KR20170057044A - 인체 부착형 생체 신호 증폭 패치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인체 부착형 생체 신호 증폭 패치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 사용자 또는 측정 대상에 의해 반사된 생체 신호를 증폭시킴으로써 보다 정확한 생체 신호 측정을 가능하게 하는 인체 부착형 패치에 관한 것이다.

Description

인체 부착형 생체 신호 증폭 패치{PATCH ATTACHED TO HUMAN BODY FOR AMPLIFYING BIOELECTRIC SIGNALS}
본 발명은 인체 부착형 생체 신호 증폭 패치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 사용자 또는 측정 대상에 의해 반사된 생체 신호를 증폭시킴으로써 보다 정확한 생체 신호 측정을 가능하게 하는 인체 부착형 패치에 관한 것이다.
최근 삶의 질이 향상되고 노령화가 급속히 진행됨에 따라 무병장수에 대한 열망이 커지면서 건강에 대한 관심이 날로 증가하고 있다. 건강을 유지하고 개선시키는 방법에는 운동, 식이요법 등 다양한 방법이 있지만, 하루 중 약 25%의 시간을 할애하는 수면활동을 잘 관리하는 것이 무엇보다 중요하다. 이러한 이유로 최근에는 수면의 질을 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
수면의 질을 향상시키기 위해선, 수면 상태에 대한 분석이 선행되어야 한다. 사용자 또는 측정 대상의 수면 상태를 분석하고 이를 자료화하여 체계적으로 관리함으로써 건강한 신체를 유지할 수 있다. 수면 상태를 분석하기 위해서는 수면 중 호흡수, 심박수, 움직임(뒤척임)수 및 수면시간 등의 다양한 생체정보를 측정하는 것이 기본이 될 것이다.
그러나, 호흡수 또는 심박수 등의 생체정보를 측정하기 위해 의료용 장비를 동원하는 것은 번거로울 뿐만 아니라, 생체정보 측정을 위해 신체에 부착해야 하는 등의 불편함이 수반된다.
이 경우, 수면의 질을 향상시키기 위해 생체정보를 측정함으로써 수반되는 번거로움과 불편함으로 인해 오히려 수면의 질을 해치는 결과를 초래할 수도 있다.
따라서, 최근 들어 사용자 또는 측정 대상의 수면 방해없이 호흡수 등을 측정하기 위해 비접촉식 생체 신호 측정 장치 등이 제안되고 있다.
종래의 방식은 일반적으로 마이크로파를 사용자에게 조사하고 반사되는 신호로부터 호흡 신호를 분리하는 원리에 기반한다.
이 때, 호흡 신호는 일반적으로 Sin 또는 Cos 파형과 유사하기 때문에 종래에는 주파수 분석 기법인 Fourier transform 방식을 사용하여 호흡 신호를 구성하는 Sin 또는 Cos 파형으로 분리되는데, 경우에 따라 사용자 또는 측정 대상의 호흡 신호의 파형이 Sin 또는 Cos 파형과 유사하지 않은 경우, 정확한 주기성을 판단하는 것이 어렵다는 문제가 있었다.
또한, 기존의 방식의 경우, 사용자 또는 측정 대상이 원거리에 위치하여 호흡 신호가 약하게 수신된 경우, 노이즈 위치에서의 신호를 호흡 신호로 오인하는 경우가 빈번히 발생하였다. 아울러, 사용자 또는 측정 대상의 주변에 움직임을 나타내는 동적 물체(클러터)가 존재할 경우, 동적 물체로부터 반사되는 신호를 호흡 신호로 오인하는 경우도 존재하였다.
본 발명은 사용자 또는 측정 대상이 원거리에 위치하거나 사용자 또는 측정 대상의 주변에 움직임을 나타내는 동적 개체가 존재하는 노이즈 환경 하에서도 사용자 또는 측정 대상의 호흡 신호를 정확하게 측정하기 위한 인체 부착형 생체 신호 증폭 패치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해,
본 발명의 일 측면에 따르면, 보호 부재, 접착 부재 및 전파 신호 반사 부재를 포함하는 인체 부착형 생체 신호 증폭 패치를 제공할 수 있다.
상기 전파 신호는 IR-UWB (impulse radio ultra wideband)인 인체 부착형 생체 신호 증폭 패치를 제공할 수 있다.
상기 전파 신호 반사 부재는 알루미늄, 은 및 백금으로부터 선택된 적어도 하나인 인체 부착형 생체 신호 증폭 패치를 제공할 수 있다.
