KR102557846B1

KR102557846B1 - A wearable electrical impedance tomography device using dry-electrodes

Info

Publication number: KR102557846B1
Application number: KR1020200149378A
Authority: KR
Inventors: 조성환; 구남일
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2020-11-10
Filing date: 2020-11-10
Publication date: 2023-07-24
Also published as: KR20220063482A

Abstract

본 발명은 건식 전극을 사용한 웨어러블 전기적 임피던스 단층촬영 장치를 공개한다. 이 장치는 피 촬영체의 표면에 부착되는 복수개의 활성 전극; 상기 복수개의 활성 전극 중 하나의 전극에 전류를 공급하고, N개의 전극을 스킵하여 이격된 위치에 존재하는 전극에 전류를 공급하는 전류원; 상기 복수개의 활성 전극 각각에 제1 입력 단자가 연결되고, 제2 입력 단자가 기준 전압을 인가받아 전압의 크기를 비교하여 출력 전압을 출력하는 복수개의 비교기; 및 상기 출력 전압의 전압값을 측정하는 전압계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의할 경우, 단일 단자 전류원의 활성 전극 기반 전압 독출이 가능해짐에 따라 Bio-Z 독출의 신호 대 잡음비(SNR)가 현저하게 감소되어, 전류 노이즈 및 전압 노이즈가 증가되더라도 단층촬영 장치에서 촬영된 영상의 해상도 등이 보존된다. 또한, 전류원 전류를 획기적으로 감소시킬 수 있게 되어 고가의 습식 전극 대신 저가의 건식 전극의 사용이 가능하게 된다.The present invention discloses a wearable electrical impedance tomography device using dry electrodes. This device includes a plurality of active electrodes attached to the surface of a subject to be photographed; a current source supplying current to one of the plurality of active electrodes and skipping N electrodes to supply current to electrodes present at spaced apart positions; a plurality of comparators having a first input terminal connected to each of the plurality of active electrodes, receiving a reference voltage through a second input terminal, comparing magnitudes of the voltages, and outputting an output voltage; and a voltmeter for measuring a voltage value of the output voltage. According to the present invention, as active electrode-based voltage reading of a single-terminal current source becomes possible, the signal-to-noise ratio (SNR) of Bio-Z reading is significantly reduced, and even if current noise and voltage noise increase, the resolution of images taken by the tomography device is preserved. In addition, since the current source current can be drastically reduced, it is possible to use a low-cost dry electrode instead of an expensive wet electrode.

Description

A wearable electrical impedance tomography device using dry-electrodes}

본 발명은 임피던스 단층촬영 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비 침습 의학적 이미징 기술 분야에서 피 촬영체의 전도도 및 투과도 맵을 구축할 수 있는 건식 전극을 사용한 웨어러블 전기적 임피던스 단층촬영 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an impedance tomography device, and more particularly, to a wearable electrical impedance tomography device using dry electrodes capable of constructing a conductivity and transmittance map of an object to be photographed in the field of non-invasive medical imaging technology.

일반적으로 신체 내부의 병변을 감지하고 진단Typically detects and diagnoses lesions inside the body

하는 방법으로는 인체 내부 구조의 물리적 성질이나 생리적 속성을 인체 외부에서 측정한 뒤 이를 바탕으로 정상상태와 이상상태를 판별하는 방법이 주로 이용된다.As a method of measuring the physical properties or physiological properties of the internal structure of the human body from the outside of the human body, a method of distinguishing a normal state from an abnormal state based on this is mainly used.

특히, 암 부위의 전기적 임피던스가 정상 부위의 임피던스 보다 더 작은 값을 갖는다는 것이 보고되어 있다.In particular, it has been reported that the electrical impedance of the cancer region has a smaller value than that of the normal region.

또한, 인체 또는 물체의 내부 구조를 영상화하기 위해서는 X-선, MRI, 초음파 및 열 등이 이용되어 신체의 밀도나 온도분포 등을 측정한다.In addition, in order to image the internal structure of a human body or an object, X-rays, MRI, ultrasound, and heat are used to measure the density or temperature distribution of the body.

최근 새로운 방법으로는 1970년대 말부터 활발히 연구되어 온 전기적 임피던스 단층촬영(Electrical Impedance Tomography; EIT) 기술이 있다.Recently, as a new method, there is an electrical impedance tomography (EIT) technique that has been actively studied since the end of the 1970s.

전기적 임피던스 단층 촬영 기술은 인체의 표면에 복수 개의 전극을 부착하고 이 중 일부의 전극들을 통해 전류를 인가한 후에 표면에 부착된 다른 전극들을 통해 전압을 측정하여 인체 내부의 저항률을 영상화하는 기술이다.Electrical impedance tomography technology attaches a plurality of electrodes to the surface of the human body, applies current through some of the electrodes, and then measures the voltage through other electrodes attached to the surface to image resistivity inside the human body.

이렇게 저항률을 이용하여 인체 내부를 영상화할 수 있는 것은 신체 부위들이 서로 다른 전기적 임피던스 값들을 갖기 때문이다.The reason why the inside of the human body can be imaged using resistivity is that body parts have different electrical impedance values.

종래 기술에 따라 일반적인 전기적 임피던스 단층촬영 장치의 동작 메커니즘을 설명하면 다음과 같다.An operation mechanism of a general electrical impedance tomography apparatus according to the prior art will be described as follows.

도 1은 일반적인 전기적 임피던스 단층촬영 장치에서 종래 기술에 따라 복수개의 활성 전극 중 인접한 위치에 존재하는 활성 전극 사이의 전압을 측정하는 임피던스 단층촬영 장치의 개략적인 구성도로서, 복수개의 활성 전극(20), 복수개의 전압계(V), 전류원(I) 및 연결 와이어(W)를 구비한다.1 is a schematic configuration diagram of an impedance tomography apparatus for measuring a voltage between active electrodes existing at adjacent positions among a plurality of active electrodes according to the prior art in a general electrical impedance tomography apparatus, and includes a plurality of active electrodes 20, a plurality of voltmeters V, a current source I, and a connecting wire W.

도 2는 도 1에 도시된 전기적 임피던스 단층촬영 장치에 따라 측정된 폐 부위 및 조직 부위 영역에서 변화되는 전류 밀도 차이를 비교하기 위한 단층촬영 영상이다.FIG. 2 is a tomography image for comparing current density differences in lung and tissue regions measured by the electrical impedance tomography apparatus shown in FIG. 1 .

도 1에서 보는 바와 같이, 복수개의 활성 전극(예를 들어, 제1 내지 제16 전극, 1 내지 16)은 피 촬영체(10) 표면에 일정 간격으로 이격되어 부착되어 있고, 복수개의 전압계(V) 각각은 복수개의 활성 전극(1 내지 16) 중 일부 활성 전극(예를 들어, 제3 내지 제16 전극, 3 내지 16)에 병렬 연결되어 전압을 측정하고, 전류원(I)은 복수개의 활성 전극(20) 중 전압계(V)에 연결되지 않은 인접한 한 쌍의 전극(제1 및 제2 전극, 1 및 2)에 병렬 연결되어 전류를 인가한다.As shown in FIG. 1, a plurality of active electrodes (eg, first to sixteenth electrodes, 1 to 16) are spaced apart and attached to the surface of the object 10 at regular intervals, and each of the plurality of voltmeters V is connected in parallel to some active electrodes (eg, third to sixteenth electrodes, 3 to 16) among the plurality of active electrodes 1 to 16 to measure voltage, and the current source I is a voltmeter between the plurality of active electrodes 20 A current is applied by being connected in parallel to a pair of adjacent electrodes (first and second electrodes, 1 and 2) not connected to (V).

