KR102638583B1 - Multimodal cutaneous sensor and method thereof - Google Patents

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한창수
전경용
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Abstract

본 발명의 멀티 모달 센서는 패치에 어레이되어 모듈 형태로 구현되되, 심전도(ECG)를 측정하기 위한 제1 센싱 겔로 이루어진 제1 센서, 혈압(BP)을 측정하기 위한 제1 센싱 겔과 기계적 근육도(MMG)를 측정하기 위한 제2 센싱 겔이 적층된 형태로 이루어진 제2 센서, 및 근전도(EMG)를 측정하기 위한 제1 센싱 겔로 이루어진 제3 센서를 포함한다. 이에 따라, 본 발명은 생체 신호를 동일 위치에서 동시에 측정하여 모니터링할 수 있다.The multi-modal sensor of the present invention is arrayed on a patch and implemented in a module form, comprising a first sensor consisting of a first sensing gel for measuring electrocardiogram (ECG), a first sensing gel for measuring blood pressure (BP), and a mechanical muscle diagram. It includes a second sensor made of a laminated second sensing gel for measuring (MMG), and a third sensor made of a first sensing gel for measuring electromyography (EMG). Accordingly, the present invention can monitor biological signals by simultaneously measuring them at the same location.

Description

멀티 모달 센서 및 그의 제조 방법{MULTIMODAL CUTANEOUS SENSOR AND METHOD THEREOF}Multi-modal sensor and method of manufacturing the same {MULTIMODAL CUTANEOUS SENSOR AND METHOD THEREOF}

본 발명은 멀티 모달 센서 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 생체 신호를 동일 위치에서 동시에 측정하여 모니터링할 수 있는 웨어러블 멀티 모달 센서 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-modal sensor and a method of manufacturing the same, and in particular, to a wearable multi-modal sensor that can simultaneously measure and monitor biological signals at the same location and a method of manufacturing the same.

최근 웨어러블 센싱 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 웨어러블 센싱 기술에 사용되는 센서는 손목, 손가락, 발목, 무릎 등 근육의 움직임, 맥박수, 심박수, 호흡, 혈압(BP) 등의 운동학적 신호와 심전도(ECG), 근전도(EMG), 뇌파 등의 생리학적 신호를 감지할 수 있다. 이러한 웨어러블 센싱 기술은 환자의 생체 물리학적 정보를 수집할 수 있으므로 헬스케어 산업에서도 많은 연구가 수행되고 있다.Recently, interest in wearable sensing technology has been increasing. Sensors used in wearable sensing technology measure muscle movements such as wrists, fingers, ankles, and knees, kinematic signals such as pulse rate, heart rate, respiration, and blood pressure (BP), and physiological signals such as electrocardiogram (ECG), electromyogram (EMG), and brain waves. Physical signals can be detected. Because these wearable sensing technologies can collect biophysical information of patients, much research is being conducted in the healthcare industry.

웨어러블 센서로서, 압전 효과 또는 정전 용량 효과와 같은 메커니즘을 기반으로 하는 다양한 센서가 개발되었다. As wearable sensors, various sensors based on mechanisms such as piezoelectric effect or capacitive effect have been developed.

특히, 비침습 웨어러블 센서를 이용하여 심전도(ECG), 혈압(BP)과 같은 단일 물리적 파라미터를 모니터링하는 기술이 개발되고 있다. 더 나아가 센서들의 통합은 이제 다양한 센서 양식의 조합으로의 연구가 진행되고 있다.In particular, technology is being developed to monitor single physical parameters such as electrocardiogram (ECG) and blood pressure (BP) using non-invasive wearable sensors. Furthermore, the integration of sensors is now being researched into combinations of various sensor types.

최근, ECG 전극과 젖산 또는 포도당 센서를 결합하여 운동선수의 심혈관 기능, 신진대사 또는 체온을 모니터링하는 기술 연구들이 진행되었다. Recently, technical studies have been conducted to monitor cardiovascular function, metabolism, or body temperature in athletes by combining ECG electrodes with lactate or glucose sensors.

그러나, 센서별로 단일 물리적 파라미터를 모니터링 하고 있기 때문에 생체 신호를 측정하기 위해서는 복수 개의 측정 센서를 필요로 하게 된다. 또한, 센서별로 상이한 위치에서 측정을 진행하고 있기 때문에 일상 활동의 중단없이 지속적으로 데이터를 측정하기 어려울 뿐만 아니라 휴대하기 어려운 구조적 문제점이 있다. However, since each sensor monitors a single physical parameter, a plurality of measurement sensors are required to measure biological signals. In addition, since measurements are performed at different locations for each sensor, it is difficult to continuously measure data without interruption in daily activities, and there are structural problems that make it difficult to carry.

이에, 동일 위치에서 생체 신호를 동시에 측정하고 모닝터링할 수 있으며 휴대가 용이한 웨어러블 멀티 모달 센서의 필요성이 대두되고 있다.Accordingly, the need for a wearable multi-modal sensor that can simultaneously measure and monitor biological signals at the same location and is easy to carry is emerging.

“만성질환 자가 관리를 위한 비침습형 하이브리드 바이오센서 기반의 웨어러블 스마트 패치 시스템 개발”, 과제보고서, '바이오 의료기술개발사업', 광운대학교 산학협력단, 2020.01.31 “Development of a wearable smart patch system based on a non-invasive hybrid biosensor for self-management of chronic diseases”, Project report, ‘Bio-medical technology development project’, Kwangwoon University Industry-Academic Cooperation Foundation, 2020.01.31

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 생체 신호를 동일 위치에서 동시에 측정하여 모니터링할 수 있는 웨어러블 멀티 모달 센서 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다. The present invention is intended to solve the above problems and provides a wearable multi-modal sensor that can simultaneously measure and monitor biological signals at the same location and a method of manufacturing the same.

또한, 겔 타입의 센서로, 접착력과 유연성이 탁월하고, 소형화 및 구조의 자유도가 높아 휴대가 용이한 웨어러블 멀티 모달 센서 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.In addition, it is a gel-type sensor that has excellent adhesion and flexibility, and provides a wearable multi-modal sensor that is easy to carry due to miniaturization and high structural freedom, and a manufacturing method thereof.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모달 센서는 패치에 어레이되어 모듈 형태로 구현되되, 심전도(ECG)를 측정하기 위한 제1 센싱 겔로 이루어진 제1 센서; 혈압(BP)을 측정하기 위한 제1 센싱 겔과 기계적 근육도(MMG)를 측정하기 위한 제2 센싱 겔이 적층된 형태로 이루어진 제2 센서; 및 In order to achieve the above object, the multi-modal sensor according to an embodiment of the present invention is arrayed in a patch and implemented in a module form, comprising: a first sensor made of a first sensing gel for measuring electrocardiogram (ECG); a second sensor consisting of a first sensing gel for measuring blood pressure (BP) and a second sensing gel for measuring mechanical muscle strength (MMG); and

근전도(EMG)를 측정하기 위한 제1 센싱 겔로 이루어진 제3 센서;를 포함할 수 있다.It may include a third sensor made of a first sensing gel for measuring electromyography (EMG).

또한, 상기 제1 센서는, 하나 이상의 제1 센싱 겔을 포함하되, 상기 패치의 일면에 배열된 접지(G) 전극체가 삽입된 제1 센싱 겔과 (+)전극체가 삽입된 제1 센싱 겔 및, 상기 패치의 타 면에 배열된 (-)전극체가 삽입된 제1 센싱 겔을 포함할 수 있다.In addition, the first sensor includes one or more first sensing gels, including a first sensing gel into which a ground (G) electrode body arranged on one side of the patch is inserted, a first sensing gel into which a (+) electrode body is inserted, and , may include a first sensing gel into which a (-) electrode arranged on the other side of the patch is inserted.

또한, 상기 제2 센서의 상기 혈압(BP)을 측정하기 위한 제1 센싱 겔과 상기 기계적 근육도(MMG)를 측정하기 위한 제2 센싱 겔은, 서로 마주보는 일면에 돌기가 복수 개로 구성되어 일정 간격으로 배열될 수 있다.In addition, the first sensing gel for measuring the blood pressure (BP) of the second sensor and the second sensing gel for measuring the mechanical muscle strength (MMG) are composed of a plurality of protrusions on one side facing each other and are constant. Can be arranged at intervals.

상기 돌기는, 원기둥, 다각기둥, 원뿔, 타원뿔, 다각뿔, 원뿔대, 타원뿔대, 다각뿔대, 반구, 계층적(Hierarchical) 원뿔, 계층적 타원뿔, 계층적 다각뿔, 계층적 원뿔대, 계층적 타원뿔대, 계층적 다각뿔대, 계층적 반구, 끝 잘린(Truncated) 원뿔, 끝 잘린 타원뿔, 끝 잘린 다각뿔, 끝 잘린 원뿔대, 끝 잘린 타원뿔대, 끝 잘린 다각뿔대, 끝 잘린 반구 등 다양한 형상 중 어느 하나의 일 수 있다.The protrusion includes a cylinder, polygonal prism, cone, elliptical cone, polygonal cone, truncated cone, elliptical truncated cone, polygonal cone, hemisphere, hierarchical cone, hierarchical elliptical cone, hierarchical polygonal cone, hierarchical truncated cone, and hierarchical elliptic cone. , a hierarchical polygonal cone, a hierarchical hemisphere, a truncated cone, a truncated elliptical cone, a truncated polygonal cone, a truncated truncated cone, a truncated elliptical cone, a truncated polygonal cone, and a truncated hemisphere. It can be.

또한, 상기 기계적 근육도(MMG)를 측정하기 위한 제2 센싱 겔은, 상기 돌기가 형성된 일면에 전도성이 있는 물질이 코팅될 수 있다.Additionally, the second sensing gel for measuring the mechanical muscle strength (MMG) may be coated with a conductive material on one surface where the protrusions are formed.

또한, 상기 기계적 근육도(MMG)를 측정하기 위한 제2 센싱 겔은, 타면에 접촉돌기가 복수 개로 구성되어 일정 간격으로 배열될 수 있다.In addition, the second sensing gel for measuring the mechanical muscle strength (MMG) may be composed of a plurality of contact protrusions on the other surface and arranged at regular intervals.

또한, 상기 기계적 근육도(MMG)를 측정하기 위한 제2 센싱 겔은, 전극체로, 탄소 전극을 포함할 수 있다.Additionally, the second sensing gel for measuring mechanical muscle strength (MMG) may include a carbon electrode as an electrode body.

또한, 전극체는 전극의 형태가 교차형 (interdigital)일 수 있다.Additionally, the electrode body may have an interdigital shape.

또한, 상기 제1 센싱 겔은, 절연물질인 폴리비닐 클로라이드(PVC)에 가소제 및 이온성 액체가 포함될 수 있다.Additionally, the first sensing gel may include polyvinyl chloride (PVC), an insulating material, and a plasticizer and an ionic liquid.

또한, 상기 제1 센싱 겔은, 전도성 고분자를 더 포함할 수 있다.Additionally, the first sensing gel may further include a conductive polymer.

또한, 상기 제2 센싱 겔은, 압전물질에 가소제가 포함할 수 있다.Additionally, the second sensing gel may include a plasticizer in the piezoelectric material.

또한, 상기 압전 물질은, 폴리비닐 플로라이드 트리플루오르 에틸렌(Polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene; PVDF-TrFE, PT), 폴리플루오린화비닐리덴(Polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리비닐리덴 플로라이드 트리오푸루오르 에틸렌-클로로 풀로오로 에틸렌(Polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorofluoroethylene, PVDF-TrFE-CFE), 폴리비닐리덴 플로라이드-코-헥사플루오로 프로필렌(polyvinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene, PVDF-HFP)로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.In addition, the piezoelectric material is polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE, PT), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride triofluoroethylene-chloro It may be selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorofluoroethylene (PVDF-TrFE-CFE) and polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene (PVDF-HFP).

또한, 상기 제3 센서는, 하나 이상의 제1 센싱 겔을 포함하되, 상기 패치의 일 면에 나란히 배열된 (+)전극체가 삽입된 제1 센싱 겔, 접지(G) 전극체가 삽입된 제1 센싱 겔 및 (-)전극체가 삽입된 제1 센싱 겔을 포함할 수 있다.In addition, the third sensor includes one or more first sensing gels, a first sensing gel into which a (+) electrode body arranged side by side on one side of the patch is inserted, and a first sensing gel into which a ground (G) electrode body is inserted. It may include a first sensing gel into which a gel and a (-) electrode body are inserted.

또한, 상기 제1 센서, 상기 제2 센서 및 상기 제3 센서에서 측정된 생체신호 중 근육이 수축되는 동안 생성된 근전도(EMG) 및 기계근조도(MMG) 신호와 동시에 변경되는 혈압(BP) 및 심전도(ECG) 신호에서 비롯된 두 가지 위상 시간차(Dtbe: BP 및 ECG, Dtem: ECG 및 MMG)를 획득할 수 있다.In addition, among the bio-signals measured by the first sensor, the second sensor, and the third sensor, blood pressure (BP) and Two phase time differences (Dtbe: BP and ECG, Dtem: ECG and MMG) originating from electrocardiogram (ECG) signals can be acquired.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 모달 센터의 제조 방법은, 제1 센싱 겔을 제조하는 단계; 제2 센싱 겔을 제조하는 단계; 상기 제1 센싱 겔 및 상기 제2 센싱 겔의 표면 개질에 의해 돌기를 형성하는 단계; 상기 제1 센싱 겔 및 상기 제2 센싱 겔에 전극체를 삽입하는 단계; 및, 전극체가 삽입된 상기 제1 센싱 겔과 상기 제2 센싱 겔을 배열하여 센서 모듈을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.Meanwhile, a method for manufacturing a multi-modal center according to another embodiment of the present invention includes manufacturing a first sensing gel; Preparing a second sensing gel; Forming protrusions by modifying the surfaces of the first and second sensing gels; Inserting an electrode body into the first sensing gel and the second sensing gel; And, manufacturing a sensor module by arranging the first sensing gel and the second sensing gel into which the electrode body is inserted.