상기 보호 부재는 직포(Woven Fabric),　부직포(Nonwoven Fabric) 및 펠트(pelt)로부터 선택된 적어도 하나인 인체 부착형 생체 신호 증폭 패치를 제공할 수 있다.
상기 접착 부재는 아크릴계, 실리콘계, 비닐 에스테르계, 비닐 에테르계 및 우레탄계 감압성 점착제로부터 선택된 적어도 하나인 인체 부착형 생체 신호 증폭 패치를 제공할 수 있다.
상기 접착 부재 하부에 이형 부재를 더 포함하는 인체 부착형 생체 신호 증폭 패치를 제공할 수 있다.
상기 이형 부재는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET; Polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN; Polyethylene naphthalate) 및 폴리카보네이트(PC; Polycarbonate)로부터 선택된 적어도 하나인 인체 부착형 생체 신호 증폭 패치를 제공할 수 있다.
상기 전파 신호 반사 부재는 상기 접착 부재와 상기 이형 부재의 사이에 구비되는 인체 부착형 생체 신호 증폭 패치를 제공할 수 있다.
상기 접착 부재 하부에 복수의 전파 신호 반사 부재가 일정 간격으로 이격되어 일렬로 평행하게 배열된, 인체 부착형 생체 신호 증폭 패치를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 사용자 또는 측정 대상이 원거리에 위치하거나 사용자 또는 측정 대상의 주변에 움직임을 나타내는 동적 물체가 존재하는 노이즈 환경 하에서도 사용자 또는 측정 대상의 주기성을 나타내는 생체 전파 신호를 포착하고, 이로부터 호흡수를 정확하게 측정하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면, 사용자 또는 측정 대상이 시간과 장소에 구애됨이 없이 사용자 또는 측정 대상의 건강 상태를 지속적으로 모니터링하여 긴급 상황 발생시 적절한 조치를 취하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면, 사용자 또는 측정 대상의 거동의 불편함이나 이물감없이 보다 정확한 생체 신호 데이터를 수신하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면, 2 이상의 사용자 또는 측정 대상의 생체 전파 신호를 동시에 획득하는 것이 가능하다.
도 1은 일반적인 생체 신호의 추출 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호의 추출 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 부착형 생체 신호 증폭 패치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인체 부착형 생체 신호 증폭 패치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인체 부착형 생체 신호 증폭 패치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인체 부착형 생체 신호 증폭 패치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인체 부착형 생체 신호 증폭 패치를 개략적으로 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 후술하는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
본 발명은 보호 부재, 접착 부재 및 전파 신호 반사 부재를 포함하는 인체 부착형 생체 신호 증폭 패치에 관한 것으로서, 사용자 또는 측정 시스템에 의해 생체 신호가 측정되도록 의도된 측정 대상(이하에서는 사용자 및 측정 대상을 모두 측정 대상이라 지칭함)에 부착되어 측정 대상의 호흡 패턴, 심박 패턴 또는 호흡수 등 생체 신호를 증폭 시키는 기구이다.
특히, 본 발명은 측정 대상이 원거리에 위치하거나 측정 대상의 주변에 움직임을 나타내는 동적 물체가 존재하는 노이즈 환경 하에서도 측정 대상의 주기성을 나타내는 생체 전파 신호를 정확하게 포착할 수 있게 하고, 복수의 측정 대상으로부터 추출되는 생체 신호를 구분하여 판독할 수 있게 한다.
본 발명의 인체 부착형 생체 신호 증폭 패치는 예를 들어, IR-UWB (impulse radio ultra wideband) 통신 기술을 기반으로 구축된 실시간 측정 시스템의 전파 신호를 증폭시킬 수 있다.
IR-UWB 통신 기술은 수 ns에서 수백 ps에 이르는 매우 좁은 폭의 임펄스를 사용함으로써 협대역 신호들에 비해 보다 높은 정확도로 측정 대상으로부터 반사된 전파 신호를 탐지하고 이로부터 생체 전파 신호를 유효하게 추출할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 생체 신호의 추출 결과 그래프로, 예를 들어 실시간 무선 호흡 측정 시스템에 따라 호흡 신호를 측정한 것이다.
이는 측정 대상에 의해 반사된 전파 신호로부터 최적의 호흡 위치를 결정하고, 상기 위치로부터 반사된 전파 신호로부터 호흡에 의해 유발된 호흡 신호를 유효하게 추출하고 이로부터 호흡 패턴 및/또는 호흡수를 측정하는 것을 특징으로 한다.
다만, 측정 대상으로부터 반사된 전파 신호의 세기가 강하지 않기 때문에, 탐지 영역 내 원래부터 존재하였던 정적 객체로부터 반사되어 수신된 신호를 노이즈 처리하는데 어려움이 있다.