이 때, 피 촬영체(10)는 인체, 동물체 등과 같은 단층촬영의 대상이 되는 물체이다.At this time, the target object 10 is an object to be tomographically scanned, such as a human body or an animal body.

도 1에서 보는 바와 같이, 피 촬영체(10)의 표면에 전류를 인가하고 전압을 측정하면, 전도도 및 투과도의 분포에 따라 전류 밀도가 변화한다.As shown in FIG. 1 , when a current is applied to the surface of the object 10 to be photographed and a voltage is measured, the current density changes according to the distribution of conductivity and transmittance.

또한, 표면에서 측정된 전압은 상기 변화된 전류 밀도에 따라 결정된다. Also, the voltage measured at the surface is determined according to the changed current density.

즉, 도 1에서와 같이 한 쌍의 전극(1 및 2)을 통해 피 촬영체(10)의 표면에 전류를 인가하고 일부 활성 전극(3 내지 16)을 통해 전압을 측정하면, 도 2에서 보는 바와 같이, 전도도 및 투과도의 분포에 따라 폐 부위에 해당하는 황색 영역(L)은 전류 밀도가 낮게 변화하고, 조직 부위에 해당하는 적색 영역(T)은 전류 밀도가 높게 변화한다.That is, as shown in FIG. 1, when a current is applied to the surface of the subject 10 through a pair of electrodes 1 and 2 and a voltage is measured through some of the active electrodes 3 to 16, as shown in FIG. 2, according to the distribution of conductivity and transmittance, the yellow region L corresponding to the lung region changes in current density to a low value, and the red region corresponding to a tissue region changes in current density to a high value.

도 3은 종래의 전기적 임피던스 단층촬영(Electrical Impedance Tomography, EIT) 장치의 제1 실시예의 구성도로서, 피 촬영체(10), 복수개의 활성 전극(20), 멀티플렉서(30), 전류원(I) 및 전압계(V)를 구비한다.3 is a configuration diagram of a first embodiment of a conventional electrical impedance tomography (EIT) device, which includes a target object 10, a plurality of active electrodes 20, a multiplexer 30, a current source I and a voltmeter V.

도 4는 도 3에 도시된 종래 기술에 따른 제1 실시예에 사용되는 하나의 단층촬영 칩(10)의 블록도로서, 복수개의 활성 전극(41)을 포함한 활성 전극 어레이를 구비하고, 내부에 전극 스위칭 회로(42), 프로그램 가능 전류 시뮬레이터(43), 6 채널 독출 프런트 엔드부(44) 및 디지털 제어기(45)를 구비한다.FIG. 4 is a block diagram of one tomography chip 10 used in the first embodiment according to the prior art shown in FIG. 3, which has an active electrode array including a plurality of active electrodes 41, and has an electrode switching circuit 42, a programmable current simulator 43, a 6-channel readout front end 44, and a digital controller 45 therein.

도 3 및 도 4를 참조하여 종래의 전기적 임피던스 단층촬영 장치의 제1 실시예의 개략적인 동작을 설명하면 다음과 같다. A schematic operation of the first embodiment of the conventional electrical impedance tomography apparatus will be described with reference to FIGS. 3 and 4 .

도 4에 도시된 바와 같이, 종래의 전기적 임피던스 단층촬영 장치의 제1 실시예는 외부로부터 전극 스위칭 회로(42)를 통해 입력 전압을 인가받아, 전류 및 전력을 증폭하고 A/D 변환하여 출력한다.As shown in FIG. 4, the first embodiment of the conventional electrical impedance tomography apparatus receives an input voltage from the outside through an electrode switching circuit 42, amplifies current and power, and converts A/D to output.

디지털 제어기(45)는 클럭 신호를 생성하여 프로그램 가능 전류 시뮬레이터(43) 및 6 채널 독출 프런트 엔드부(44)에 출력하고, 스위칭 제어 신호를 생성하여 전극 스위칭 회로(42)로 전달한다.The digital controller 45 generates a clock signal and outputs it to the programmable current simulator 43 and the 6-channel readout front end 44, and generates a switching control signal and transfers it to the electrode switching circuit 42.

프로그램 가능 전류 시뮬레이터(43)는 디지털 제어기(45)로부터 클럭 신호, 주파수 신호, 진폭 신호를 인가받아 프로그램 가능 전류를 시뮬레이션하여 전극 스위칭 회로(42)로 출력한다.The programmable current simulator 43 receives a clock signal, a frequency signal, and an amplitude signal from the digital controller 45, simulates a programmable current, and outputs the simulated programmable current to the electrode switching circuit 42.

전극 스위칭 회로(42)는 프로그램 가능 전류 시뮬레이터(43)로부터 출력 전류 신호를 인가받아 전극 스위칭 신호로 변환하여 활성 전극 어레이로 출력한다.The electrode switching circuit 42 receives an output current signal from the programmable current simulator 43, converts it into an electrode switching signal, and outputs it to the active electrode array.

한편, 멀티플렉서(30)는 피 촬영체(10)에 부착된 복수개의 활성 전극(20) 으로부터 생체 신호를 인가받아 멀티플렉싱한다.Meanwhile, the multiplexer 30 receives and multiplexes biosignals from the plurality of active electrodes 20 attached to the subject 10 to be photographed.

전류원(I)은 멀티플렉서(30)와 병렬 연결되어 멀티플렉서(30)로 전류를 공급한다.The current source I is connected in parallel with the multiplexer 30 to supply current to the multiplexer 30 .

전압계(V)는 멀티플렉서(30)와 병렬 연결되어 멀티플렉서(30)로부터 출력 전압을 인가받아 전압을 측정한다.The voltmeter V is connected in parallel with the multiplexer 30 and receives an output voltage from the multiplexer 30 to measure the voltage.

그런데, 종래의 전기적 임피던스 단층촬영 장치의 제1 실시예는 피 촬영체(10)의 움직임에 따른 잡음(motion artifact)에 취약하고, 채널 수(전극 수)를 증가시키기 난해하며, 측정 시간이 전극 수의 제곱에 비례하는 함수(F(N²))를 요구하므로 측정 시간이 긴 한계가 있었다.However, the first embodiment of the conventional electrical impedance tomography apparatus is vulnerable to noise (motion artifact) due to the motion of the object to be photographed 10, and it is difficult to increase the number of channels (number of electrodes). Since the measurement time requires a function (F(N ² )) proportional to the square of the number of electrodes, there is a limitation in that the measurement time is long.

도 5는 종래의 전기적 임피던스 단층촬영 장치에서 이격된 위치에 존재하는 활성 전극 사이의 전류를 측정하는 제2 실시예의 구성도로서, 피 촬영체(10), 활성 전극 어레이(70), 전류원(I) 및 연결 와이어(W)를 구비한다.5 is a configuration diagram of a second embodiment for measuring current between active electrodes located at spaced apart positions in a conventional electrical impedance tomography apparatus, and includes an object to be imaged 10, an active electrode array 70, a current source I, and a connecting wire W.

