KR20160066081A

KR20160066081A - 생체신호 측정 센서모듈

Info

Publication number: KR20160066081A
Application number: KR1020140169400A
Authority: KR
Inventors: 김광무; 홍승균; 송원호; 박상현
Original assignee: 참엔지니어링(주)
Priority date: 2014-12-01
Filing date: 2014-12-01
Publication date: 2016-06-10

Abstract

본 발명은 생체신호 센싱모듈에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 측정전극과 접지 및 기준전극을 독립적으로 배치 구성함으로써 생체신호의 측정 정확도를 높이고, 측정전극과 접지 및 기준전극이 노이즈에 대해 독립적인 위치에 분리 배치함으로써 노이즈의 영향을 최소화할 수 있으며, 측정하고자 하는 생체신호와의 구별이 최대화 되도록 전극을 배치하여 측정 효율성을 높일 수 있는 생체신호 측정 센서모듈에 대한 것이다.
본 발명의 생체신호 측정 센서모듈은 생체신호 측정을 위하여 생체신호를 센싱하는 역할을 수행하며 신체의 일부분에 점착되는 하나 이상의 측정센서와, 생체신호 측정 시 측정전극과 기준전극의 전압차를 측정하기 위하여 기준이 되기 위해 마련되며 신체의 일부분에 접촉되는 기준전극과, 생체신호 측정 시 피측정자의 전기적인 안전을 위하여 신체의 일부분에 접촉되는 접지전극을 포함한다.
본 발명의 생체신호 측정 센서모듈에 따르면 측정전극과 기준 및 접지전극을 되도록 멀리 떨어지도록 배치함으로써 생체신호 측정의 정확도를 높일 수 있고, 측정전극과 기준 및 접지전극을 노이즈에 대해 독립적으로 분산 배치함으로써 측정된 생체신호에 대한 노이즈의 영향을 최소화되도록 할 수 있으며, 센서의 크기를 최소화하여 측정환경과 무관하게 생체신호를 센싱할 수 있는 효과가 있다.

Description

생체신호 측정 센서모듈{Sensor module for measuring biological signal}

본 발명은 생체신호를 센싱 및 수집하기 위한 센서 모듈에 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 센서 모듈에 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.

앞서 설명한 바와 같이 생체신호는 측정하고자 하는 생체신호의 전기적 신호를 측정하는 것인데 이를 위해서는 전위 0에 해당하는 접지전극을 기준으로해서 측정하고자 하는 생체신호의 접지전극에 대한 전위차를 검출하는 것인데 종래의 생체신호 측정모듈은 측정전극과 접지전극이 나란히 배치되어 부착되므로 검출하고자 하는 생체신호의 신호가 구별이 안가거나 미약하여 노이즈와의 구별이 어려운 문제점이 있다.

또한, 종래 생체신호 측정 센서모듈은 하나의 구조로 마련되어 센서 모듈의 크기가 크기 때문에 측정환경에 따라 부착이 어렵거나 부착할 수 없는 문제점이 있고, 노이즈에 대해 같은 영향권에 위치하므로 생체신호와 노이즈와의 구별이 모호한 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 측정전극과 접지 및 기준전극을 독립적으로 배치 구성함으로써 생체신호의 측정 정확도를 높이고, 측정전극과 접지 및 기준전극이 노이즈에 대해 독립적인 위치에 분리 배치함으로써 노이즈의 영향을 최소화할 수 있으며, 측정하고자 하는 생체신호와의 구별이 최대화 되도록 전극을 배치하여 측정 효율성을 높일 수 있는 생체신호 측정 센서모듈을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 생체신호 측정 센서모듈은 생체신호 측정을 위하여 생체신호를 센싱하는 역할을 수행하며 신체의 일부분에 점착되는 하나 이상의 측정센서와, 생체신호 측정 시 측정전극과 기준전극의 전압차를 측정하기 위하여 기준이 되기 위해 마련되며 신체의 일부분에 접촉되는 기준전극과, 생체신호 측정 시 피측정자의 전기적인 안전을 위하여 신체의 일부분에 접촉되는 접지전극을 포함한다.

또한, 접지전극 및 기준전극은 생체신호 측정 시 이마 이외의 신체 일부분에 접촉되는 것을 특징으로 한다.

또한, 기준전극과 접지전극은 생체신호 측정 시 신체 일부분인 귀에 접촉되는 것을 특징으로 한다.

또한, 측정전극은 2개로 마련되어 신체 일부분인 이마의 좌, 우측 부분에 각각 점착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 기준전극과 접지전극은 서로 절연되어 연결되며 생체신호 측정 시 신체의 일부분인 어느 한 쪽 귀에 접촉되는 것을 특징한다.