상기 돌기는, 원뿔형 구조로 형성될 수 있다.The protrusion may be formed into a cone-shaped structure.

또한, 상기 제1 센싱 겔은 심전도(ECG)를 측정하는 제1 센서, 혈압(BP)를 측정하는 제2 센서, 근전도(EMG)를 측정하는 제3 센서로 구현되되, 상기 제2 센싱 겔은 기계적 근육도(MMG)를 측정하는 제2 센서로 구현될 수 있다.In addition, the first sensing gel is implemented with a first sensor that measures electrocardiogram (ECG), a second sensor that measures blood pressure (BP), and a third sensor that measures electromyogram (EMG), and the second sensing gel It can be implemented as a second sensor that measures mechanical muscle strength (MMG).

또한, 상기 제 2센서는 상기 제1 센싱 겔과 제2 센싱 겔이 적층된 형태로 구현될 수 있다.Additionally, the second sensor may be implemented as a stack of the first and second sensing gels.

또한, 상기 제1 센서와 제3 센서의 제1 센싱 겔은, 절연물질에 전도성 고분자를 혼합하되, 전도성 고분자와 절연물질은 0.15:1의 부피비로 혼합할 수 있다.In addition, the first sensing gel of the first sensor and the third sensor may be a mixture of an insulating material and a conductive polymer, and the conductive polymer and the insulating material may be mixed at a volume ratio of 0.15:1.

또한, 상기 절연물질은 폴리비닐 클로라이드(PVC)에 가소제 및 이온성 액체가 혼합될 수 있다.Additionally, the insulating material may be polyvinyl chloride (PVC) mixed with a plasticizer and ionic liquid.

또한, 상기 제2 센싱 겔은, 압전물질과 가소제를 혼합하되, 압전물질과 가소제의 중량비는 1:2일 수 있다.Additionally, the second sensing gel may be a mixture of a piezoelectric material and a plasticizer, and the weight ratio of the piezoelectric material and the plasticizer may be 1:2.

상기 압전 물질은, 폴리비닐 플로라이드 트리플루오르 에틸렌(Polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene; PVDF-TrFE, PT), 폴리플루오린화비닐리덴(Polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리비닐리덴 플로라이드 트리오푸루오르 에틸렌-클로로 풀로오로 에틸렌(Polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorofluoroethylene, PVDF-TrFE-CFE), 폴리비닐리덴 플로라이드-코-헥사플루오로 프로필렌(polyvinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene, PVDF-HFP)로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.The piezoelectric material is polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE, PT), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride triofluoroethylene-chlorofluoro. It may be selected from the group consisting of ethylene (polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorofluoroethylene, PVDF-TrFE-CFE) and polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene (PVDF-HFP).

또한, 상기 제1 센서, 제2 센서 및 제3 센서는 대상체에 부착되는 일면이 등각 상태를 유지하기 위하여 원뿔형 돌기가 형성될 수 있다.Additionally, the first sensor, second sensor, and third sensor may have conical protrusions formed on one surface attached to the object to maintain a conformal state.

상기와 같은 본 발명에 따른 멀티 모달 센서는 생체 신호를 동일 위치에서 동시에 측정하여 모니터링할 수 있다. The multi-modal sensor according to the present invention as described above can monitor biological signals by simultaneously measuring them at the same location.

또한, 겔 타입의 센서로, 접착력과 유연성이 탁월하고, 소형화 및 구조의 자유도가 높아 휴대성이 용이하다.In addition, as a gel-type sensor, it has excellent adhesion and flexibility, and is easy to carry due to miniaturization and high structural freedom.

또한, 저전력으로 대상체의 신호를 민감하게 센싱할 수 있고, 특히, 제1 센싱 겔(PVDF-TrFe)과 제2 센싱 겔이 적층되어 있는 제2 센서부는 자가구동이 가능하다.In addition, it is possible to sensitively sense signals from an object at low power, and in particular, the second sensor unit, in which the first sensing gel (PVDF-TrFe) and the second sensing gel are stacked, is capable of self-driving.

더불어, 센싱 민감도가 우수하여 로봇에 부착하여 인지센서로의 응용이 가능하다.In addition, it has excellent sensing sensitivity and can be applied as a cognitive sensor by attaching it to a robot.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모달 센서의 착용한 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모달 센서를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 실제 제작된 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모달 센서를 나타낸 도면이다.
도 4는 실제 제작된 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 센서의 표면 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모달 센서의 구성을 설명하기 위한 회로 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 멀티 모달 센서의 실제 착용 예를 나타낸 사용 상태도이다.
도 7은 본 발명에 따른 멀티 모달 센서를 이용하여 BP 관련 반응을 측정한 그래프들이다.
도 8은 본 발명에 따른 멀티 모달 센서를 이용하여 MMG 관련 반응을 측정한 그래프들이다.
도 9는 본 발명에 따른 멀티 모달 센서를 이용하여 ECG 관련 반응을 측정한 그래프들이다.
도 10은 본 발명에 따른 멀티 모달 센서를 이용하여 EMG 관련 반응을 측정한 그래프들이다.
도 11과 도 12는 본 발명에 따른 멀티 모달 센서를 이용하여 운동과 근수축에 따른 근육역학과 혈역학적 상관관계를 나타낸 그래프들이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모달 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
Figure 1 is a diagram schematically showing a wearing state of a multi-modal sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram schematically showing a multi-modal sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram showing an actually manufactured multi-modal sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram showing the surface structure of a actually manufactured second sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a circuit diagram for explaining the configuration of a multi-modal sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a usage state diagram showing an example of actual wearing of the multi-modal sensor according to the present invention.
Figure 7 is a graph measuring BP-related responses using a multi-modal sensor according to the present invention.
Figure 8 is a graph measuring MMG-related responses using a multi-modal sensor according to the present invention.
Figure 9 is a graph measuring ECG-related responses using a multi-modal sensor according to the present invention.
Figure 10 is a graph measuring EMG-related responses using a multi-modal sensor according to the present invention.
Figures 11 and 12 are graphs showing muscle mechanics and hemodynamic correlation according to exercise and muscle contraction using the multi-modal sensor according to the present invention.
Figure 13 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a multi-modal sensor according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 종래 웨어러블 센서의 작동 원리로 알려져 있는 압전 효과, 정전 용량 효과 등의 메커니즘과 전혀 다른 작동 원리를 갖는다. 본 명세서에서는 이를 전하 전도 메커니즘으로 정의하고 있으며, 이는 인간의 피부에서 외부 자극을 효과적을 감지할 때 필요한 기계적 수용체의 작동 원리와 유사하다. The present invention has an operating principle that is completely different from mechanisms such as piezoelectric effect and capacitance effect, which are known as the operating principles of conventional wearable sensors. In this specification, this is defined as a charge conduction mechanism, which is similar to the operating principle of mechanoreceptors required to effectively detect external stimuli in human skin.

기계적 수용체는 종류에 따라 느린 적응(SA) 반응과 빠른 적응(RA) 반응으로 분류될 수 있다. 여기서, 느린 적응(SA)은 정적 접촉과 압력에 반응하고, 빠른 적응(RA)은 동적 접촉과 진동 자극에 반응한다. Depending on the type, mechanoreceptors can be classified into slow adaptation (SA) response and rapid adaptation (RA) response. Here, slow adaptation (SA) responds to static touch and pressure, and rapid adaptation (RA) responds to dynamic touch and vibration stimuli.

압전 저항 및 용량성 센서를 포함한 여러 감지 메커니즘은 자극에 의해 생성된 신호를 유지 할 수 있기 때문에 느린 적응(SA)을 구현할 수 있다, 또한, 전도성 다공성 구조를 이용하여 우수한 전기전도성과 우수한 기계적 물성의 조합을 도출하였으며, 압전 및 마찰 전기 효과를 이용하여 켜짐 및 꺼짐 사건 사이에서 매우 빠르게 반응할 수 있기 때문에 빠른 적응(RA) 반응을 구현할 수 있다.Several sensing mechanisms, including piezoresistive and capacitive sensors, can maintain signals generated by stimulation and thus achieve slow adaptation (SA). Additionally, they utilize conductive porous structures to achieve excellent electrical conductivity and excellent mechanical properties. A combination was derived, which uses piezoelectric and triboelectric effects to enable a very fast response between turn-on and turn-off events, enabling rapid adaptation (RA) response.

물체의 모양, 질감, 움직임을 감지하는데 매우 중요한 역할을 수행하는 느린 적응(SA)과 빠른 적응(RA)의 신호를 실제 구현하면, 종래의 센서를 통해 획득한 단조로운 신호에 비해 선택적이고 효과적인 신호를 획득하여 상황 변화에 보다 스마트하게 대응할 수 있다. 이에, 본 발명은 둘 이상의 생체 신호의 상관관계를 통한 심장 관련 기술을 제공한다.If the slow adaptation (SA) and fast adaptation (RA) signals, which play a very important role in detecting the shape, texture, and movement of objects, are actually implemented, selective and effective signals can be produced compared to the monotonous signals obtained through conventional sensors. By acquiring it, you can respond more smartly to changing situations. Accordingly, the present invention provides heart-related technology through correlation between two or more biological signals.

구체적으로, 근수축과 관련된 생체 신호인 근전도(EMG)와 기계적 근육도(MMG)간의 상관관계와 심박수와 관련된 운동학적 신호인 혈압(BP)과 심전도(ECG)의 상관관계를 통해 심장 건강을 예측할 수 있다. 서로 다른 환경에서, 근수축이 발생하면 혈류의 변동으로 인해 맥박, 혈압, 심전도의 변화가 일어나 측정 데이터가 무의미해지고 부정확한 진단을 동반하게 된다. 생체 신호 간의 강한 상관관계를 통한 심장 질환 진단은 매우 효과적이고 신뢰할 수 있는 방법이 될 수 있다.Specifically, heart health can be predicted through the correlation between electromyography (EMG) and mechanical myography (MMG), which are biosignals related to muscle contraction, and the correlation between blood pressure (BP) and electrocardiogram (ECG), which are kinematic signals related to heart rate. You can. In different environments, when muscle contraction occurs, changes in pulse, blood pressure, and electrocardiogram occur due to fluctuations in blood flow, making measurement data meaningless and leading to inaccurate diagnoses. Diagnosing heart disease through strong correlation between biosignals can be a very effective and reliable method.

생체 신호는 근전도(EMG)와 기계적 근육도(MMG)와 같은 느린 적응(SA) 반응 특성 및, 혈압(BP)과 심전도(ECG)와 같은 빠른 적응(RA) 반응 특성을 나타낸다. 이러한, 느린 적응(SA) 반응 특성과 빠른 적응(RA) 반응 특성을 활용하여, 생체 신호 간의 상관관계를 도출할 수 있다. Vital signals exhibit slow adaptive (SA) response characteristics, such as electromyography (EMG) and mechanical myography (MMG), and fast adaptive (RA) response characteristics, such as blood pressure (BP) and electrocardiogram (ECG). Using these slow adaptation (SA) response characteristics and fast adaptation (RA) response characteristics, correlations between biological signals can be derived.

결국, 본 발명의 멀티 모달 센서는 새로운 형태의 바이오 친화적인 건강 모니터링이 가능하며, 다양한 바이오 센서를 하나의 모듈로 구현하여 손목, 가슴 등의 피부에 쉽게 부착할 수 있으며, 간단한 공정으로 느린 적응(SA)과 빠른 적응(RA) 반응이라는 두가지 적응 신호를 동시에 획득하여 다양한 자극에 대하여 보다 분석적인 접근이 가능할 수 있다. 이에, 본 발명은 4가지 생체 신호, 즉 생체 신호 중 전기 생리학적 신호에 해당하는 근전도(EMG)와 심전도(ECG) 및 운동학적 신호에 해당하는 혈압(BP)과 기계적 근육도(MMG) 신호를 모두 동시에 측정하여 모니터링할 수 있다.Ultimately, the multi-modal sensor of the present invention enables a new form of bio-friendly health monitoring, implements various biosensors into one module and can be easily attached to the skin of the wrist, chest, etc., and has a simple process for slow adaptation ( By simultaneously acquiring two adaptation signals, SA) and rapid adaptation (RA) response, a more analytical approach to various stimuli can be possible. Accordingly, the present invention provides four biological signals, namely, electromyogram (EMG) and electrocardiogram (ECG) corresponding to electrophysiological signals, and blood pressure (BP) and mechanical myogram (MMG) signals corresponding to kinematic signals. All can be measured and monitored simultaneously.