또한, 도 1은 서로 다른 측정 대상인 A, B를 각각 측정하여 하나의 그래프에 나타낸 것으로, A와 B의 호흡 신호가 거의 유사한 것을 알 수 있다. 특히, 서로 다른 측정 대상이 신호 측정 시스템과 유사한 거리에 이격되어 있을 경우, 측정 대상을 구분하기 어려워 신호가 교란되어 측정이 불가능하거나, 일 측정 대상의 신호를 배경 신호의 동적 개체로 기설정하여 별개로 측정해야하는 번거로움이 있다.
이에, 생체 신호를 추출할 측정 대상에 본 발명에 따른 패치를 부착시킴으로써 상기 문제점을 해결할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 신호의 추출 결과 그래프로, 도 1의 측정 대상 A, B에 있어서, 측정 대상 A에 본 발명에 따른 패치를 부착하여 동시에 측정한 것이다.
도 2에 나타난 바와 같이, 측정 대상 A의 호흡 신호가 도 1의 A 신호 대비 증폭되었고, 측정 대상 B의 호흡 신호와 확연히 구별되어 동시에 측정하여도 서로 신호 간섭 없이 별도로 신호를 추출할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 패치를 측정대상에 부착시킴으로써, 비측정 대상이 원거리에 위치하거나 사용자 또는 측정 대상의 주변에 움직임을 나타내는 동적 물체가 존재하는 노이즈 환경 하에서도 측정 대상의 주기성을 나타내는 생체 전파 신호를 포착할 수 있고, 2 이상의 측정 대상의 생체 전파 신호를 동시에 획득하는 것이 가능하다.
본 발명의 일 측면에 따른 인체 부착형 생체 신호 증폭 패치에 내재되는 전파 신호 반사 부재는 생체 전파 신호를 직접적으로 증폭시키는 수단으로, 반사율이 상대적으로 높은 금속들이 유리하며 알루미늄, 은 및 백금으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있고, 가장 바람직하게는 알루미늄일 수 있다.
상기 전파 신호 반사 부재는 측정 대상의 표면에 접촉 또는 비접촉 상태로 부착될 수 있고, 측정 대상에 따라 신호 세기를 최적화하기 위한 형상 및 크기로 조절될 수 있다.
구체적으로, 상기 전파 신호 반사 부재의 두께는 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있다. 두께가 0.5 ㎛ 미만일 경우에는 부재 내구성이 떨어져 부착시 측정 대상의 움직임에 의해 파손될 우려가 있고, 두께가 10 ㎛ 초과할 경우에는 증폭 효율 대비 제조 비용이 급격히 증가하는 문제점이 있다.
또한, 보호 부재는 직포(Woven Fabric),　부직포(Nonwoven Fabric) 및 펠트(pelt)로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 보호 부재는 측정 대상에 패치를 부착한 경우 가장 바깥 부분에 위치될 수 있는데 이 때 전파 신호 반사 부재의 손상을 방지하고, 통기성 있는 재질이기 때문에 측정 대상의 피부에 접촉되더라도 장시간 사용시 피부 괴사 등이 발생할 우려가 없다.
상기 접착 부재는 아크릴계, 실리콘계, 비닐 에스테르계, 비닐 에테르계 및 우레탄계 감압성 점착제로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있고, 제거시 측정 대상의 표면을 손상시키지 않고 재사용이 가능한 탈부착이 편리한 접착성을 가진 부재라면 제한되지 않는다.
특히, 상기 접착 부재는 연화제를 더 포함할 수 있는데, 연화제를 포함함으로써 접착력이 조절되어 피부 자극이 저하될 수 있다.
상기 연화제는 접착 부재 총중량 대비 30 내지 50 중량%로 포함될 수 있고, 상기 비율을 만족함으로써 제거시 피부 통증이 저감되고 장시간 사용하여도 잔류 접착제가 적게 조절할 수 있다.
또한, 상기 접착 부재는 필요에 따라 다른 첨가제를 포함할 수 있다. 다른 첨가제로서는 감압성 접착제와 혼합될 수 있는 통상의 첨가제라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 피부에 부착하는 경우 자외선 흡수제, 가용화제, 경피 흡수 촉진제, 충전제, 착색제, 가소제 등을 들 수 있다.
상기 접착 부재의 두께는 1 내지 50 ㎛일 수 있다. 접착 부재의 두께가 1 ㎛ 미만인 경우 측정 대상의 표면 예를 들어, 피부, 착용한 옷 등 에 점착성이 불충분할 수 있고, 50 ㎛를 초과하는 경우 적용시 불편감이 높아지거나 제거시 표면 손상 또는 통증을 유발할 수 있다.
