불편함, 졸림, 스트레스, 수면 상태(잠, 깨어남), 감정상태(좋다, 싫다) 등의 상태를 파악할 수 있다.
또 다른 예로, 다양한 폼팩터를 이용한 멀티모달(Multimodal) 정보를 추출할 수도 있다. 예를 들어, 뇌파 외에도, 체온, 심박, 끄덕임, 눈깜박임, 뒤척임 등을 동시에 측정하여, 정확한 의사 표현 추정 및 건강 관리를 할 수 있다.
또 다른 예로서, 전술한 실시예들의 생체신호 처리 시스템은 안전 및 수송 분야에 적용될 수 있다. 전술한 바와 같이 생체신호 측정장치는 다양한 형태로 제작할 수 있으므로, 운전자 좌석, 모자, 안경, 헤어밴드, 머리핀, 안대, 패치, 배게, 등의 형태로 제작되거나, 이들에 결합될 수 있다. 따라서, 생체신호 측정장치는 상시적으로 사용자의 생체신호를 측정할 수 있다. 예를 들어, 뇌파 센서가 달린 생체신호 측정장치를 머리에 착용하고 있으면, 안전 및 수송 업계 관련 종사자들의 수면 상태를 진단(즉, 졸음 상태 및 집중도 저하 감지)하여 알람을 울려줄 수 있다.
또 다른 예로서, 전술한 실시예들의 생체신호 처리 시스템은 게임 분야에 적용될 수 있다. 일 예로, 생체신호 측정장치를 머리에 착용하여, 게임을 컨트롤하거나 Effect를 출력할 수 있다. 다른 예로, 뇌파를 이용한 명령 전송을 통해 가상의 캐릭터 컨트롤(Brain Computer Interface, BCI)을 할 수 있다. 또 다른 예로, 뇌파 상태(기분)를 접목하여 인터액티브한 게임 효과를 표현할 수 있다. 예를 들어, 흥분 상태 시, 가상의 캐릭터의 화면 표시 혹은 이펙트를 게임에 반영할 수 있다.
또 다른 예로서, 전술한 실시예들의 생체신호 처리 시스템은 가전 분야에 적용될 수 있다. 전술한 바와 같이 생체신호 측정장치는 다양한 형태로 제작하여 일상생활에서 활용 가능하다. 예를 들어, 생체신호 측정장치는 모자, 안경, 헤어밴드, 머리핀, 안대, 패치, 배게, 시계, 목걸이, 등의 형태로 제작되거나, 이들에 결합될 수 있다. 일 예로, 생체신호 측정장치를 머리에 착용하여, 사용자와 스마트 홈 및 가전 제품을 연동(명령)할 수 있다.
또 다른 예로, 생체신호 측정장치를 이용한 사용자 상태 모니터링을 함으로써, 사용자 응급 상황(갑작스런 쓰러짐, 뇌질환 발생시) 스마트홈을 통해 구호기관 신고할 수 있다.
또 다른 예로, BT, GPS, 가속도센서, 모션센서 등을 추가로 연계하여 사용자의 상태를 실시간 모니터링을 하고, 스마트 홈(가전)에 전송할 수도 있다.
또 다른 예로, 뇌파를 이용한 수면 상태, 수면 깊이를 감지하여 스마트 가전 작동 명령 전송하여, 수면 뇌파 감지를 통한 취침시, 취침 중, 기상시 조명 및 실내온도, 실내 습도 등을 컨트롤을 할 수도 있다.
또 다른 예로, 수면 뇌파 감지를 통해 취침시, 기상시에 배경 음악 컨트롤을 할 수도 있다.
또 다른 예로, TV 등 멀티미디어 컨텐츠를 감상 시, 사용자의 뇌파를 분석하여 사용자의 관심도/흥미도/집중도가 높은 구간을 선별하여 하이라이트 컨텐츠를 제작하고 기기간 연결을 통해 또는 클라우드를 통해 지인들과 공유할 수도 있다.