이하에서 본 발명의 기술적 사상을 명확화하기 위하여 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 도면들 중 실질적으로 동일한 기능구성을 갖는 구성요소들에 대하여는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들을 부여하였다. 설명의 편의를 위하여 필요한 경우에는 장치와 방법을 함께 서술하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings to clarify the technical idea of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known functions or components may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. Components having substantially the same functional configuration among the drawings are given the same reference numbers and symbols as much as possible, even if they are shown in different drawings. For convenience of explanation, if necessary, the device and method should be described together.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모달 센서의 착용한 상태를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모달 센서를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 실제 제작된 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모달 센서를 나타낸 도면이고, 도 4는 실제 제작된 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 센서의 표면 구조를 나타낸 도면이다.Figure 1 is a diagram schematically showing a wearing state of a multi-modal sensor according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a diagram schematically showing a multi-modal sensor according to an embodiment of the present invention, and Figure 3 is an actual This is a diagram showing a manufactured multi-modal sensor according to an embodiment of the present invention, and Figure 4 is a diagram showing the surface structure of a second sensor according to an embodiment of the present invention that was actually manufactured.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 멀티 모달 센서는 혈압(BP), 기계적 근육도(MMG), 심전도(ECG) 및 근전도(EMG)를 단일 위치에서 동시에 측정할 수 있다. 이에, 멀티 모달 센서는 심전도(ECG)를 측정하기 위한 제1 센서(110), 혈압(BP)과 기계적 근육도(MMG)를 측정하기 위한 제2 센서(120), 및 근전도(EMG)를 측정하기 위한 제3 센서(130)를 포함할 수 있다. 멀티 모달 센서는 제1 센서(110), 제2 센서(120) 및 제3 센서(130)가 패치(140)에 어레이되어 모듈 형태로 구현될 수 있다. 이때, 대상체(10)의 맥박이 측정되는 요골동맥 부위의 제2 센서(120)를 기준으로 각 센서가 위치하도록 배열할 수 있다.1 to 4, the multi-modal sensor can simultaneously measure blood pressure (BP), mechanical myography (MMG), electrocardiogram (ECG), and electromyogram (EMG) at a single location. Accordingly, the multi-modal sensor includes a first sensor 110 for measuring electrocardiogram (ECG), a second sensor 120 for measuring blood pressure (BP) and mechanical muscle strength (MMG), and electromyography (EMG). It may include a third sensor 130 for this purpose. The multi-modal sensor may be implemented in a module form by arranging the first sensor 110, the second sensor 120, and the third sensor 130 in the patch 140. At this time, each sensor may be arranged so that it is located based on the second sensor 120 at the radial artery area where the pulse of the object 10 is measured.

제1 센서(110)는 심전도(ECG)를 측정하기 위한 제1 센싱 겔(111, 113, 115)로 구현될 수 있다. 제1 센서(110)는 하나 이상의 제1 센싱 겔(111, 113, 115)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 센서(110)는 대상체(10)와 접촉하는 부분에 해당하는 패치(140)의 일 면(On skin)에 배열된 접지(G) 전극체가 삽입된 제1 센싱 겔(113)과 (+)전극체 삽입된 제1 센싱 겔(111) 및 패치(140)의 타 면(Outside)에 배열된 (-)전극체 삽입된 제1 센싱 겔(115)을 포함할 수 있다. 한편, 제1 센서(110)의 제1 센싱 겔(111, 113, 115)에 삽입된 전극의 배열은 설계자의 설계사항에 따라 변경될 수 있으므로 이에 한정하지 않는다. The first sensor 110 may be implemented as a first sensing gel 111, 113, and 115 for measuring an electrocardiogram (ECG). The first sensor 110 may include one or more first sensing gels 111, 113, and 115. In one embodiment, the first sensor 110 is a first sensing gel ( 113) and a first sensing gel 111 with a (+) electrode body inserted, and a first sensing gel 115 with a (-) electrode body inserted arranged on the other side (Outside) of the patch 140. . Meanwhile, the arrangement of the electrodes inserted into the first sensing gels 111, 113, and 115 of the first sensor 110 may be changed according to the designer's design details, and is therefore not limited thereto.

제1 센싱 겔(111, 113, 115)은 절연물질의 고분자로 이루어진 겔 타입의 센서로서, 대상체에 부착되어 저전력으로 대상체에서 발생되는 신호를 정확하게 측정할 수 있다. 여기서, 절연물질은 폴리비닐 클로라이드(polyvinylcholoride, PVC)를 포함할 수 있다. 제1 센싱 겔(111, 113, 115)은 전도성 고분자를 더 포함할 수 있다. 즉, 제1 센싱 겔(111, 113, 115)은 폴리비닐 클로라이드(PVC)에 폴리아닐린(PANi)을 혼합하여 구현될 수 있다. 이에, 제1 센싱 겔(111, 113, 115)은 전극의 안정적이고 빠른 반응(RA) 기능이 가능하도록 하고, 전도성을 향상시킴으로써 혈압(BP) 신호의 감지도 향상시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 절연물질은 공지된 다양한 폴리머 계열 물질이거나, 앞서 말한 공지된 폴리머들의 조합물을 포함할 수 있다.The first sensing gels 111, 113, and 115 are gel-type sensors made of a polymer insulating material, and can be attached to an object and accurately measure signals generated from the object at low power. Here, the insulating material may include polyvinylcholoride (PVC). The first sensing gel (111, 113, 115) may further include a conductive polymer. That is, the first sensing gels 111, 113, and 115 may be implemented by mixing polyvinyl chloride (PVC) and polyaniline (PANi). Accordingly, the first sensing gels 111, 113, and 115 enable a stable and rapid response (RA) function of the electrode and can also improve detection of blood pressure (BP) signals by improving conductivity. In other embodiments, the insulating material may be a variety of known polymer-based materials, or may include combinations of the foregoing known polymers.

더불어, 제1 센싱 겔(111, 113, 115)은 가소제를 더 포함할 수 있다. 여기서, 가소제는 물질의 점성을 줄이거나 소성을 줄이는 첨가제로서, 디부틸아디페이트(Dibutyl Adipate, DBA)를 포함할 수 있다. 나아가, 가소제는 프탈레이트계 가소제인 디-2-에틸헥실프탈레이트(DOP), 디부틸프탈레이트(DBP), 디헵틸프탈레이트(DHP) 및 디이소데실프탈레이트(DIDP) 및, 에스테르계 가소제인 에틸헥실아디페이트(DOA), 디이소부틸아디페이트(DIBA), 아디프산 에스테르, 아디프산 폴리에스테르, 트리-2 틸헥실트리멜리테이트(TOTM), 및 트리이소노닐트리멜리테이트(TINTM) 등의 다양한 고분자 가소제 중 어느 하나를 포함할 수도 있다. 이러한, 가소제는 제1 센싱 겔()의 신축성, 인장성 및 유연성을 향상시킬 수 있다. In addition, the first sensing gels 111, 113, and 115 may further include a plasticizer. Here, the plasticizer is an additive that reduces the viscosity or plasticity of the material and may include dibutyl adipate (DBA). Furthermore, plasticizers include phthalate-based plasticizers such as di-2-ethylhexyl phthalate (DOP), dibutyl phthalate (DBP), diheptyl phthalate (DHP), and diisodecyl phthalate (DIDP), and ester-based plasticizers such as ethylhexyl adipate. Various polymers such as (DOA), diisobutyl adipate (DIBA), adipic acid ester, adipic acid polyester, tri-2 tylhexyl trimellitate (TOTM), and triisononyl trimellitate (TINTM). It may also contain any one of plasticizers. This plasticizer can improve the elasticity, tensile properties, and flexibility of the first sensing gel.

또한, 제1 센싱 겔(111, 113, 115)은 이온성 액체를 더 포함할 수 있다. 이온성 액체는 제1 센싱 겔(111, 113, 115)의 도전성을 확보하거나 전하량을 공급할 수 있다. 이에, 절연물질에 이온성 액체가 혼합되면 절연막으로의 역할이 수행됨과 동시에 이온성 액체 성분이 절연막 형성시 분산되는 역할도 수행될 수 있다. 이러한 이온성 액체는 양전하 및 음전하를 갖는 양이온성 액체로서 IL을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 이온성 액체는 [EMIM][TFSI], [BMI][PF6], [EMI][BF4], [BMI-TFSI] 등 다양한 종류의 양이온성 액체 및 EMI, BMI, MPP, Bpi, DEME, P13, P14, TEA, TEMA, SBP 등의 적어도 1종의 공지된 양이온과 FSA, TFSA, BETA, PF6, PF4 등의 적어도 1종의 공지된 음이온을 포함할 수 있다.Additionally, the first sensing gels 111, 113, and 115 may further include an ionic liquid. The ionic liquid can secure the conductivity of the first sensing gels 111, 113, and 115 or supply charge. Accordingly, when the ionic liquid is mixed with the insulating material, it can serve as an insulating film and at the same time serve as a disperser of the ionic liquid component when forming the insulating film. These ionic liquids may include IL as cationic liquids with positive and negative charges. In another embodiment, the ionic liquid is a variety of cationic liquids such as [EMIM][TFSI], [BMI][PF6], [EMI][BF4], [BMI-TFSI], and EMI, BMI, MPP, and Bpi. , DEME, P13, P14, TEA, TEMA, and SBP, and may contain at least one known cation and at least one known anion such as FSA, TFSA, BETA, PF6, and PF4.

제2 센서(120)는 혈압(BP)을 측정하기 위한 제1 센싱 겔(121)과 기계적 근육도(MMG)를 측정하기 위한 제2 센싱 겔(123)을 적층한 형태로 구현될 수 있다. 제2 센서(120)는 혈압(BP)을 측정하기 위한 제1 센싱 겔(121)과 기계적 근육도(MMG)를 측정하기 위한 제2 센싱 겔(123)은 서로 마주보는(대향하는) 일면에는 돌기(d)가 복수 개로 구성되어 일정 간격으로 배열되어 있다. 여기서, 돌기(d)는 원기둥, 다각기둥, 원뿔, 타원뿔, 다각뿔, 원뿔대, 타원뿔대, 다각뿔대, 반구, 계층적(Hierarchical) 원뿔, 계층적 타원뿔, 계층적 다각뿔, 계층적 원뿔대, 계층적 타원뿔대, 계층적 다각뿔대, 계층적 반구, 끝 잘린(Truncated) 원뿔, 끝 잘린 타원뿔, 끝 잘린 다각뿔, 끝 잘린 원뿔대, 끝 잘린 타원뿔대, 끝 잘린 다각뿔대, 끝 잘린 반구 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 돌기(d)는 원뿔형 형상을 가진다. 이러한 돌기(d)의 형상은 센서의 민감도를 향상시키기 위함이다. The second sensor 120 may be implemented as a stack of a first sensing gel 121 for measuring blood pressure (BP) and a second sensing gel 123 for measuring mechanical muscle strength (MMG). The second sensor 120 has a first sensing gel 121 for measuring blood pressure (BP) and a second sensing gel 123 for measuring mechanical muscle strength (MMG) on one side facing each other. The protrusions (d) are composed of a plurality of protrusions (d) and are arranged at regular intervals. Here, protrusion (d) is a cylinder, polygonal prism, cone, elliptical cone, polygonal cone, truncated cone, elliptical truncated cone, polygonal cone, hemisphere, hierarchical cone, hierarchical elliptical cone, hierarchical polygonal cone, hierarchical truncated cone, hierarchical Various shapes such as red truncated cone, hierarchical polygonal cone, hierarchical hemisphere, truncated cone, truncated elliptical cone, truncated polygon, truncated truncated cone, truncated elliptic truncated cone, truncated polygonal cone, truncated hemisphere, etc. You can have it. In one embodiment, the protrusion d has a conical shape. The shape of these protrusions (d) is intended to improve the sensitivity of the sensor.

도 4에는 실제 제작된 제2 센서(120)의 사진이 도시되어 있다. (a)는 제2 센서(120)의 단면도로, 혈압(BP)을 측정하기 위한 제1 센싱 겔(121)과 기계적 근육도(MMG)를 측정하기 위한 제2 센싱 겔(123)의 적층된 형태를 확인할 수 있다. (b)는 돌기(d)가 형성된 제2 센싱 겔(123)의 표면 사진이고, (c)는 돌기(d)가 형성된 제1 센싱 겔(121)의 표면 사진이다.Figure 4 shows a photograph of the actually manufactured second sensor 120. (a) is a cross-sectional view of the second sensor 120, showing the stacked structure of the first sensing gel 121 for measuring blood pressure (BP) and the second sensing gel 123 for measuring mechanical muscle strength (MMG). You can check the shape. (b) is a photograph of the surface of the second sensing gel 123 on which protrusions (d) are formed, and (c) is a photograph of the surface of the first sensing gel 121 on which protrusions (d) are formed.

한편, 제2 센싱 겔(123)은 타면, 즉 대상체(10)에 부착되는 면에도 접촉돌기가 복수 개로 구성되어 일정 간격으로 배열되어 있다. 여기서, 접촉돌기는 원기둥, 다각기둥, 원뿔, 타원뿔, 다각뿔, 원뿔대, 타원뿔대, 다각뿔대, 반구, 계층적(Hierarchical) 원뿔, 계층적 타원뿔, 계층적 다각뿔, 계층적 원뿔대, 계층적 타원뿔대, 계층적 다각뿔대, 계층적 반구, 끝 잘린(Truncated) 원뿔, 끝 잘린 타원뿔, 끝 잘린 다각뿔, 끝 잘린 원뿔대, 끝 잘린 타원뿔대, 끝 잘린 다각뿔대, 끝 잘린 반구 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 접촉돌기는 원뿔형 형상을 가진다. 이러한 접촉돌기의 형상은 대상체(10)와의 접촉 면적을 증가시켜 부착도를 향상시키고, 생체 신호를 효과적으로 감지하기 위함이다. 즉, 접촉돌기를 원뿔형으로 구성하면 평평한 형태로 구성하는 경우보다 접촉 등각 상태로 대상체(10)의 표면에 닿을 수 있다. Meanwhile, the second sensing gel 123 is composed of a plurality of contact protrusions on its other surface, that is, on the surface attached to the object 10, and is arranged at regular intervals. Here, the contact protrusions are cylinders, polygonal prisms, cones, elliptical cones, polygonal cones, truncated cones, elliptical truncated cones, polygonal cones, hemispheres, hierarchical cones, hierarchical elliptical cones, hierarchical polygons, hierarchical truncated cones, and hierarchical cones. It can have a variety of shapes, including truncated cones, hierarchical polygonal cones, hierarchical hemispheres, truncated cones, truncated elliptical cones, truncated polygons, truncated cones, truncated elliptical truncated cones, truncated polygonal cones, and truncated hemispheres. there is. In one embodiment, the contact protrusion has a conical shape. The shape of these contact protrusions is intended to increase the contact area with the object 10 to improve adhesion and effectively detect biological signals. That is, if the contact protrusion is configured in a cone shape, it can contact the surface of the object 10 in a conformal contact state compared to the case where the contact protrusion is configured in a flat shape.

