KR20160066075A - 생체신호 측정용 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생체신호 측정용 센서에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 생체신호를 센서의 일부분이 아닌 센서 전부분에서 센싱 및 수집할 수 있고, 신체와 센서의 전부분에서 점착됨에 따라 피부의 굴곡과 상관없이 점착력이 좋으며, 하이드로겔 타입의 점착부를 통해 점착이 이루어짐에 따라 통증 유발 및 피부 손상이 없고 수 회 점착 및 탈착이 가능한 생체신호 측정용 센서에 대한 것이다.
본 발명의 생체신호 측정용 센서는 생체신호를 센싱 수집하여 전달하기 위해 전기회로가 마련되는 기판부와, 기판부의 상부에 마련되어 생체신호를 전기회로에 전달하기 위한 전도성패치부와, 전도성패치부의 상부에 마련되며 점착성이 있는 재질로 인체의 표면에 점착되는 점착부를 포함한다.
본 발명의 생세신호 측정용 센서에 따르면 생체신호 측정 시 센서 전면에서 생체신호를 센싱 및 수집을 수행함으로써 정확한 생체신호 측정이 가능하고, 센서의 전면을 통해 신체와 점착되므로 피부의 주름, 피지 등에도 불구하고 점착력이 우수하며, 하이드로겔 타입의 점착부를 통해 신체와 점착이 이루어짐에 따라 센서 부착 시 통증이 없고 수 회 점착 및 탈착이 가능한 효과가 있다.

Description

생체신호 측정용 센서{Sensor for measuring biological signal}

본 발명은 생체신호를 센싱 및 수집하기 위한 센서에 대한 것으로, 의료현장을 포함하여 학습능력을 향상시키거나 운동능력을 평가하는 등 다양한 분야에서 생체신호가 활용되며 특히 수술에서는 환자의 현재 상태를 정확하게 파악하기 위해 심전도, 근전도, 뇌파 등 다양한 생체신호를 측정하여 활용하고 있다. 본 발명은 이러한 생체신호를 측정하기 위한 센서에 관한 것이다.

생체신호는 인간의 신체 상태를 나타내는 신호로서 주로 질병이나 건강상태를 진단하기 위해 필요한 정보이다. 생체신호는 전기적 신호로 이루어진 심전도, 뇌파, 근전도 등이 있고, 물리적 신호로 이루어진 혈압, 체온, 맥파 등이 있으며, 조성물 관련 신호로 이루어진 혈당량, 산소포화도, 체성분 등으로 구성되는 다양한 형태의 신호로 이루어진다.

생체신호 중 전기적 신호로 나타나는 심전도, 뇌파, 근전도 등은 피부에 센서를 부착한 후 전위차의 고저로 이루어진 신호를 수집한 후 노이즈를 제거하고 활용 가능한 정도로 증폭하여 사용한다.

전기적 신호로 이루어진 생체신호를 수집하기 위해서는 피부에 센서를 부착하여 전기적 신호를 측정하여야 하는데 그 신호의 세기가 약해 수집하는데 많은 어려움이 있고, 생체신호를 수술 중에 수집하기 위해서는 수술에 방해가 되지 않는 위치에 센서를 부착하여야 하므로 센서의 크기가 작을수록 수술에 방해가 되지 않도록 센서를 부착할 수 있게 된다. 또한, 센서는 통상적으로 피부에 부착되어야 하나 피부에는 땀, 기름 등이 있을 뿐만 아니라 주름 등 굴곡이 많기 때문에 잘 부착되지 않는 문제점이 있다.

도 4는 종래의 생체신호 중 뇌파를 측정하는 센서에 대한 도면인데 종래의 생체신호 측정 센서는 얇은 기판(10)에 생체신호를 측정 전달하기 위한 전기회로(20)가 마련되고 그 상부에 피부와의 접촉을 위한 점착부가 마련되는데 센서의 중앙부(40)에 피부와의 밀착을 높이기 위한 전도성 액상 젤(30)을 마련하여 피부에 부착되어 압력을 가하게 되면 액상 젤이 퍼져 피부와 센서 사이를 채워 생체신호의 수집을 용이하게 하고 중앙부(40)는 액상 젤(30)이 잘 퍼지도록 스펀지 형태로 마련된다.