또 다른 예로, 아기 뇌파를 측정하여 배고픔, 아픔, 싫음과 같은 의사 표현을 인지할 수도 있다. 뇌파를 이용하므로 울지 않아도 배고품, 지루함, 불편함, 졸림, 스트레스, 수면 상태(잠, 깨어남), 감정상태(좋다, 싫다) 등의 아기 의사 파악 가능하다.
뇌파 외에도 다양한 폼팩터를 이용하여 체온, 심박, 끄덕임, 눈깜박임, 뒤척임과 같은 멀티모달 정보를 추가적으로 추출하여, 정확한 의사 표현 추정 및 건강 관리를 할 수도 있다.
또 다른 예로, 전술한 실시예들의 생체신호 처리 시스템은 모바일 장치와 결합하여 실생활 분야에 적용될 수 있다. 생체신호 측정장치를 머리에 착용하여, 사용자의 뇌파를 실시간을 분석하는 헬스케어 모니터링 시스템을 구축할 수 있다. 일 예로, 생체신호 측정장치를 머리에 착용하여, 뇌파를 이용하여 스마트폰을 조작할 수도 있다.
또 다른 예로, 실시간 뇌파 분석하여, 문제 발생시 즉각적인 알람을 발생시키고, 사용자 뇌파 학습을 통해 특정 APP 실행하거나, 문자 입력을 할 수도 있다.
또 다른 예로, 뇌파를 이용한 투약관리. 약을 복용 전의 뇌파와 약을 복용 후의 뇌파를 구분하여 복용 시점이 되었는데 약 복용이 되지 않은 경우를 판단하여 알림을 전달할 수도 있다.
또 다른 예로, 사진 촬영 시, 사진과 함께 감정을 저장하고 이후 사진과 함께 감정 정보를 보여주어 회상을 통해 기억력을 강화할 수 있는 사진 세렌디피티(photo serendipity) 서비스를 제공할 수도 있다.
또 다른 예로, 뇌파를 이용하여 사진을 촬영을 셔터링할 수 있다. 나아가, 뇌파를 이용하여 사용자의 얼굴 이미지를 분석하여 사진 촬영도 할 수 있다.
또 다른 예로, 촬영 사진을 저장할 때 기쁨, 우울, 감동, 슬픔, 분노, 사랑과 같은 감정으로는 뇌파로 분석할 수도 있다.
또 다른 예로, 사진을 단말 사용 행태에 자연스럽게 적용할 수 있도록 단말의 홈 스크린, 전자 열쇠 스크린(Lock screen) 등에 표시해 줄 수도 있다. 추가로 전자 열쇠 스크린에서 사진의 위치, 시간, 인물 관련 퀴즈를 제공하여 정답을 맞출 경우 락 해제하여 기억력 강화 훈련을 제공할 수도 있다.
또 다른 예로, 뇌파를 이용하여 하루 중 집중력이 높은 시점을 알려주고 상황을 기록하여 자동으로 일기를 작성할 수도 있다. 가령, 하루 일과 중 집중도가 높은 시점을 자동으로 알려주고 해당 상황을 기록할 수 있게 도와줄 수도 있다. 작성된 메모들을 이용하여 하루 중 중요했던 시점들의 상황을 자동으로 일기처럼 작성할 수도 있다.
또 다른 예로, 뇌파로 우울한 감정을 측정하고, 감정에 적합한 이모티콘, 사진을 SNS/블로그에 공유하여 관심 유도할 수도 있다.
또 다른 예로, 얼굴 표정, 전화 통화 목소리, SNS/블로그의 개인 메시지를 통한 우울감 분석으로 쉬운 입력(Easy Input) 기능을 제공할 수도 있다.
또 다른 예로, SNS/블로그에 감정 공유 시, 이모티콘, 사진, 음악 등 다양한 UI/UX적 표현 방법으로 지인들의 관심 유도할 수도 있다.
또 다른 예로, 개인의 성격, 환경을 고려하여 개인 맞춤형 우울감을 판단할 수도 있다.