한편, 혈압(BP)을 측정하기 위한 제1 센싱 겔(121)은 상술한 심전도(ECG)를 측정하기 위한 제1 센싱 겔(111, 113, 115)에 관한 설명과 동일하므로 생략한다Meanwhile, the first sensing gel 121 for measuring blood pressure (BP) is the same as the description of the first sensing gels 111, 113, and 115 for measuring electrocardiogram (ECG) described above and is therefore omitted.

기계적 근육도(MMG)를 측정하기 위한 제2 센싱 겔(123)은 압전물질의 고분자로 이루어진 겔 타입의 센서로서, 자가구동이 가능하면서 외부 자극에 대해 전위차를 일으키는 매개체 역할을 수행할 수 있다. 여기서, 압전물질(Piezo materials)은 기계적 외력에 의해 전위차가 발생하는 물질로서, 그 압전특성은 쌍극자(dipole)의 배열 정도에 의존된다. 일 실시예에서 압전물질은 폴리비닐 플로라이드 트리플루오르 에틸렌(Polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene; PVDF-TrFE, PT)을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서 압전물질은 폴리머 압전 재료인 폴리플루오린화비닐리덴(Polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리비닐리덴 플로라이드 트리오푸루오르 에틸렌-클로로 풀로오로 에틸렌(Polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorofluoroethylene, PVDF-TrFE-CFE), 폴리비닐리덴 플로라이드-코-헥사플루오로 프로필렌(polyvinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene, PVDF-HFP) 등이 사용되거나, BaTiO3, 압전소자(PZT; Piezoelectric Element, Piezoelectric Device) 등이 포함된 복합 재료를 포함할 수 있다.The second sensing gel 123 for measuring mechanical muscle strength (MMG) is a gel-type sensor made of a piezoelectric polymer, capable of self-actuation and serving as a medium that generates a potential difference in response to an external stimulus. Here, piezoelectric materials are materials that generate a potential difference due to mechanical external force, and their piezoelectric properties depend on the degree of arrangement of dipoles. In one embodiment, the piezoelectric material may include polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE, PT). In another embodiment, the piezoelectric material is a polymer piezoelectric material, such as polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorofluoroethylene, PVDF-TrFE-CFE. ), polyvinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene (PVDF-HFP), etc. are used, or composite materials containing BaTiO3, piezoelectric element (PZT; Piezoelectric Device), etc. are used. It can be included.

더불어, 제2 센싱 겔(123)은 가소제를 더 포함할 수 있다. 여기서 가소제는 제1 센싱 겔(121)에 포함되는 가소제에 관한 설명과 동일하므로 생략한다. 이러한, 가소제는 제2 센싱 겔(123)의 신축성, 인장성 및 유연성을 향상시킬 수 있다. In addition, the second sensing gel 123 may further include a plasticizer. Here, the plasticizer is omitted since it is the same as the description of the plasticizer included in the first sensing gel 121. This plasticizer can improve the elasticity, tensile strength, and flexibility of the second sensing gel 123.

한편, 제2 센싱 겔(123)의 일면에는 카본 코팅층이 형성될 수 있다. 이는 제2 센싱 겔의 일면이 전극의 역할을 수행할 수 있도록 하기 위함이다. 다른 실시예에서, 제2 센싱 겔(123)의 일면은 전도성이 있는 물질인 단일벽 탄소나노튜브(SWNT), 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 그래핀, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 폴리스티렌술포네이트(poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrenesulfonate(PEDOT:PSS)), 은 나노 와이어, 은 마이크로 와이어, 은 나노 입자, 은 마이크로 입자, 금 나노 와이어, 금 마이크로 와이어, 금 나노 입자, 금 마이크로 입자, 구리 나노 와이어, 구리 마이크로 와이어, 구리 나노 입자, 구리 마이크로 입자, 니켈 나노 와이어, 니켈 마이크로 와이어, 니켈 나노 입자, 니켈 마이크로 입자, 철 나노 와이어, 철 마이크로 와이어, 철 나노 입자, 철 마이크로 입자, 알루미늄 나노 와이어, 알루미늄 마이크로 와이어, 알루미늄 나노 입자, 알루미늄 마이크로 입자 및 카본블랙 파우더 중 어느 하나 이상의 물질로 코팅될 수 있다. Meanwhile, a carbon coating layer may be formed on one side of the second sensing gel 123. This is so that one side of the second sensing gel can function as an electrode. In another embodiment, one side of the second sensing gel 123 is made of conductive materials such as single-walled carbon nanotubes (SWNTs), double-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, graphene, and poly(3,4-ethylene). dioxythiophene) polystyrenesulfonate (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrenesulfonate(PEDOT:PSS)), silver nanowire, silver microwire, silver nanoparticle, silver microparticle, gold nanowire, gold microwire, gold nano particles, gold microparticles, copper nanowires, copper microwires, copper nanoparticles, copper microparticles, nickel nanowires, nickel microwires, nickel nanoparticles, nickel microparticles, iron nanowires, iron microwires, iron nanoparticles, It may be coated with any one or more of iron microparticles, aluminum nanowires, aluminum microwires, aluminum nanoparticles, aluminum microparticles, and carbon black powder.

또한, 제2 센싱 겔(123)은 전극체(125)를 포함할 수 있다. 전극체(125)는 도전성 있는 금속으로 구현될 수 있다. 일 실시예에서 전극체(125)는 탄소 전극으로 구현될 수 있다. 여기서, 전극체(125)는 전극의 형태가 교차형 (interdigital)일 수 있다. 전극체(125)를 통해 근육 움직임의 전기 신호를 획득할 수 있다. 이때, 요골 동맥에서의 맥박이나 근육의 움직임에 의한 제2 센싱 겔(123)의 분극은 혈압(BP)을 측정하기 위한 제1 센싱 겔(121)의 전하 분포를 변화시켜 피부의 기계적 자극 내 변화를 전기적 신호로 변환시킬 수 있다. 즉, 제2 센서(120)는 외부 자극에 따라 전하 전달 메커니즘이 작동하고, 이러한 전압 변화 및 이온 분포에 따라 생성된 신호를 감지할 수 있다.Additionally, the second sensing gel 123 may include an electrode body 125. The electrode body 125 may be implemented with a conductive metal. In one embodiment, the electrode body 125 may be implemented as a carbon electrode. Here, the electrode body 125 may have an interdigital electrode shape. Electrical signals of muscle movement can be obtained through the electrode body 125. At this time, polarization of the second sensing gel 123 due to pulse or muscle movement in the radial artery changes the charge distribution of the first sensing gel 121 for measuring blood pressure (BP), resulting in changes in mechanical stimulation of the skin. can be converted into an electrical signal. That is, the second sensor 120 operates a charge transfer mechanism in response to an external stimulus and can detect signals generated according to the voltage change and ion distribution.

제3 센서(130)는 근전도(EMG)를 측정하기 위한 제1 센싱 겔(131, 133, 135)로 구현될 수 있다. 제3 센서(130)는 하나 이상의 제1 센싱 겔(131, 133, 135)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제3 센서(130)는 대상체(10)와 접촉하는 부분에 해당하는 패치(140)의 일 면에 나란히 배열된 (+)전극체가 삽입된 제1 센싱 겔(131), 접지(G) 전극체가 삽입된 제1 센싱 겔(133) 및 (-)전극체가 삽입된 제1 센싱 겔(135)을 포함할 수 있다. 한편, 제3 센서(130)의 제1 센싱 겔(131, 133, 135)에 삽입된 전극(136)의 배열은 설계자의 설계사항에 따라 변경될 수 있으므로 이에 한정하지 않는다. The third sensor 130 may be implemented as a first sensing gel 131, 133, and 135 for measuring electromyography (EMG). The third sensor 130 may include one or more first sensing gels 131, 133, and 135. In one embodiment, the third sensor 130 is a first sensing gel 131 in which (+) electrode elements arranged side by side are inserted on one side of the patch 140 corresponding to the portion in contact with the object 10, ground. (G) It may include a first sensing gel 133 into which an electrode body is inserted and a first sensing gel 135 into which a (-) electrode body is inserted. Meanwhile, the arrangement of the electrodes 136 inserted into the first sensing gels 131, 133, and 135 of the third sensor 130 may be changed according to the designer's design details, and is therefore not limited thereto.

한편, 근전도(EMG)를 측정하기 위한 제1 센싱 겔(131, 133, 135)은 상술한 심전도(ECG)를 측정하기 위한 제1 센싱 겔(111, 113, 115)에 관한 설명과 동일하므로 생략한다.Meanwhile, the first sensing gels 131, 133, and 135 for measuring electromyogram (EMG) are omitted because they are the same as the description of the first sensing gels 111, 113, and 115 for measuring electrocardiogram (ECG) described above. do.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모달 센서의 구성을 설명하기 위한 회로 구성도이다. Figure 5 is a circuit diagram for explaining the configuration of a multi-modal sensor according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 감각 기능을 수행하는 심전도(ECG)를 측정하는 제1 센싱 겔로 구현된 제1 센서(110), 혈압(BP)을 측정하는 제2 센서(120)의 제1 센싱 겔(121) 및 근전도(EMG)를 측정하는 제1 센싱 겔로 구현된 제3 센서(130)는 정전 용량, 저항, 바르부르크 임피던스로 구성되며, 기계적 근육도(MMG)를 측정하는 제2 센서(120)의 제2 센싱 겔(123)은 저항 및 전압 생성으로 구성된다. 신호의 변환은 아두노이 인터페이스(AD8232: ECG, AD8226: EMG)를 통해 수행될 수 있다. Referring to FIG. 5, the first sensor 110 implemented as a first sensing gel that measures an electrocardiogram (ECG) performing a sensory function, and the first sensing gel of the second sensor 120 that measures blood pressure (BP) ( 121) and a third sensor 130 implemented with a first sensing gel that measures electromyogram (EMG) and consists of capacitance, resistance, and Warburg impedance, and a second sensor 120 that measures mechanical myogram (MMG) The second sensing gel 123 is composed of resistance and voltage generation. Signal conversion can be performed through the Ardunoi interface (AD8232: ECG, AD8226: EMG).

제1 센싱 겔의 전하의 확산은 이온성 액체인 IL 분자의 이동과 폴리비닐 클로라이드(PVC) 겔 내부의 유전체 분극에서 가소제인 다이부틸 아피타이트(DBA) 분자의 정렬에 의해 발생한다. 즉, 저항기 R은 제1 센싱 젤의 PVC와 DBA에 의해 발생한 전자 전달에 대한 저항을 의미한다. 전도도 C와 바르부르크 임피던스 W는 각각 IL의 이동에 의해 형성되는 전기적 이중 층에 의한 전도도와, IL의 이동으로 비롯된 전하 확산에 의한 임피던스를 의미한다. 제1 센싱 겔의 너비는 cm 단위로 충분히 큰 면적을 가지므로, 바르부르크 임피던스는 (수학식 1)과 같이 반-무한 선형 확산 모델을 따른다.The diffusion of charge in the first sensing gel occurs by the movement of IL molecules, an ionic liquid, and the alignment of dibutyl apitite (DBA) molecules, a plasticizer, in the dielectric polarization inside the polyvinyl chloride (PVC) gel. That is, the resistor R refers to the resistance to electron transfer caused by PVC and DBA of the first sensing gel. Conductivity C and Warburg impedance W mean conductivity due to the electrical double layer formed by the movement of IL and impedance due to charge diffusion resulting from the movement of IL, respectively. Since the width of the first sensing gel has a sufficiently large area in cm, the Warburg impedance follows a semi-infinite linear diffusion model as shown in (Equation 1).

(수학식 1)(Equation 1)

Z_w=σ/ω^(1/2) -jσ/ω^(1/2) Z_w=σ/ω^(1/2) -jσ/ω^(1/2)

여기서, Zw는 바르부르크 임피던스이고, σ는 바르부르크 계수이고, ω는 각 주파수(2Ωf, f: 주파수)이고, j는 허수 상수를 의미한다. Here, Zw is the Warburg impedance, σ is the Warburg coefficient, ω is the angular frequency (2Ωf, f: frequency), and j is the imaginary constant.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모달 센서의 효과를 설명한다. 여기서, 도 6에 도시된 실제 제작된 멀티 모달 센서를 사용하여 심장질환이 없는 건강한 50대 중반 남성을 대상으로 실험이 수행되었다.Hereinafter, the effects of the multi-modal sensor according to an embodiment of the present invention will be described. Here, an experiment was performed on a healthy man in his mid-50s without heart disease using the actually manufactured multi-modal sensor shown in FIG. 6.

도 6은 본 발명에 따른 멀티 모달 센서의 실제 착용 예를 나타낸 사용 상태도이다. Figure 6 is a usage state diagram showing an example of actual wearing of the multi-modal sensor according to the present invention.

