KR20050072941A - 다중 전극을 갖는 생체신호 검출용 센서 및 이를 적용한장치 - Google Patents

Abstract

생체신호검출용 센서 및 이를 적용한 장치에 관해 개시된다. 센서는: 배선층이 마련되어 있는 가요성 멤브레인; 상기 멤브레인의 일면에 소정 간격으로 다수 부착되는 것으로 그 표면에 소정 높이의 니들이 다수 형성되어 있는 전극; 그리고 상기 멤브레인의 일면에서 상기 전극이 형성된 영역 외에 도포되는 점착성 물질층;을 구비한다. 본 발명에 따른 센서는 또한 트랜스미터와 용이한 착탈구조를 가지며, 와이어를 사용하지 않으므로 노이즈 발생 수준이 낮다. 또한 안정적인 전기적 결합구조에 의해 전극과 피부의 불안정한 접촉등에 의한 복잡한 전위나 임피이던스의 발생이 없다.

Description

다중 전극을 갖는 생체신호 검출용 센서 및 이를 적용한 장치{Body-surface bio-potential sensor having multi-electode and apparatus for detecting bio-potential signal adopting the sensor}

본 발명은 다중 전극을 갖는 생체신호 검출 센서 및 이를 적용한 생체신호 검출시스템(body-surface bio-potential sensor having multi-electode and apparatus for detecting bio-potential signal adopting the sensor)에 관한 것이다.

일반적으로 하나의 패드에 하나 또는 다수의 전극이 형성되어 있고, 이들 전극은 별도의 리드 와이어를 통해 신호처리를 위한 장치 등에 연결된다. 패드에 장착된 각각의 전극들은 리드 와이어(Lead wire)의 단자가 연결되는 스냅(snap)을 가지고 있다. 이러한 연결 구조는 피검자가 움직일 경우 스냅과 리드 와이어의 단자간의 마찰로 인해 비정상적인 노이즈(noise)가 발생될 수 있다. 이러한 비정상적인 노이즈는 생체신호 검출의 정밀도를 저하시킨다. 또한 신호처리장치와 전극을 연결하는 리드 와이어는 피검자의 동작을 제약하고, 특히 응급 상황시 검사자의 응급처치 활동을 불편하게 문제점을 가진다.

한편, 일반적으로 전극은 피검자의 피부의 고저항 특성을 고려하여 양호한 전기적 접촉을 도모하기 위한 젤이 사용된다. 젤은 피부에 이물감을 주고, 어떤 경우에는 피검자 피부에 발진을 일으킨다.

미국특허 6,201,981(Electrode for measuring biomedical signal and electrode support device for measuring a biomedical signal)는 전극과 리드와이어의 연결방법 및 노이즈 레벨(Noise level)을 감소시키는 방법을 개시한다. 그러나 이 방법도 여전히 리드 와이어에 의해 검출장치가 연결되기 때문에 상기와 같은 피검자 및 검사자의 동작 상 제약이 불가피하다.

이러한 리드 와이어에 의한 불편은 미국특허 6,267,723호에 개시된 트랜스미터를 이용하는 방법에 의해 해소될 수 있으나, 여전히 젤을 이용하여 생체 피부에 전극을 접촉시켜야 하는 문제가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 젤에 의존하지 않고 피검자로 부터 생체신호를 안정적으로 검출할 수 있는 생체신호 검출용 다중 전극 패치 및 이를 적용한 생체신호 검출시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 다중 전극 패치는:

가요성 멤브레인;

상기 멤브레인의 일면에 소정 간격으로 다수 부착되는 것으로 그 표면에 소정 높이의 니들이 다수 형성되어 있는 전극; 그리고

상기 멤브레인의 일면에서 상기 전극이 형성된 영역 외에 도포되는 점착성 물질층;을 구비한다.

본 발명에 따른 생체신호 검출시스템은:

다수의 전극을 갖춘 다중 전극 패치와, 다중 전극 패치에 탈착이 가능하며 다중 전극 패치로 부터의 전기적 신호를 전파신호로 송출하는 트랜스미터를 구비하며,

상기 다중 전극 패치는: 가요성 멤브레인; 상기 멤브레인의 일면에 소정 간격으로 다수 부착되는 것으로 그 표면에 소정 높이의 니들이 다수 형성되어 있는 전극; 그리고 상기 멤브레인의 일면에서 상기 전극이 형성된 영역 외에 도포되는 점착성 물질층;을 구비한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 멤브레인의 타측면의 일측에 상기 상기 전극들에 전기적으로 연결되는 것으로 외부로의 전기적 신호의 출력을 위한 터미널이 마련된다.

그리고, 상기 트랜스미터의 일면에는 상기 터미널에 짝(pair)을 이루어 결합되는 상보적 터미널(complimentary terminal)이 형성되어 있고, 상기 트랜스미터는 상기 터미널을 통해 상기 다중 전극 패치로부터의 전기적 신호를 취한다.