또 다른 예로, 온라인, 오프라인 쇼핑 시, 뇌파를 이용하여 사용자 선호도를 파악하고 선호도에 따라서 북마크 서비스를 제공할 수도 있다.
또 다른 예로, 전술한 실시예들의 생체신호 처리 시스템은 교육 분야에 적용될 수 있다. 뇌파 센서가 달린 장치를 머리에 착용하여, 사용자의 교육 성취도, 흥미도 파악에 따른 맞춤형 교육을 제공할 수 있다. 또한, 교육생의 집중도, 흥분도, 스트레스 지수 분석을 통한 교육 과정 및 난이도, 교육 방법에 대한 개인화된 서비스를 제공할 수 있다. 나아가, 뇌파로 학습자의 이해도 및 집중도를 파악하여 교육 학습을 강화할 수 있는 부가 정보(hint)나 집중도 향상을 위한 자극을 제공할 수 있으며, 이해도에 따른 컨텐츠 종류를 바꿔주어 수업 난이도를 조절할 수 있다.
또 다른 예로, 전술한 실시예들의 생체신호 처리 시스템은 엔터테인먼트 분야에 적용될 수 있다. 뇌파 센서가 달린 장치를 머리에 착용하여, 사용자 기분에 따른 컨텐츠를 추천하는 서비스를 제공할 수 있다. 또한, 집중도, 스트레스 지수, 불안감등에 대한 종합적인 측정을 하여, 사용자 기분에 따른 바탕화면 변화, 사용자 기분에 따른 음악 자동 추천, 사용자 기분에 따른 앱(App) 추천, 사용자 기분에 따른 맛집 추천, 사용자 기분에 따른 장소 추천, 사용자 기분에 따른 여행지 추천, 사용자 기분에 따른 쇼핑 컨텐츠 추천, 사용자 기분에 따른 화면 밝기 조정, 사용자 기분에 따른 화면 폰트 변경, 사용자 기분에 따른 액자(사진) 출력 등을 제공할 수 있다.
도 70은 일 실시예에 따른 생체신호 측정용 센서 유닛(2000)을 개략적으로 도시하며, 도 71은 도 70의 생체신호 측정용 센서 유닛(2000)의 측면도를 도시한다.
도 70 및 도 71을 참조하면, 본 실시예의 센서 유닛(2000)은 센서 전극(2010)을 포함한다.
센서 전극(2010)은 생체 부위에 접촉하여 전기적 생체신호를 검출하는 것이다. 생체 부위는 생체의 두부, 안면의 눈 부위, 팔목, 손목, 가슴 등이 될 수 있다. 이와 같이 센서 전극(2010)이 접촉하는 생체 부위에 따라서 센서 전극(2010)에서 측정되는 생체신호는 뇌파, 안전도, 근전도, 신경전도, 또는 심전도일 수 있다. 센서 전극(2010)은 테이퍼 형상의 테이퍼부(2010a)와, 테이퍼부(2010a)의 일단에서 연장된 돌기부(2010b)를 포함하는 깔대기 형상을 가지는 건식 전극일 수 있다.
돌기부(2010b)는 테이퍼부(2010a)에 비해 상대적으로 휨성이 큰 부분이다. 센서 전극(2000)이 두피에 접촉할 때, 테이퍼부(2010)는 돌기부(2010b)를 지지하며, 돌기부(2010b)는 휘어지면서 두피에 맞닿게 된다. 이러한 휨성 관계를 만족시키기 위하여 센서 전극(2010)은 예를 들어 40도 내지 60도의 경도를 가질 수 있다.
테이퍼부(2010a)의 타단쪽 바닥면, 즉 전극 받침대(2030)의 센서 전극(2010)이 장착되는 장착면을 기준으로 센서 전극(2010)의 종단면을 보았을 때, 돌기부(2010b)의 둘레 외면의 기울기는 테이퍼부(2010a)의 둘레 외면의 기울기보다 더 클 수 있다. 달리 말하면, 돌기부(2010b)는 기둥 형상이거나 테이퍼부(2010a)의 기울기보다 좀 더 큰 기울기를 갖는 테이퍼 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 테이퍼부(2010a)는 원뿔, 타원뿔, 또는 다각뿔(엄밀한 의미에서는 뿔대)의 형상을 지니며, 돌기부(2010b)는 원기둥, 타원기둥, 또는 다각기둥의 형상을 지닐 수 있다.