도 6은 도 5에 도시된 종래 기술에 따른 제2 실시예의 블록도로서, 활성 전극 시스템 온 칩(50), 스위칭 망(60), 활성 전극 어레이(70), 허브-시스템 온 칩(80), 및 외부 기기(90)를 포함한 구성요소들의 블록도이다.FIG. 6 is a block diagram of a second embodiment according to the prior art shown in FIG. 5, and is a block diagram of components including an active electrode system on chip 50, a switching network 60, an active electrode array 70, a hub-system on chip 80, and an external device 90.

활성 전극 시스템 온 칩(50)은 듀얼 모드 전류 시뮬레이터(51), 통신 인터페이스(52), 디지털 모듈(53) 및 독출 프런트 엔드부(54)를 구비한다.The active electrode system on chip (50) includes a dual mode current simulator (51), a communication interface (52), a digital module (53) and a read front end (54).

활성 전극 어레이(70)는 3 계층으로 구성된 복수개의 활성 전극(AE1 내지 AE16)을 구비한다.The active electrode array 70 includes a plurality of active electrodes AE1 to AE16 configured in three layers.

허브-시스템 온 칩(80)은 버스 회선 및 로컬 회선을 통해 활성 전극 어레이(70)와 연결되고, 외부 기기(90)로부터 외부전압 및 송수신 데이터를 주고 받는다.The hub-system-on-chip 80 is connected to the active electrode array 70 through a bus line and a local line, and exchanges external voltage and transmission/reception data from an external device 90 .

도 5 및 도 6을 참조하여 종래의 전기적 임피던스 단층촬영 장치의 제2 실시예의 개략적인 동작을 설명하면 다음과 같다. A schematic operation of the second embodiment of the conventional electrical impedance tomography apparatus will be described with reference to FIGS. 5 and 6 .

도 6에 도시된 바와 같이, 스위칭 망(60)이 활성 전극 어레이(70)로부터 수신 데이터 및 캘리브레이션 데이터를 수신하여 통신 인터페이스(52)로 전달하면, 통신 인터페이스(52)는 CRC 체크하여 디지털 모듈(53)로 출력한다.As shown in FIG. 6, when the switching network 60 receives received data and calibration data from the active electrode array 70 and transfers them to the communication interface 52, the communication interface 52 checks the CRC and outputs the CRC to the digital module 53.

디지털 모듈(53)은 통신 인터페이스(52)를 통하여 CRC 체크된 수신 데이터 및 캘리브레이션 수신 데이터를 수신하여 클럭 신호, 진폭 신호, 주파수 신호 및 모드 신호를 생성한다.The digital module 53 receives the CRC-checked received data and the calibrated received data through the communication interface 52 and generates a clock signal, an amplitude signal, a frequency signal and a mode signal.

듀얼 모드 전류 시뮬레이터(51)는 디지털 모듈(53)로부터 진폭 신호, 주파수 신호 및 모드 신호를 인가받아 진폭 제어 및 주파수 제어하고, PRBS 전류 DA 변환 및 유사 싸인파 전류 DA 변환을 통해 TD 경로 및 FD 경로를 생성한 후 양 경로 중 한 경로를 선택하여 출력한다.The dual mode current simulator 51 receives an amplitude signal, a frequency signal, and a mode signal from the digital module 53, performs amplitude control and frequency control, and generates a TD path and a FD path through PRBS current DA conversion and pseudosine wave current DA conversion, and then selects one of the two paths and outputs them.

한편, 독출 프런트 엔드부(54)는 스위칭 망(60)으로부터 DDA 비교 및 PGA 비교하고, 로우 패스 필터링 후에 멀티플렉싱하여, TD 경로 또는 FD 경로 선택에 응답해 DDA 이득 및 아날로그 데이터를 출력한다.Meanwhile, the read front end unit 54 performs DDA comparison and PGA comparison from the switching network 60, performs low-pass filtering and multiplexing, and outputs DDA gain and analog data in response to TD path or FD path selection.

디지털 모듈(53)은 독출 프런트 엔드부(54)로부터 DDA 이득 및 아날로그 데이터를 인가받아 AD 변환함으로써, 디지털 데이터 및 캘리브레이션 데이터를 출력한다.The digital module 53 receives the DDA gain and analog data from the read front end unit 54 and converts them to AD, thereby outputting digital data and calibration data.

통신 인터페이스(52)는 디지털 모듈(53)로부터 디지털 데이터 및 캘리브레이션 데이터를 인가받아 CRC 인코딩하여 송신 데이터 및 캘리브레이션 송신 데이터를 출력한다.The communication interface 52 receives digital data and calibration data from the digital module 53, performs CRC encoding, and outputs transmission data and calibration transmission data.

스위칭 망(60)은 통신 인터페이스(52)로부터 송신 데이터 및 캘리브레이션 송신 데이터를 수신하여 전극 스위칭 신호를 출력한다.The switching network 60 receives transmission data and calibration transmission data from the communication interface 52 and outputs an electrode switching signal.

복수개의 전압계(V) 각각은 활성 전극 어레이(70)에 구비된 복수개의 활성 전극 중 인접한 2 개의 전극에 병렬 연결되어 출력 전압 신호를 인가받아 전압을 측정하고, 전류원(I)은 복수개의 활성 전극 중 전압계(V)에 연결되지 않은 인접한 한 쌍의 전극에 병렬 연결되어 전류를 공급한다.Each of the plurality of voltmeters V is connected in parallel to two adjacent electrodes among the plurality of active electrodes provided in the active electrode array 70 to receive an output voltage signal to measure voltage, and the current source I is connected in parallel to a pair of adjacent electrodes not connected to the voltmeter V among the plurality of active electrodes to supply current.

외부 기기(90)는 허브-시스템 온 칩(80)에 외부 전압을 공급하고 허브-시스템 온 칩(80)으로부터 수신 데이터를 인가받아 임피던스를 산출하여 송신 데이터를 출력한다.The external device 90 supplies an external voltage to the hub-system-on-chip 80, receives received data from the hub-system-on-chip 80, calculates impedance, and outputs transmission data.

그런데, 종래의 전기적 임피던스 단층촬영 장치의 제2 실시예는 피 촬영체(10)의 움직임에 따른 잡음(motion artifact)에 유리하고, 채널 수(전극 수)를 증가시키기 용이하며, 측정 시간이 전극 수에 비례하는 함수(F(N))를 요구하므로 측정 시간이 짧은 장점이 있으나, 이격된 위치에 존재하는 활성 전극 사이 연결하는 연결 와이어가 길고, 케이블 움직임에 민감하며, 연결 와이어의 연결이 복잡한 단점이 있었다.However, the second embodiment of the conventional electrical impedance tomography apparatus has the advantage of being advantageous in reducing motion artifacts due to the motion of the object to be photographed 10, being easy to increase the number of channels (the number of electrodes), and requiring a function (F(N)) in which the measurement time is proportional to the number of electrodes, so that the measurement time is short.