도 6을 참조하면, (a)는 멀티 모달 센서를 손목에 착용된 예를 나타내고, (b)는 제2 센서(120)를 손가락 사이를 이용하는 방식으로 제조한 예를 나타낸다. 이러한, 혈압(BP)을 측정하기 위한 제1 센싱 겔(121)과 기계적 근육도(MMG)를 측정하기 위한 제2 센싱 겔(123)이 적층된 제2 센서(120)의 경우 자극에 더욱 민감하게 반응하도록 설계되었다. Referring to FIG. 6, (a) shows an example in which the multi-modal sensor is worn on the wrist, and (b) shows an example in which the second sensor 120 is manufactured by using it between the fingers. In the case of the second sensor 120, which is a stack of the first sensing gel 121 for measuring blood pressure (BP) and the second sensing gel 123 for measuring mechanical muscle strength (MMG), it is more sensitive to stimulation. It is designed to respond well.

이에, 멀티 모달 센서를 이용하여 동시에 4개의 생체 신호를 측정하고 4개의 채널을 거쳐 획득한 생체 신호를 오실로스코프를 통해 모니터링하였다. 즉, 심전도(ECG)와 근전도(EMG)에 관한 생체 신호는 인터페이스로서의 아두이노(AD8232, AD8226) 모듈을 통해 획득하였고, 혈압(BP)과 기계적 근육도(MMG)에 관한 생체 신호는 제2 센서(120)에서 직접 획득하였다. 획득한 모든 생체 신호는 오실로스코프를 통해 모니터링하였다.Accordingly, four biological signals were measured simultaneously using a multi-modal sensor, and the biological signals acquired through four channels were monitored using an oscilloscope. That is, biosignals related to electrocardiogram (ECG) and electromyogram (EMG) were acquired through the Arduino (AD8232, AD8226) module as an interface, and biosignals related to blood pressure (BP) and mechanical myogram (MMG) were acquired through the second sensor. Obtained directly from (120). All acquired biological signals were monitored through an oscilloscope.

먼저, 운동학적 신호에 해당하는 혈압(BP)과 기계적 근육도(MMG)에 관한 생체 신호를 제2 센서(120)에서 두 개의 채널로 분리하여 획득하였다.First, biosignals related to blood pressure (BP) and mechanical muscle strength (MMG), which correspond to kinematic signals, were obtained by separating them into two channels from the second sensor 120.

도 7은 본 발명에 따른 멀티 모달 센서를 이용하여 BP 관련 반응을 측정한 그래프들이다.Figure 7 is a graph measuring BP-related responses using a multi-modal sensor according to the present invention.

도 4와 도 7의 (a)를 참조하면, 혈압(BP)관련 반응은 제2 센서(120)의 제1 센싱 겔(121)인 PANi-PVC 젤에 연결된 Ag 전극에서 생체 신호를 획득하여 오실로스코프를 통해 모니터링하였다. Referring to Figures 4 and 7 (a), the blood pressure (BP)-related response is obtained by acquiring biological signals from an Ag electrode connected to the PANi-PVC gel, which is the first sensing gel 121 of the second sensor 120, using an oscilloscope. It was monitored through.

(b)를 참조하면, 맥박수와 혈압 곡선은 휴식 및 운동 후 조건에서 측정된 전압 변화로부터 식별할 수 있었다. Referring to (b), pulse rate and blood pressure curves could be identified from voltage changes measured under resting and post-exercise conditions.

보다 직관적인 모니터링을 위해 상용 커프 혈압계(Omron, HEM 6311)로 동시 측정 후 전압과 혈압 측정치를 매칭하여 관계를 계산하였다. 수축기 혈압(SBP)의 경우 y = 2.6x + 93.5(R=0.91), 이완기 혈압(DBP)의 경우 y = 3.1x + 63.1(R=0.9)이 도출되었다. 이 방정식(c에 삽입된 그래프)에서 전압 변화 값을 BP 레벨로 변환하여 나타냈다. (c)를 참조하면, 수축기 및 이완기 사이의 특징적인 피크인 P1 및 P2가 확인되었다. For more intuitive monitoring, simultaneous measurements were made with a commercial cuff blood pressure monitor (Omron, HEM 6311), and the relationship was calculated by matching the voltage and blood pressure measurements. For systolic blood pressure (SBP), y = 2.6x + 93.5 (R = 0.91), and for diastolic blood pressure (DBP), y = 3.1x + 63.1 (R = 0.9). In this equation (graph inserted in c), the voltage change value is converted to BP level. Referring to (c), characteristic peaks P1 and P2 between systole and diastole were identified.

또한, (d)를 참조하면, 그리퍼를 사용하는 경우 잡는 힘의 강도가 증가함에 따라 혈압(BP) 반응의 변화가 증가하는 경향이 있다. 이러한 시도는 근수축과 심장박동의 상관관계를 간접적으로 보여준 결과이며, 추후 기계적 근육도(MMG)와 심전도(EMG)와의 연관성에 대한 근거가 될 수 있다.Additionally, referring to (d), when using a gripper, the change in blood pressure (BP) response tends to increase as the strength of the gripping force increases. This attempt is the result of indirectly showing the correlation between muscle contraction and heart rate, and can serve as the basis for a future correlation between mechanical myogram (MMG) and electrocardiogram (EMG).

도 8은 본 발명에 따른 멀티 모달 센서를 이용하여 MMG 관련 반응을 측정한 그래프들이다.Figure 8 is a graph measuring MMG-related responses using a multi-modal sensor according to the present invention.

도 4와 도 8의 (a)를 참조하면, 근육 수축 중에 생성되는 신호 중 하나인 기계적 근육도(MMG)는 제2 센서(120)의 제2 센싱 겔(123)인 PVDF-TrFe 겔에 포함된 탄소 전극(125)에서 생체 신호를 획득하여 오실로스코프를 통해 모니터링하였다. Referring to Figures 4 and 8 (a), mechanical myogram (MMG), one of the signals generated during muscle contraction, is included in the PVDF-TrFe gel, which is the second sensing gel 123 of the second sensor 120. Biosignals were acquired from the carbon electrode 125 and monitored through an oscilloscope.

(b)를 참조하면, 손목의 움직임에 따라 큰 전압 변화가 관찰되었으며, 움직임 중에도 근육의 수축 정도에 따라 생체 신호의 변동도 확인되었다. 이들 신호로부터 근수축과 이완과 구별되는 신호의 경향을 알 수 있었으며, 손으로 쥐는 힘의 세기 차이에도 신호 편차가 있음을 확인하였다. Referring to (b), large voltage changes were observed depending on the movement of the wrist, and fluctuations in biosignals were also confirmed depending on the degree of muscle contraction during movement. From these signals, it was possible to see a signal trend that was distinct from muscle contraction and relaxation, and it was confirmed that there was a signal deviation in the difference in the strength of the hand grip.

(c)를 참조하면, 잡는 힘을 사용하여 등척성 근육 수축으로부터 기계적 근육도(MMG)에 관한 생체 신호를 획득하고 나타났다. 손목과 팔에 센서를 부착해서 얻은 기계적 근육도(MMG)에 관한 생체 신호의 경향은 비슷했지만 팔에 있는 값이 약간 더 컸다. Referring to (c), biosignals regarding mechanical myogram (MMG) were obtained and shown from isometric muscle contraction using grasping force. The trends in vital signs regarding mechanical muscle strength (MMG) obtained by attaching sensors to the wrist and arm were similar, but the values in the arm were slightly larger.

(d)를 참조하면, 입력 주파수가 증가함에 따라 기계적 근육도(MMG) 반응 주기가 증가하지만 전압 진폭은 감소했다. 또한 제2 센서(120)의 제2 센싱 겔(123)은 주파수 반응성을 가지고 있음을 알 수 있다.Referring to (d), as the input frequency increased, the mechanical myogenic (MMG) response period increased, but the voltage amplitude decreased. Additionally, it can be seen that the second sensing gel 123 of the second sensor 120 has frequency responsiveness.

상술한 운동학적 신호와 달리 전기적, 물리적 생체 신호를 측정하기 위해서는 일반적으로 3개 이상의 전도성 전극이 필요하다. 심전도(ECG)의 경우 병원에서 가슴, 팔, 다리에 약 12개의 전극을 부착하여, 심장에 대한 다양한 정보를 상호 보완적으로 얻을 수 있다. 그러나, 본 발명은 멀티 모달 센서의 구성요소인 3개의 제1 센싱 겔 기반의 제1 센서(110) 및 제3 센서(130)를 이용하여 심전도(ECG) 및 근전도(EMG)에 관한 생체 신호를 측정하였다. Unlike the above-mentioned kinematic signals, three or more conductive electrodes are generally required to measure electrical and physical biosignals. In the case of an electrocardiogram (ECG), a variety of complementary information about the heart can be obtained by attaching about 12 electrodes to the chest, arms, and legs at the hospital. However, the present invention uses three first sensing gel-based first sensors 110 and third sensors 130, which are components of a multi-modal sensor, to measure biosignals related to electrocardiogram (ECG) and electromyogram (EMG). Measured.

도 9는 본 발명에 따른 멀티 모달 센서를 이용하여 ECG 관련 반응을 측정한 그래프들이다.Figure 9 is a graph measuring ECG-related responses using a multi-modal sensor according to the present invention.

도 4와 도 9의 (a)를 참조하면, 가슴과 손목에 부착된 멀티 모달 센서의 제1 센서(110)에 의한 측정 방법을 보여준다. (+) 전극과 와 접지 전극 피부 표면에 접촉시키고 패치 외부에 노출된 (-)전극에 반대쪽 손가락을 대고 측정하였다. Referring to Figures 4 and 9 (a), a measurement method using the first sensor 110 of the multi-modal sensor attached to the chest and wrist is shown. Measurements were made by placing the (+) electrode and the ground electrode in contact with the skin surface and placing the opposite finger on the (-) electrode exposed on the outside of the patch.

(b)를 참조하면, 안정된 상태의 가슴과 손목에서 획득한 심전도(ECG)에 관한 생체 신호와 Ag/AgCl의 상용 심전도 전극으로 측정한 결과를 비교한 것이다.Referring to (b), the biosignals related to the electrocardiogram (ECG) obtained from the chest and wrist in a stable state are compared with the results measured using commercial ECG electrodes of Ag/AgCl.

(c)에 삽입된 그래프를 참조하면, 심전도(ECG) 신호에 나타나는 전형적인 P, Q, R, S, T 피크가 확인되었고, 손목에서 측정했을 때 T 피크가 증가하는 것도 발견되었다.Referring to the graph inserted in (c), the typical P, Q, R, S, and T peaks that appear in electrocardiogram (ECG) signals were confirmed, and the T peak was also found to increase when measured at the wrist.

(c)를 참조하면, 휴식 시와 가벼운 운동 후 손목에서 측정한 심전도(ECG) 신호를 비교하였다. 맥박의 변화는 심전도 피크(휴식: ~60, 운동 후: ~83)에서 나타났으며, 운동 후 T 값은 상대적으로 상승했다. Referring to (c), electrocardiogram (ECG) signals measured at the wrist at rest and after light exercise were compared. Changes in pulse occurred at the electrocardiogram peak (rest: ~60, post-exercise: ~83), and the T value rose relatively after exercise.

일반적인 심전도(ECG) 전극은 금속 또는 하이드로젤 기반의 전극을 사용한다. 그러나 금속 전극의 경우 피부 표면에 닿았을 때 불편함이 있으며 피부 표면에 등각 상태를 만들기 어렵다. 또한 하이드로젤은 일반 조건에서 쉽게 건조되어 연속 사용이 가능하기에, 일정 시간이 지나면 측정값을 신뢰하기 어렵다. (d)를 참조하면, 본 발명의 제1 센서(110)에 사용된 겔 전극이 논하이드로젤 기반이기 때문에 약 1개월 후에 측정하여도 안정성을 유지하였다.Common electrocardiogram (ECG) electrodes use metal or hydrogel-based electrodes. However, in the case of metal electrodes, they are uncomfortable when in contact with the skin surface and it is difficult to create a conformal state on the skin surface. In addition, hydrogel dries easily under normal conditions and can be used continuously, so it is difficult to trust measured values after a certain period of time. Referring to (d), since the gel electrode used in the first sensor 110 of the present invention is based on non-hydrogel, stability was maintained even when measured after about 1 month.

도 10은 본 발명에 따른 멀티 모달 센서를 이용하여 EMG 관련 반응을 측정한 그래프들이다.Figure 10 is a graph measuring EMG-related responses using a multi-modal sensor according to the present invention.

도 4 및 도 10의 (a)를 참조하면, 손목과 종아리 피부에 접촉하는 3개의 제1 센싱 겔(131, 133, 135)를 포함하는 제3 센서(130)를 통해 근전도(EMG)에 관한 생체 신호를 획득하였다. (b)를 참조하면, 그리퍼를 누르는 힘에 따라 신호의 크기가 증가하는 것으로 나타났다. 근전도(EMG) 신호가 몸 안팎의 전기장이나 전류 흐름을 방해한다는 단점이 있지만, 근전도(EMG) 신호는 기계적 근육도(MMG)의 신호에 비해 보완적인 역할을 할 수 있다. Referring to Figures 4 and 10 (a), electromyography (EMG) is measured through a third sensor 130 including three first sensing gels 131, 133, and 135 in contact with the wrist and calf skin. Vital signs were obtained. Referring to (b), the size of the signal was found to increase depending on the force pressing the gripper. Although electromyography (EMG) signals have the disadvantage of interfering with electric fields or current flow inside and outside the body, electromyography (EMG) signals can play a complementary role compared to mechanical myography (MMG) signals.