돌기부(2010b)의 끝단은 반구와 같은 무딘 형상을 가져 생체에 맞닿을 때 생체에 통증 유발을 최소화하도록 할 수 있다. 테이퍼부(2010a)와 돌기부(2010b)는 일체로 형성될 수 있다. 물론, 돌기부(2010b)의 끝단의 형상은 본 실시예를 제한하지 않으며, 예를 들어 뽀족하거나 평평할 수도 있다. 돌기부(2010b)의 높이는 돌기부(2010b)의 직경보다 클 수 있다.
테이퍼부(2010a)와 돌기부(2010b)는 동일한 재질로 일체로 형성될 수 있다. 이 경우 센서 전극(2010)의 테이퍼부(2010a)와 돌기부(2010b)는 플렉서블하며 전도성이 있는 합성수지 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 센서 전극(2010)은 전도성 실리콘이나 전도성 고무와 같은 전도성 폴리머로 형성될 수 있다. 돌기부(2010b)의 직경은 테이퍼부(2010a)의 직경보다 작으므로, 돌기부(2010b)는 테이퍼부(2010a)보다 상대적으로 용이하게 휘어질 수 있다.
또는 테이퍼부(2010a)와 돌기부(2010b)는 별도로 제조되어 접합될 수 있다. 이 경우, 테이퍼부(2010a)와 돌기부(2010b)는 동일한 재질 혹은 서로 다른 재질로 형성될 수 있다. 가령, 돌기부(2010b)는 휨성이 큰 전도성 실리콘나 전도성 고무로 형성되고, 테이퍼부(2010a)는 경성을 갖거나 돌기부(2010b)의 휨성보다 작은 휨성을 갖는 합성수지로 형성될 수도 있다. 테이퍼부(2010a)는 전도성 재질 혹은 비전도성 재질로 형성될 수 있다. 테이퍼부(2010a)가 비전도성 재질로 형성될 경우, 테이퍼부(2010a)에는 돌기부(2010b)와 전기적으로 연결되는 별도의 도체가 삽입되어 있을 수도 있다.
센서 유닛(2000)은 테이퍼부(2010a)의 타단이 부착되어 센서 전극(2010)을 지지하는 전극 받침대(2030)를 더 포함할 수 있다. 전극 받침대(2030)는 센서 전극(2010)을 지지하는 것으로, 센서 유닛(2000)의 하우징이나, 별도의 기판이나, 혹은 본체의 일부분일 수 있다.
예를 들어, 전극 받침대(2030)는 비전도성 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 경성 혹은 연성의 플라스틱 수지로 형성될 수 있다. 센서 전극(2010)의 배선회로(2050)는 전극 받침대(2030) 내부에 매립되거나, 전극 받침대(2030)의 센서 전극(2010)이 설치된 면의 이면쪽에 인쇄 회로 형태로 형성될 수 있다. 센서 전극(2010)에서 검출된 생체신호는 케이블(2090)을 통해 측정장치로 전달된다.
또는 전극 받침대(2030) 자체가 전도성 재질로 형성될 수도 있다. 이 경우, 센서 전극(2010)과 전극 받침대(2030)는 동일 재질로 일체로 형성되어, 전극 받침대(2030)가 센서 전극(2010)의 일부로 이해될 수도 있다. 물론, 센서 전극(2010)과 전극 받침대(2030)는 서로 다른 재질로 형성되고, 센서 전극(2010)이 전극 받침대(2030)에 부착되어 있을 수도 있다. 전극 받침대(2030) 자체가 전도성을 가지므로, 별도의 배선회로 없이 전극 받침대(2030)가 케이블(2090)에 연결될 수도 있다.