또한, 종래의 전기적 임피던스 단층촬영 장치는 외부에서 입력되는 전류와 영상의 위상 간에 일대일 선형 관계가 성립하므로, 외부 전류에 대한 영상의 위상 민감도가 제한적인 한계가 있었다. In addition, since the conventional electrical impedance tomography apparatus has a one-to-one linear relationship between the current input from the outside and the phase of the image, the phase sensitivity of the image to the external current is limited.

따라서, 나쁜 신호 대 잡음비(SNR)를 가지는 전류 밀도 변화를 추출해 내기 위해서는 많은 양의 전류를 오랜 시간 동안 인가해야 하므로, 인체 또는 동물체 등의 피 촬영체에 전자파가 노출되는 정도가 심해져 피 촬영체에 유해한 문제점이 있었다.Therefore, since a large amount of current must be applied for a long time in order to extract a current density change having a bad signal-to-noise ratio (SNR), the degree of exposure of electromagnetic waves to the object to be photographed, such as a human body or an animal body, is severe. There was a problem that is harmful to the object to be photographed.

한국등록특허 제10-0700112호Korean Patent Registration No. 10-0700112

본 발명의 목적은 비 침습 의학적 이미징 기술을 이용한 전기적 임피던스 단층촬영 장치에서 전류 공급 및 전압 측정을 통해 활성 전극 기반 전압을 독출하고, 단일 단말(single-ended)의 전류원 및 건식 전극을 가능하게 하여 멀티 아날로그 프런트엔드의 전기적 임피던스 단층촬영 장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a multi-analog front-end electrical impedance tomography device by reading an active electrode-based voltage through current supply and voltage measurement in an electrical impedance tomography device using a non-invasive medical imaging technique, and enabling a single-ended current source and dry electrode.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the above-mentioned object, and other objects and advantages of the present invention not mentioned above can be understood by the following description and will be more clearly understood by the examples of the present invention. It will also be readily apparent that the objects and advantages of the present invention may be realized by means of the instrumentalities and combinations thereof set forth in the claims.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 건식 전극을 사용한 웨어러블 전기적 임피던스 단층촬영 장치는 피 촬영체의 표면에 부착되는 복수개의 활성 전극; 상기 복수개의 활성 전극 중 하나의 전극에 전류를 공급하고, N개의 전극을 스킵하여 이격된 위치에 존재하는 전극에 전류를 공급하는 전류원; 상기 복수개의 활성 전극 각각에 제1 입력 단자가 연결되고, 제2 입력 단자가 기준 전압을 인가받아 전압의 크기를 비교하여 출력 전압을 출력하는 복수개의 비교기; 및 상기 출력 전압의 전압값을 측정하는 전압계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.To achieve the above object, a wearable electrical impedance tomography apparatus using dry electrodes of the present invention includes a plurality of active electrodes attached to the surface of an object to be photographed; a current source supplying current to one of the plurality of active electrodes and skipping N electrodes to supply current to electrodes present at spaced apart positions; a plurality of comparators having a first input terminal connected to each of the plurality of active electrodes, receiving a reference voltage through a second input terminal, comparing magnitudes of the voltages, and outputting an output voltage; and a voltmeter for measuring a voltage value of the output voltage.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 건식 전극을 사용한 웨어러블 전기적 임피던스 단층촬영 장치는 상기 복수개의 활성 전극에 인가되는 신호 대 잡음비를 산출하는 회로는 일측이 상기 복수개의 활성 전극에 연결되고, 타측이 피 촬영체의 고유 임피던스에 병렬 연결되어 상기 공급되는 전류를 스윙시키는 복수개의 전극 임피던스; 및 제1 및 제2 입력 단자가 상기 복수개의 활성 전극 중 상기 스킵된 전극 외의 전극에 연결되어 상기 전압의 크기를 비교하는 비교기; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the wearable electrical impedance tomography apparatus using the dry electrode of the present invention has a circuit for calculating the signal-to-noise ratio applied to the plurality of active electrodes, one side of which is connected to the plurality of active electrodes, and the other side is connected in parallel to the inherent impedance of the object to be photographed, a plurality of electrode impedances for swinging the supplied current; and a comparator having first and second input terminals connected to electrodes other than the skipped electrode among the plurality of active electrodes to compare the magnitudes of the voltages. It is characterized in that it includes.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 건식 전극을 사용한 웨어러블 전기적 임피던스 단층촬영 장치는 상기 복수개의 전극 임피던스 각각은 하나의 전극 저항과 하나의 커패시터의 병렬 연결로 구성되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the wearable electrical impedance tomography apparatus using the dry electrode of the present invention is characterized in that each of the plurality of electrode impedances is composed of a parallel connection of one electrode resistance and one capacitor.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 건식 전극을 사용한 웨어러블 전기적 임피던스 단층촬영 장치는 상기 신호 대 잡음비는 상기 전류원의 전류값 및 전류 노이즈값, 상기 비교기의 상기 제1 입력 단자에서 측정되는 전압 노이즈값 및 피 촬영체의 고유 임피던스 값을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the wearable electrical impedance tomography apparatus using the dry electrode of the present invention is characterized in that the signal-to-noise ratio is calculated using a current value and a current noise value of the current source, a voltage noise value measured at the first input terminal of the comparator, and a specific impedance value of an object to be photographed.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 건식 전극을 사용한 웨어러블 전기적 임피던스 단층촬영 장치는 상기 신호 대 잡음비는 수학식 을 이용하여 산출되며, 상기 I_INJ 는 전류원에서 공급되는 전류값, 상기 Z_T 는 피 촬영체의 고유 임피던스값, 상기 V_n 은 전압 노이즈값, 상기 I_n 은 전류 노이즈값을 나타내는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the wearable electrical impedance tomography device using the dry electrode of the present invention has the signal-to-noise ratio It is calculated using , wherein I _INJ is a current value supplied from a current source, Z _T is a specific impedance value of an object to be photographed, V _n is a voltage noise value, and I _n is a current noise value.

기타 실시예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.Details of other embodiments are included in "Specific Contents for Carrying Out the Invention" and the accompanying "Drawings".

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.Advantages and/or features of the present invention, and methods of achieving them, will become apparent upon reference to the various embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시예는 본 발명의 게시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.However, the present invention is not limited only to the configuration of each embodiment disclosed below, but may also be implemented in a variety of different forms, and each embodiment disclosed herein only makes the disclosure of the present invention complete, It is provided to fully inform those skilled in the art to the scope of the present invention to which the present invention belongs, and it should be noted that the present invention is only defined by the scope of each claim of the claims.

본 발명에 의할 경우, 단일 단자 전류원의 활성 전극 기반 전압 독출이 가능해짐에 따라 Bio-Z 독출의 신호 대 잡음비(SNR)가 현저하게 감소되어, 전류 노이즈 및 전압 노이즈가 증가되더라도 단층촬영 장치에서 촬영된 영상의 해상도 등이 보존된다.According to the present invention, as active electrode-based voltage reading of a single-terminal current source becomes possible, the signal-to-noise ratio (SNR) of Bio-Z reading is significantly reduced, and even if current noise and voltage noise increase, the resolution of images taken by the tomography device is preserved.

이에 따라, 전류원 전류를 획기적으로 감소시킬 수 있게 되어 고가의 습식 전극 대신 저가의 건식 전극의 사용이 가능하게 된다.Accordingly, it is possible to drastically reduce the current source current, and thus it is possible to use a low-cost dry electrode instead of an expensive wet electrode.