하지만 종래의 생세신호 센서는 중앙부(40)가 스펀지 형태로 마련되기 때문에 피부와의 점착성이 떨어지고 액상 젤(30)을 퍼지도록 해야하기 때문에 센서를 강하게 피부에 밀착시킴에 따라 환자에게 고통을 줄 뿐만 아니라 액상 젤(30)이 잘 퍼지지 않을 경우 센싱능력이 현저히 감소하는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 생체신호를 센서의 일부분이 아닌 센서 전부분에서 센싱 및 수집할 수 있고, 신체와 센서의 전부분에서 점착됨에 따라 피부의 굴곡과 상관없이 점착력이 좋으며, 하이드로겔 타입의 점착부를 통해 점착이 이루어짐에 따라 통증 유발 및 피부 손상이 없고 수 회 점착 및 탈착이 가능한 생체신호 측정용 센서를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 생체신호 측정용 센서는 생체신호를 센싱 수집하여 전달하기 위해 전기회로가 마련되는 기판부와, 기판부의 상부에 마련되어 생체신호를 전기회로에 전달하기 위한 전도성패치부와, 전도성패치부의 상부에 마련되며 점착성이 있는 재질로 인체의 표면에 점착되는 점착부를 포함한다.

또한, 기판부는 필름 재질로 이루어지며, 상기 전기회로는 필름의 상부에 마련되는 것을 특징으로 한다.

또한, 기판부는 유연성을 갖는 있는 FPCB 타입인 것을 특징으로 한다.

또한, 기판부에 마련되는 전기회로는 일정한 패턴으로 형성된 박막 도선을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 전기회로는 전도성이 있는 Au, Ag, Cu, Al 중 어느 하나의 금속을 증착 또는 인쇄방식으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 전도성패치부는 기판부와 동일한 형상으로 상부 전면에 마련되는 것을 특징으로 한다.

또한, 점착부는 전도성을 갖는 하이드로겔 재질로 이루어지며, 전도성패치부와 동일한 형상으로 전도성패치부의 상부 전면에 마련되는 것을 특징으로 한다.

또한, 전기회로가 형성된 기판부의 이면에 마련되어 기판부를 보호하는 피복부를 더 포함한다.

이상과 같은 구성의 본 발명은 생체신호 측정 시 센서 전면에서 생체신호를 센싱 및 수집을 수행함으로써 정확한 생체신호 측정이 가능한 효과가 있다.

또한, 센서의 전면을 통해 신체와 점착되므로 피부의 주름, 피지 등에도 불구하고 점착력이 우수한 효과가 있다.

또한, 하이드로겔 타입의 점착부를 통해 신체와 점착이 이루어짐에 따라 센서 부착 시 통증이 없고 수 회 점착 및 탈착이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 생체신호 측정용 센서를 나타내는 사시도이고,
도 2는 본 발명의 생체신호 측정용 센서의 기판부와 전기회로를 나타내는 도면이고,
도 3은 본 발명의 생체신호 측정용 센서가 인체에 부착된 것을 나타내는 도면이고,
도 4는 종래 생체신호 측정용 센서의 사시도이다.

이하에서 도면을 참조하여 본 발명에 따른 생체신호 측정용 센서에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 생체신호 측정용 센서를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 생체신호 측정용 센서의 기판부와 전기회로를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 생체신호 측정용 센서가 인체에 부착된 것을 나타내는 도면이다.