본 발명의 패치에 포함되는 접착 부재 하부에 이형 부재를 더 포함할 수 있고, 상기 이형 부재는 측정 대상에 부착 전 접착 부재의 접착면을 보호하는 역할을 한다.
상기 이형 부재는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET; Polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN; Polyethylene naphthalate) 및 폴리카보네이트(PC; Polycarbonate)로부터 선택된 적어도 하나일 수 있고, 가장 바람직하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트이다.
본 발명의 인체 부착형 생체 신호 증폭 패치는 여러 구조로 적층된 형태일 수 있는데, 도 3 내지 도 7에 적층 구조의 일 예시들을 나타내었다.
도 3을 참고하면, 일 실시예에 따른 인체 부착형 생체 신호 증폭 패치(10)는 전술한 바에 따른 전파 신호 반사 부재(1), 그 상부에 접착 부재(2), 최상부이고 접착 후 외표면이 되는 위치에 보호 부재(3)를 포함할 수 잇다.
도 4를 참고하면, 상기 전파 신호 반사 부재(1)는 상기 접착 부재(2)와 상기 보호 부재(3)의 사이에 구비될 수 있다. 이러한 형태의 패치(10)의 경우 피부에 부착시 금속이 피부에 직접적으로 접촉되지 않을 수 있기 때문에, 금속 알러지가 있는 사용자의 경우 유용하다.
또한, 상기 접착 부재 하부에 복수의 전파 신호 반사 부재가 일정 간격으로 이격되어 일렬로 평행하게 배열될 수 있다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 전파 신호 반사 부재(1)는 일정 슬릿 간격을 기준으로 평행하게 이격되어 배치될 수 있고, 접착 부재(2)에 내재되거나 그 하부에 배열될 수 있다.
이와 같이, 전파 신호 반사 부재를 일정 간격으로 이격되어 평행하게 배열함으로써, 신호 증폭의 정도를 조절할 수 있고 적은 양의 금속으로도 동등 이상의 증폭 효과를 낼 수 있어 제조 비용이 감소되어 경제적이다.
또한, 도 7을 참고하면, 인체 부착형 생체 신호 증폭 패치(10)는 최상부에 보호 부재(3), 보호 부재(3) 하부에 전파 신호 반사 부재(1), 전파 신호 반사 부재(1) 하부에 접착 부재(2) 및 접착 부재(2) 하부에 이형 부재(4)를 포함할 수 있다.
생체 신호 추출시 이러한 다양한 형태의 패치를 이용함으로써, 측정 대상의 활동성에 지장을 주지 않고 측정 대상의 피부에 직접 접촉시 피부 손상이 최소화되며, 전파 신호의 품질에 영향을 주지 않으면서 세기만을 증폭시켜 보다 정확한 생체 신호를 추출 및 분석할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 인체 부착형 생체 신호 증폭 패치
1: 전파 신호 반사 부재
2: 접착 부재
3: 보호 부재
4: 이형 부재

Claims (9)

  1. 보호 부재, 접착 부재 및 전파 신호 반사 부재를 포함하는,
    인체 부착형 생체 신호 증폭 패치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전파 신호는 IR-UWB (impulse radio ultra wideband)인,
    인체 부착형 생체 신호 증폭 패치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전파 신호 반사 부재는 알루미늄, 은 및 백금으로부터 선택된 적어도 하나인,
    인체 부착형 생체 신호 증폭 패치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보호 부재는 직포(Woven Fabric),　부직포(Nonwoven Fabric) 및 펠트(pelt)로부터 선택된 적어도 하나인,
    인체 부착형 생체 신호 증폭 패치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 접착 부재는 아크릴계, 실리콘계, 비닐 에스테르계, 비닐 에테르계 및 우레탄계 감압성 점착제로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는,
    인체 부착형 생체 신호 증폭 패치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 접착 부재 하부에 이형 부재를 더 포함하는,
    인체 부착형 생체 신호 증폭 패치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이형 부재는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET; Polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN; Polyethylene naphthalate) 및 폴리카보네이트(PC; Polycarbonate)로부터 선택된 적어도 하나인,
    인체 부착형 생체 신호 증폭 패치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전파 신호 반사 부재는 상기 접착 부재와 상기 보호 부재의 사이에 구비되는,
    인체 부착형 생체 신호 증폭 패치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 접착 부재 하부에 복수의 전파 신호 반사 부재가 일정 간격으로 이격되어 일렬로 평행하게 배열된,
    인체 부착형 생체 신호 증폭 패치.

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