또는, 센서 전극(2010)의 테이퍼부(2010a)와 돌출부(2010b)이 별도로 제조되어 접합되는 경우, 테이퍼부(2010a)와 전극 받침대(2030)가 일체로 형성될 수도 있다. 나아가, 테이퍼부(2010a) 없이 센서 전극(2010)의 돌출부(2010b)가 전극 받침대(2030)에 직접 부착되어 있을 수도 있다. 이 경우에도, 센서 전극(2010)의 돌출부(2010b)는 생체 부위에 접촉시 휘어지면서 돌출부(2010b)의 측부, 둘레 외면이 생체에 맞닿아 생체신호를 센싱한다.
도 72는 센서 전극(2010)이 센서 지지부(2100)에 의해 지지되는 예를 도시한다.
도 72를 참조하면, 본 실시예의 센서 지지부(2100)는 센서 전극(2010)을 지지하는 것으로서, 원형으로 나선으로 말린 나선형 스프링(2110)를 포함한다. 도 72에 도시된 것과 같이 센서 전극(2010)은 나선형 스프링(2110)의 내측 일단에 부착될 수 있다.
나선형 스프링(2110)은 플라스틱 혹은 금속과 같은 탄성을 가진 재질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 나선형 스프링(2110)는 판형 탄성 부재가 나선으로 말린 형상을 가질 수 있다. 이와 같은 나선형 스프링(2110)은 센서 전극(2010)을 3축 방향으로 탄성적으로 지지할 수 있다. 즉, 본 실시예의 센서 지지부(2100)는 센서 전극(2010)을 입체적인 공간상의 임의의 방향으로의 움직임을 허용한다. 센서 지지부(2100)는 예를 들어 머리(1)에 고정된 생체신호 측정 장치의 본체(예를 들어, 도 1의 110 참조)에 연결된다. 센서 지지부(2100)는 센서 전극(2010)를 3축 방향으로 탄성적으로 지지하므로, 머리(1)의 움직임에 따라 본체(110)의 머리(1)에의 고정 위치를 기준으로 센서 전극(2010)의 머리(1)에의 부착 위치의 상대적 위치가 변동되더라도, 센서 전극(2010)는 최초에 부착된 위치에 안정적으로 부착되어 있을 수 있다.
또한, 나선형 스프링(2110)은 나선형 스프링(2110)이 놓이는 면(xy 평면)에 수직한 방향(z 방향)의 탄성이 xy 평면에 평행한 방향(x 방향, y 방향)의 탄성보다 크게 함으로써, 센서 전극(2010)을 머리(1)쪽으로 가압하는 힘(즉, z 방향의 탄성력)을 xy 평면에 평행한 방향에서의 복원력(즉, x 방향 및 y 방향의 탄성력)보다 크게 할 수 있다.
나선형 스프링(2110)의 내측 일단에는 센서 전극(2010)이 부착될 수 있는 센서 장착부(2120)가 마련될 수 있다. 센서 전극(2010)이 센서 장착부(2120)에 장착되는 방식은 본 실시예를 제한하지 않는다. 예를 들어 센서 전극(2010)은 접착 방식으로 센서 장착부(2120)에 장착될 수 있다. 또 다른 예로, 센서 전극(210)의 바닥면쪽에 돌출부가 마련되고, 센서 장착부(2120)에는 홈이 마련되어, 끼워지는 방식으로 센서 전극(2010)이 센서 장착부(2120)에 장착될 수도 있다. 센서 장착부(2120)에 돌출부가 마련되고, 센서 전극(210)의 바닥면쪽에 홈이 마련될 수 있음은 물론이다.
센서 전극(2010)은 전극 받침대(도 70의 2030)에 부착된 상태로, 센서 장착부(2120)에 장착될 수도 있다. 센서 장착부(2120)가 전극 받침대(2030)와 일체로 형성되어, 전극 받침대(2030)가 센서 장착부(2120)와 구분되지 않을 수도 있다.