본 발명의 생체신호 측정용 센서(10)는 생체신호를 센싱 및 수집하여 전달하기 위한 전기회로(110)가 마련되는 기판부(100)와, 상기 기판부의 상부 전면에 마련되어 생체신호를 전기회로에 전달하기 위한 전도성패치부(200)와, 전도성패치부의 상부 전면에 마련되며 점착성을 가지는 재질로 구성되며 인체의 표면에 점착되는 점착부(300)를 포함하여 구성된다.

본 발명의 기판부(100)는 센서의 베이스를 역할을 수행하는 구성으로 그 상부에 생체신호를 센싱하여 전달하는 전기회로(110)가 마련된다. 기판부(100)의 상부에 전기회로(110)가 마련되므로 그 재질은 기본적으로 절연이 가능한 재질로 마련되어야 하며 피부 등에 부착되어야 하므로 피부의 굴곡 등에 맞춰 휘어질 수 있도록 플렉서블한 특성을 갖는 것이 바람직하다. 따라서 기판부(100)는 절연성과 휘어질 수 있는 필름 재질로 형성하는 것이 바람직하며 최근 각광받고 있는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 타입으로 하는 것이 유리하다.

기판부(100)의 상부에 마련되는 전기회로(110)는 전기적 신호로 발생하는 생체신호를 센싱하고 이를 수집하여 생체신호를 활용하는 기기로 전달될 수 있도록 하는 구성이다. 전기회로(110)는 도선 타입으로 기판부(100)에 부착될 수도 있지만 생체신호의 센싱하고 수집하는 것이 용이하도록 기판부(100)의 전면에 넓게 퍼지도록 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 센서를 얇게 구성할 수 있고 휘어짐에도 회로가 손상되지 않도록 기판부(100)에 박막 도선의 형태로 구성되는 것이 바람직하다. 이렇게 박막 도선의 형태로 전기회로(110)를 구성하게 되면 기판부(100)가 접힐 정도로 휘어지지 않는다면 전기회로(110)가 단선될 가능성이 적고 전기회로(110)를 매우 얇게 형성할 수 있어 센서의 두께를 줄일 수 있는 장점이 있다.

전기회로(110)는 전도성을 갖는 Au, Ag, Cu, Al 중 어느 하나 이상의 금속을 증착 또는 인쇄방식을 활용하여 필름 상부에 형성될 수 있다. 전기회로(110)를 이루는 금속의 예시로 Au, Ag, Cu, Al를 들었으나 이에 한정되는 것은 아니고 측정하고자 하는 생체신호를 가장 잘 센싱할 수 있으면 어떤 금속이든 상관없다. 다만, 인체에 부착되는 센서니 만큼 전도성 뿐만 아니라 인체의 무해성도 고려를 해야하고 제조의 용이성도 감안하여 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 전기회로(110)의 패턴은 어떤 특정한 패턴이 유리한 것이 아니라 센서 전면에 고르게 분포되도록 형성하는 것이 바람직하지만 제조의 용이성, 측정하고자 하는 생체신호의 특성 등을 고려하여 패턴을 설계하는 것이 바람직하다.

전기회로(110)는 증착 또는 인쇄방식 등으로 형성되는데 이에 한정되는 것은 아니고 박막도선의 형태로 회로를 구성할 수 있는 방식이면 어떤 방식이든 무관하다. 증착방식은 진공상태에서 금속을 가열, 용융, 증발시킴으로써 상기 필름 상에 얇게 융착, 응고시킴으로써 필름 상부에 전기회로(110)를 형성하는 방식인데 진공으로 된 용기 내에서 증착하고자 하는 금속물질을 가열하여 증기압을 상승시킴으로써 상기 필름위에 상기 전기회로(110)를 형성 시킨다.

인쇄방식은 평판위에 찍는 시트 기반(Sheet-based) 방식 또는 2개 이상의 필름에 점착제를 사용하여 접합하는 라미네이션(Lamination) 공정 후 롤투롤(Roll-to-Roll) 방식을 활용하여 필름 상부에 전기회로(110)를 형성할 수도 있다.