상기 멤브레인과 상기 트랜스미터에 상호 인력에 의해 상기 멤브레인과 트랜스미터를 결합하는 자석부재들이 마련되어 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 다중 전극 패치(센서)와 이를 이용하는 생체 신호 검출시스템의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 센서(10)의 전면도, 도 2는 그 배면도이다. 그리고 도 3은 도 1의 A-A' 선 단면도로서 센서와 이에 착탈식으로 결합되는 트랜스미터(20)을 개략적으로 보이는 도면이다.

센서(10)는 배선층(16)이 형성되는 가요성 PCB(flexible printed circuit board)인 원반형 멤브레인(11)을 기판으로 이용한다. 멤브레인(11)의 일면에 다수의 전극(12)이 부착되어 있다. 본 실시예에서는 3개의 전극(12)이 삼각형의 배열을 배치되어 있고, 이들 전극(12)은 맴브레인(11)의 전면 또는 후면에 형성되는 상기 배선층(16)을 통해 멤브레인(11)의 가장자리 가까이에 설치되어 있는 터미널(3)에 연결된다. 상기 터미널(13)은 트랜스미터(10)에 마련된 상보적 터미널(21)과 짝을 이루는 일종의 커넥터이다. 상기 멤브레인(11)의 전면에는 생체 피부에 접착되는 점착성 시이트(15)가 부착되어 있다. 점착성 시이트(15)에는 상기 전극(12) 및 자석(14)에 대응하는 관통공(5a)이 형성되어 있다.

상기 자석(14)은 일반적인 버튼 형태로서 멤브레인(11)에 대한 고정을 위하여 멤브레인(11)의 배면측에 설치되고 그 반대편에 자석(14) 고정을 위한 고정부재(14a)가 마련된다. 또한, 트랜스미터(20)에도 상기 센서(10)에 마련된 자석(14)들 각각에 대응하는 버튼형 영구자석(22)이 마련되어 있다.

위의 구조에 따르면 상기 센서(10)와 트랜스미터(20)는 영구자석들에 의해 결합 및 분리가 가능하며, 그리고 결합시 상기 두 터미널(13, 21)이 상호 결합됨으로써 전기적 신호의 전달을 허용함과 아울러 센서(10)와 트랜스미터(20) 간의 결합력을 보완해 준다. 도 3에서 참조번호 17는 점착성 시이트(15)를 보호하는 이형 필름이다.

이와 같이 통합된 패치(Patch), 즉 하나의 센서(10)에 다수의 전극(12)을 배치하고 이 전극이 젤등의 도움이 없이 피부에 직접 접촉되게 함으로써 신호 검출 감도도 향상시킨다. 더욱이 센서와 트랜스미터가 이들을 연결하기 위한 별도의 리이드 와이어를 요구하지 않고 따라서 리이드 와이어의 사용등에 따른 기계적 전기적 노이즈 발생을 감소시킬 수 있다.

이러한 본 발명은 생체의 미약한 전기신호를 높은 효율로 검출하여 심전도계 등과 같은 장치로 전송하기 위해 생체의 일부에 다수의 전극을 직접적으로 접속시킬 필요성을 만족시킨다. 리이드 와이어의 사용에 따른 피검자 및 검사자의 움직임의 제약이 해소된다.

또한 피부에 생체용 전극을 직접 접촉시키는 것 만으로도 생체용 전극과 생체가 전기적으로 잘 결합되지 않을 수 있고 이와 같이 되면 생체용 전극과 피부의 불안정한 접촉에 의한 복잡한 전위나 임피이던스가 발생되기 때문에 전기신호를 정확하게 측정할 수 없는 문제가 있다. 이에 대한 보완책으로 종래에는 피부에의 자극성이 없고 동시에 생체용 전극을 피부에 밀착시켜 안정된 전기신호를 얻기 위해 전도성 고분자 매체를 통해 피부에 부착되도록 전도성 하이드로젤 점착제를 사용한다. 그러나 이 점착제도 일정기간 이상 사용시 응고되어 그 기능이 현저히 저하되는 문제점이 있다. 본 발명은 이러한 문제점을 개선하기 위하여 상기 전극에 전기적 접촉 안정성을 향상하기 위한 다수의 니들을 형성한다. 이를 위하여 MEMS(micro electro-mechanic system) 제조기술을 이용하여 전극의 표면에 다수의 니들을 형성한다.