센서 전극(2010)과, 센서 지지부(2100)가 동일 재질로 일체로 형성될 수도 있다. 또는 센서 전극(2010)과, 전극 받침대(2030)와, 센서 지지부(2100)가 동일 재질로 일체로 형성될 수도 있다. 이와 같이 센서 전극(2010)과, 센서 지지부(2100)가 일체로 형성되는 경우, 센서 지지부(2100)의 탄성을 보강하기 위하여 별도의 지지부재(금속 재질의 탄성 와이어 등)가 센서 지지부(2100)를 보강할 수도 있을 것이다.
전술한 본 발명인 생체신호 측정 장치, 생체신호 측정용 센서 전극. 센서 지지 구조체, 및 생체신호 처리 시스템은 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.
100, 200, 201, 300, 400, 401, 402, 500,501, 502, 600, 700, 800, 900, 1100: 생체신호 측정장치
110, 210, 410, 411, 412, 610, 710, 810, 910: 본체
112, 212: 슬롯 113, 213: 코넥터 단자
115: 귀 연결고리 118: 귀 삽입고리
120, 2100: 센서 지지부 121, 175, 551, 2110: 나선형 스프링
122, 2120: 센서 장착부 123: 테두리 지지대
130, 450, 530: 연결 프레임 140, 1120: 메인 회로부
141: 제어부 143: 사용자 인터페이스
144: 메모리 145: 통신부
150, 250, 460, 540, 2000: 센서 유닛
151, 251, 521, 2010: 센서 전극
151a, 2010a: 테이퍼부 151b, 2010b: 돌기부
153, 252, 2030: 전극 받침대
155: 결합부 158: 케이블
159, 254: 케이블 단자 160: 센서 회로부
161: 아날로그 회로 162: 디지털 회로
163: ADC 164: 유선통신모듈
165: 무선통신모듈 166: 배터리
170, 520L: 레퍼런스 전극 190: 보조 프레임
215, 420, 421, 422: 탈부착 부재 258: 배열 방향
254: 머리결 방향 290: 모자
291: 헤어 밴드 310: 테이퍼부
320: 센서 받침대 330: 센서 지지부
350: 센서 전극 510R, 510L: 메인 프레임
590: 고정 프레임 1110: 센서부
1200, 1201: 모바일 장치 1210: 통신부
1220: 제어부 1221: 위급상황 예측모듈
1223: 생체의사 추론모듈 1240: 메모리부
1250: 표시부 1203: 생체신호 처리장치
1700, 1701: 컴퓨터 장치 1710: 통신부
1720: 제어부 1740: 데이터 저장부
1: 머리 3: 머리카락
5: 귀 6: 외이

Claims (20)

  1. 일단으로 갈수록 점차 가늘어지는 테이퍼부와, 상기 테이퍼부의 일단에서 연장되고 생체 부위에 접촉하여 생체신호를 센싱하는 돌기부를 포함하는 센서 전극;
    상기 센서 전극이 상기 생체 부위에 접촉이 유지되도록 상기 센서 전극을 지지하는 센서 지지부; 및
    상기 센서 지지부에 연결되고 생체에 착용될 수 있는 본체;를 포함하며,
    상기 테이퍼부의 타단쪽 바닥면을 기준으로 상기 테이퍼부 및 상기 돌기부의 종단면을 보았을 때, 상기 돌기부의 둘레 외면의 기울기가 상기 테이퍼부의 둘레 외면의 기울기보다 더 크며,
    상기 테이퍼부의 타단이 부착되어 상기 센서 전극을 지지하는 전극 받침대를 더 포함하며,
    상기 돌기부는 플렉서블 재질로 형성되어 휨성이 상기 테이퍼부의 휨성보다 크며,
    상기 센서 전극이 생체 부위에 접촉하여 생체 부위 방향으로 힘이 상기 센서 전극에 가해지면 상기 테이퍼부는 상기 전극 받침대를 기준으로 움직이지 않고 상기 돌기부만이 구부러져 상기 돌기부의 측부가 생체 부위에 접촉하며, 상기 테이퍼부는 상기 돌기부를 지지하며,
    상기 센서 지지부는 상기 센서 전극을 3축 방향으로 움직임이 가능하도록 탄성 지지하며,
    상기 센서 지지부는 나선형 스프링을 포함하며, 상기 나선형 스프링의 양단 중 일단에 상기 센서 전극이 결합되며,