본 발명의 전도성패치부(200)는 기판부(100)의 상부 전면에 전도성 재질로 마련되어 센싱 및 수집된 생체신호를 전기회로(110)에 전달하는 역할을 수행하는 구성이다. 또한, 피부에 점착되는 점착부(300)가 기판부(100)에 바로 점착되는 경우 전기회로(110)의 손상, 점착부(300)와 기판부(100)의 분리가능성을 방지하기 위해 점착부(300)와 기판부(100) 사이에 마련된다. 또한, 전도성패치부(200)의 재질을 탄성이 있는 재질로 구성하여 센서가 피부에 점착될 때 이물감을 없앨 수 있고 부착 시 통증을 완화하는 기능을 수행한다. 본 발명의 전도성패치부(200)는 기판부(100) 상부의 일부분이 아닌 전면에 마련함으로써 전기회로(110)가 형성된 부분에서만 생체신호를 센싱하는 것이 아니라 센서 전면에서 생체신호를 센싱하여 전기회로(110)로 전달함으로써 종래 센서보다 정확하고 광범위한 생체신호 측정이 가능하다.

점착부(300)는 전도성패치부(200)의 상부 전면에 마련되어 전도성을 갖는 재질로 구성되고 피부와 센서를 점착시키는 구성이므로 인체에 무해한 재질로 마련되어야 한다. 점착부(300)는 굴곡 및 유지 등의 이물이 존재하는 피부에 센서를 점착시키는 구성이므로 피부의 굴곡에도 잘 붙을 수 있도록 유연한 재질이고 유지 등 이물이 있어도 붙을 수 있는 특성을 가지면 어떤 것이든 상관없다. 다만, 점착부(300)는 하이드로겔 재질로 구성하는 것이 바람직한데, 하이드로겔은 연성이 액체만큼 좋으면서도 완전 액상은 아니고 피부에 이물이 있어도 우수한 점착성을 유지하기 때문이다. 하이드로겔은 공유결합, 소수결합 및 물리적결합 등과 같은 응집력에 의해 수용액상에서 다량의 물을 흡수한 상태에서 생체의 조직과 비슷한 특성을 나타내며, 스트레스가 가해지면 신속히 재배열하여 본래의 구조를 회복하는 특징을 갖기 때문에 피부에 잘 점착될 수 있으면서도 생체신호 전달을 용이하게 할 수 있다. 이러한 특성 때문에 점착부(300)의 하이드로겔은 인체 피부 표면의 주름 및 피지 부분에서도 우수한 점착력을 유지하고, 피부에 부착 시 피부자극으로 인한 고통을 발생치 않게 하며, 수회 점착 및 탈착을 수행하더라도 우수한 점착력으로 피부에 잘 부착되기 때문에 생체신호 측정 및 수집이 가능한 장점이 있다.

전도성패치부(200)가 마련된 기판부(100)의 이면에 센서(10)를 보호하거나 필요한 표시를 기입하기 위한 피복부(400)가 더 포함될 수는 있으나 기판부(100)를 통해 센서의 보호가 충분하거나 기판부(100)의 이면에 필요한 표시를 할 수 있는 경우 피복부(400)는 생략할 수 있다. 이는 피복부(400)가 기판부(100)에 마련된 전기회로(110)의 패턴이 손상되는 것을 방지하여 생체신호의 센싱과 수집 시 문제가 발생하지 않도록 하기 위해 마련된 것인데 기판부(100)로 충분하다면 생략해도 무방하기 때문이다.

도 3은 본 발명의 생체신호 측정용 센서가 뇌파의 수집을 위해 이마에 부착된 것을 나타낸 도면인데 부착된 후 피부로부터 점착부(300), 전도성패치부(200), 기판부(100) 및 필요할 경우 피복부(400)의 순서로 배열된다. 본 발명의 생세신호 측정용 센서는 기판부(100)와 전도성패치부(200) 및 점착부(300)가 센서 전면에 마련되므로 피부에 부착되는 정도 뿐만 아니라 센싱하는 영역이 넓기 때문에 보다 광범위하고 정확한 생체신호 측정이 가능한 장점이 있다.