기계적 힘에 의한 근육 수축 외에도 손목이 구부러지고 늘어나는 동안의 근전도(EMG) 신호도 측정하였다. (c)를 참조하면, 기계적 근육도(MMG) 신호와 달리 빠른 반응(RA) 특성과 더 유사한 모양을 보여준다. (d)를 참조하면, 종아리에 부착된 멀티 모달 센서의 제3 센서(130)를 통해, 서 있거나 앉았을 때의 등장성 근육 운동에 대한 신호와 발차기 시의 생체 신호를 보여준다. 두 가지 다른 행동에 대해 차이가 나는 근전도(EMG) 신호를 획득하였으며, 이는 신체의 다양한 움직임이 분류될 수 있음을 나타낸다.In addition to muscle contraction caused by mechanical force, electromyography (EMG) signals were also measured during wrist flexion and extension. Referring to (c), unlike the mechanical muscle strength (MMG) signal, it shows a shape more similar to rapid response (RA) characteristics. Referring to (d), the third sensor 130 of the multi-modal sensor attached to the calf shows signals for isotonic muscle movement when standing or sitting and biosignals when kicking. Different electromyography (EMG) signals were obtained for two different actions, indicating that various movements of the body can be classified.

도 11과 도 12는 본 발명에 따른 멀티 모달 센서를 이용하여 운동과 근수축에 따른 근육역학과 혈역학적 상관관계를 나타내는 그래프들이다.Figures 11 and 12 are graphs showing muscle mechanics and hemodynamic correlation according to exercise and muscle contraction using the multi-modal sensor according to the present invention.

근육과 심장의 관계는 심장병을 선별하거나 예측하는 데 중요하다. The relationship between muscles and the heart is important in screening for or predicting heart disease.

심장의 건강 상태는 근육이 수축되는 동안 생성된 근전도(EMG) 및 기계근조도(MMG) 신호와 동시에 변경되는 혈압(BP) 및 심전도(ECG) 신호에서 비롯된 두 가지 위상 시간차(Δtbe: BP 및 ECG, Δtem: ECG 및 MMG)를 획득하여 모니터링하였다.The health of the heart is determined by two phase time differences (Δtbe: BP and ECG) resulting from the electromyographic (EMG) and mechano-myelographic (MMG) signals generated during muscle contraction and the simultaneously changing blood pressure (BP) and electrocardiogram (ECG) signals. , Δtem: ECG and MMG) were acquired and monitored.

생체 신호와 그 상관관계의 동시 측정 및 심장과 근육의 상관관계와 위상 시차Simultaneous measurement of vital signals and their correlations and correlations and phase differences between heart and muscles

PTT(Pulse Transit Time)는 심전도(ECG) 파의 R 피크와 신체 말초에서 측정한 맥파의 기준점 사이의 시간으로, 맥동압력파가 대동맥판막에서 말초로 전달되는 시간을 의미한다. 심전도(ECG)의 R 피크와 혈압(BP)의 P1 피크는 심실의 탈분극을 나타내는 지표이며, R과 P1의 시간차를 계산하여 PTT를 구하였다. 여기서 PTT는 Δtbe로 지정되었다. PTT (Pulse Transit Time) is the time between the R peak of the electrocardiogram (ECG) wave and the reference point of the pulse wave measured at the periphery of the body, and refers to the time for the pulsating pressure wave to be transmitted from the aortic valve to the periphery. The R peak of electrocardiogram (ECG) and the P1 peak of blood pressure (BP) are indicators of ventricular depolarization, and the time difference between R and P1 was calculated to obtain PTT. Here, PTT was designated as Δtbe.

근육 수축 시 생성되는 근전도(EMG) 및 기계적 근육도(MMG) 신호는 심전도(ECG) 신호와 상관관계가 있다. 이는 근육의 움직임이 혈관의 직경과 흐름을 변화시켜 심장 활동에 영향을 미치기 때문이다. 이때, 심전도(ECG)의 R 피크와 기계적 근육도(MMG) 신호의 첫 번째 노출 사이의 시간차를 Δtem으로 정의하였다. 기계적 근육도(MMG) 신호는 심전도(EMG) 신호에 비해 인체 및 주변의 전기적 방해를 받지 않아 선택하였으며, 추가적으로 기계적 근육도(MMG) 신호와의 상호 검증을 위해 근전도(EMG) 신호를 사용하였다.Electromyography (EMG) and mechanical myography (MMG) signals generated during muscle contraction are correlated with electrocardiogram (ECG) signals. This is because muscle movement changes the diameter and flow of blood vessels, affecting cardiac activity. At this time, the time difference between the R peak of the electrocardiogram (ECG) and the first exposure of the mechanical myogram (MMG) signal was defined as Δtem. The mechanical myogram (MMG) signal was selected because it is free from electrical interference from the human body and surroundings compared to the electrocardiogram (EMG) signal. Additionally, the electromyogram (EMG) signal was used for cross-verification with the mechanical myogram (MMG) signal.

먼저, 도 11의 (a)를 참조하면, 휴식 기간 동안 측정된 4개의 생체 신호를 나타내었다. 휴식 기간 동안 심전도(EMG) 및 기계적 근육도(MMG) 신호는 거의 발견되지 않았고 혈압(BP) 및 심전도(ECG) 신호는 평소와 같이 명확하게 획득되었다. 이 경우, PTT로 알려진 심전도(ECG)의 R 피크와 혈압(BP)의 P1 피크 사이의 PTD를 Δtbe라고 한다. First, referring to (a) of FIG. 11, four biological signals measured during the rest period are shown. During the resting period, electrocardiogram (EMG) and mechanical myogram (MMG) signals were barely found, and blood pressure (BP) and electrocardiogram (ECG) signals were obtained clearly as usual. In this case, the PTD between the R peak of the electrocardiogram (ECG), known as PTT, and the P1 peak of blood pressure (BP) is called Δtbe.

또한 도 11의 (b)를 참조하면, 휴식 시 등척성 근육 수축에서 나타나는 4가지 생체 신호를 나타내었다. 29kg의 악력을 가하여 잡는 행위를 했을 때 근전도(EMG) 및 기계적 근육도(MMG)의 출력 전압은 각각 RA의 신호 형태로 나타났다. 또한 혈압(BP) 및 심전도(ECG) 신호도 근육의 움직임으로 인한 신호 변형을 나타내지만, 그 동안 심전도(ECG)는 온전한 신호를 획득하기가 어려웠다. 혈압(BP)의 경우는 전압 베이스라인이 이동했음에도 혈압(BP) 곡선을 즉시 획득할 수 있었다. Also, referring to (b) of FIG. 11, four biological signals that appear in isometric muscle contraction at rest are shown. When a gripping action was performed by applying a grip force of 29 kg, the output voltage of electromyogram (EMG) and mechanical myogram (MMG) appeared in the form of signals of RA, respectively. Additionally, blood pressure (BP) and electrocardiogram (ECG) signals also show signal deformation due to muscle movement, but it has been difficult to obtain intact signals from electrocardiogram (ECG). In the case of blood pressure (BP), the blood pressure (BP) curve could be obtained immediately even though the voltage baseline had moved.

근육 수축에 대한 각각의 생체 신호 변화 경향은 매우 독특하다고 할 수 있다. It can be said that each biosignal change trend in response to muscle contraction is very unique.

도 11의 (c)를 참조하면, 가벼운 달리기 후 근전도(EMG) 및 기계적 근육도(MMG)의 신호는 휴식 기간과 약간 다르다. 그러나 근육의 직접적인 움직임이 없었기 때문에 인지 신호의 변화는 확인되지 않았다. Referring to Figure 11 (c), the signals of electromyogram (EMG) and mechanical myogram (MMG) after light running are slightly different from the rest period. However, because there was no direct muscle movement, no changes in cognitive signals were confirmed.

도 11의 (d)를 참조하면, 운동 후 잡는 행위가 다시 행해졌을 때 4가지 생체 신호를 나타내었다. (b)와 같이 잡는 행위는 오랜 시간(~15초) 동안 가해졌으며, 잡는 시간 동안 혈압(BP) 및 심전도(ECG)는 명확한 신호를 획득할 수 있었다. 전기적 신호인 심전도(ECG)는 근전도(EMG)와 같은 전기적 생체 신호에 의해 간섭을 받을 수 있으므로, 짧은 시간에 신호 교란이 있었던 것으로 보인다. 또한 기계적 근육도(MMG) 신호를 보다 명확하게 얻기 위해 차동 값을 사용하여 심전도(ECG)의 R 피크와 기계적 근육도(MMG)의 초기 점화 피크 사이의 위상차(Δtme)를 구했다. 이때 근전도(EMG)는 기계적 근육도(MMG)의 점화 피크를 상호 확인하는 중요한 신호이다. 일반적으로 근전도(EMG)는 근육의 움직임에 사용되는 생체 신호이지만, 기계적 근육도(MMG)도 심전도(ECG)와 같은 전기적 신호를 획득할 때 신체 내외부의 전자기 간섭이 있기 때문에 선호된다. Referring to Figure 11 (d), four biological signals were displayed when the grasping action was performed again after exercise. As shown in (b), the grasping action was applied for a long time (~15 seconds), and clear blood pressure (BP) and electrocardiogram (ECG) signals were obtained during the grasping time. Since electrocardiogram (ECG), an electrical signal, can be interfered with by electrical biosignals such as electromyogram (EMG), it appears that there was signal disturbance in a short period of time. Additionally, to obtain the MMG signal more clearly, the differential value was used to obtain the phase difference (Δtme) between the R peak of the electrocardiogram (ECG) and the initial firing peak of the MMG. At this time, electromyography (EMG) is an important signal that mutually confirms the firing peak of the mechanical myogram (MMG). In general, electromyography (EMG) is a biosignal used for muscle movement, but mechanical myography (MMG) is also preferred because there is electromagnetic interference inside and outside the body when acquiring electrical signals such as electrocardiogram (ECG).

본 발명에서는 근전도(EMG)와 기계적 근육도(MMG) 사이에 위상차가 거의 없음을 확인하였다.In the present invention, it was confirmed that there was almost no phase difference between electromyography (EMG) and mechanical myography (MMG).

이에, 동시에 획득한 4가지 생체 신호로 다양한 분석이 가능하다. Therefore, various analyzes are possible with the four biological signals acquired simultaneously.

도 12의 (a)를 참조하면, 잡고 있을 때의 혈압(BP)의 분포에 따른 근전도(EMG) 신호의 변화를 추적하였다. 악력이 증가함에 따라 근전도(EMG) 신호의 수준은 거의 연속적으로 증가하지만 SBP와 DBP 모두 상대적으로 중요한 변화는 없다. 이것은 등척성 근육 수축 때문이지만 더 큰 근육을 사용하고 근육 사용 기간이 더 길어지면 다른 크기를 보일 것이다. 또한 도 12의 (b)를 참조하면, 기계적 근육도(MMG)의 신호 크기는 휴식 상태에서 악력이 증가하는 것과 함께 증가하나, Δtem의 변화는 205와 210 사이에 매우 작아 위상 차이(Δtem)에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.Referring to (a) of FIG. 12, changes in the electromyography (EMG) signal according to the distribution of blood pressure (BP) while being held were tracked. As grip strength increases, the level of electromyography (EMG) signal increases almost continuously, but there are relatively no significant changes in both SBP and DBP. This is due to isometric muscle contraction, but using larger muscles and over longer periods of muscle use will result in different magnitudes. Also, referring to (b) of FIG. 12, the signal size of mechanical muscle strength (MMG) increases with increasing grip strength in the resting state, but the change in Δtem is very small between 205 and 210, so it does not affect the phase difference (Δtem). It appeared to have no significant effect.

역으로 이 결과는 휴식 상태에서 약한 근육을 사용할 때, 심장 관련 생물학의 불규칙성(Δtem 불규칙성 또는 큰 위상차)이 심장 건강에 대한 적색 경보를 나타낼 수 있음을 의미한다. 도 12의 (c)를 참조하면, 운동 전후 Δtbe와 Δtme의 증가에 따른 혈압 분포는 근육 운동 중 잡는 행위를 통해 확인할 수 있다. Δtbe는 SBP와 DBP가 증가함과 함께 감소하는 경향을 보인다. 심장병에서 좌심실과 직접적인 관련이 있는 SBP의 경우 y = -0.51 x 268(R = -0.98)을 보이고, DBP는 y = -0.45x + 229(R=-0.95)를 보였다.Conversely, these results mean that when using weak muscles at rest, irregularities in heart-related biology (Δtem irregularities or large phase differences) may signal a red alert for heart health. Referring to (c) of FIG. 12, the blood pressure distribution according to the increase in Δtbe and Δtme before and after exercise can be confirmed through the act of grasping during muscle exercise. Δtbe tends to decrease as SBP and DBP increase. In heart disease, SBP, which is directly related to the left ventricle, showed y = -0.51 x 268 (R = -0.98), and DBP showed y = -0.45x + 229 (R = -0.95).

도 12의 (d)를 참조하면, 동일한 조건에서 Δtme는 ~280ms를 포화시키는 경향을 나타낸다. SBP 변화에 따라 Δtbe와 Δtme 사이의 관계는 반비례하는 경향이 있다. 이 결과는 불규칙한 PTD로 인한 심장병을 예측하거나, 전기 자극 요법으로 PTD를 안전한 범위 내로 유지한다.Referring to (d) of FIG. 12, under the same conditions, Δtme tends to saturate for ~280ms. As SBP changes, the relationship between Δtbe and Δtme tends to be inversely proportional. These results can predict heart disease due to irregular PTD, or maintain PTD within a safe range with electrical stimulation therapy.

도 12의 (e)를 참조하면, SBP의 변화와 Δtbe 및 Δtem의 상관관계를 나타내었다.Referring to Figure 12(e), the correlation between changes in SBP and Δtbe and Δtem is shown.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모달 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.Figure 13 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a multi-modal sensor according to an embodiment of the present invention.