또한, 기준전극과 접지전극은 생체신호 측정 센서로 부터 센싱된 생체신호를 증폭하는 기능을 수행하는 증폭기에 직접 연결 되는 것을 특징한다.

이상과 같은 구성의 본 발명은 측정전극과 기준 및 접지전극을 되도록 멀리 떨어지도록 배치함으로써 생체신호 측정의 정확도를 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 측정전극과 기준 및 접지전극을 노이즈에 대해 독립적으로 분산 배치함으로써 측정된 생체신호에 대한 노이즈의 영향을 최소화되도록 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 센서의 크기를 최소화하여 측정환경과 무관하게 생체신호를 센싱할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 생체신호 측정 센서모듈의 블록도이고,
도 2는 본 발명의 생체신호 측정 센서모듈을 인체에 부착한 상태의 일례를 나타내는 도면이고,
도 3은 본 발명의 생체신호 측정 센서모듈을 인체에 부착한 상태의 다른 일례를 나타내는 도면이다.

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

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 생체신호 측정 센서모듈의 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 센서모듈은 측정하고자 하는 생체신호에 따라 신체의 일부분에 부착되어 생체신호 수집, 측정하는 하나 이상의 측정센서(100, 150)와, 측정하고자 하는 생체신호의 전기적 특성 즉, 전위차 등을 검출하기 위해 기준이 되는 기준전극(200)과 생체신호 측정 시 발생할 수 있는 전기적인 충격으로부터 피측정자를 보호하기 위해 피측정자를 접지상태로 유지하는 접지전극(300)을 포함하여 이루어진다.

본 발명의 측정센서(100, 150)는 측정하고자 하는 생체신호의 종류에 따라 신체의 일부분에 부착되어 기준전극(200)에서의 전위를 기준으로하여 생체신호를 검출하는 구성이다. 즉, 생체신호는 신경세포 또는 근세포 등에세서 발생되어지는 전류 또는 전압형태의 신호로 이루어지는데 기준전극(200)을 기준으로 신경세포 등의 전기적인 특성을 센싱하는 역할을 수행한다.

측정센서(100, 150)은 하나 이상으로 이루어질 수 있는데 생체신호는 이론적으로 한 군데에 측정전극을 부착하여도 측정할 수는 있으나 측정의 정밀성, 효율성 등을 감안하여 여러 위치에 측정센서를 마련하여 생체신호를 측정하는 것이 일반적이다. 예를 들어 뇌파와 같은 생체신호를 측정하는 경우 좌뇌와 우뇌의 특성을 모두 검출하기 위해 2채널의 측정센서를 마련하는 것이 효율적이고, 이를 통해 측정된 뇌파를 다양한 용도로 분석활용할 수 있게 된다.

또한, 측정센서(100, 150)는 센싱된 전기적 신호를 수집 전달하기 위한 전기회로와 피부에 점착될 수 있도록 점착성을 갖는 점착부를 포함하여 이루어지는데 보다 광범위한 위치의 생체신호를 수집하고 측정의 정밀도를 높이기 위해 센서 전면에 전도성을 갖도록 점착부 등을 마련하여 센싱할 수 있는 면적을 최대화 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 기준전극(200)은 생체신호 측정의 기준이 되는 전극으로 측정센서(100, 150)가 부착된 위치와 거리상 차이를 두고 부착함으로써, 측정센서(100, 150)과 기준전극(200) 사이에 전압차 등 전기적인 특성이 검출될 수 있도록 하는 구성이다. 기준전극(200)은 측정센서(100, 150)와는 그 수행하는 기능이 약간 상이한데 측정센서(100, 150)는 생체신호를 측정 검출하는 기능을 수행하므로 보다 넓은 범위에서 생체신호를 수집 검출하여야 하는 반면 기준전극(200)은 측정센서(100, 150)에서 수집되는 생체신호의 기준이 되는 기능을 수행하므로 넓은 범위에 배치될 필요는 없고 기준전극(200)이 위치한 부분의 전위를 검출해도 충분한 구성이다. 따라서 기준전극(200)과 측정센서(100, 150)의 구성이 반드시 동일할 필요는 없으므로 측정환경에 맞게 변형이 가능한 구성이다.

또한, 기준전극(200)은 측정센서(100, 150)에서 측정되는 생체신호의 기준을 제시하는 전극이므로 전기적인 특성을 보다 명확히 하기위해 측정센서(100, 150)와의 거리가 멀수록 효율적이다. 따라서 뇌파를 측정하기 위해 이마에 측정센서(100, 150)가 부착된 경우 이마 이외의 부분에 기준전극(200)이 마련되면 뇌파 측정에 보다 유리하다.