또한, 전기적 임피던스 단층촬영 장치에서 피 촬영체의 움직임에 따른 잡음에 유리하고, 전극 수를 증가시키기 용이하며, 임피던스 단층촬영에 요구되는 측정 시간을 최대한 단축시킬 수 있다. In addition, in the electrical impedance tomography apparatus, it is advantageous to noise caused by the movement of a target object, it is easy to increase the number of electrodes, and the measurement time required for impedance tomography can be shortened as much as possible.

또한, 이격된 위치에 존재하는 활성 전극 사이의 전류원 간 전류를 측정하는 연결 와이어가 짧아져, 케이블 움직임에도 민감하지 않게 되며, 와이어 연결이 단순화 되게 된다.In addition, a connection wire for measuring current between current sources between active electrodes located at spaced apart positions is shortened, so that it is not sensitive to cable movement and wire connection is simplified.

도 1은 일반적인 전기적 임피던스 단층촬영 장치에서 종래 기술에 따라 복수개의 활성 전극 중 인접한 위치에 존재하는 활성 전극 사이의 전압을 측정하는 임피던스 단층촬영 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전기적 임피던스 단층촬영 장치에 따라 측정된 폐 부위 및 조직 부위 영역에서 변화되는 전류 밀도 차이를 비교하기 위한 단층촬영 영상이다.
도 3은 종래의 전기적 임피던스 단층촬영 장치의 제1 실시예의 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 종래 기술에 따른 제1 실시예에 사용되는 하나의 단층촬영 칩(10)의 블록도이다.
도 5는 종래의 전기적 임피던스 단층촬영 장치에서 이격된 위치에 존재하는 활성 전극 사이의 전류를 측정하는 제2 실시예의 구성도이다.
도 6은 도 5에 도시된 종래 기술에 따른 제2 실시예의 블록도이다.
도 7은 일반적인 전기적 임피던스 단층촬영 장치에서 복수개의 활성 전극 중 종래 기술에 따라 인접한 위치에 존재하는 활성 전극에 전류를 인가하는 경우와 본 발명에 따라 이격된 위치에 존재하는 활성 전극에 전류를 인가하는 경우 전류 밀도를 비교한 개략적인 도면이다.
도 8은 전기적 임피던스 단층촬영 장치에서 복수개의 활성 전극 중 종래 기술에 따라 인접한 위치에 존재하는 활성 전극에 전류를 인가하는 경우와 본 발명에 따라 이격된 위치에 존재하는 활성 전극에 전류를 인가하는 경우 전도도 변화에 따른 민감도를 비교한 색상도이다.
도 9는 본 발명에 따라 이격된 위치에 존재하는 활성 전극에 전류를 인가하는 경우의 Bio-Z 독출의 신호 대 잡음비(SNR)를 산출하기 위한 회로도이다.
도 10은 본 발명에 따라 N개의 전극을 스킵한 이격된 위치에 존재하는 활성 전극에 전류원을 연결하는 전기적 임피던스 단층촬영 장치의 구성도이다.
도 11은 본 발명에 따라 단층촬영 장치의 복수개의 활성 전극에 각각 비교기를 연결하는 전기적 임피던스 단층촬영 장치의 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of an impedance tomography apparatus for measuring a voltage between active electrodes present in adjacent positions among a plurality of active electrodes according to the prior art in a general electrical impedance tomography apparatus.
FIG. 2 is a tomography image for comparing current density differences in lung and tissue regions measured by the electrical impedance tomography apparatus shown in FIG. 1 .
3 is a block diagram of a first embodiment of a conventional electrical impedance tomography apparatus.
FIG. 4 is a block diagram of one tomography chip 10 used in the first embodiment according to the prior art shown in FIG. 3 .
5 is a block diagram of a second embodiment for measuring current between active electrodes located at spaced apart positions in a conventional electrical impedance tomography apparatus.
Fig. 6 is a block diagram of a second embodiment according to the prior art shown in Fig. 5;
7 is a schematic diagram comparing current densities in the case of applying a current to active electrodes existing at adjacent positions among a plurality of active electrodes in a general electrical impedance tomography apparatus according to the prior art and when current is applied to active electrodes present at spaced apart positions according to the present invention.
8 is a color diagram comparing sensitivity according to conductivity change when current is applied to active electrodes existing at adjacent positions among a plurality of active electrodes in an electrical impedance tomography apparatus according to the prior art and when current is applied to active electrodes present at spaced positions according to the present invention.
9 is a circuit diagram for calculating the signal-to-noise ratio (SNR) of Bio-Z reading when current is applied to active electrodes located at spaced apart positions according to the present invention.
10 is a block diagram of an electrical impedance tomography apparatus in which a current source is connected to active electrodes present at spaced apart positions by skipping N electrodes according to the present invention.
11 is a block diagram of an electrical impedance tomography device in which comparators are respectively connected to a plurality of active electrodes of the tomography device according to the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있다.Before explaining the present invention in detail, the terms or words used in this specification should not be construed unconditionally in a conventional or dictionary meaning, and the inventor of the present invention describes his invention in the best way. In order to explain the concept of various terms, it can be used by appropriately defining.

더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.Furthermore, it should be noted that these terms or words should be interpreted as meanings and concepts consistent with the technical idea of the present invention.

즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니다.That is, the terms used in this specification are only used to describe preferred embodiments of the present invention, and are not intended to specifically limit the contents of the present invention.

이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.It should be noted that these terms are terms defined in consideration of various possibilities of the present invention.

또한, 본 명세서에 있어서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있다.Also, in this specification, a singular expression may include a plurality of expressions unless the context clearly indicates otherwise.

또한, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.In addition, it should be noted that similarly, even if expressed in a plurality, it may include a singular meaning.

본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.Throughout the present specification, when a component is described as "including" another component, it may mean that it may further include any other component rather than excluding any other component unless otherwise stated.

더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있다.Furthermore, when a component is described as "existing inside or connected to and installed" of another component, this component may be directly connected to or installed in contact with the other component.

또한, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있다.In addition, they may be spaced apart from each other by a certain distance, and in the case where they are spaced apart from each other by a certain distance, there may be a third component or means for fixing or connecting the corresponding component to another component.

한편, 상기 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.Meanwhile, it should be noted that the description of the third component or means may be omitted.

반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.On the other hand, when it is described that a certain element is "directly connected" to another element, or is "directly connected", it should be understood that no third element or means exists.

마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.Likewise, other expressions describing the relationship between components, such as "between" and "directly between" or "adjacent to" and "directly adjacent to", etc. should be interpreted as having the same meaning.

또한, 본 명세서에 있어서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용된다.In addition, in the present specification, terms such as "one side", "the other side", "one side", "the other side", "first", and "second" are used for one component to be clearly distinguished from other components.

하지만, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.However, it should be noted that the meaning of a corresponding component is not limitedly used by such a term.

또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 한다.In addition, in this specification, terms related to positions such as “upper”, “lower”, “left”, “right”, etc., if used, are to be understood as indicating relative positions of corresponding components in the drawing.

또한, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니 된다.In addition, unless an absolute location is specified for these locations, these location-related terms should not be understood as referring to an absolute location.