도 4 및 도 13을 참조하면, 먼저, 제1 센싱 겔을 제조한다(S210). 이를 위해, 절연물질, 가소제 및 이온성 액체, 전도성 고분자 등의 고분자 물질들을 혼합하여 겔 타입의 센서를 제조할 수 있다. 이때, 절연물질인 폴리비닐 클로라이드(PVC)와 가소제인 다이부틸아피타이트(DBA) 및 이온성 액체인 IL의 중량비를 1:2:0.2로 고정하여 제1 센싱 젤을 제조하였다. Referring to Figures 4 and 13, first, a first sensing gel is prepared (S210). For this purpose, a gel-type sensor can be manufactured by mixing polymer materials such as insulating materials, plasticizers, ionic liquids, and conductive polymers. At this time, the first sensing gel was prepared by fixing the weight ratio of polyvinyl chloride (PVC) as an insulating material, dibutyl apitite (DBA) as a plasticizer, and IL as an ionic liquid at 1:2:0.2.

이후, 제1 센징 겔에 전도성 고분자인 폴리아닐린(PANi)을 혼합하였다. 여기서, 폴리아닐린(PANi)은 레퍼런스를 기반으로 혼합하였다. 즉, 0.286g(1.25mmol)의 암모늄 퍼설페이트를 1mL의 탈이온수에 용해시켰다. 0.921mL(1mmol)의 피트산, 0.458mL(5mmol)의 아닐린, 2mL의 탈이온수를 혼합하여 아닐린 용액을 제조하였다. 이후, 폴리아닐린(PANi)을 건조 오븐에서 충분히 건조시킨 후, 제1 센싱 젤과 부피 비율로 혼합하였다.Afterwards, polyaniline (PANi), a conductive polymer, was mixed with the first sensing gel. Here, polyaniline (PANi) was mixed based on the reference. That is, 0.286 g (1.25 mmol) of ammonium persulfate was dissolved in 1 mL of deionized water. An aniline solution was prepared by mixing 0.921 mL (1 mmol) of phytic acid, 0.458 mL (5 mmol) of aniline, and 2 mL of deionized water. Afterwards, polyaniline (PANi) was sufficiently dried in a drying oven and then mixed with the first sensing gel in a volume ratio.

한편, 절연물질인 폴리비닐 클로라이드(PVC)는 Scientific Polymer Products Inc.에서 구입했으며 가소제인 다이부틸아피타이트(DBA)는 TCI Chemicals에서 얻었고 (1-에틸-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl) imide) IL 및 tetrahydrofuran은 Sigma-Aldrich에서 구입했다. 아닐린, 과황산암모늄 및 피틴산도 Sigma-Aldrich에서 구입했다. 모든 화학 물질은 정제 또는 전처리 없이 사용되었다. Meanwhile, polyvinyl chloride (PVC), an insulating material, was purchased from Scientific Polymer Products Inc., and dibutyl apitite (DBA), a plasticizer, was obtained from TCI Chemicals (1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl) imide) IL and Tetrahydrofuran was purchased from Sigma-Aldrich. Aniline, ammonium persulfate, and phytic acid were also purchased from Sigma-Aldrich. All chemicals were used without purification or pretreatment.

다음으로, 제2 센싱 겔을 제조한다(S220). 이를 위해, 압전물질 및 가소제 등의 고분자 물질을 혼합하여 겔 타입의 센서를 제조할 수 있다. 이때, 압전물질인 폴리비닐 플로라이드 트리플루오르 에틸렌(PVDF-TrFe)과 가소제인 다이부틸아피타이트(DBA)의 중량비가 1:2가 되도록 제2 센싱 겔을 제조하였다.Next, prepare a second sensing gel (S220). For this purpose, a gel-type sensor can be manufactured by mixing polymer materials such as piezoelectric materials and plasticizers. At this time, the second sensing gel was prepared so that the weight ratio of polyvinyl fluoride trifluoroethylene (PVDF-TrFe), a piezoelectric material, and dibutyl apitite (DBA), a plasticizer, was 1:2.

상용 PVDF-TrFe 분말은 Piezotech(FC30)에서 구입했다.Commercial PVDF-TrFe powder was purchased from Piezotech (FC30).

그리고, 제1 센싱 겔 및 제2 센싱 겔의 표면 개질에 의해 몰드에 드롭 캐스팅하여 돌기를 형성한다(S230). 이때, 돌기는 원뿔형 구조로 형성된다.Then, the surfaces of the first and second sensing gels are modified by drop casting into a mold to form protrusions (S230). At this time, the protrusion is formed into a cone-shaped structure.

이후, 제1 센싱 겔 및 제2 센싱 겔에 전극체를 삽입한다(S240). 센서에서 신호를 획득하기 위한 전극체인 Ag 와이어를 제1 센싱 겔에 삽입하고, 손가락 사이에 들어가는 형태의 전극체인 탄소 전극을 제2 센싱 겔에 삽입한다. 여기서, 탄소 전극은 내부 전극으로서 손가락 사이에 들어가는 타입(8×8 mm2, 선폭: 0.6 mm)으로 구현될 수 있다. 또한, 제2 센싱 겔은 제1 센싱 겔과 마주하는 일면에 카본 코팅층을 형성할 수 있다. Afterwards, the electrode body is inserted into the first and second sensing gels (S240). An Ag wire, which is an electrode for acquiring signals from a sensor, is inserted into the first sensing gel, and a carbon electrode, which is an electrode that fits between fingers, is inserted into the second sensing gel. Here, the carbon electrode can be implemented as an internal electrode in a type that fits between the fingers (8×8 mm 2 , line width: 0.6 mm). Additionally, the second sensing gel may form a carbon coating layer on one surface facing the first sensing gel.

다음으로, 멀티 모달 센서를 제조한다(S250). 즉, 전극체가 삽입된 제1 센싱 겔과 제2 센싱 겔을 배열하여 센서 모듈을 제조한다.Next, a multi-modal sensor is manufactured (S250). That is, the sensor module is manufactured by arranging the first sensing gel and the second sensing gel into which the electrode body is inserted.

제1 센싱 겔은 심전도(ECG)를 측정하는 제1 센서, 혈압(BP)를 측정하는 제2 센서, 근전도(EMG)를 측정하는 제3 센서로 구현될 수 있다. 이때, 전도성 전극으로 구성되어야 하는 심전도(ECG) 및 근전도(EMG)를 측정하는 제1 센서와 제3 센서의 경우 제1 센싱 겔의 전도성 고분자와 절연물질(PANi:PVC)은 0.15:1의 부피비로 균일하게 고정되었다. The first sensing gel may be implemented as a first sensor that measures electrocardiogram (ECG), a second sensor that measures blood pressure (BP), and a third sensor that measures electromyogram (EMG). At this time, in the case of the first and third sensors that measure electrocardiogram (ECG) and electromyogram (EMG), which must be composed of conductive electrodes, the conductive polymer of the first sensing gel and the insulating material (PANi:PVC) have a volume ratio of 0.15:1. was fixed uniformly.

제2 센싱 겔은 기계적 근육도(MMG)를 측정하는 제2 센서로 구현될 수 있다. 이때, 제2 센서(120)는 제1 센싱 겔(121)과 제2 센싱 겔(123)이 적층된 형태로 구현된다.The second sensing gel may be implemented as a second sensor that measures mechanical muscle strength (MMG). At this time, the second sensor 120 is implemented in a form in which the first sensing gel 121 and the second sensing gel 123 are stacked.

멀티 모달 센서는 대상체(10)에 부착되는 일면이 등각 상태를 유지하기 위하여 원뿔형 돌기가 형성된 구조를 가지며, 패치(140)에 부착되는 타면은 평편한 구조를 가진다. 또한, 멀티 모달 센서 중 패치(140)의 외부에 배열된 제1 센서(115)를 제외하고 모든 센서는 대상체(10)와 접촉하도록 구현된다. The multi-modal sensor has a structure in which one side attached to the object 10 has conical protrusions formed to maintain a conformal state, and the other side attached to the patch 140 has a flat structure. In addition, among the multi-modal sensors, all sensors except the first sensor 115 arranged outside the patch 140 are implemented to contact the object 10.

멀티 모달 센서는 제1 센서(110), 제2 센서(120) 및 제3 센서(130)가 패치(140)에 어레이되어 모듈 형태로 구현된다. 이때, 대상체(10)의 맥박이 측정되는 요골동맥 부위의 제2 센서(120)를 기준으로 각 센서가 위치하도록 배열할 수 있다.The multi-modal sensor is implemented in a module form by arranging the first sensor 110, the second sensor 120, and the third sensor 130 in a patch 140. At this time, each sensor may be arranged so that it is located based on the second sensor 120 at the radial artery area where the pulse of the object 10 is measured.

즉, 제1 센서(110)는 심전도(ECG)를 측정하기 위한 제1 센싱 겔(111, 113, 115)로 구현될 수 있다. 제1 센서(110)는 하나 이상의 제1 센싱 겔(111, 113, 115)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 센서(110)는 대상체(10)와 접촉하는 부분에 해당하는 패치(140)의 일 면(On skin)에 배열된 접지(G) 전극이 삽입된 제1 센싱 겔(113)과 (+)전극이 삽입된 제1 센싱 겔(111) 및 패치(140)의 타 면(Outside)에 배열된 (-)전극이 삽입된 제1 센싱 겔(115)을 포함할 수 있다. That is, the first sensor 110 may be implemented as a first sensing gel 111, 113, and 115 for measuring an electrocardiogram (ECG). The first sensor 110 may include one or more first sensing gels 111, 113, and 115. In one embodiment, the first sensor 110 is a first sensing gel ( 113) and a first sensing gel 111 into which a (+) electrode is inserted, and a first sensing gel 115 into which a (-) electrode arranged on the other side (Outside) of the patch 140 is inserted. .

제2 센서(120)는 제1 센싱 겔(121)과 제2 센싱 겔(123)이 적층된 형태로 구현된다.The second sensor 120 is implemented as a stack of the first sensing gel 121 and the second sensing gel 123.

제3 센서(130)는 근전도(EMG)를 측정하기 위한 제1 센싱 겔(131, 133, 135)로 구현될 수 있다. 제3 센서(130)는 하나 이상의 제1 센싱 겔(131, 133, 135)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제3 센서(130)는 대상체(10)와 접촉하는 부분에 해당하는 패치(140)의 일 면에 나란히 배열된 (+)전극체가 삽입된 제1 센싱 겔(131), 접지(G) 전극체가 삽입된 제1 센싱 겔(133) 및 (-)전극체가 삽입된 제1 센싱 겔(135)을 포함할 수 있다.The third sensor 130 may be implemented as a first sensing gel 131, 133, and 135 for measuring electromyography (EMG). The third sensor 130 may include one or more first sensing gels 131, 133, and 135. In one embodiment, the third sensor 130 is a first sensing gel 131 in which (+) electrode elements arranged side by side are inserted on one side of the patch 140 corresponding to the portion in contact with the object 10, ground. (G) It may include a first sensing gel 133 into which an electrode body is inserted and a first sensing gel 135 into which a (-) electrode body is inserted.

이에 따라, 본 발명은 다양한 생체신호를 측정하여 새롭고 신뢰성 있는 건강지표를 확립할 수 있다. 더욱이, 로봇에 부착하여 인지센서로의 응용이 가능하고, 실생활 중에 활용하여 건강상태를 모니터링할 수 있는 편리한 장점을 가진다.Accordingly, the present invention can establish new and reliable health indicators by measuring various biosignals. Moreover, it can be applied as a cognitive sensor by attaching it to a robot, and has the convenient advantage of being able to monitor health status by using it in real life.

지금까지 본 발명에 대하여 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 중심으로 상세히 살펴보았다. 이러한 실시예들은 이 발명을 한정하려는 것이 아니라 예시적인 것에 불과하며, 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 전술한 설명이 아니라 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다. 비록 본 명세서에 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 개념을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 본 발명의 각 단계는 반드시 기재된 순서대로 수행되어야 할 필요는 없고, 병렬적, 선택적 또는 개별적으로 수행될 수 있다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 본질적인 기술사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 형태 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 균등물은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 구성요소를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.So far, the present invention has been examined in detail, focusing on the preferred embodiments shown in the drawings. These embodiments are not intended to limit the invention but are merely illustrative and should be considered from an illustrative rather than a limiting perspective. The true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims rather than the foregoing description. Although specific terms are used in this specification, they are used only for the purpose of explaining the concept of the present invention and are not used to limit the meaning or scope of the present invention described in the claims. Each step of the present invention does not necessarily have to be performed in the order described, but may be performed in parallel, selectively, or individually. Those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible without departing from the essential technical spirit of the present invention as claimed in the patent claims. Equivalents should be understood to include not only currently known equivalents but also equivalents developed in the future, that is, all components invented to perform the same function regardless of structure.