도 2는 뇌파를 측정하는 경우에 본 발명이 인체에 부착된 모습을 나타낸 도면인데 뇌파를 측정하기 위한 측정센서(100, 150)이 이마에 부착되어 있고, 기준전극(200)은 이마 이외의 부분 즉, 귀부분에 부착된 것을 알 수 있는데 뇌파의 경우 머리 이외의 부분에는 전달이 잘 되지 않기 때문에 머리 이외의 부분에 기준전극(200)을 마련하는 것이 효율적이지만 부착하는 것이 어려우므로 머리 부분 중 뇌파의 세기가 가장 약한 귀(귓볼) 부분에 기준전극(200)을 마련하는 것이 바람직하다.

또한, 측정환경에 유연하게 대응할 수 있도록 측정센서(100, 150)에서 측정된 생체신호를 외부로 전달하기 위한 연결부(410)와 기준전극(200) 및 접지전극(300)을 외부로 전달하기 위한 연결부(420)을 별도로 마련할 수도 있다. 특히 공간이 협소하여 공간을 효율적으로 활용해야하는 수술실에서는 센서모듈을 자유도가 높게 구성하여 부착의 효율성을 높이는 것이 유리하다.

본 발명의 접지전극(300)은 생체신호 측정 시 이상전압에 의한 안전사고를 방지하고, 고장전류가 발생할 경우 이를 인체 외부로 방류시켜 이상전위 상승을 억제함으로써 피측정자의 전기적 안전을 도모하는 기능을 수행한다.

접지전극(300) 역시 기준전극(200)과 마찬가지로 측정센서(100, 150)와 수행하는 기능이 상이하므로 측정센서(100, 150)과 같이 넓은 범위에 배치될 필요는 없고 접지전극(200)을 인체의 일부분에 부착하기만 하여도 충분한 구성이다. 따라서 접지전극(200)과 측정센서(100, 150)의 구성이 반드시 동일할 필요는 없으므로 측정환경에 맞게 변형이 가능한 구성이다.

도 3은 본 발명의 생체신호 측정 센서모듈을 인체에 부착한 상태의 다른 일례를 나타내는 도면인데 기준전극(200)과 접지전극(300)을 절연된 연결부(500)를 통해 일체형 구조로 형성하고 어느 한쪽 귀부분에 집게형태로 부착한 방식이다. 이를 통해 기준전극(200) 및 접지전극(300)은 귀에 물리는 형태로 한 번에 부착할 수 있으므로 센서모듈을 손쉽게 인체에 부착할 수 있는 효과가 있다. 또한, 생체신호 특시 뇌파의 경우에는 통상적으로 신호가 매우 약하기 때문에 즉시 활용할 수는 없고 신호를 증폭하는 증폭기로 전달되어 증폭되는 과정을 거치게 되는데 일체형 구조로 형성된 기준전극(200) 및 접지전극(300)을 증폭기에 직접 연결되도록 구성한다면 증폭기에 연결된 일체형 구조의 기준전극(200) 및 접지전극(300)을 귀부분에 원터치로 부착하고 측정센서(100, 150)을 이마 부분에 부착한 후 연결부(410)을 증폭기에 연결하면 뇌파 측정을 위한 준비가 완료되므로 매우 간단하게 측정센서모듈을 부착할 수 있게 된다.

측정센서1 : 100 측정센서2 : 150
기준전극 : 200 접지전극 : 300
연결부 : 400, 410, 420

Claims

인체의 생체신호를 측정하는 센서 모듈에 있어서,
상기 생체신호 측정을 위하여 생체신호를 센싱하는 역할을 수행하며 신체의 일부분에 점착되는 하나 이상의 측정센서;
상기 생체신호 측정 시 상기 측정전극과 기준전극의 전압차를 측정하기 위하여 기준이 되기 위해 마련되며 신체의 일부분에 접촉되는 기준전극; 및
상기 생체신호 측정 시 피측정자의 전기적인 안전을 위하여 신체의 일부분에 접촉되는 접지전극을 포함하는 생체신호 측정 센서 모듈.
청구항 1에서,
상기 접지전극 및 기준전극은 생체신호 측정 시 이마 이외의 신체 일부분에 접촉되는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정 센서 모듈.
청구항 2에서,
상기 기준전극과 상기 접지전극은 생체신호 측정 시 신체 일부분인 귀에 접촉되는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정 센서 모듈.
청구항 1에서,
상기 측정전극은 2개로 마련되어 신체 일부분인 이마의 좌, 우측 부분에 각각 점착되는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정 센서 모듈.
청구항 1에서,
상기 기준전극과 상기 접지전극은 서로 절연되어 연결되며 생체신호 측정 시 신체의 일부분인 어느 한 쪽 귀에 접촉되는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정 센서 모듈.
청구항 1에서,
상기 기준전극과 상기 접지전극은 상기 생체신호 측정 센서로 부터 센싱된 생체신호를 증폭하는 기능을 수행하는 증폭기에 직접연결 되는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정 센서 모듈.