도 4은 본 발명에 따른 센서의 일부 발췌단면도로서 전극(12)의 형상과 이에 대응하는 피부 조직과의 관계를 보인다. 도 4에 도시된 바와 같이 전극(2)의 표면에 다수의 니들(12a)이 형성되어 있다. 이 니들(12a)의 높이는(Height) 피부를 뚫고 들어갔을때 외피(Stratum Corneum)를 통과하지 않고 진피(epidermis)까지는 도달하지 않을 정도, 예를 들어 약 5 마이크로 미터 이하로 조절된다. 이는 통점(pain spot)이 있는 진피(epidermis)를 상기 니들(12a)가 자극하지 않도록 하기 위한 것이다. 즉, 전극(12)의 니들(12a)은 피검자가 통증을 느끼지 못하게 하되, 일정 깊이로 피부에 침투하여 전기적 접촉성을 높이고, 이로서 기존에 사용하던 도전성 젤은 사용하지 않게 된다.

센서(10)를 제작하는 과정을 간단히 살펴보면 다음과 같다.

멤브레인(11)은 일반적으로 사용되는 가요성 필름이며 이 표면에 배선(16)이 일반적인 FPC 제조방법에 의해 형성된다. 니들(12a)을 갖는 전극(12)의 형성은 MEMS 기술중 마이크로 핑거(micro finger) 또는 전기 미세 단조(electro fine foring)등의 기술을 이용한다. 점착성 시이트(15)는 점착성 폴리머로 형성되며, 필요한 부분에 관통공(15a)를 펀칭에 의해 형성한다. 이 관통공은 전극(12) 뿐 아니라 자석(14)에 대응하는 부위에 형성될 수 있다. 점착성 폴리머로 된 시이트(15)는 이형지에 의해 보호되며 일면이 멤브레인(11)에 접착된다. 상기 전극(12)은 상기 멤브레인(11)의 회로부분에 솔더링된다. 이러한 전극(12)의 접합을 위하여 멤브레인(11)의 대응하는 위치에 접합부가 형성된다.

위의 실시예의 설명에서 트랜스미터 및 이에 연결되는 터미널의 구조에 대해서 구체적으로 설명되지 않았으며, 이는 알려진 기술에 따른다.

본 발명에 따른 센서는 또한 트랜스미터와 용이한 착탈구조를 가진다. 이러한 본 발명에 따른 센서는 와이어를 사용하지 않으므로 노이즈 발생 수준이 낮다. 또한 안정적인 전기적 결합구조에 의해 전극과 피부의 불안정한 접촉등에 의한 복잡한 전위나 임피이던스의 발생이 없다. 특히 젤이 없이 전극과 피부가 접촉되고 나아가서는 니들이 외피를 뚫고 들어간 구조를 가지기 때문에 정확한 생체 신호의 취득이 가능하게 된다.

이러한 본 발명은 생체를 대상으로 하는 신호 검출장치에 적용되기 적합하며, 특히 원격 생체검사를 위한 장치에 적합하다.

이러한 본원 발명의 이해를 돕기 위하여 몇몇의 모범적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었으나, 이러한 실시예들은 단지 넓은 발명을 예시하고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이며, 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 구조와 배열에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이며, 이는 다양한 다른 수정이 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 센서의 전면도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 센서의 배면도이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 센서의 단면도이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 센서의 부분 발췌 단면도이다.

Claims (8)

1. 배선층이 마련되어 있는 가요성 멤브레인;

   상기 멤브레인의 일면에 소정 간격으로 다수 부착되는 것으로 그 표면에 소정 높이의 니들이 다수 형성되어 있는 전극; 그리고

   상기 멤브레인의 일면에서 상기 전극이 형성된 영역 외에 도포되는 점착성 물질층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 생체신호 검출용 센서.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 니들은 5㎛ 이하의 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 생체신호 검출용 센서.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 멤브레인의 타측면의 일측에 상기 상기 전극들에 전기적으로 연결되는 것으로 외부로의 전기적 신호의 출력을 위한 터미널이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 생체신호 검출용 센서.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 멤브레인에는 상기 전극으로 부터의 신호를 처리하는 소정의 장치와의 연결을 위한 자석부재들이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 생체신호 검출용 센서.
5. 멤브레인과 멤브레인에 형성되는 전극을 갖춘 센서와, 센서에 탈착이 가능하며 다중 전극 패치로 부터의 전기적 신호를 전파신호로 송출하는 트랜스미터를 구비하며,

   상기 센서는:

   배선층이 마련되어 있는 가요성 멤브레인;

   상기 멤브레인의 일면에 소정 간격으로 다수 부착되는 것으로 그 표면에 소정 높이의 니들이 다수 형성되어 있는 전극; 그리고

   상기 멤브레인의 일면에서 상기 전극이 형성된 영역 외에 도포되는 점착성 물질층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 생체신호 검출장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 니들은 5㎛ 이하의 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 생체신호 검출장치.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

   상기 멤브레인과 트랜스미터에 상기 전극들로 부터의 생체신호 전달을 위한 상보적인 결합구조를 가지는 터미널이 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 생체신호 검출장치.
8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

   상기 멤브레인과 트랜스미터에 이들의 착탈가능한 결합구조를 마련하기 위한 자석부재들이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 생체신호 검출장치.