110: 제1 센서 120: 제2 센서
130: 제3 센서
111, 113, 115, 121, 131, 133, 135: 제1 센싱 겔
123: 제2 센싱 겔
116, 125, 136: 전극체
140: 패치
110: first sensor 120: second sensor
130: Third sensor
111, 113, 115, 121, 131, 133, 135: first sensing gel
123: Second sensing gel
116, 125, 136: electrode body
140: patch

Claims (23)

패치에 어레이되어 모듈 형태로 구현되되,
심전도(ECG)를 측정하기 위한 제1 센싱 겔로 이루어진 제1 센서; 혈압(BP)을 측정하기 위한 제1 센싱 겔과 기계적 근육도(MMG)를 측정하기 위한 제2 센싱 겔이 적층된 형태로 이루어진 제2 센서; 및
근전도(EMG)를 측정하기 위한 제1 센싱 겔로 이루어진 제3 센서;를 포함하며,
상기 제1 센서, 상기 제2 센서 및 상기 제3 센서에서 측정된 생체신호 중 근육이 수축되는 동안 생성된 근전도(EMG) 및 기계근조도(MMG) 신호와 동시에 변경되는 혈압(BP) 및 심전도(ECG) 신호에서 비롯된 두 가지 위상 시간차(Dtbe: BP 및 ECG, Dtem: ECG 및 MMG)를 획득하는 것을 특징으로 하는 멀티 모달 센서.
Arrayed in patches and implemented in module form,
A first sensor made of a first sensing gel for measuring electrocardiogram (ECG); a second sensor consisting of a first sensing gel for measuring blood pressure (BP) and a second sensing gel for measuring mechanical muscle strength (MMG); and
It includes a third sensor made of a first sensing gel for measuring electromyography (EMG),
Among the bio-signals measured by the first sensor, the second sensor, and the third sensor, blood pressure (BP) and electrocardiogram (ECG) that change simultaneously with the electromyogram (EMG) and mechanical myotogram (MMG) signals generated during muscle contraction ( A multi-modal sensor characterized by acquiring two phase time differences (Dtbe: BP and ECG, Dtem: ECG and MMG) originating from the ECG signal.
제1항에 있어서,
상기 제1 센서는,
하나 이상의 제1 센싱 겔을 포함하되,
상기 패치의 일면에 배열된 접지(G) 전극체가 삽입된 제1 센싱 겔과 (+)전극체가 삽입된 제1 센싱 겔 및,
상기 패치의 타 면에 배열된 (-)전극체가 삽입된 제1 센싱 겔을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 모달 센서.
According to paragraph 1,
The first sensor is,
Comprising one or more first sensing gels,
A first sensing gel into which a ground (G) electrode body is inserted and a first sensing gel into which a (+) electrode body is inserted arranged on one side of the patch,
A multi-modal sensor comprising a first sensing gel into which a (-) electrode arranged on the other side of the patch is inserted.
제1항에 있어서,
상기 제2 센서의 상기 혈압(BP)을 측정하기 위한 제1 센싱 겔과 상기 기계적 근육도(MMG)를 측정하기 위한 제2 센싱 겔은,
서로 마주보는 일면에 돌기가 복수 개로 구성되어 일정 간격으로 배열된 것을 특징으로 하는 멀티 모달 센서.
According to paragraph 1,
A first sensing gel for measuring the blood pressure (BP) of the second sensor and a second sensing gel for measuring the mechanical muscle strength (MMG),
A multi-modal sensor characterized by a plurality of protrusions on one surface facing each other and arranged at regular intervals.
제3항에 있어서,
상기 돌기는,
원기둥, 다각기둥, 원뿔, 타원뿔, 다각뿔, 원뿔대, 타원뿔대, 다각뿔대, 반구, 계층적(Hierarchical) 원뿔, 계층적 타원뿔, 계층적 다각뿔, 계층적 원뿔대, 계층적 타원뿔대, 계층적 다각뿔대, 계층적 반구, 끝 잘린(Truncated) 원뿔, 끝 잘린 타원뿔, 끝 잘린 다각뿔, 끝 잘린 원뿔대, 끝 잘린 타원뿔대, 끝 잘린 다각뿔대, 끝 잘린 반구 등 다양한 형상 중 어느 하나의 형상인 것을 특징으로 하는 멀티 모달 센서.
According to paragraph 3,
The protrusions are,
Cylinder, polygonal prism, cone, elliptic cone, polygonal cone, truncated cone, elliptical truncated cone, polygonal cone, hemisphere, hierarchical cone, hierarchical elliptical cone, hierarchical polygonal cone, hierarchical truncated cone, hierarchical elliptic cone, hierarchical multi-cone It is characterized by being one of a variety of shapes, such as a truncated pyramid, a hierarchical hemisphere, a truncated cone, a truncated elliptical cone, a truncated polygon, a truncated truncated cone, a truncated elliptical cone, a truncated polygonal cone, and a truncated hemisphere. A multi-modal sensor.
제4항에 있어서,
상기 기계적 근육도(MMG)를 측정하기 위한 제2 센싱 겔은,
상기 돌기가 형성된 일면에 전도성이 있는 물질이 코팅되는 것을 특징으로 하는 멀티 모달 센서.
According to paragraph 4,
The second sensing gel for measuring the mechanical muscle strength (MMG) is,
A multi-modal sensor, characterized in that a conductive material is coated on one surface where the protrusions are formed.
제5항에 있어서,
상기 기계적 근육도(MMG)를 측정하기 위한 제2 센싱 겔은,
타면에 접촉돌기가 복수 개로 구성되어 일정 간격으로 배열된 것을 특징으로 하는 멀티 모달 센서.
According to clause 5,
The second sensing gel for measuring the mechanical muscle strength (MMG) is,
A multi-modal sensor characterized by a plurality of contact protrusions on the other surface arranged at regular intervals.
제6항에 있어서,
상기 기계적 근육도(MMG)를 측정하기 위한 제2 센싱 겔은,
전극체로, 탄소 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 모달 센서.
According to clause 6,
The second sensing gel for measuring the mechanical muscle strength (MMG) is,
A multi-modal sensor characterized by comprising a carbon electrode as an electrode body.
제7항에 있어서,
상기 전극체는 전극의 형태가 교차형 (interdigital)인 것을 특징으로 하는 멀티 모달 센서.
In clause 7,
The electrode body is a multi-modal sensor, characterized in that the shape of the electrode is interdigital.
제1항에 있어서,
상기 제1 센싱 겔은,
절연물질인 폴리비닐 클로라이드(PVC)에 가소제 및 이온성 액체가 포함된 것을 특징으로 하는 멀티 모달 센서.
According to paragraph 1,
The first sensing gel is,
A multi-modal sensor characterized by the insulating material polyvinyl chloride (PVC) containing a plasticizer and ionic liquid.
제9항에 있어서,
상기 제1 센싱 겔은,
전도성 고분자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 모달 센서.
According to clause 9,
The first sensing gel is,
A multi-modal sensor characterized by further comprising a conductive polymer.
제1항에 있어서,
상기 제2 센싱 겔은,
압전물질에 가소제가 포함된 것을 특징으로 하는 멀티 모달 센서.
According to paragraph 1,
The second sensing gel is,
A multi-modal sensor characterized in that the piezoelectric material contains a plasticizer.
제11항에 있어서,
상기 압전 물질은,
폴리비닐 플로라이드 트리플루오르 에틸렌(Polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene; PVDF-TrFE, PT), 폴리플루오린화비닐리덴(Polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리비닐리덴 플로라이드 트리오푸루오르 에틸렌-클로로 풀로오로 에틸렌(Polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorofluoroethylene, PVDF-TrFE-CFE), 폴리비닐리덴 플로라이드-코-헥사플루오로 프로필렌(polyvinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene, PVDF-HFP)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 멀티 모달 센서.
According to clause 11,
The piezoelectric material is,
Polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE, PT), Polyvinylidene fluoride (PVDF), Polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (Polyvinylidene fluoride- A multi-modal sensor characterized in that it is selected from the group consisting of trifluoroethylene-chlorofluoroethylene (PVDF-TrFE-CFE) and polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene (PVDF-HFP).
제1항에 있어서,
상기 제3 센서는,
하나 이상의 제1 센싱 겔을 포함하되,
상기 패치의 일 면에 나란히 배열된 (+)전극체가 삽입된 제1 센싱 겔, 접지(G) 전극체가 삽입된 제1 센싱 겔 및 (-)전극체가 삽입된 제1 센싱 겔을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 모달 센서.
According to paragraph 1,
The third sensor is,
Comprising one or more first sensing gels,
Characterized by comprising a first sensing gel into which a (+) electrode body is inserted arranged side by side on one side of the patch, a first sensing gel into which a ground (G) electrode body is inserted, and a first sensing gel into which a (-) electrode body is inserted. A multi-modal sensor.
삭제delete 제1 센싱 겔을 제조하는 단계;
제2 센싱 겔을 제조하는 단계;
상기 제1 센싱 겔 및 상기 제2 센싱 겔의 표면 개질에 의해 돌기를 형성하는 단계;
상기 제1 센싱 겔 및 상기 제2 센싱 겔에 전극체를 삽입하는 단계; 및,
전극체가 삽입된 상기 제1 센싱 겔과 상기 제2 센싱 겔을 배열하여 센서 모듈을 제조하는 단계;를 포함하며,
상기 제1 센싱 겔은 심전도(ECG)를 측정하는 제1 센서, 혈압(BP)를 측정하는 제2 센서, 근전도(EMG)를 측정하는 제3 센서로 구현되되,
상기 제2 센싱 겔은 기계적 근육도(MMG)를 측정하는 제2 센서로 구현되며,
상기 제1 센서, 상기 제2 센서 및 상기 제3 센서에서 측정된 생체신호 중 근육이 수축되는 동안 생성된 근전도(EMG) 및 기계근조도(MMG) 신호와 동시에 변경되는 혈압(BP) 및 심전도(ECG) 신호에서 비롯된 두 가지 위상 시간차(Dtbe: BP 및 ECG, Dtem: ECG 및 MMG)를 획득하는 것을 특징으로 하는 멀티 모달 센서의 제조 방법.
Preparing a first sensing gel;
Preparing a second sensing gel;
Forming protrusions by modifying the surfaces of the first and second sensing gels;
Inserting an electrode body into the first sensing gel and the second sensing gel; and,
It includes manufacturing a sensor module by arranging the first sensing gel and the second sensing gel into which the electrode body is inserted,
The first sensing gel is implemented with a first sensor that measures electrocardiogram (ECG), a second sensor that measures blood pressure (BP), and a third sensor that measures electromyogram (EMG),
The second sensing gel is implemented as a second sensor that measures mechanical muscle strength (MMG),
Among the bio-signals measured by the first sensor, the second sensor, and the third sensor, blood pressure (BP) and electrocardiogram (ECG) that change simultaneously with the electromyogram (EMG) and mechanical myotogram (MMG) signals generated during muscle contraction ( A method of manufacturing a multi-modal sensor characterized by acquiring two phase time differences (Dtbe: BP and ECG, Dtem: ECG and MMG) originating from an ECG signal.
제15항에 있어서,
상기 돌기는,
원뿔형 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 멀티 모달 센서의 제조 방법.
According to clause 15,
The protrusions are,
A method of manufacturing a multi-modal sensor, characterized in that it is formed into a cone-shaped structure.
삭제delete 제15항에 있어서,
상기 제 2센서는 상기 제1 센싱 겔과 제2 센싱 겔이 적층된 형태로 구현되는 것을 특징으로 하는 멀티 모달 센서의 제조 방법.
According to clause 15,
A method of manufacturing a multi-modal sensor, characterized in that the second sensor is implemented in a stacked form of the first sensing gel and the second sensing gel.
제15항에 있어서,
상기 제1 센서와 제3 센서의 제1 센싱 겔은,
절연물질에 전도성 고분자를 혼합하되,
전도성 고분자와 절연물질은 0.15:1의 부피비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 멀티 모달 센서의 제조 방법.
According to clause 15,
The first sensing gel of the first sensor and the third sensor is,
Mix a conductive polymer with an insulating material,
A method of manufacturing a multi-modal sensor, characterized in that the conductive polymer and the insulating material are mixed at a volume ratio of 0.15:1.
제19항에 있어서,
상기 절연물질은 폴리비닐 클로라이드(PVC)에 가소제 및 이온성 액체가 혼합된 것을 특징으로 하는 멀티 모달 센서의 제조 방법.
According to clause 19,
A method of manufacturing a multi-modal sensor, characterized in that the insulating material is polyvinyl chloride (PVC) mixed with a plasticizer and an ionic liquid.
제15항에 있어서,
상기 제2 센싱 겔은,
압전물질과 가소제를 혼합하되,
압전물질과 가소제의 중량비는 1:2인 것을 특징으로 하는 멀티 모달 센서의 제조 방법.
According to clause 15,
The second sensing gel is,
Mix the piezoelectric material and plasticizer,
A method of manufacturing a multi-modal sensor, characterized in that the weight ratio of the piezoelectric material and the plasticizer is 1:2.
제21항에 있어서,
상기 압전 물질은,
폴리비닐 플로라이드 트리플루오르 에틸렌(Polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene; PVDF-TrFE, PT), 폴리플루오린화비닐리덴(Polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리비닐리덴 플로라이드 트리오푸루오르 에틸렌-클로로 풀로오로 에틸렌(Polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorofluoroethylene, PVDF-TrFE-CFE), 폴리비닐리덴 플로라이드-코-헥사플루오로 프로필렌(polyvinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene, PVDF-HFP)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 멀티 모달 센서의 제조 방법.
According to clause 21,
The piezoelectric material is,
Polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE, PT), Polyvinylidene fluoride (PVDF), Polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (Polyvinylidene fluoride- Method for manufacturing a multi-modal sensor, characterized in that selected from the group consisting of trifluoroethylene-chlorofluoroethylene (PVDF-TrFE-CFE) and polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene (PVDF-HFP) .
제15항에 있어서
상기 제1 센서, 제2 센서 및 제3 센서는 대상체에 부착되는 일면이 등각 상태를 유지하기 위하여 원뿔형 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 멀티 모달 센서의 제조 방법.
In paragraph 15
A method of manufacturing a multi-modal sensor, wherein the first sensor, the second sensor, and the third sensor have conical protrusions formed on one surface attached to the object to maintain a conformal state.
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