더욱이, 본 발명의 명세서에서는, "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는, 사용된다면, 하나 이상의 기능이나 동작을 처리할 수 있는 단위를 의미한다.Moreover, in the specification of the present invention, terms such as "... unit", "... unit", "module", and "device", if used, mean a unit capable of processing one or more functions or operations.

이는 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있음을 알아야 한다.It should be noted that this may be implemented in hardware or software, or a combination of hardware and software.

본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.In the drawings accompanying the present specification, the size, position, coupling relationship, etc. of each component constituting the present invention may be partially exaggerated, reduced, or omitted for convenience of description or to sufficiently clearly convey the spirit of the present invention. Therefore, the proportions or scale may not be strict.

또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략될 수도 있다.In addition, in the following description of the present invention, a detailed description of a configuration that is determined to unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, for example, a known technology including the prior art, may be omitted.

도 7은 일반적인 전기적 임피던스 단층촬영 장치에서 복수개의 활성 전극 중 종래 기술에 따라 인접한 위치에 존재하는 활성 전극에 전류를 인가하는 경우와 본 발명에 따라 이격된 위치에 존재하는 활성 전극에 전류를 인가하는 경우 전류 밀도를 비교한 개략적인 도면으로서, 본 발명은 피 촬영체(10) 및 복수개의 활성 전극(1 내지 8)을 구비한다.7 is a schematic diagram comparing current densities in the case of applying a current to active electrodes located at adjacent positions among a plurality of active electrodes in a general electrical impedance tomography apparatus according to the prior art and when current is applied to active electrodes located at spaced apart positions according to the present invention. The present invention includes a target object 10 and a plurality of active electrodes 1 to 8.

(a), (b), (c)는 종래 기술에 따라 각각 제1 전극(1)과 제2 전극(2) 간 및 제3 전극(3)과 제4 전극(4) 간에, 제1 전극(1)과 제2 전극(2) 간 및 제4 전극(4)과 제5 전극(5) 간에, 제2 전극(2)과 제3 전극(3) 간 및 제4 전극(4)과 제5 전극(5) 간에, 즉 인접한 위치에 존재하는 활성 전극에 전류를 인가하는 경우이다.(a), (b), and (c) are respectively applied between the first electrode 1 and the second electrode 2, between the third electrode 3 and the fourth electrode 4, between the first electrode 1 and the second electrode 2, between the fourth electrode 4 and the fifth electrode 5, between the second electrode 2 and the third electrode 3, and between the fourth electrode 4 and the fifth electrode 5, that is, between the adjacent electrodes. is

그리고, (d), (e), (f)는 본 발명에 따라 각각 제1 전극(1)과 제4 전극(4) 간 및 제2 전극(2)과 제5 전극(5) 간에, 제1 전극(1)과 제4 전극(4) 간 및 제3 전극(3)과 제6 전극(6) 간에, 제2 전극(2)과 제5 전극(5) 간 및 제3 전극(3)과 제6 전극(6) 간에, 즉 N개의 전극을 스킵(Skip-N)한 이격된 위치에 존재하는 활성 전극에 전류를 인가하는 경우이다.And, (d), (e), and (f) skip between the first electrode 1 and the fourth electrode 4, between the second electrode 2 and the fifth electrode 5, between the first electrode 1 and the fourth electrode 4, between the third electrode 3 and the sixth electrode 6, between the second electrode 2 and the fifth electrode 5, and between the third electrode 3 and the sixth electrode 6, that is, between the N electrodes (Skip-N) ) is a case where current is applied to the active electrode existing at a spaced position.

도 7에서 보는 바와 같이, 피 촬영체(10)의 표면에 부착된 인접한 위치에 존재하는 활성 전극 및 N개의 전극을 스킵(Skip-N)한 이격된 위치에 존재하는 활성 전극에 전류를 인가하면, 전도도의 변화에 따라 상이한 색상 스펙트럼을 가지고 전류 밀도가 변화한다.As shown in FIG. 7, when a current is applied to an active electrode attached to the surface of the object 10 to be photographed at an adjacent position and an active electrode present at a spaced apart position where N electrodes are skipped (Skip-N), the current density changes with a different color spectrum according to the change in conductivity.

도 8은 전기적 임피던스 단층촬영 장치에서 복수개의 활성 전극 중 종래 기술에 따라 인접한 위치에 존재하는 활성 전극에 전류를 인가하는 경우와 본 발명에 따라 이격된 위치에 존재하는 활성 전극에 전류를 인가하는 경우 전도도 변화에 따른 민감도를 비교한 색상도로서, 본 발명은 피 촬영체(10) 및 복수개의 활성 전극(1 내지 16)을 구비한다.8 is a color diagram comparing sensitivity according to conductivity change in the case of applying a current to active electrodes located at adjacent positions among a plurality of active electrodes in an electrical impedance tomography apparatus according to the prior art and when current is applied to active electrodes located at spaced apart positions according to the present invention. The present invention includes a target object 10 and a plurality of active electrodes 1 to 16.

(a)는 종래 기술에 따라 인접한 위치에 존재하는 활성 전극에 전류를 인가한 경우 전도도 변화에 따른 민감도를 도시한 색상도이고, (b)는 본 발명에 따라 N개의 전극을 스킵(Skip-N)한 이격된 위치에 존재하는 활성 전극에 전류를 인가하는 경우 전도도 변화에 따른 민감도를 도시한 색상도이며, (c)는 색상 스펙트럼의 변화에 따라 민감도를 수치화한 도면이다.(a) is a color diagram showing sensitivity according to conductivity change when current is applied to active electrodes located at adjacent positions according to the prior art, (b) is a color diagram showing sensitivity according to conductivity change when current is applied to active electrodes located at spaced apart positions where N electrodes are skipped (Skip-N) according to the present invention, and (c) is a diagram showing sensitivity according to changes in color spectrum.

도 8(b) 및 도 8(c)에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따라 피 촬영체(10)의 표면에 부착된 N개의 전극을 스킵(Skip-N)한 이격된 위치에 존재하는 활성 전극에 전류를 인가한 경우의 민감도는 10^-2 내지 10^-4 로서, 종래 기술에 따라 도 8(a)에 도시된 피 촬영체(10)의 표면에 부착된 인접한 위치에 존재하는 활성 전극에 전류를 인가한 경우의 민감도인 10^-3 내지 10^-5 보다 큰 값으로서, 더 좋은 민감도를 보이므로 Bio-Z 독출의 고유한 노이즈에 강하다. As shown in FIGS. 8(b) and 8(c), the sensitivity when current is applied to the active electrode present at a spaced position where N electrodes attached to the surface of the object 10 are skipped (Skip-N) according to the present invention is 10 ^-2 to 10 ^-4 , in the case of applying current to the active electrode present at an adjacent position attached to the surface of the object 10 shown in FIG. 8(a) according to the prior art As a value greater than the sensitivity of 10 ^-3 to 10 ^-5 , it shows better sensitivity and is therefore resistant to noise inherent in Bio-Z reading.

즉, 더 나쁜 Bio-Z 노이즈 레벨을 가지고 동일한 신호 대 잡음비(SNR)를 달성할 수 있게 된다.That is, it is possible to achieve the same signal-to-noise ratio (SNR) with worse Bio-Z noise level.