도 3은 뇌파의 수집을 위해 이마에 부착된 상태를 나타낸 것이지만 측정하고자하는 생체신호의 종류에 따라 신체에 점착되는 센서의 위치가 달라질 수 있다. 예를 들어, 생체신호 중 뇌파 또는 근전도를 측정하기 위해서는 뇌파 또는 근전도 신호의 정확한 센싱 및 수집을 위해서 이마부분에 센서의 점착부(300)를 점착하여 뇌파 또는 근전도 신호 센싱하고 심전도를 측정하기 위해서는 신체의 일부분인 가슴부분에 센서의 점착부(300)를 점착하여 심전도를 측정한다.

생체신호를 센싱하고 수집하기 위해서는 전도성을 가지는 점착부(300)가 신체에 직접 부착되어야 하는데, 점착부가 신체 일부분에 점착 시 상기 점착부(300)를 통하여 수집되는 신호는 생체신호 측정 시 필요한 뇌파, 심전도, 근전도 신호 등 이외에도 움직임, 안구운동 등에 의한 노이즈 신호가 동시에 센싱 및 수집된다. 이때 노이즈 신호를 최소화하고 생체신호 센싱과 수집을 위한 최적의 위치에 센서를 부착하여 생체신호를 측정하는 것이 바람직한데 예를 들어 뇌파를 센싱하는 경우 뇌파를 측정하는 센서 이외에도 기준 및 접지의 기능을 수행하는 전극도 필요한데 이러한 기준 및 접지전극은 뇌파와의 차이가 많이 나는 위치에 마련되는 것이 바람직하다. 따라서 기준 및 접지전극을 뇌파와 가장 무관한 이마 이외의 부분 특히 귀 부분에 마련하여 측정을 한다면 보다 정확한 뇌파의 측정이 가능할 것이다.

기판부 : 100 전기회로 : 110
전도성패치부 : 200 점착부 : 300
피복부 : 400

Claims (8)

1. 인체의 생체신호를 측정하는 센서에 있어서,
   상기 생체신호를 센싱 및 수집하여 전달하기 위해 전기회로가 마련되는 기판부와,
   상기 기판부의 상부에 마련되어 생체신호를 전기회로에 전달하기 위한 전도성패치부와,
   상기 전도성패치부의 상부에 마련되며 점착성이 있는 재질로 인체의 표면에 점착되는 점착부를 포함하는 생체신호 측정용 센서.
   
2. 청구항 1에서,
   상기 기판부는 필름 재질로 이루어지며, 상기 전기회로는 상기 필름의 상부에 마련되는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정용 센서.
   
3. 청구항 1에서,
   상기 기판부는 유연성을 갖는 있는 FPCB 타입인 것을 특징으로 하는 생체신호 측정용 센서.
   
4. 청구항 1에서,
   상기 기판부에 마련되는 전기회로는 일정한 패턴으로 형성된 박막 도선을 포함하는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정용 센서.
   
5. 청구항 4에서,
   상기 전기회로는 전도성이 있는 Au, Ag, Cu, Al 중 어느 하나의 금속을 증착 또는 인쇄방식으로 형성하는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정용 센서.
   
6. 청구항 1에서,
   상기 전도성패치부는 상기 기판부와 동일한 형상으로 상부 전면에 마련되는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정용 센서.
   
7. 청구항 1에서,
   상기 점착부는 전도성을 갖는 하이드로겔 재질로 이루어지며,
   상기 전도성패치부와 동일한 형상으로 전도성패치부의 상부 전면에 마련되는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정용 센서.
   
8. 청구항 1에서,
   상기 전기회로가 형성된 기판부의 이면에 마련되어 상기 기판부를 보호하는 피복부를 더 포함하는 생체신호 측정용 센서.
   

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