    상기 나선형 스프링은 일단이 타단이 놓이는 면에 대해 돌출되어 있는 생체신호 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 플렉서블 재질은 전도성 실리콘 또는 전도성 고무인 생체신호 측정 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 전극 받침대의 상기 센서 전극이 장착되는 장착면 및 배면 중 어느 한 면에 상기 센서 전극을 전기적으로 연결하는 전극 패턴이 마련된 생체신호 측정 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 전극 받침대의 배면 또는 상기 전극 받침대의 내부에 배치되어 상기 센서 전극에서 검출되는 전기적 생체신호를 아날로그 신호 또는 디지털 신호로 처리하는 센서 회로부를 더 포함하는 생체신호 측정 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 나선형 스프링은 상기 나선형 스프링의 중심축 방향의 탄성이 상기 나선형 스프링의 중심축에 직교하는 방향의 탄성보다 큰 생체신호 측정 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 센서 지지부와 상기 본체를 연결하며, 상기 센서 전극을 신체의 머리에 접촉하도록 하는 연결 프레임을 포함하는 생체신호 측정 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 본체는 슬롯을 포함하며, 상기 연결 프레임의 일단은 상기 슬롯에 탈착 가능하게 결합되는 생체신호 측정 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 본체를 생체의 머리에 고정시키는 머리 띠 형상, 모자 형상 또는 헤드밴드 형상의 보조 프레임을 더 포함하는 생체신호 측정 장치.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 본체는 모자의 내측 둘레에 배치될 수 있도록 원형 띠 혹은 반원형 띠의 형상을 갖는 생체신호 측정 장치.
  14. 제1 항에 있어서,
    생체의 머리에 착용될 때에 생체의 머리의 양쪽 귀 근방에 위치하는 한 쌍의 메인 프레임과;
    상기 센서 전극을 지지하며, 상기 한 쌍의 메인 프레임 각각으로부터 연장되어 생체의 머리에 착용될 때에 상기 센서 전극이 생체의 머리에 접촉하도록 하는 복수의 연결 프레임과;
    상기 한 쌍의 메인 프레임을 탄성적으로 연결하여 생체의 머리에 착용될 때에 상기 한 쌍의 메인 프레임을 생체의 머리에 고정시키는 보조 프레임;을 포함하며,
    상기 본체는 상기 한 쌍의 메인 프레임 중 적어도 어느 하나에 마련되는 생체신호 측정 장치.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 본체를 헤드폰에 탈부착 가능하게 결합시키는 탈부착 유닛을 더 포함하는 생체신호 측정 장치.
  16. 생체신호를 센싱하는 센서 전극을 포함하며, 상기 센서 전극은 일단으로 갈수록 점차 가늘어지는 테이퍼부와, 상기 테이퍼부의 일단에서 연장되고 생체 부위에 접촉하여 생체신호를 센싱하는 돌기부를 포함하는 센서부; 및
    외부 장치와 통신하는 통신부와, 경보를 출력하는 출력부와, 상기 센서부에서 센싱된 생체신호에 기초하여 사용자의 위급 정도를 결정하고, 상기 결정된 위급 정도에 대응되는 경보를 상기 출력부를 통해 출력하도록 상기 출력부를 제어하거나 상기 통신부를 통해 외부장치에 상기 결정된 위급 정도에 대한 정보를 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 제어부를 포함한 회로부;를 포함하며,
    상기 테이퍼부의 타단쪽 바닥면을 기준으로 상기 테이퍼부 및 상기 돌기부의 종단면을 보았을 때, 상기 돌기부의 둘레 외면의 기울기가 상기 테이퍼부의 둘레 외면의 기울기보다 더 크며,
    상기 테이퍼부의 타단이 부착되어 상기 센서 전극을 지지하는 전극 받침대를 더 포함하며,
    상기 돌기부는 플렉서블 재질로 형성되어 휨성이 상기 테이퍼부의 휨성보다 크며,