도 9는 본 발명에 따라 이격된 위치에 존재하는 활성 전극에 전류를 인가하는 경우의 Bio-Z 독출의 신호 대 잡음비(SNR)를 산출하기 위한 회로도로서, 전류원(I_INJ), 제1 내지 제4 전극 임피던스(71 내지 74), 타겟 임피던스(Z_T) 및 비교기(IA)를 구비한다.9 is a circuit diagram for calculating the signal-to-noise ratio (SNR) of Bio-Z reading when current is applied to active electrodes located at spaced apart positions according to the present invention, and includes a current source (I _INJ ), first to fourth electrode impedances (71 to 74), target impedance (Z _T ), and a comparator (IA).

제1 내지 제4 전극 임피던스(71 내지 74)는 각각 하나의 전극 저항(R_EL)과 하나의 커패시터(C)의 병렬 연결로 구성되고, 타겟 임피던스(Z_T)는 피 촬영체(10)의 고유 임피던스를 의미한다.The first to fourth electrode impedances 71 to 74 are each composed of a parallel connection of one electrode resistance (R _EL ) and one capacitor (C), and the target impedance (Z _T ) It means the specific impedance of the object 10.

도 9를 참조하여 본 발명에 따라 이격된 위치에 존재하는 활성 전극에 전류를 인가하는 경우의 Bio-Z 독출의 신호 대 잡음비(SNR)를 산출하기 위한 회로도의 개략적인 동작을 설명하면 다음과 같다. Referring to FIG. 9, a schematic operation of a circuit diagram for calculating a signal-to-noise ratio (SNR) of Bio-Z reading when current is applied to active electrodes located at spaced apart positions according to the present invention will be described.

일반적으로 전류원(I_INJ)에서 전류를 발생하여 제2 전극 임피던스(72) 내 제2 커패시터(C) 및 제4 전극 임피던스(74) 내 제4 커패시터(C)에 충전하고, 임피던스가 큰 제1 전극 임피던스(71) 및 제3 전극 임피던스(73)를 사용하여 제한하면 전류 발생을 위한 큰 스윙이 요구된다.In general, when a current is generated from a current source (I _INJ ), the second capacitor (C) in the second electrode impedance 72 and the fourth capacitor (C) in the fourth electrode impedance 74 are charged, and the first electrode impedance 71 and the third electrode impedance 73 are used to limit the impedance, a large swing for current generation is required.

즉, 전류원(I_INJ)의 전류값 및 전류 노이즈값, 비교기(C)의 제1 입력 단자에서 측정되는 전압 노이즈값 및 타겟 임피던스(Z_T) 값을 이용하여 Bio-Z 독출의 신호 대 잡음비(SNR)를 산출하면 다음의 수학식 1과 같다.That is, the signal-to-noise ratio (SNR) of Bio-Z reading is calculated using the current value and current noise value of the current source (I _INJ ), the voltage noise value measured at the first input terminal of the comparator (C), and the target impedance (Z _T ) value.

[수학식 1][Equation 1]

여기에서, I_INJ 은 전류원에서 공급되는 전류값, Z_T 은 피 촬영체(10)의 고유 임피던스값, V_n 은 전압 노이즈값, i_n 은 전류 노이즈값을 나타낸다.Here, I _INJ is the current value supplied from the current source, Z _T is the intrinsic impedance value of the subject 10 to be photographed, V _n is the voltage noise value, and _in is the current noise value.

도 10은 본 발명에 따라 N개의 전극을 스킵한 이격된 위치에 존재하는 활성 전극에 전류원을 연결하는 전기적 임피던스 단층촬영 장치의 구성도로서, 복수개의 활성 전극(110-1 내지 110-8), 제1 및 제2 전류원(I1, I2) 및 연결 와이어(W)를 구비한다.10 is a block diagram of an electrical impedance tomography apparatus for connecting a current source to an active electrode present at a spaced apart position by skipping N electrodes according to the present invention, and includes a plurality of active electrodes 110-1 to 110-8, first and second current sources I1 and I2, and a connecting wire W.

도 11은 본 발명에 따라 단층촬영 장치의 복수개의 활성 전극에 각각 비교기를 연결하는 전기적 임피던스 단층촬영 장치의 구성도로서, 복수개의 활성 전극(110-1 내지 110-8), 복수개의 비교기(120-1 내지 120-8) 및 연결 와이어(W)를 구비한다.11 is a block diagram of an electrical impedance tomography apparatus connecting comparators to a plurality of active electrodes of the tomography apparatus according to the present invention, and includes a plurality of active electrodes 110-1 to 110-8, a plurality of comparators 120-1 to 120-8, and a connecting wire W.

도 10 및 도 11을 참조하여 본 발명에 따른 전기적 임피던스 단층촬영 장치의 개략적인 동작을 설명하면 다음과 같다. A schematic operation of the electrical impedance tomography apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. 10 and 11 .

제1 전류원(I1)은 피 촬영체(10)의 표면에 부착되는 복수개의 활성 전극(110-1 내지 110-8) 중 하나의 전극에 전류를 공급하고, 제2 전류원(I2)은 N개의 전극을 스킵하여 이격된 위치에 존재하는 전극에 전류를 공급한다.The first current source I1 supplies current to one of the plurality of active electrodes 110-1 to 110-8 attached to the surface of the object to be photographed 10, and the second current source I2 skips N electrodes and supplies current to electrodes existing at spaced apart positions.

복수개의 비교기(120-1 내지 120-8)는 복수개의 활성 전극(110-1 내지 110-8) 각각에 제1 입력 단자가 연결되고, 제2 입력 단자가 기준 전압을 인가받아 전압의 크기를 비교하여 출력 전압을 출력한다. The plurality of comparators 120-1 to 120-8 have first input terminals connected to each of the plurality of active electrodes 110-1 to 110-8, receive a reference voltage from a second input terminal, compare the magnitudes of the voltages, and output an output voltage.

전압계(미도시)는 복수개의 비교기(120-1 내지 120-8)에서 출력되는 출력 전압의 전압값을 측정한다. A voltmeter (not shown) measures voltage values of output voltages output from the plurality of comparators 120-1 to 120-8.

도 7 내지 도 11을 참조하여 본 발명에 따른 전기적 임피던스 단층촬영 장치의 상세한 동작을 설명하면 다음과 같다. Detailed operations of the electrical impedance tomography apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. 7 to 11 .

도 10에 도시된 바와 같이, 피 촬영체(10)의 표면에 부착된 N개(본 실시예는 2개)의 전극을 스킵(Skip-N)한 이격된 위치에 존재하는 활성 전극(110-1, 110-4)에 전류원(I1, I2)을 각각 연결하고, 도 11에 도시된 바와 같이 피 촬영체(10)의 표면에 부착된 복수개의 활성 전극(110-1 내지 110-8)에 복수개의 비교기(120-1 내지 120-8)를 각각 연결한다. As shown in FIG. 10, current sources I1 and I2 are respectively connected to active electrodes 110-1 and 110-4 that are present at spaced apart positions by skipping N electrodes (two in this embodiment) attached to the surface of the object 10 to be photographed, and as shown in FIG. 11, a plurality of active electrodes 110-1 to 110-8 attached to the surface of the object 10 ) to each of the plurality of comparators 120-1 to 120-8.