    상기 센서 전극이 생체 부위에 접촉하여 생체 부위 방향으로 힘이 상기 센서 전극에 가해지면 상기 테이퍼부는 상기 전극 받침대를 기준으로 움직이지 않고 상기 돌기부만이 구부러져 상기 돌기부의 측부가 생체 부위에 접촉하며, 상기 테이퍼부는 상기 돌기부를 지지하며,
    상기 센서부는 상기 센서 전극이 상기 생체 부위에 접촉이 유지되도록 상기 센서 전극을 지지하는 센서 지지부와, 상기 센서 지지부에 연결되고 생체에 착용될 수 있는 본체를 더 포함하며,
    상기 센서 지지부는 상기 센서 전극을 3축 방향으로 움직임이 가능하도록 탄성 지지하며,
    상기 센서 지지부는 나선형 스프링을 포함하며, 상기 나선형 스프링의 양단 중 일단에 상기 센서 전극이 결합되며,
    상기 나선형 스프링은 일단이 타단이 놓이는 면에 대해 돌출되어 있는 생체신호 측정 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 회로부는 생체신호로부터 제1 위험도와, 상기 제1 위험도보다 높은 제2 위험도를 평가하는 위험도 평가 모델을 저장한 메모리부를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 사용자의 위급 정도가 상기 제1 위험도에 속하면 상기 출력부를 통해 경보를 출력하도록 상기 출력부를 제어하며, 상기 사용자의 위급 정도가 상기 제2 위험도에 속하면 상기 통신부를 통해 상기 외부 장치에 사용자의 위급상황에 대한 정보를 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 생체신호 측정 장치.
  18. 제1 항, 제4 항 내지 제6 항 및 제9 항 내지 제17 항 중 어느 한 항의 생체신호 측정 장치로부터 생체신호를 수신하는 모바일 장치에 있어서,
    상기 생체신호 측정 장치 및 외부 장치와 통신하는 통신부;
    경보를 출력하는 출력부;
    상기 생체신호 측정 장치로부터 수신한 생체신호에 기초하여 사용자의 위급 정도를 결정하고, 상기 결정된 위급 정도에 대응되는 경보를 상기 출력부를 통해 출력하도록 상기 출력부를 제어하거나 상기 통신부를 통해 상기 외부 장치에 상기 결정된 위급 정도에 대한 정보를 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 제어부;를 포함하는 모바일 장치.
  19. 제18 항에 있어서,
    생체신호로부터 제1 위험도와, 상기 제1 위험도보다 높은 제2 위험도를 평가하는 위험도 평가 모델을 저장한 메모리부를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 사용자의 위급 정도가 상기 제1 위험도에 속하면 상기 출력부를 통해 경보를 출력하도록 상기 출력부를 제어하며, 사용자의 위급 정도가 상기 제2 위험도에 속하면 상기 통신부를 통해 상기 외부 장치에 사용자의 위급상황에 대한 정보를 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 제어부;를 포함하는 모바일 장치.
  20. 제18 항에 있어서,
    상기 사용자의 위급 정도는 상대적으로 낮은 제1 위험도와, 상대적으로 높은 제2 위험도를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 통신부를 통해 상기 생체신호 측정장치에서 수신한 생체신호를 컴퓨터 장치에 전송하고 상기 컴퓨터 장치로부터 상기 생체신호가 처리되어 생성된 사용자의 위급 정도에 대한 정보를 수신하도록 상기 통신부를 제어하며,
    상기 컴퓨터 장치로부터 수신한 사용자의 위급 정도가 제1 위험도에 속하면 상기 출력부를 통해 경보를 출력하도록 상기 출력부를 제어하며,
    상기 컴퓨터 장치로부터 수신한 사용자의 위급 정도가 제2 위험도에 속하면 상기 통신부를 통하여 외부 장치에 사용자의 위급상황에 대한 정보를 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 모바일 장치.
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