이때, 복수개의 비교기(120-1 내지 120-8)는 각각 제1 입력 단자가 복수개의 활성 전극(110-1 내지 110-8) 각각에 연결되고, 제2 입력 단자가 기준 전압(V_REF)을 인가받아 전압의 크기를 비교하여 그 결과값인 출력 전압(V_OUT)을 출력하고, 전압계는 복수개의 비교기(120-1 내지 120-8)에서 출력되는 전압값을 측정한다.At this time, each of the plurality of comparators 120-1 to 120-8 has a first input terminal connected to each of the plurality of active electrodes 110-1 to 110-8, and a second input terminal receiving a reference voltage V _REF , The magnitude of the voltage is compared to output the resultant output voltage V _OUT , and the voltmeter measures the voltage value output from the plurality of comparators 120-1 to 120-8.

이와 같이 구성된 본 발명에 따라 전압계를 통해 전압을 측정하면, 단일 단자 전류원(I1, I2)의 활성 전극 기반 전압 독출이 가능해짐에 따라, Bio-Z 독출의 신호 대 잡음비(SNR)가 현저하게 감소되고, 상기 수학식 1에서 전류원(I1, I2)의 전류(I_INJ)가 획기적으로 감소되게 된다. According to the present invention configured as described above, when the voltage is measured using a voltmeter, active electrode-based voltage reading of the single-terminal current sources I1 and I2 becomes possible, so that the signal-to-noise ratio (SNR) of the Bio-Z reading is significantly reduced, and the current (I _INJ ) of the current sources I1 and I2 in Equation 1 is remarkably reduced.

한편, 외부 기기(미도시)는 복수개의 활성 전극(110-1 내지 110-8)을 통해 측정된 전기적 신호를 입력받아 전류원(I1, I2)을 통해 인가된 전류와 복수개의 비교기(120-1 내지 120-8)에서 출력되는 전압값의 비율로 임피던스를 측정한다.On the other hand, an external device (not shown) receives electrical signals measured through the plurality of active electrodes 110-1 to 110-8, and measures the impedance by the ratio of the current applied through the current sources I1 and I2 to the voltage value output from the plurality of comparators 120-1 to 120-8.

또한, 외부 기기에서 측정된 임피던스 값을 통하여 임피던스 매트릭스가 산출되면, 본 발명은 이를 이용하여 피부의 내부 구조를 역 추적하여 피부 내부의 임피던스 분포를 산출함으로써, 영상뿐 아니라 깊이 방향으로 서로 다른 거리에서의 영상과 각 영상 내에서의 상대적인 임피던스 값의 분포 등이 표시된다.In addition, when the impedance matrix is calculated through the impedance value measured by the external device, the present invention calculates the impedance distribution inside the skin by backtracking the internal structure of the skin using this, so that not only the image but also the image at different distances in the depth direction and the distribution of relative impedance values in each image are displayed.

이를 이용하여 피부의 깊이에 따른 임피던스 단층 영상이 2차원 단층 영상으로 복원되어 디스플레이된다.Using this, the impedance tomography image according to the depth of the skin is reconstructed as a 2D tomography image and displayed.

일반적으로 암 세포의 임피던스가 정상 세포의 1/3 정도에 불과하기 때문에 이 영상을 통해 임피던스가 낮은 부위, 즉 암 병변으로 의심되는 부위를 알 수 있게 된다.In general, since the impedance of cancer cells is only about 1/3 that of normal cells, it is possible to identify regions with low impedance, that is, regions suspected of being cancerous lesions, through this image.

이와 같이, 본 발명은 비 침습 의학적 이미징 기술을 이용한 전기적 임피던스 단층촬영 장치에서 전류 공급 및 전압 측정을 통해 활성 전극 기반 전압을 독출하고, 단일 단말(single-ended)의 전류원 및 건식 전극을 가능하게 하여 멀티 아날로그 프런트엔드의 전기적 임피던스 단층촬영 장치를 제공한다.As described above, the present invention provides a multi-analog front-end electrical impedance tomography device by reading an active electrode-based voltage through current supply and voltage measurement in an electrical impedance tomography device using a non-invasive medical imaging technique, and enabling a single-ended current source and dry electrode.

이를 통하여, 본 발명은 단일 단자 전류원의 활성 전극 기반 전압 독출이 가능해짐에 따라 Bio-Z 독출의 신호 대 잡음비(SNR)가 현저하게 감소되어, 전류 노이즈 및 전압 노이즈가 증가되더라도 단층촬영 장치에서 촬영된 영상의 해상도 등이 보존된다.Through this, according to the present invention, as active electrode-based voltage reading of a single-terminal current source is possible, the signal-to-noise ratio (SNR) of Bio-Z reading is significantly reduced, and even if current noise and voltage noise are increased, the resolution of the image taken by the tomography device is preserved.

이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.In the above, various preferred embodiments of the present invention have been described with some examples, but the description of the various embodiments described in the "Specific Contents for Carrying Out the Invention" section is merely illustrative, and those skilled in the art will understand that from the above description, the present invention can be practiced with various modifications or equivalent to the present invention.

또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.In addition, since the present invention can be implemented in various other forms, the present invention is not limited by the above description, and the above description is to complete the disclosure of the present invention. It is only provided to those skilled in the art to completely inform the scope of the present invention, and it should be understood that the present invention is only defined by each claim of the claims.

10: 피 촬영체
110-1 내지 110-8: 복수개의 활성 전극
I1, I2: 전류원
120-1 내지 120-8: 복수개의 비교기
W: 연결 와이어10: blood shooting body
110-1 to 110-8: a plurality of active electrodes
I1, I2: current source
120-1 to 120-8: a plurality of comparators
W: connecting wire

Claims

A plurality of active electrodes attached to the surface of the object to be photographed;
a current source supplying current to one of the plurality of active electrodes and skipping N electrodes to supply current to electrodes present at spaced apart positions;
a plurality of comparators having a first input terminal connected to each of the plurality of active electrodes, receiving a reference voltage through a second input terminal, comparing magnitudes of the voltages, and outputting an output voltage; and
a voltmeter for measuring a voltage value of the output voltage;
Including,
A circuit for calculating the signal-to-noise ratio applied to the plurality of active electrodes
a plurality of electrode impedances, one side of which is connected to the plurality of active electrodes and the other side of which is connected in parallel to the specific impedance of the object to be photographed to swing the supplied current; and
a comparator having first and second input terminals connected to electrodes other than the skipped electrode among the plurality of active electrodes to compare the magnitudes of the voltages;
Characterized in that it includes,
Wearable electrical impedance tomography device using dry electrodes.

delete

According to claim 1,
Each of the plurality of electrode impedances
Characterized in that it consists of a parallel connection of one electrode resistance and one capacitor,
Wearable electrical impedance tomography device using dry electrodes.

According to claim 1,
The signal-to-noise ratio
Characterized in that it is calculated using the current value and current noise value of the current source, the voltage noise value measured at the first input terminal of the comparator, and the intrinsic impedance value of the object to be photographed.
Wearable electrical impedance tomography device using dry electrodes.

According to claim 1,
The signal-to-noise ratio
math formula It is calculated using
Wherein I _INJ is a current value supplied from the current source, Z _T is a specific impedance value of an object to be photographed, V _n is a voltage noise value, and _in is a current noise value.
Wearable electrical impedance tomography device using dry electrodes.